ارزیابی تجربی و عددی آب پخش کن حلقه ای شکل برای آبیاری زیرسطحی
چکیده
یک سیستم کم هزینه آبیاری زیر سطحی می تواند مزایایی برای کشاورزان دارای مزارع کوچک ( که کمبود آب دارند ) داشته باشد. آب پخش کن های ساخته شده ازشلنگ های لاستیکی استاندارد در اندونزی برای آبیاری زیرسطحی معرفی شده اند. این فناوری یک روش کم هزینه است که بر پایه مهارت ها و مواد بومی هستند. برای ساخت آب پخش کن حلقه ای با طراحی اصلی ، یک شلنگ لاستیکی به شکل حلقه با قطر تقریبی 20 سانتی متر خمیده می شود و سپس حفره های 5 میلی متری در داخل آن ایجاد می شود و این حفره ها در بازه های زوج قرار می گیرند. در ادامه ، تمام شیلنگ حلقه ای با پارچه نفوذپذیر پوشش داده می شود تا آب در تمام جهات اطراف آب پخش کن دفن شده نفوذ شود. آب از یک تانکر متصل به آب پخش کن و با تنظیم فشار در ورودی آب پخش کن استفاده می شود. اگر چه این فناوری با موفقیت در عمل استفاده می شود ، اما عملکرد آب پخش کن حلقه ای با جزئیات کامل بررسی نشده است. به علاوه ، چون آب پخش کن حلقه ای کامل با پارچه پوشانده می شود ، شناسایی عملکرد معیوب و یا تعمیر آن کار دشواری است. برای افزایش استفاده از آب پخش کن های حلقه ای برای آبیاری زیر سطحی در میان کشاورزان مزارع کوچک در مناطق خشک و نیمه خشک ، طراحی آب پخش کن با نگه داری ساده عامل مهمی می باشد. این تحقیق روش کاهش تعداد حفره ها و تغییر پوشش را مطرح می کند. چون تعداد آزمایشات انجام شده برای ارزیابی عملکرد آب پخش کن های حلقه ای معمولا محدود است ، شبیه سازی عددی می تواند علاوه بر آزمایشات تجربی انجام شوند. هدف اصلی این تحقیق عبارتند از : 1- بررسی تجربی حرکات آب در اطراف آب پخش کن حلقه ای و 2- ارزیابی عددی تاثیر اصلاح طراحی آب پخش کن حلقه ای بر دینامیک های آب و خاک اطراف آب پخش کن. شبیه سازی های عددی بااستفاده از HYDRUS انجام شدند که یکی از کامل ترین بسته های شبیه سازی جریان آب یا نسبت اشباع سازی مختلف در حوزه های دو بعدی و سه بعدی می باشد. شبیه سازی HYDRUS در یک حوزه کاملا سه بعدی و با استفاده از پارامترهای هیدرولیکی خاک انجام می شود و این پارامترها در برابر داده های تجربی گرداوری شده در مدت انجام آزمایشات آب پخش کن حلقه ای بهینه سازی می شوند. نتایج شبیه سازی تایید کننده این مطلب هستند که کاهش تعداد حفره ها تاثیر قابل توجهی بر وجود آب در سیلیت برای گیاهان آزمایش شده مثل گوجه فرنگی و توت فرنگی ندارد. مطلب دیگری که در این تحقیق تائید شده است این است که پوشاندن کامل آب پخش کن لازم نیست. پوشاندن نسبی آب پخش کن اجازه می دهد تا نگه داری آب پخش کن در مقایسه با شرایط پوشش کامل آسانتر باشد.
4. جمع بندی و نتیجه گیری ها
نتایج تجربی نشان داد که در شرایط استفاده از آب پخش حلقه ای شکل ، آب در اطراف آب پخش کن قرار گرفته در سیلیت سریعتر حرکت می کند ، در حالی که حرکت رو به پایین آب در شن بیشتر است. اختلاف در الگوی جریان می تواند با اختلاف در طول مویرگی ماکروسکوپی خاک در ارتباط باشد . این اختلاف می تواند به عنوان شاخص تاثیر طول مویرگی در مقابل تاثیر گرانش بر حرکت آب اشباع نشده در نظر گرفته شود. HYDRUS که مدل شبیه سازی جریان متغیر آب اشباع شده در وسایل منفذ دار است ، با استفاده از اطلاعات تجربی گرداوری شده از آزمایشات انجام شده با فشار آب ورودی 1 سانتی متر سنجیده می شود . پارامترهای هیدرولیک خاک نیز برای شبیه سازی تغییرات در مقدار آب خاک (SWCs) برای آزمایشات انجام شده با فشار آب ورودی 5 سانتی متر استفاده می شوند. در حالی که (SWCs) به خوبی برای تمام سیلیت ها پیش بینی شده اند ، اما (SWCs) بالای آب پخش کن دفن شده به خوبی ارزیابی نشده اند و این مقادیر برای شن هم به صورت دقیق ارزیابی نشده است. اگر چه رسانایی هیدرولیک اشباع شده برای شن بسیار کم است ، اما این نتیجه بیانگر این است که حرکات رو به پایین آب قابل توجه هستند و این مطلب دلالت بر وجود جریان برتر دارد.
Abstract
A low-cost subsurface irrigation system can generate benefits for small-scale farmers who have scarce water resources. A ring-shaped emitter made from a standard rubber hose has been developed and introduced for subsurface irrigation in Indonesia. It is a low-cost irrigation technology based on indigenous materials and skills. To build a ring-shaped emitter of the original design, a rubber hose is bent into a ring shape with a diameter of about 20 cm, and then five 5-mm holes are drilled into it at even intervals. Next, the entire ring-shaped hose is covered with a permeable textile so that water can infiltrate in all directions around the buried emitter. Water is applied from a water tank connected to the emitter by adjusting the pressure head imposed at the inlet of the emitter. Although it has been successfully used in practice, the performance of the ring-shaped emitter has not been evaluated in detail. Additionally, because the ring-shaped hose is fully covered with the textile, it may be difficult to detect any malfunctions or repair it. To promote the ring-shaped emitter for subsurface irrigation among small-scale farmers in arid or semi-arid regions, it is important to design an emitter that is easy to maintain. This study proposes a reduction in the number of holes and a change of covering method. Because the number of experiments that can be carried out to evaluate the performance of alternative ring-shaped emitters is usually limited, numerical simulations can be performed in addition to experiments. The main objectives of this study thus were 1) to experimentally investigate the water movement around a buried ring-shaped emitter and 2) to numerically evaluate the effect of modifying the design of the ring-shaped emitter on soil water dynamics around the emitter. Numerical simulations were carried out using HYDRUS, one of the most complete packages for simulating variably-saturated water flow in two- or three-dimensional domains. HYDRUS simulations in a fully three-dimensional domain were performed using the soil hydraulic parameters that were optimized against experimental data collected during experiments with the original ring-shaped emitter. Simulation results confirmed that reducing the number of holes does not significantly affect the water availability in silt for model plants, such as tomato and strawberry, and that covering the entire emitter is not necessary. Partially covering the emitter allows one to maintain the emitter much more easily compared to the original fully-covered emitter.
4. Summary and conclusions
The experimental results showed that water moved radially around the emitter in silt, while downward water movement was dominant in sand when water was applied using the buried ring-shaped emitter. The difference in the flow pattern can be attributed to the difference in the macroscopic capillary length of the soil, which can be interpreted as a measure of the contribution of capillarity as opposed to gravity’s effect on unsaturated water movement. HYDRUS, a model simulating variably-saturated water flow in porous media, was then calibrated using the experimental data collected from the experiments with the 1-cm inlet pressure head. The calibrated soil hydraulic parameters were used to simulate changes in soil water contents (SWCs) for the experiments with the 5-cm inlet pressure head. While SWCs were predicted well for silt, SWCs above the buried emitter were overestimated and those directly below the emitter were underestimated for sand. Although the fitted saturated hydraulic conductivity for sand was too small, this result indicates that downward water movement was predominant, suggesting the occurrence of preferential flow.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1.مقدمه
2. مواد و روش ها
2.1 آزمایشات آزمایشگاهی با استفاده از آب پخش کن حلقه ای
2.1 حالت جذب ریشه در HYDRUS
2.3 ارزیابی پارامتر هیدرولیک خاک
2.4 تحلیل عددی ساختارهای جایگزین آب پخش کن
3.نتایج و بحث
3.1آزمایشات آزمایشگاهی
3.2 محاسبات مدل
3.3 تاثیر طراحی های جایگزین آب پخش کن ها بر دینامیک های آب خاک
4. جمع بندی و نتیجه گیری ها
ABSTRACT
1. Introduction
2. Materials and methods
2.1. Laboratory experiments with the ring-shaped emitter
2.2. Root water uptake mode in HYDRUS
2.3. Soil hydraulic parameter estimation
2.4. Numerical analysis of alternative emitter configurations
3. Results and discussions
3.1. Laboratory experiments
3.2. Model calibration
3.3. The effect of alternative emitter designs on soil water dynamics
4. Summary and conclusions
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه