عوامل موثر بر شکل خیس شدگی خاک در آبیاری قطره ای

در طراحی بهینه آبیاری قطره ای، محاسبه موقعیت جبهه رطوبتی نسبت به منبع تغذیه و یا به عبارتی شکل پیاز رطوبتی حائز اهمیت است .

---

چکیده:
در طراحی بهینه آبیاری قطره ای، محاسبه موقعیت جبهه رطوبتی نسبت به منبع تغذیه و یا به عبارتی شکل پیاز روطبتی حائز اهمیت است . الگوی خیس شده به دبی قطره چکان ، حجم آب خروجی ، بافت، ساختمان و شیب زمین بستگی دارد.
مقدمه:
آبیاری قطره ای به دلیل بازده بالا، روش مناسب آبیاری در بسیاری از مناطق دارای منابع آبی کم و با کیفیت پایین است و گاه در اراضی شیب دار تنها روش آبیاری مقرون به صرفه قابل اجرا است. رسیدن به حداکثر بازده در آبیاری قطره ای مانند هر روش آبیاری دیگری مستلزم شناخت و تخمین مناسب تمامی خصوصیات و عوامل موثر آن است. پیاز رطوبتی یا الگوی خیس شدن پروفیل خاک توسط یک منبع نقطه ای سهم به سزایی در طراحی آبیاری قطره ای دارد. از پارامترهای مهم در طراحی مناسب، تعیین و اندازه گیری جبهه رطوبتی در پروفیل خاک است. شکل پیاز رطوبتی به عوامل مختلفی نظیر بافت، لایه بندی، ساختمان خاک، دبی قطره چکان، رطوبت اولیه خاک و شیب زمین بستگی دارد. بررسی های گسترده ای برای تخمین ابعاد خیس شده در ابیاری قطره ای انجام شده است.
فیلیپ با حل معادله ریچارد روابطی تحلیلی برای ابعاد جبهه رطوبتی ارادئه داد. چوو با استفاده از مدل سه بعدی گرین آمپت و دبی ثابت که برابر با متوسط نفوذ پذیری خاک است رابطه ای برای بدست آوردن عمیق و قطر خیس شده خاک ارائه داده است که تابع شعاع خیس شده و شعاع ناحیه اشباع در سطح و همچنین زمان نفوذ است.
زور (1996) برای زمین مسطح با انطباق حجم خاک مرطوب شده در زیر قطره چکان به یکی از اشکال هندسی تعریف شده در ریاضی مدلی را ارائه داده است. وی حجم خاک مرطوب شده در زیر قطره چکان را پس از گذشت 24 ساعت از آبیاری برابر با حجم حاصل از دوران بیضی سربریده حول قطر بزرگ آن (عمق خاک مرطوب شده حاصل از حجم مشخص آب) فرض کرد و معادله ای برای حجم بیضی گون ارائه داد. سپاسخواه و چیت ساز (1383) ابعاد خیس شده خاک را با استفاده از آنالیز سه بعدی گرین آمپت برای 6 نوع خاک به دست /اورده اند. رابطه ارائه شده تابع هدایت هیدرولیکی اشبع، دبی قطره چکان، اختلاف رطوبت در خاک و زمان است. همچنین از شکل کره سربریده برای شبیه سازی بخش خیس شده خاک، بلافاصله بعد از آبیاری، استفاده کرده اند. فلچر و ویلسون (1993) بیان می کنند که شکل و اندازه پیاز رطوبتی بیش از آن که تابع دبی قطره چکان باشد تحت تاثیر حجم آب به کار رفته است. توربون و همکاران (2003) به ذکر این نکته پرداختند که حرکت روبه بالای آب در آبیاری زیر سطحی ، موجب کاهش عمق و قطر خیس شدگی در پیاز رطوبتی می شود. در زمینه ابعاد خیس شدگی در اراضی شیب دار تحقیقات زیادی صورت نگرفته است. هوور (1985) با بررسی توزیع رطوبت در اراضی شیبدار متوجه شد که در دامنه های شیبدار در هنگام آبیاری ، مولفه افقی جریان که به صورت سطحی یا زیرسطحی حادث میشود، غالب بوده مولفه عمودی با افزایش شیب کاهش می یابد. فیلیپ و نایت (1997) روابطی تحلیلی برای جریان پایدار در مرزهای شیب دار ارائه دادند. در روابطی که برای منبع نقطه ای در سطح و زیر سطح خاک ارائه شده است فرض شده که گسترش رطوبت در جهت نیروی ثقل صورت می پذیرد.
شریف بیان الحق (1376) در تحقیق در 4 بافت خاک با شیب های صفر 2،5و10 درصد و بکار بردن سه دبی 4و8و12 لیتر در ساعت این مزادع به اندازه گیری انحراف بخش مرطوب دشه در اثر شیب پرداخت. همچنین اثر بافت بر عمق و قطر خیس شده خاک بررسی شد. تیشه زن و موسوی (1385) به بررسی پیشروی جبهه رطوبتی تحت منبع نقطه ای در خاکهای مطابق با سطوح شیب دار پرداختند.
نتایج و بحث:
تاثیر شیب زمین بر گسترش پیاز رطوبتی: مکش خاک در بالا دست و پایین دست قطره چکان موجب گسترش پیاز رطوبتی می شود اما نیروی ثقل در پایین دست موجب افزایش و در بالادست موجب کاهش گستردگی رطوبت می شود. با توجه به نظر توربرن و همکاران (2033) می توان نتیجه گرفت که وقتی قطره چکان روی سطح شیب دار قرار میگیرد علاوه بر اثر بازدارنده ثقل، حرکت روبه بالای آب در اثر مکش خاک نیز از گستردگی افقی رطوبت در این ناحیه می کاهد.
عموما با افزایش شیب، افزایش نسبی خیس شدگی در پایین دست و کاهش در بالادست اتفاق افتاده است (به جز دومورد از دصد افزایش در پایین دست و یک مورد در بالادست) . اندازه گیری رطوبت نشان داد که عدم تقارن رطوبت در دو طرف قطره چکان ، عمود بر جهت شیب موجب شده که روند افزایش خیس شدگی در پایین دست و کاهش آن در بالادست، در اثر شیب مطابق انتظار نباشد. این امر می تواند به علت به وجود آمدن جریان ترجیحی از نافذ درشت خاک باشد.
تاثیر زمان آبیاری بر گسترش پیاز رطوبتی: روند گستردگی پیاز رطوبتی با افزایش زمان، به علت کاهش شیب هیدرولیکی ، سیر نزولی دارد .
تاثیر دبی قطره چکان در گسترش پیاز رطوبتی: افزایش دبی باعث گستردگی پیاز رطوبتی می شود و با افزایش شیب این گستردگی بیستر در جهت شیب خواهد بود.
تاثیر دبی قطره چکان و زمان آبیاری با شیب ثابت و حجم آب کاربردی یکسان در گسترش رطوبت: در حجم اب کاربردی یکسان با افزایش دبی، آب فرصت کمتری برای نفوذ پیدا کرده در نتیجه گستردگی بیشتری در سطح خاک پیدا می کند. بنابراین خیس شدگی در جهت افق افزایش می یابد و از عمق خیس شده کاسته می شود.
انحراف محور پیاز رطوبتی از محور قطره چکان در زمین شیب دار:مقطع پیاز رطوبتی در جهت شیب، در زمین شیبدار از حالت دایره به بیضی تبدیل می شود. مرکز این بیضی با اقزایش شیب از محل قطره چکان فاصله می گیرد.
مقدار این فاصله (موازی با سطح) از معادله 1 و با میانگین گیری وزنی محاسبه می شود. L=(∑▒_((L_i × a_(i)) ) )/(∑▒a_i )
علت استفاده از میانگین وزنی در نظر گرفتن اندازه قطر خیس شده در هر مقطع در محاسبه L است.L=R_(so×sin⁡2a )
با بررسی داده ها به روش آزمون- خطا بهترین تخمین برای انحراف از محور قطره چکان از معادله تجربی زیر بدست می آیدکه در آن L انحراف مرکز بیضی از محور قطره چکان ( در راستای شیب) Rso شعاع خیس شدگی در سطح شیب صفر a زاویه سطح شیب دار با افق
مزیت ارائه رابطه ای بر اساس Rsoآن است که اثر دبی و زمان درآن لحاظ شده است و در رابطه L تنها اثر شیب بررسی می شود.برای بررسی دقیق تر به جای استفاده از جبهه رطوبتی تقریبا در رطوبت پژمردگی (11% حجمی) قرار داشت . رطوبت حد ظرفیت زراعی در این خاک 21% حجمی اندازه گیری شد. اگر تخلیه مجاز رطوبتی (MAD) 50% در نظر گرفته شود حداقل رطوبت مطلوب گیه 16% درصد حجمی خواهد بود. بنابراین خط هم رطوبت 16% به عنوان مرز در نظر گرفته شد و میانگین گیری وزنی به طریق فوق تکرار شد.
اگر تقارن برای پیاز رطوبتی مورد توجه باشد و مرز خیس شده (رطوبت پژمردگی) لحاظ باشد از معادله 2 و اگر تقارن حد مجاز رطوبت مناسب برای گیاه مورد نظر باشد معادله 3 میتوان استفاده کرد.
نتیجه گیری:
به طور کلی در اثر شیب ، پیاز رطوبتی به سمت پایین دست منحرف و یا کشیده تر می شود. در سطح شیب دار ، خیس شدگی به طور کامل در امتداد ثقل نیست.
برای خاک مورد آزمایش در این بررسی (لوم رسی سیلتی،silty Clay Loam) در اراضی شیب دار توصیه می شود قطره چکان در فاصله ای بالاتر از بوته گیه قرار بگیرد (از قراردادن آن در پای گیاه خودداری شود) در روابط ارائه شده برای تخمین این فاصله (L) ضریب a(2و5/0) مقادیر تجربی برای همین خاک است و در مناطق دیگر باید مورد بررسی قرار گیرد.
به علت توزیع رطوبت خاک به صورت غیر یکنواخت خطا در روش اندازه گیری و تخمین انحراف محور خیس شدگی بیشتر است. میانگین خطای نسبی به ترتیب 23/0 و 31/0 است. همچنین اندازه گیری ابعاد جبهه رطوبتی آسانتر از ارزیابی رطوبت است. به همین دلیل توصیه می شود که در تحقیقات آتی از روش اول استفاده شود.

گروه آبیاری فاطر  www.fater-co.com