عنوان

شبیه سازی توزیع رطوبت در انواع بافت خاک تحت جریان های متفاوت از یک منبع نقطه ای با استفاده از روش تحلیل گشتاور

پ۲۷۸۴۴

per

شبیه سازی توزیع رطوبت در انواع بافت خاک تحت جریان های متفاوت از یک منبع نقطه ای با استفاده از روش تحلیل گشتاور

علی نوری

کشاورزی

۱۴۰۱

۱۰۸ص.

سی دی

کارشناسی ارشد

مهندسی آب گرايش آبیاری و زهکشی

۱۴۰۱/۰۹/۲۱

به منظور طراحی یک سامانه آبیاری قطره¬ای، عوامل و پارامترهایی همچون نوع خاک و توپوگرافی منطقه، اقلیم و شرایط آب و هوایی و نوع کشت گیاه، موثر هستند تا بهترین فاصله قطره¬چکان¬ها، لوله¬های اصلی و لوله¬های فرعی در اجرای سامانه آبیاری قطره¬ای انتخاب شوند. یکی از مهمترین عوامل در طراحی سامانه آبیاری، داشتن آگاهی از الگوی حرکت جبهه رطوبتی در زیر سطح خاک می¬باشد. این عامل تعیین کننده فاصله قطره¬چکان¬هاو همچنین مشخص کننده عمق نصب لترال¬ها و معین کننده فشار کارکرد سامانه می¬باشد. برای بررسی الگوی حرکت پیاز رطوبتی، روش¬های مختلفی ابداع شده¬اند. یکی از این روش¬ها خشک کردن نمونه مرطوب خاک می¬باشد اما این روش در عین ساده بودن، زمانبر است و انجام آزمایشات متعدد بر روی انواع بافت خاک را عملا با مشکل مواجه می¬سازد. استفاده از حسگر¬های رطوبتی به منظور تخمین رطوبت موجود در بافت خاک، دیگر روش بررسی میزان رطوبت نفوذ یافته در زیر سطح خاک می¬باشد. کار با حسگر¬ها نیز در ابعاد وسیع و بافت¬های مختلف کار دشوار و پیچیده¬ای می¬باشد. روش تحلیلی گشتاور یکی از مدل¬های پرکاربرد و دقیقی است که می¬توان به کمک آن و با داشتن خصوصیات فیزیکی بافت خاک، با محاسبه گشتاور درجه اول و دوم، مقادیر رطوبت و تغییرات آن را بررسی کرد.در این پژوهش، به منظور بررسی حرکتی جبهه رطوبت زیر سطحی در انواع مختلف بافت خاک، تحت دبی کاربردی متفاوت، به کمک روش گشتاور، ابتدا شبیه¬سازی حرکت پیاز رطوبتی به کمک نرم افزار هایدروس دو بعدی انجام گرفت. در این نرم افزار شبیه¬سازی 12 نوع بافت خاک تعریف شده در زیر برنامه رزتا، تحت دبی-های 2، 4، 6 و 8 لیتر بر ساعت با هدف تغذیه اراضی به میزان 24 لیتر انجام گرفت. محدوده شبیه¬سازی برای تمامی بافت ها به جز بافت شن و رس شنی، با ابعاد 1*1 متر در نظر گرفته شد. محدوده شبیه¬سازی دو نوع بافت شن و رس شنی نیز در ابعاد 2.2*2.2 متر لحاظ گردید. پس از شبیه¬سازی مقادیر رطوبت در گره¬های مختلف، با توجه به مختصات، آن گره¬ها به فایل اکسل منتقل گردید. در این فایل محدوده لحاظ شده برای شبیه¬سازی مجددا شبکه بندی و برای مراکز هر شبکه میزان رطوبت نزدیک¬ترین گره اختصاص داده شد. با فرض اینکه درصد رطوبت لحاظ شده برای مراکز هر شبکه، متوسط رطوبت موجود در آن شبکه را نشان می¬دهد محاسبات گشتاور¬ها (σ_z، 〖،σ〗_x σ_0،z_c، x_c) برمبنای جرم آب اضافه شده تا آن زمان به انجام رسید. نتایج حاصل از این بررسی¬ها نشان داد که با استفاده از روش تحلیل گشتاور می¬توان موقعیت مرکز جرم آب توزیع شده در خاک، تغییرات جبهه رطوبتی نسبت به محور x و z را بدست آورد. سپس روابطی برای محاسبه تغییرات پیاز رطوبتی نسبت به مرکز، ارائه گردید و همچنین با بررسی آماری روابط ارائه شده، میزان دقت روابطه ارائه شده مورد بررسی قرار گرفت. برای تمامی بافت¬ها به جز بافت رس شنی و شنی، رابطه منحصر به فردی برای هر کدام از دبی¬های کاربردی 2، 4، 6 و 8 لیتر بر ساعت ارائه گردید. دقت روابط حاصله با معیار¬های آماری مورد ارزیابی قرار داده شد که بجز برای دو بافت¬ شنی و رس شنی، دقت آنها در سطح قابل قبول برآورد گردید. در ادامه برای ارزیابی دقت روش روش آنالیز گشتاورها، در تعیین محدوده مرطوب شده خاک، یعنی جبهه رطوبتی، مقادیر ضریب K بهینه با حداقل سازی اختلاف مدل پیشنهادی با مدل هایدروس، بر مبنای جرم رطوبت محدوده پیاز رطوبتی در دو مدل، تعیین گردید. با کاربرد ضریب K بهینه معادله بیضی نشان دهنده محدوده پیاز رطوبتی رسم گردید که دقت مطلوبی را در مقایسه با نتایج حاصل از نرم¬افزار هایدروس نشان داد و قابلیت خوب مدل پیشنهادی را تایید نمود.

AbstractIn order to design a drip irrigation system, factors and parameters such as the type of soil and topography of the region, climate and weather conditions and the type of plant cultivation are effective for choosing the best distance of drippers, main pipes and pipes, in the implementation of the drip irrigation system. One of the most important factors in designing an irrigation system is knowing about the movement pattern of the moisture under the soil surface. This factor determines the distance of the emitters and also determines the installation depth of the laterals and determines the operating pressure of the system. Various methods have been devised to investigate the movement pattern of the moisture bulb. One of these methods is to dry the wet soil sample, but this method, while being simple, is time-consuming and makes it difficult to conduct numerous tests on all types of soil texture. Using moisture sensors to estimate the moisture in the soil texture is another way to check the amount of moisture penetrated under the soil surface. Working with sensors is also a difficult and complex task in large dimensions and different textures. The moment analysis method is one of the widely used and accurate models that can be used to check the moisture values and its changes by having the physical characteristics of the soil texture and calculating the first and second order torque. In this research, in order to investigate the movement of the subsurface moisture in different types of soil texture, under different application flow rates, with the help of the moment method, the simulation of the movement of the moisture bulb was done with the help of Hydrus two-dimensional software.In this software, the simulation of 12 types of soil texture defined under the Rosetta program was carried out under flow rates of 2, 4, 6 and 8 liters per hour with the aim of feeding the land with the amount of 24 liters. The simulation range for all textures except sand and sandy clay textures was considered with dimensions of 1 x 1 m. The simulation range of two types of sand and sandy clay texture was also included in the dimensions of 2.2 x 2.2 meters. After simulating the humidity values in different nodes, according to the coordinates, those nodes were transferred to the Excel file. In this file, the range considered for the simulation was re-gridded and the moisture level of the nearest node was assigned to the centers of each grid. Assuming that the percentage of humidity considered for the center of each network shows the average humidity in that network, the calculations of moments (σ_z,〖،σ〗_x,σ_0,z_c,x_c) based on the mass of water added up to that time, done. The results of these investigations showed that by using the moment analysis method, the position of the center of mass of water distributed in the soil, the changes of the moisture front in relation to the x and z axis can be obtained. Then, relationships were presented to calculate the changes of the moisture bulb relative to the center, and also the accuracy of the relationship was evaluated by statistical analysis of the provided relationships. For all textures, except sandy and sandy clay texture, a unique relationship was presented for each of the applied flow rates of 2, 4, 6 and 8 liters per hour. The accuracy of the obtained relationships was evaluated with statistical criteria, except for two textures of sand and clay, their accuracy was estimated at an acceptable level. Next, to evaluate the accuracy of the moment analysis method, in determining the moistened range of the soil, the optimal K coefficient values were determined by minimizing the difference between the proposed model and the hydrous model, based on the moisture mass of the moisture onion range in the two models. By using the optimal K coefficient, the elliptic equation representing the range of the humidity bulb was drawn, which showed good accuracy compared to the results obtained from Hydrus software and confirmed the good capability of the proposed model.

Simulating Moisture Distribution in different Soil Textures Under a Point Source with Different Inflow Rates Using Momentum Analysis

‏نوری،

‏علی

تهیه کننده

‏ اشرف صدرالدینی،

صمدیان فرد،

‏ سید علی

‏ سعید

استاد راهنما

استاد مشاور

‏ تبریز