پایان نامه ارشد کشاورزی گرایش آبیاری و زهکشی: ارزيابي هم‌خانواده‌هاي نفوذِ جديد در آبياري جويچه‌اي

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته کشاورزی

گرایش : آبیاری و زهکشی

عنوان : ارزيابی هم‌خانواده‌های نفوذ جديد در آبياری جويچه‌ای

دانشگاه صنعتی اصفهان

دانشکده کشاورزی

پایان نامه کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی

عنوان:

ارزيابي هم‌خانواده‌هاي نفوذِ جديد در آبياري جويچه‌اي

اساتید راهنما:

دکتر عليرضا سلطاني تودِشکي

دکتر محمد شايان‌نژاد

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فهرست مطالب……………………….. هشت

فهرست شکل­ها ……………………..ده

فهرست جدول­ها…………………….. یازده

چکيده……………………… 1

فصل اول: کليات و اهداف پژوهش

1-1-نفوذ……………………… 3

1-1-1- معادله‌های نفوذ……………………… 3

1-1-2- معادلات بازبینی‌شدة گروه‌هاي نفوذ NRCS………………………

1-3- اهداف طرح………………………. 5

فصل دوم: مقدمه و بررسی منابع

2-1- معادلات نفوذ در آبیاری سطحی………………………. 6

2-2- سیر تکاملی ارائه معادلات و هم‌خانواده‌های نفوذ در آبیاری سطحی…………. 7

2-3- اصلاح معادله نفوذ برای آبیاری جویچه‌ای………………………. 8

2-4- دلایل اصلاح هم‌خانواده‌های نفوذ……………………… 9

2-5- توسعه هم‌خانواده‌های نفوذ جدید براساس جویچه…………… 11

2-5-1- داده‌های مرجع آبیاری جویچه‌ی………………………. 11

2-5-2- ارائه معادلات نفوذ گروه‌بندی‌شده……………………… 12

2-6- عوامل مؤثر بر نفوذ در آبیاری جویچه‌ای………………………. 14

2-6-1- تاثیر محیط خیس‌شده بر مقدار نفوذ……………………… 14

2-6-2- تاثیر ضریب زبری بر مقدار نفوذ……………………… 16

2-6-3- تاثیر شیب زمین بر مقدار نفوذ……………………… 17

2-6-4- تاثیر رطوبت اولیه خاک بر مقدار نفوذ……………………… 17

فصل سوم: مواد و روش‌ها

3-1- مشخصات منطقه……………………… 19

3-2- اندازه‌گیری و جمع‌آوری اطلاعات……………………….. 19

3-2-1- آماده‌سازی زمین………………………. 19

3-2-2- تعیین بافت خاک………………………… 20

3-2-3- تعیین رطوبت خاک………………………… 20

3-2-4- انتقال آب به ابتدای جویچه و تعیین دبی جریان………………………. 20

3-2-5- دستگاه مقطع‌سنج جویچه……………………… 21

3-3- اجرای آزمایش………………………… 22

3-4- روش بدست آوردن سطح مقطع جویچه……………………… 22

3-5- روش محاسبه نفوذ پایه……………………… 24

3-5-1- برآورد نفوذ نهائی با استفاده از بافت خاک………………………… 24

3-5-2- برآورد نفوذ نهائی با استفاده از شدت نفوذ 6 ساعته……………………… 25

3-5-3- برآورد نفوذ نهائی با استفاده از معادله توانی ساده……………………… 25

3-5-4- برآورد نفوذ نهائی با استفاده از برازش انتهائی………………………. 25

3-5-5- برآورد نفوذ نهائی با استفاده از روش ورودی-خروجی………………………. 26

3-6- برآورد معادلات هم‌خانواده‌های نفوذ……………………… 26

3-7- مقایسه داده‌های شدت نفوذ نهائی و عمق نفوذ آب در تیمارهای مختلف……….. 26

فصل چهارم: نتایج و بحث

4-1- مقدار رطوبت خاک پیش از آبیاری ها…………………….. 27

4-2- شدت نفوذ نهائی تعديل‌نشده……………………… 29

4-3- شدت نفوذ نهائی تعدیل‌شده با استفاده از معادلات NRCS………………………

4-4- میانگین عمق آب نفوذیافته در زمان آزمایش………………………… 35

4-5- تحلیل آماری داده‌های حاصل از روش ورودی- خروجی…………………………….. 38

4-6- تحلیل آماری عمق نفوذ متوسط برآورد شده با معادلات SCS (روش ورودی-خروجی)…… 38

4-7- مقایسة فرآیند نفوذ در اثر اعمال تیمارهای رطوبتی……………………. 39

فصل پنجم: نتیجه‌گیری کلی و پیشنهادها

5-1- نتيجه‌گيري کلي………………………………………. 43

5-2- پيشنهادها……………………………………………… 44

فهرست منابع……………………………. 45

چکیده:

نفوذ آب به خاک یکی از فرآیندهای مهمّ در مدیریت آبیاری است. معادلات مختلفی برای تخمین مقدار نفوذ توسعه یافته‌اند. یکی از اینها، معادله‌های نفوذ گروه‌بندی‌شده منتسب به سازمان حفاظت منابع طبیعی (حفاظت خاک) امریکا می‌باشد، که به تازگی برای آبیاری سطحی بازبینی شده است. در عین حال، عامل موثر رطوبت اولیه خاک بر نفوذ، در معادلات جدید تبیین نشده است. در این پژوهش سعی بر آن شد که تأثیر رطوبت اولیه خاک بر فرآیند نفوذ که با معادلات NRCS برآورد شده‌اند، مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور یک طرح کاملاً تصادفی با نُه کرت (سه تیمار و سه تکرار) اجرا شد. برای ایجاد رطوبت‌های اولیه متفاوت، هر کرت در پنج نوبت با فواصل پنج، هفت و نُه روز آبیاری شد. در هر کرت سه جویچه به طول 30 متر و عرض 60 سانتی‌متر ایجاد و به منظور اعمال شرایط واقعی در مزرعه دو جویچه جانبی برای هر جویچه اصلی در نظر گرفته شد. مقادیر نفوذ نهایی براساس بافت خاک و همچنین با استفاده از چهار روش شامل شدت نفوذ شش ساعته، معادله توانی ساده، برازش انتهایی و روش ورودی- خروجی به‌دست آمد. نتایج نشان داد شدت نفوذ نهائی بسته به روش تعيين آن، دارای مقادیر متفاوت بوده و تأثیر رطوبت‌های اولیه نیز بر آنها متفاوت می‌باشد؛ بگونه‌ای که کمترین تأثیر رطوبت اولیه بر روش ورودی-خروجی بود. همچنین گرچه تاثیر رطوبت اولیه خاک بر عمق نفوذ حاصل از روش‌های مذکور در بازه‌های زمانی مختلف معنی‌دار نبود اما مقدار عمق برآورد شده با روش‌های مختلف، مساوی نبوده و دارای اختلاف معنی‌دار با یکدیگر بودند.

فصل اول

کلیات و اهداف پژوهش

افزایش تولید محصولات زراعی در بیشتر کشورها تا قبل از دهه 1950، بخاطر افزایش و توسعه سطح زیر کشت انجام گرفته است، ولی از این دهه به بعد، قسمت عمده افزایش تولید در کشورهای پیشرفته متکی بر افزایش محصول در واحد سطح بوده است. از جمله عوامل مهم در افزایش راندمان تولید در واحد سطح، استفاده صحیح از آب است. در مناطق خشک و نیمه‌خشک، مانند کشور ایران، علاوه بر ارزش آب به عنوان یک عامل محدودکننده تولیدات کشاورزی، معمولاً هزینه استحصال آب نیز نسبت به نقاط مرطوب زیادتر است، و لذا خود عاملی بر اهمیت مصرف آب است ]11[.

میانگین بارندگی ایران کمتر از یک سوم میانگین بارندگی دنیا است. پائین بودن بارندگی سالیانه و عدم توزیع مناسب آن در طول سال باعث می‌گردد که انجام صحیح آبیاری یکی از ملزومات کشاورزی در ایران باشد. از طرفی، افزایش جمعیت و نیاز روزافزون مردم به مواد غذائی، یک افزایش دائمی در مورد مصرف آب در کشاورزی ایجاد کرده است. صرفه‌جویی آب در کشاورزی از این جهت دارای اهمیت است که دوسوم تمام آب رودخانه‌ها، دریاچه‌های آب شیرین و آبخوانهای زیرزمینی در سطح جهانی به مصرف آبیاری می‌رسد. اما به عللی از قبیل تبخیر شدید در مناطق خشک و نیمه‌خشک، تلفات توزیع آب، ناهموار بودن سطح زمین و انتخاب نامناسب روش آبیاری، راندمان آبیاری به طور میانگین کمتر از40 درصد است. بنابراین در صورت بهبود و مدیریت هرکدام از عوامل فوق، می‌توان در مصرف آب صرفه‌جویی کرد و زمین‌های زیادتری را به زیر کشت برد ]11[.

در این میان، شناخت عوامل مؤثر مانند نفوذ و کاهش تلفات و افزایش بازده آبیاری از این طریق، یکی از گام‌های اساسی در افزایش بهره‌وری از منابع آب و خاک، افزایش تولیدات و توسعه کشاورزی بحساب می‌آید.

1-1- نفوذ

یکی از خصوصیات فیزیکی خاک نفوذ آب به داخل خاک می‌باشد. نفوذ برحسب تعریف عبارت از وارد شدن آب از سطح زمین به داخل خاک است. سرعت وارد شدن آب به خاک یا به عبارت دیگر شدت نفوذ آب نیز از متغیرهای بسیار مهم در طراحی آبیاری و حتی انتخاب نوع سامانه است. بنابراین شدت نفوذ آب را می‌توان مهمترین مشخصه فیزیک خاک در آبیاری دانست ]13[.

آب ممکن است به صورت عمودی در خاک نفوذ کند، مانند حالتی که در آبیاری‌های کرتی یا نواری وجود دارد. در وضعیت‌های دیگر مانند آبیاری جویچه‌ای علاوه بر نفوذ عمودی، آب به صورت جانبی نیز در خاک نفوذ می‌کند. تفکیک این دو (نفوذ عمودی و جانبی) از یکدیگر بسیار دشوار می باشد، لذا توصیه می‌شود که اندازه‌گیری نفوذ منطبق با نوع آبیاری صورت گیرد ]13[.

1-1-1- معادله های نفوذ

برای آنکه پدیده نفوذ به صورت نظری توصیف شود و بتوان در مدل‌های طراحی سیستم‌های آبیاری از آن استفاده شود، معادله‌های مختلفی ارائه شده است. تعداد این معادله‌ها نسبتاً زیاد است که پاره‌ای از آنها بسیار پیچیده‌اند به طوری که حل آنها بدون استفاده از ماشین‌های محاسب عملی نیست اما تعدادی معادله ساده نیز توسط متخصصان ارائه شده است. یکی از این معادله‌ها، معادلات گروه‌بندي‌شده می‌باشد ]12و 13[.

مطابق شواهد موجود، تاريخچة اين گروه‌بندي به دهة 1950 برمي‌گردد كه طي آن سازمان حفاظت خاك وزارت کشاورزي امريکا[1] (SCS) تلاش همه‌جانبه‌اي را براي ارائة روابط كلّي نفوذ جهت طراحي و ارزيابي آبياري سطحي شروع كرد. محقّقين بدنبال معادلاتي بودند كه بتوان بدون استفاده از اندازه‌گيري مزرعه‌اي، آنها را ارائه داد. اين پيگيري‌ها منجر به ارائة منحني‌هاي نفوذ در آبياري نواري در سال 1974 و جويچه‌اي در سال 1984 گرديد ]2[. معادلات نفوذ مذكور بصورت نمودارهاي شماره‌دار (معروف به خانواده‌هاي نفوذ[2]، IF) ارائه شد كه هر شماره تقريباً برابر سرعت نفوذ نهائي بر حسب اينچ ‌در ساعت است.

پاية اطلاعاتي اين معادلات، يک‌سري آزمايش‌هاي «استوانه‌هاي نفوذ» در مناطق مختلف بوده است. بر اين داده‌ها معادلة «تواني ساده» (كاستياكف) برازش يافته و شدت نفوذ پاية هر سري (بر اساس زمان رسيدن تغييرات شدت نفوذ در فاصلة يك‌ساعت به 10 درصدِ شدت نفوذ) محاسبه شد. اين داده‌ها به 10 گروه تقسيم گشتند كه وجه مشترك در هر گروه، «شدت نفوذ پايه» بود. اين تابع تا سال 1994 به عنوان هم‌خانوادة نفوذ سازمان حفاظت خاك (SCS) و از 2004 با نام هم‌خانوادة نفوذ سازمان حفاظت و منابع طبيعي[3] (NRCS) شناخته مي‌شده است ]2[.

خانواده‌هاي نفوذ نقطة شروعي براي طراحي و ارزيابي سامانه‌هاي آبياري سطحي بود. با اين‌حال، پس از چندين دهه كاربرد اين معادلات، بدليل ضعف‌هاي مشاهده شده در خانواده‌هاي نفوذ اوليه، از جمله: تفاوتِ شرايط واقعي در آبياري سطحي (حركت آب) با شرايط استخراج معادله (حالت استغراقي ساكن در استوانه‌هاي نفوذ)، عدم‌لحاظ دقيقِ شرايط آبياري اوّل در مزرعة تازه شخم‌خورده، متغيّربودن مقدار ثابت معادلة نفوذ و وابستگي آن به زمان و به نوع خاك، . . . ، نياز به بازبینی اين معادلات با لحاظِ تجربيّات سه دهه كارهاي مطالعاتي احساس شد ]2[.

2-1-1- معادلات بازبینی‌شدة گروه‌هاي نفوذ NRCS

سري جديد گروه‌هاي نفوذ بر اساس داده‌هاي نسبتاً مناسب و خوب مزرعه‌اي (عمدتاً ‌جويچه‌اي) توسعه يافته است، كه از نقاط ‌قوّت معادلات اصلاح‌شده محسوب مي‌گردد. این معادلات، در قالب «تواني چندجمله‌اي» و مشابه كاستياكف- لوئيس تنظيم شده‌اند.

به منظور توسعه هم‌خانواده‌های نفوذ برای آبیاری جویچه‌ای، داده‌های موجود به مجموعه آزمایش‌های جریان پیوسته برای اولین آبیاری و آبیاری‌های بعدی و جریان موجی برای اولین آبیاری و آبیاری‌های بعدی تقسیم شدند. از آنجایی که میزان تغییرات بسیار زیاد بوده و ممکن بود کاربر با مشکلاتی در استفاده از هم‌خانواده‌های نفوذ مواجه شود و نیز برای زمانی که داده‌های واقعی موجود نیستند، تصمیم گرفته شد تا به عنوان یک نقطه شروع، هم‌خانواده‌های نفوذ به صورت توابعی از جریان پیوسته برای اولین آبیاری لحاظ شوند. مسلماً این اقدام از انعطاف‌پذیری زیادی برای کاربران برخوردار است ]2[.

در حقيقت، گروه‌هاي نفوذ جديد شامل يك سري معادلات مربوط به «سامانه‌هاي جويچه‌اي» و برايِ «آبياري اوّل» با «شدت جريان ورودي ثابت» مي‌باشد. بر اين اساس، پس از انتخاب شماره گروه مطلوب، ضرائب معادلة متناظر با شرايط آبیاری، با تعديل ضرائب شرائط استاندارد بدست مي‌آيند. در فصل بعد به توضیح این روش پرداخته می‌شود ]2و38[.

در این پژوهش، با توجه اهمیّت کاربرد معادلات گروه‌بندی‌شدة نفوذ (به ویژه در شرایطی که اطلاعات کافی مزرعه‌ای در دسترس نمی‌باشد)، و همچنین عدم‌لحاظ شرایط رطوبتی خاک در معادلات مرجع و عدم‌‌لحاظ آن برای تعدیل معادلات مرجع، موضوع رطوبت اولیة خاک مورد توجه قرار گرفت.

[1] Soil Conservation Service of the US Department of Agriculture

[2] Infiltration families

[3] Natural Resources and Conservation Service of the US Department of Agriculture

تعداد صفحه : 61

14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :              [email protected]