نموذج ثلاثى الأبعاد لمحاکاة تسرب وإعادة توزیع میاه الرى بالخطوط

نوع المستند : Original Article

المؤلف

مدرس الهندسة الزراعیة – قسم الهندسة الزراعیة- کلیة الزراعة– جامعة الإسکندریة، مصر.

المستخلص

العدید من الدراسات التی أجریت على الری السطحى إهتمت بهدرولیکا الرى السطحى وکفاءة توزیع المیاه معتمدة على معادلات تسرب المیاه دون النظر الدقیق إلى توزیع الرطوبة تحت سطح التربة على أعماق و أزمنة مختلفة من زمن الرى، مع العلم أن تلک المستویات من الرطوبة هی التى تتحکم فى التوازن المائى بالتربة والتى تحدد مدى إتاحة المیاه والعناصر الغذائیة الهامة لنمو النبات کما تؤثر على معدل أداء الکائنات الحیة الدقیقة والتفاعلات الکیمیائیة والتأثیر الحرارى والترکیب الغازى تحت سطح التربة، ویرجع ذلک لصعوبة تتبع توزیع الرطوبة أثناء عملیة الرى وخلال الفترة بین الریات على أعماق وأبعاد مختلفة من طول الخط ، وإنطلاقاً من هذا الهدف فقد تم بناء نموذج ریاضى ثلاثى الأبعاد یحاکى تسرب وإعادة توزیع الرطوبة تحت سطح التربة على أعماق وأبعاد مختلفة على طول الخط وأزمنة مختلفة من زمن الرى تحت نظام الرى بالخطوط المستمر والمتقطع. وقد تم إستنتاج معادلات النموذج الریاضى ثلاثى الأبعاد على أساس الإتزان الکتلى ومبدأ تدفق جهد الشد الرطوبى Matric flux potential والتى قد تم حلها عددیا مستخدما طریقة الفروق المتناهیة الصغر مع طریقة نیوتن رافسون لتقدیر جهد الشد والمحتوى الرطوبى عند کل نقطة فى شبکة ثلاثیة الأبعاد والتى تصف قطاع التربة تحت خطوط الرى.  ولتقییم هذا النموذج الریاضى والتحقق من دقة توقعه بازمنة التقدم والانحسار وبالاعماق المتسربة تحت سطح التربة لاى نوع من الاراضى، تم تطویر النموذج بما یتلائم مع نظام الرى المتقطع والتاکد من صحة النموذج لکل من الرى المستمر والمتقطع. کذلک تم التنبؤ بکفاءة استخدام الماء باستخدام النموذج الریاضى وعمل اتزان حجمى لکمیة المیاة الداخلة والمتسربة والمفقودة فى الجریان السطحى والمحتوى الرطوبى تحت سطح التربة على أعماق وأبعاد مختلفة على طول الخط وذلک بعمل تجارب حقلیة خلال قطاع التربة بمزرعة کلیة الزراعة بمنطقة أبیس

 خلال الموسم الصیفى 2006م حیث تسود الأرض الطینیة ومستوى ماء أرضى ضحل ، وقد شملت التجارب المعاملات الاتیة:1- دورات لزمن فتح وغلق الماء هى 5/5 ، 10/10 ، 15/15دقیقة ، بالاضافة الى معاملة رى مستمر للمقارنة مع الرىالمتقطع. 2- استخدام ثلاث معدلات لتصرف الماء داخل الارض وهى : 1.45 ، 1.7 ، 2.6 لتر/ث.
النتائج المتحصل علیها هى :
1-     من مقارنة النتائج المتحصل علیها من النموذج والنتائج الحقلیة وإتضح ان النموذج یحقق ما یحدث فى الطبیعة مع اختلافات بسیطة جدا نتیجة طول الخط وذلک للرى المستمر وکانت اکثر دقة بالنسبة للرى المتقطع.
2-     وجد ان الرى المتقطع افضل من الرى المستمر وذلک لان الرى المتقطع یصل فیه الماء الى نهایة الحقل فى زمن اقل یقدر بحوالى 1/2~2/3 زمن الرى المستمر وبذلک یتم توفیر کمیة الماء المستخدمة وبالتالى یحدث توفیر للطاقة.
3-     رفع کفاءة استخدام الماء للرى السطحى من 40% للرى المستمر الى اعلى من 80% للرى المتقطع حیث انه فى الرى المتقطع نصل الى نفس العمق المتسرب من الماء تحت سطح التربة والذى یصل إلیه الرى المستمر تقریبا ولکن فى الرى المتقطع نصل لهذا العمق فى زمن أقل. کما وجد أن تخفیض زمن دورة فتح وغلق الماء تزید من کفاءة إستخدام الماء وذلک لأن زیادة الزمن للدورة تصل بالرى المتقطع إلى الرى المستمر ذو الکفاءة المنخفضة.

الموضوعات الرئيسية


Allen, R. and J. Musick (2001). Deep ripping and blocked furrow effects on lower 1/3 furrow irrigation infiltration. Trans. ASAE 17(1):41-48.
Awady, M. N.; A. T. Ahmed; A. G. El Kabany and D. S. Moumir. (2005). Wheat response to surge irrigation. Misr J. Ag. Eng., 22(3): 811-819.
Black, C. A., D.D. Evans, L.E. Ensminger, J. L. White, F. E. Clark and R.C. Dinauer. (1982). Methods of soil analysis. 7th Printing. The Am. Soc. of Agron. Madison, Wisc., USA.
Campbell, G. S. (1985). Soil physics with basic: Transport models for soil-plant systems. Elsevier Sci. Pub. Co., Amsterdam. 61-97.
Childs, J., W. Wallender, and J. Hopmans (1993). Spatial and seasonal variation of furrow infiltration. J. Irrig. Drain. Eng., 119(1), 74-90.
Croft, D.R., and D.G. Lilley (1977). Heat Transfer Calculations Using Finite Difference Equations. App. Sci. Pub. Ltd. London.
Elliott, R.L. and W.R. Walker (1982). Field evaluation of furrow infiltration and advance functions. Trans. ASAE, 25(2):396-400.
Gardner,W.(1958) Some steady-state solution to the unsaturated flow equ. with application evaporation from watertable. Soil Sci.85:228-232.
Gerald, C.f. and P.O. Wheatly (2003). Applied numerical analysis. 7th Ed. Addison-Wesley Publishing Co. Inc.  Menlo Park, California.
Golden Software Makers of Voxler, Strater, Surfer, Grapher, MapViewer and Didger Software (2002) surfer: contouring, girding & surface mapping. URS Corporation Mohonen, Helsinki. Finland.
Gurovich, L.A. (1992). Modeling simultaneous infiltration and surface stream advance in furrow. Presented at the 15-18 December 1992 Int. Winter Meeting by ASAE, Paper No. 922520, ASAE.
Hillel, D. (1980). Application of soil physics. Acad. Press Inc. New York.
Izuno F.T., T.H. Podmore (1985). Kinematic wave model for surge irrigation research in furrows. Trans. ASAE, 28, 1145-1150.
Kassem M. A. (2000).Comparative study for the effect of subsurface drip irrigation, surface drip irrigation and furrow irrigation systems on the growth and the yield of sunflower crop. Misr J. Ag. Eng., 17(2):319-329.
Klute. A.(ed) (1986). Methods of soil analysis. Part 1 Book series No. 9. American  Soc. Of Agron. And Soil Sci. America, Madison, Wisconsin.
Mattar, M. A. (2001). Relationship between ploughing methods and surge irrigation and its effect on water rationalization. M. Sc. Thesis, Fac. of Ag., Kafer El-Sheikh, Tant. Univ., Egypt.
Microsoft Developer Studio (1995). Fortran PowerStation 4.0. Microsoft Corporation USA. S-151 WaismanCenter, Madison, WI53705–2280.
Mjelde, J.W., R.D. Lacewell, H. Talpaz and C.R. Taylor (1990). Economics of Irrigation Management. In: Management of Farm Irrigation systems. Ed.: G.J. Hoffman, T.A. Howell and K.H. Solomon. American Society of Agricultural Engineering Monograph.
Mohamed, A.I. (2007). Rational use of surface irrigation compared to drip irrigation system. M.Sc. Th., Fac.Ag., AlexndriaUniv.
Oyonarte, N. A.; L. Mateos, and M. J. Palomo. (2002). Infiltration variability in furrow irrigation. J. Irrig. & Drain Eng. 128(1): 26–33.
Roth, R.L., D.W. Fonken, D.D. Fangmeier and K.T. Atchison (1974). Data for border irrigation models. Trans. of the ASAE. 17(1): 157-161.
Schwankl,W.and W.Wallender(1988).Zero inertia furrow modeling with variable infiltration and hydraulic characteristics. Trans. ASAE 31(5): 1470-1475.
Strelkoff, T. and F. Souza (1984). Modeling effect of depth on furrow infiltration. ASCE J. of Irrig. and Drain. Div. 110(IR4): 375-387.
Stringham, G.E. and J. keller (1979). Surge flow for automatic irrigation. Present at July meeting of the irrig. and drain. division, ASCE. 325-342.
Walker, W. R. and G.V. Skogerboe (1987). Surface irrigation , Theory and practice. Prentice-Hall New Jersey.
Walker, W.R. (1989). Guidelines for designing and evaluating surface irrigation systems. FAO Irrigation and Drainage, Paper 45.
Zapata, N. and E. Playan. (2000). Elevation and infiltration in a level basin: I. Characterizing variability. Irrig. Sci. 19(4): 155–164.
Zin El-Abedin, T.K. (1988). Surface Irrigation Simulation with Kinematic-Wave Model for Continuous and Surge Flow Regimes. M.Sc. Th., Fac.Ag., AlexndriaUniv.
Yu, F.X. and V. Singh (1990). Analitical model for furrow irrigation. J. Irrig. Drain. Eng., ASCE, 116(2): 154-170.