علوم آب و خاک

---

یک برنامه کامپیوتری (مدل) به نام SprinklerMod برای طراحی و شبیه‌سازی هیدرولیکی سیستم‌های آبیاری بارانی تهیه گردید. در این مقاله به نحوه شبیه‌سازی توزیع فشار و دبی آبپاش‌ها در طول لوله‌های فرعی پرداخته می‌شود. این مدل قادر به طراحی دو نوع لوله‌های فرعی (که استفاده از آنها در کشور متداول می‌باشد) شامل لوله‌های فرعی با آبپاش‌های ثابت و با آبپاش متحرک می‌باشد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی به صورت جدول و یا نمودار روی صفحه مانیتور قابل رؤیت است. این برنامه کامپیوتری توانایی طراحی لوله‌های فرعی با یک قطر ثابت و یا دو قطر مختلف همراه با شیب طولی یک‌نواخت و یا غیر یک‌نواخت را داراست. نمودار درصد تغییرات فشار آبپاش‌ها به ازاء قطرهای داخلی مختلف لوله فرعی توسط مدل قابل ترسیم است. از فرمول هیزن- ویلیامز برای انجام محاسبات مربوط به افت اصطکاکی استفاده شد. پارامترهای ورودی مدل شامل نوع لوله فرعی، فشار و دبی متوسط کارکرد آبپاش‌ها، فواصل قرارگیری آبپاش‌ها، فاصله اولین آبپاش تا ابتدای لوله فرعی، تعداد آبپاش‌ها، ارتفاع پایه آبپاش، ضریب افت اصطکاکی هیزن- ویلیامز و شیب طولی یا رقوم ارتفاعی لوله فرعی در محل هر آبپاش می‌باشد. شبیه‌سازی هیدرولیکی لوله فرعی به گونه‌ای صورت می‌گیرد که میانگین فشار و یا دبی آبپاش‌ها برابر با فشار و یا دبی متوسط کارکردی که توسط کاربر برای آبپاش‌ها تعیین شده، گردد. شبیه‌سازی لوله‌های فرعی با استفاده از روال‌های تکراری انجام پذیرفت. از روش حل عددی نیوتن- رافسون برای محاسبه فشار هر یک از آبپاش‌ها در لوله‌های فرعی با آبپاش متحرک استفاده گردید. برای ارزیابی مدل، نتایج حاصل از شبیه‌سازی با نتایج طراحی کلاسیک مورد مقایسه قرار گرفت. از آن جایی که معادلات لازم برای طراحی کلاسیک لوله‌های فرعی با آبپاش متحرک در منابع علمی ارائه نشده است، روابط مورد نیاز استخراج گردید. میانگین قدرمطلق درصد اختلاف نتایج محاسبه فشار مورد نیاز در ابتدای لوله‌های فرعی با آبپاش‌های ثابت با شیب‌های مختلف با یک قطر ثابت و دو قطر مختلف به ترتیب 3/0 و 7/0 درصد و در مورد لوله‌های فرعی با آبپاش متحرک برابر با 1/0 درصد به‌دست آمد.

---

تابش خورشیدی رسیده به سطح زمین در برآورد تبخیر- تعرق گیاهان و مطالعات هیدرولوژی عامل بسیار مهمی می‌باشد. به منظور برآورد مقدار تابش کل خورشیدی روزانه بر یک سطح افقی، از شبکه‌های عصبی مصنوعی و هم‌چنین از پنج مدل تجربی شامل مدل‌های فائو (نشریه 56)، هارگریوز-سامانی، محمود-هابرد، باهل و آناندل استفاده شد. داده‌های مورد استفاده از سه ایستگاه هواشناسی کرج، شیراز و رامسر که براساس طبقه‌بندی اقلیمی دومارتن به‌ترتیب دارای اقلیم‌های خشک، نیمه‌خشک و بسیار مرطوب می‌باشند و مقدار تابش کل خورشیدی روزانه در این سه ایستگاه به‌صورت روزانه ثبت می‌شود در دوره آماری 1985 تا 1990 (6 سال) انتخاب شدند. دقت مدل‌های مذکور در هر یک از سه ایستگاه بررسی شدند. از بین تمام مدل‌های استفاده شده برای تخمین تابش کل خورشیدی روزانه، مدل شبکه عصبی مصنوعی با ورودی‌های ساعات آفتابی روزانه و حداکثر ساعات آفتابی روزانه در هر سه ایستگاه کرج، شیراز و رامسر به‌ترتیب با ریشه متوسط مجذور خطا برابر 08/2، 85/1 و 05/2 مگاژول بر مترمربع در روز بهترین مدل‌ها بودند. بعد از آن مدل فائو (نشریه 56) که تابش کل خورشیدی را براساس پارامتر ساعات آفتابی تخمین می‌زند، از بیشترین دقت برآورد برخوردار بود. در مقابل مدل‌های ذکر شده، مدل‌های‏‏ شبکه‌های عصبی مصنوعی با پارامترهای ورودی دمایی (دمای حداقل و حداکثر) و هم‌چنین مدل‌های هارگریوز- سامانی، آناندل و محمود-هابرد که مدل‌های‏‏ دمایی هستند، از دقت کمتری برخوردارند و جهت تخمین تابش کل خورشیدی به‌صورت روزانه مناسب نمی‌باشند

---

یکی از مهم‌ترین عوامل آلودگی منابع آب، مصرف کودهای نیتروژنی در بخش کشاورزی است. مدل‌های گیاهی با قابلیت شبیه‌سازی آبشویی نیترات و تعیین سرنوشت نیتروژن در گیاه و خاک برای مدیریت کاهش آلودگی نیترات در آب‌های سطحی و زیر زمینی بسیار مفید می‌باشند. مدل نیتروژن- خاک (Soil-Nitrogen-Balance) از بسته نرم‌افزاری DSSAT قابلیت شبیه‌سازی سرنوشت نیتروژن در خاک و گیاه را دارد. هدف از انجام این تحقیق ارزیابی مدل DSSAT برای آبشویی نیترات از عمق توسعه ریشه ذرت رقم سینگل کراس 704 و برداشت نیتروژن گیاه در سطوح مختلف نیتروژن و آب مصرفی است. طرح آزمایشی شامل سه سطح کود نیتروژنی شامل صفر، 150 و 200 کیلوگرم نیتروژن در هکتار و چهار سطح آب کاربردی شامل 0.7SMD (Soil moisture depletion)، 0.85SMD، 1.0SMD و 1.13SMD بود که در سه تکرار اجرا شد. آبشویی نیتروژن نیتراتی از عمق 60 سانتی‌متری در طی دوره رشد در 36 کرت آزمایشی به‌وسیله دستگاه مکش رطوبت خاک (Ceramic Suction Cups, CSC) اندازه‌گیری گردید. پس از واسنجی مدل، با استفاده از داده‌های مزرعه‌ای مدول نیتروژن مدل ارزیابی گردید. چهار شاخص آماری راندمان مدل، میانگین انحراف، ضریب تبیین و شاخص توافق برای بررسی دقت مدل در شبیه-سازی آبشویی نیتروژن نیتراتی از عمق 60 سانتی‌متر استفاده شد. مقایسه شاخص‌های آماری در هر تیمار نشان داد که دقت مدل در سطح آّبیاری کامل (W3) و همین‌طور در سطح بیش‌آبیاری (W4) با افزایش کود نیتروژنی کاربردی، افزایش یافت. در تیمارهای کم‌آبیاری مدل مقدار تلفات نیترات را برابر مقدار واقعی (صفر) شبیه‌سازی نمود. بنابر نتایج، مدل با دقت قابل قبولی قادر به شبیه‌سازی آبشویی نیتروژن نیتراتی از زیر عمق توسعه ریشه در سطوح مختلف آب و کود نیتروژنی است.