علوم آب و خاک

انتخاب نوع طراحی سیستم تالاب مصنوعی، علاوه‌بر توجه به توصیف جنبشی واکنش‌های بیولوژیک تصفیه، به آگاهی از الگوی جریان نیز وابسته است. در این پژوهش، به‌منظور مشخص نمودن رفتار هیدرولیکی داخلی سیستم، اثر نحوه توزیع جریان بر سیستم تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی به ابعاد 4×26 متر و با شیب 1 درصد پرداخته شده است و به‌عنوان پارامتر متغیر برای نمایش توزیع جریان، از آرایش‌‌های ورودی جریان استفاده شده است. این آرایش‌ها شامل: 1- حالت ورودی وسط، 2- ورودی گوشه و 3- ورودی یکنواخت بود. در تمامی حالات، خروجی ثابت بوده است. به‌منظور تعیین اثرات هیدرولیک توزیع جریان در سیستم تالاب مصنوعی از ردیاب اورانین برای ترسیم منحنی زمان ماند هیدرولیکی در هر آرایش استفاده شده است. نتایج نشان داد که زمان ماند میانگین هر آرایش به‌ترتیب 53_/4، 24_/3 و 65_/4 روز بوده است. ترسیم منحنی توزیع زمان ماند هیدورلیکی علاوه‌بر تعیین روند پخشیدگی جریان در طول سیستم، امکان تفسیر پارامترهای هیدرولیکی شامل حجم مؤثر و راندمان هیدرولیکی را فراهم نموده است. بدین‌ترتیب که در آرایش‌های 1 و3، حجم مؤثر 5_/87 درصد بوده است؛ در‌حالی‌که این مقدار در آرایش 2، به‌دلیل وجود مسیرهای میان‌بر متعدد، 1_/62 درصد بود. در نهایت، آرایش ورودی یکنواخت به‌جهت بهبود عملکرد تصفیه پساب سیستم تالاب مصنوعی و استفاده از کل فضای محیط برای فرآیند تصفیه به‌عنوان بهترین آرایش جریان شناخته شد و پس از آن آرایش ورودی وسط دارای عملکرد مناسبی است.

شبیه‌سازی انتقال آب و املاح در خاک، برای مدیریت بهینه مصرف آب و کود در مزرعه بسیار مؤثر است. در این تحقیق از مدل
D1- HYDRUS برای شبیه‌سازی انتقال آب و نیترات در آبیاری جویچه‌ای نیشکر استفاده شد. آزمایش به‌صورت کرت‌های یک بار خرد شده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با 3 تکرار در یک قطعه 25 هکتاری در اراضی کشت و صنعت نیشکر دهخدا از اسفندماه 1391 تا مهرماه 1392 اجرا شد. فاکتور اصلی تقسیط‌های کودی بود که در سه سطح (دو تقسیطی، سه تقسیطی و چهار تقسیطی) اعمال گردید. فاکتور فرعی سطوح کود مصرفی بود که در سه سطح (100%، 80% و 60% کود مورد نیاز به‌ترتیب معادل 350، 280 و 210 کیلوگرم کود اوره) اعمال شد. تخمین پارامترهای هیدرولیکی خاک از طریق مدل‌سازی معکوس و با استفاده از داده‌های رطوبتی که در طول دوره بیش از 4 ماه از رشد نیشکر به‌دست آمده بود، انجام گرفت. پارامترهای انتقال املاح با استفاده از پارامترهای هیدرولیکی و داده‌های غلظت نیترات برآورد گردید. براساس نتایج حاصله ضریب همبستگی میزان رطوبت و غلظت نیترات مشاهده و شبیه‌سازی شده در تیمار چهار تقسیطی و 60% سطح کودی (تیمار واسنجی‌شده) به‌ترتیب معادل 7/62 و 2/91 درصد برآورد گردید. عمق نفوذ تجمعی در تیمارهای واسنجی و اعتبارسنجی شده به‌ترتیب 46 و 58 میلی‌متر و میزان تبخیر-تعرق تجمعی در تیمارهای مذکور به‌ترتیب 50 و 60 میلی‌متر به‌دست آمد. دامنه تغییرات میزان رطوبت در لایه سطحی خاک در تیمارهای واسنجی و اعتبارسنجی شده به‌ترتیب معادل 21 تا 45 و 21 تا 42 درصد بود. این در حالی‌است که میزان رطوبت در لایه عمقی در هر دو تیمار از 33 تا 38 درصد متغیر بود. 

رطوبت خاک از پارامتر‌های اصلی ورودی در بسیاری از مدل‌های پایش و پیش‌بینی عملکرد محصولات زراعی است. توانایی مدل‌های ریاضی، بهره‌برداری درست از آب‌های شور و انتخاب گزینه‌های مدیریتی را امکان‌پذیر نموده است. هدف این مطالعه، بررسی کارایی مدل D2HYDRUS- در شبیه‌سازی رطوبت حجمی خاک تحت شرایط میدانی برای خاکی با بافت سنگین ناهمگن بود. سه حجم آبیاری 10، 15 و20 لیتر و سه سطح شوری آب 279/1، 5/2 و 5 (¹dSm^-) در سه تکرار در یک سامانه آبیاری قطره‌ای نواری اعمال شد. به‌منظور پایش رطوبت، نیم‌رخ خاک تا عمق 40 سانتی‌متری حفر و دیواره عمود بر نوار آبیاری قطره‌ای شبکه‌بندی شد. رطوبت حجمی توسط رطوبت‌سنج (TDR) مدل B1K3X6050 MiniTrase kit اندازه‌گیری و مقادیر رطوبت حجمی مشاهده‌ای و شبیه‌سازی، توسط آماره‌های nRMSE و CRM مقایسه شدند. نتایج نشان داد که میانگین توزیع رطوبت توسط آبیاری با شوری‌های مختلف در محدوده ظرفیت زراعی است. مقادیر nRMSE برای تکرار‌های مختلف از 91/0 تا 07/2 درصد متغیر بود. براساس مقادیر nRMSE، شبیه‌سازی رطوبت در رده‌ی عالی طبقه‌بندی شد. شاخص CRM نیز در محدوده 0080/0- تا 0170/0 به‌دست آمد که مقدار بسیار کمی است. نتایج این دو آماره نشان‌دهنده توانمندی بالای مدل در شبیه‌سازی رطوبت حجمی خاک با استفاده از برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک به روش حل معکوس می‌باشد.