مقایسه دو نرم‌افزار SIRMOD و WinSRFR با روش‌های مختلف تخمین نفوذپذیری به منظور طراحی و مدیریت آبیاری جویچه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران.

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران.

چکیده

در این تحقیق به‌منظور ارزیابی مدل اینرسی صفر در نرم‌افزار SIRMOD و WinSRFR از داده‌های زمان پیشروی، زمان پسروی و حجم رواناب در روش‌های آبیاری معمولی (CFI)، یک‌درمیان ثابت (FFI) و یک‌درمیان متغیر (AFI) استفاده شد. نتایج شبیه‌سازی به کمک شاخص خطای نسبی (RE)‌ برای حجم آب نفوذیافته و شاخص جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) برای پیش‌بینی زمان پیشروی و پسروی استفاده شد. برای تعیین ضرایب نفوذپذیری خاک از مدل SIPAR-ID، روش بهینه‌سازی چند سطحی، روش دونقطه‌ای الیوت - واکر و IPARM به کار گرفته شد. نتایج روش CFI در نرم‌افزار SIRMOD نشان داد که روش دونقطه‌ای الیوت - واکر با RMSE برابر 81/1 دقیقه و در نرم‌افزار WinSRFR، مدل بهینه‏سازی چند سطحی با RMSE برابر با 66/1 دقیقه بیشترین دقت را در پیش‌بینی زمان‌ پیشروی داشتند. نتایج شبیه‌سازی زمان پیشروی روش FFI نشان داد که بهترین مقدار شاخص RMSE مربوط به استفاده از مدل SIPAR-ID با مقدار 41/2 دقیقه در نرم‌افزار WinSRFR و 42/2 دقیقه در نرم‌افزار SIRMOD بود. نتایج نشان داد در روش AFI، مدل‌ IPARM در نرم‌افزار SIRMOD با RMSE برابر با 61/1 دقیقه و روش بهینه‏سازی چند سطحی در نرم‌افزار WinSRFR با RMSE برابر با 24/1 دقیقه بیشترین دقت را در محاسبه زمان پیشروی داشتند. بنابراین به‌عنوان نتیجه کلی می‌توان بیان کرد که با توجه به پیش‌بینی مشابه دو نرم‌افزار SIRMOD و WinSRFR، استفاده از آن‌ها جهت شبیه‌سازی، طراحی و ارزیابی سامانه‌های آبیاری در صورت برآورد دقیق ضرایب نفوذ توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of Two SIRMOD and WinSRFR Software with Different Permeability Estimation Methods for Furrow Irrigation Design and Management

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hooshmand 1
  • Omid Raja 1
  • Masoud Pourgholam Amiji 2
  • Hamed Ebrahimian 1
1 Department of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture Engineering & Technology, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran.
2 Ph.D Candidate, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture Engineering & Technology, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran
چکیده [English]

In this study, to evaluate the zero inertia model in SIRMOD and WinSRFR software, data from the advance time, recession time and runoff volume were obtained from conventional furrow irrigation (CFI), fixed alternative furrow irrigation (FFI) and alternate furrow irrigation (AFI). The simulation results were used with the help of the relative error index (RE) for the infiltrated water volume and the root means square error (RMSE) index for prediction of advance and recession time. To determine soil permeability coefficients were used of the model SIPAR-ID, Multi-level optimization, Two-point method of Elliott-Walker and IPARM. The results of the CFI method in SIRMOD software, the Elliott-Walker two-point method with RMSE equal to 1.81 and in the WinSRFR software, the multi-level optimization model with RMSE equal to 1.66 The results had the highest accuracy in predicting advance times. The simulation of the advance and recession time of the FFI method indicated that the best value of the RMSE index for using the SIPAR-ID model in SIRMOD and WinSRFR software was 2.42 and 2.41 minutes, respectively. The results showed that in the AFI method, using the IPARM model in SIRMOD software and the multi-level optimization model with WinSRFR software, the best accuracy was achieved with RMSE 1.61 and 1.24 min, respectively, at advance times, respectively. As a general result, it can be stated that according to the similar prediction of two SIRMOD and WinSRFR software, it is recommended to simulate, design and evaluate irrigation systems inthe case of accurate estimation of influence coefficients.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Furrow irrigation
  • hydraulic
  • Infiltration Parameters
  • SIRMOD
  • WinSRFR
ابراهیمیان، ح. و بتوخته، ف. (1396). گزارش: فناوری‌های مورد نیاز برای ارتقای بهره‌وری آب آبیاری. کمیسیون آب، محیط‌زیست و اقتصاد سبز، دبیرخانه گروه‌های تخصصی اتاق ایران.

ابراهیمیان، ح.، قنبریان علویجه، ب.، عباسی، ف.، و هورفر، ع. (1389). ارائه روش دونقطه‌ای جدید به‌منظور برآورد پارامترهای نفوذپذیری در آبیاری جویچه‌ای و نواری و مقایسه آن با سایر روش‌ها. نشریه آب و خاک، 24 (4): 698-690.

بیک زاده، ا.، ضیایی، ع. ن.، داوری، ک.، و انصاری، ح. (1393). تعیین ضرایب نفوذ و زبری بهینه در آبیاری جویچه‌ای با استفاده از مدل هیدرودینامیک کامل. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 3 (8): 555-549.

رضاوردی نژاد، و. ر.، احمدی، ح.، همتی، م. و ابراهیمیان، ح. (1395). ارزیابی و مقایسه روش‌های مختلف تخمین پارامترهای نفوذ در سیستم‌های مختلف آبیاری جویچه‌ای و رژیم‌های مختلف جریان ورودی. نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 20 (72): 176-161.

رضاوردی نژاد، و. و نورجو، ا. (1392). بهینه‌سازی عملکرد آبیاری جویچه‌ای با استفاده از مدل WinSRFR در شرایط تحکیم بستر کاشت چغندرقند. نشریه آب و خاک، 6 (27): 1293-1281.

زارع چنیجانی، ن. (1390). ارزیابی مدل‌های SIRMOD و WinSRFR3.1 در تحلیل، طراحی و شبیه‌سازی هیدرولیکی سیستم‌های آبیاری سطحی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته آبیاری و زهکشی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شوشتر، 109 صفحه.

سیاری، س.، رحیم‌پور، م.، و ذونعمت کرمانی، م. (1394). ارزیابی سیستم آبیاری جویچه‌ای با مقادیر مختلف دبی ورودی. مدیریت آب و آبیاری. 5 (2): 202-191.

عباسی، ف. (1391). اصول جریان در آبیاری سطحی. انتشارات کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، جلد اول، تهران، 232 صفحه.

کمالی، پ.، ابراهیمیان، ح. (1396). مقایسه و ارزیابی روش‌های مختلف برآورد معکوس ضرایب معادله نفوذ در شرایط کشت داخل جویچه. نشریه تحقیقات آب و خاک ایران، 48 (1): 48-39.

کمالی، پ.، ابراهیمیان، ح. و رضا وردی نژاد، و. (1394). ارزیابی و مقایسه روش بهینه‌سازی چندسطحی و مدل IPARM در تخمین پارامترهای نفوذ در آبیاری جویچه‌ای. مدیریت آب و آبیاری، 1 (5): 54-43.

کولائیان، ع.، غلامی سفیدکوهی، م. ع.، ضیاتبار احمدی، م. خ. و داداش زاده، ح. (1394). مدل‌سازی و تحلیل عددی جریان تحت شرایط آبیاری جویچه‌ای. نشریه آبیاری و زهکشی، 4 (9): 677-667.

مجدزاده، ب.، قبادی نیا، م.، سهرابی، ت. و عباسی، ف. (1387). ارزیابی دو مدل ریاضی SIRMOD و SRFR برای بررسی عملکرد آبیاری پیوسته و موجی. دومین سمینار راهکارهای بهبود و اصلاح سامانه‌های آبیاری سطحی، کمیته ملی آبیاری و زهکشی، 2 خرداد، تهران، 344-335.

معروف پور، ع.، سیدزاده، ا.، و بهزادی نسب، م. (1396). بررسی دقت روش‌های غیرنقطه‌ای اندازه‌گیری نفوذ در طراحی سامانه آبیاری جویچه‌ای. نشریه پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 24 (2): 271-257.

مکاری قهرودی، ا.، لیاقت، ع. و نحوی نیا، م. ج. (1392). کاربرد مدل WinSRFR در شبیه‌سازی آبیاری جویچه‌ای. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 1 (7): 67-59.

Bautista, E., Clemmens, A. J., Strelkoff, T. S., and Schlegel, J., (2009). Modern analysis of surface irrigation systems with WinSRFR. Agricultural Water Management, 96(7): 1146-1154.

Clemmens, A. J. and Strelkoff, T. (1999). SRFR Version 4.06. U.S. Water Conservation Laboratory. Agricultural Research Service, Phoenix.

Ebrahimian, H. (2014). Soil Infiltration Characteristics in Alternate and Conventional Furrow Irrigation using Different Estimation Method. KSCE Journal of Civil Engineering, 18(6): 1904-1911.

Ebrahimian, H. and Liaghat, A. (2011). Field evaluation of various mathematical models for furrow and border irrigation systems. Journal of Soil and Water Research, 6(2): 91-101.

Ebrahimian, H., Liaghat A., Parsinejad M., Playan E., Abbasi F., Navabian, M., Latorre, B. (2013). Optimum design of alternate and conventional furrow fertigation to minimize nitrate loss. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139(11): 911–921.

Elliott, R. L., and Walker, W. R. (1982). Field evaluation of furrow infiltration and advance functions. Transactions of the ASAE, 25(2): 396-400.

Gillies, M. H. and Smith, R. J. (2005). Infiltration parameters from surface irrigation advance and run-off data. Irrigation Science, 24(1): 25-35.

Gillies, M. H. and Smith, R. J. (2015). SISCO: surface irrigation simulation, calibration and optimization. Irrigation science, 33(5): 339-355.

Holzapfel, E. A., Jara, J., Zuniga, C., Marino, M. A., Paredes, J., and Billib, M. (2004). Infiltration parameters for furrow irrigation. Agricultural Water Management, 68(1): 19-32.

Kay, M. (1990). Recent developments for improving water management in surface and overhead irrigation. Agricultural Water Management, 17(1-3): 7-23.

Majdzadeh, B., Ojaghloo, H., Ghaobadi-Nia, M., Sohrabi, T. and Abbasi, F. (2009). Estimating infiltration parameter for simulation of advance flow in furrow irrigation. In International Conference on Water Resources (ICWR 2009).

Moravejalahkami, B., Mostafazadeh-Fard, B., Heidarpour, M., and Abbasi, F. (2009). Furrow infiltration and roughness prediction for different furrow inflow hydrographs using a zero-inertia model with a multilevel calibration approach. Biosystems engineering, 103(3): 374-381.

Mousavi, S. M. S. and Nasab, B. (2015). Application of Two SIRMOD (SM) and SRFR (SF) Software Simulation of Various Stages of Border Irrigation. Report and Opinion, 7(7).

Rodriguez, J. A., and Martos, J. C. (2010). SIPAR_ID: freeware for surface irrigation parameter identification. Environmental Modelling & Software, 25(11): 1487-1488.

Savage, M.J. (1993). Statistical aspects of model validation. Presented at a workshop on the field water balance in the modeling of cropping systems, University of Pretoria, South Africa.

Singh, R., Helmers, M. J., and Qi, Z. (2006). Calibration and validation of DRAINMOD to design subsurface drainage systems for Iowa's tile landscapes. Agricultural Water Management, 85(3): 221-232.

Smith, R. J., & Uddin, M. J. (2020). Selection of flow rate and irrigation duration for high performance bay irrigation. Agricultural Water Management, 228: 105850.

Valipour, M. (2012). Comparison of surface irrigation simulation models: full hydrodynamic, zero inertia, kinematic wave. Journal of Agricultural Science, 4(12): 68.

Walker, W. R. (1989). Surface Irrigation Simulation software. Irrigation software Engineering Division. Department of Agricultural and Irrigation Engineering, Utah State University.

Walker, W. R. (1993). SIRMOD, Surface irrigation simulation software. User Guide and Technical Documentation. Biological and Irrigation Engineering Department, Utah State University.

Walker, W. R. (2005). Multilevel calibration of furrow infiltration and roughness. Journal of irrigation and drainage engineering, 131(2): 129-136.

Walker, W. R. and Skogerboe, G. V. (1987). Surface irrigation. Theory and practice. Prentice-Hall.