
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 626 |
تعداد مقالات | 6,517 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,746,982 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,317,571 |
بررسی عملکرد روش برنامهنویسی بیانژن در طراحی آرایش قطرهچکانهای سیستمهای آبیاری قطرهای در مقایسه با معادلات تجربی | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
مقاله 2، دوره 23، شماره 5، آذر 1395، صفحه 25-45 اصل مقاله (1.21 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwfst.2017.9467.2359 | ||
نویسندگان | ||
حسین ریاحی* 1؛ اکرم سیفی2 | ||
1استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه ولیعصر (عج) رفسنجان | ||
2استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه ولیعصر(عج) رفسنجان | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: آرایش قطرهچکانها از مهمترین و اساسیترین پارامترهای طراحی و اجرای سیستم-های آبیاری قطرهای است که تحت تاثیر الگوی توزیع رطوبت خاک قرار میگیرد. الگوی توزیع رطوبت خاک در سیستمهای آبیاری قطرهای سطحی و زیرسطحی تأثیر ویژهای بر پارامترهای طراحی از قبیل آرایش قطرهچکانها و لولههای فرعی ، محدوده توسعه ریشه گیاه، راندمان کاربرد آب در آبیاری قطرهای، توزیع نمک در خاک دارد. بنابراین ارائه روابطی بین بافت خاک، دبی قطره چکان، حجم آب نفوذ یافته به زمین، حجم خاک خیس شده و زمان برای تخمین قطر و عمق پیاز رطوبتی میتواند کمک شایانی در طراحی آرایش بهینه قطرهچکانها و مدیریت سیستم آبیاری نماید. از مهمترین این روابط، معادلات طراحی تجربی میباشند که مبتنی بر تحلیل آزمایشگاهی و روش آنالیز ابعادی باکینگهام ارائه شدهاند. . هدف اصلی در پژوهش حاضر بررسی عملکرد روش برنامهنویسی بیانژن در طراحی آرایش قطرهچکانهای سیستمهای آبیاری قطرهای در ایران با دبی قطرهچکان و بافت خاک مختلف در مقایسه با معادلات تجربی است. مواد و روشها: در این تحقیق از رویکرد برنامه نویسی بیانژن(GEP) برای استخراج روابط بدون بعد الگوی توزیع رطوبت خاک با استفاده از مجموعه دادههای دبی قطرهچکان و بافت خاک استفاده شده است. برنامه نویسی بیانژن در نرم افزار MATLAB انجام شده است. در کد تهیه شده عملگرها و توابع قابل استفاده در فرآیند استخراج روابط عبارتند از: جمع، تفریق، ضرب، تقسیم، جذر، لگاریتم طبیعی، توان دو، تانژانت هایپربولیک، سینوس، کسینوس، تابع نمائی، تابع توانی، قدرمطلق، جزء صحیح و شرط که با استفاده از قابلیت برنامهنویسی بیانژن توابع تولیدی را ارائه میدهند. در این تحقیق معادلات کاربردی به صورت توابعی از حجم آب کاربردی در زمان آبیاری، هدایت هیدرولیکی خاک و زمان با برنامهنویسی بیانژن بهینهسازی شدند. نتایج GEP با دادههای اندازهگیری شده و روابط تجربی مقایسه شد. در نهایت براساس نتایج تحلیل بهینه پارتو در برنامه GEP، جداول طراحی کاربردی برای انتخاب بهینه آرایش قطرهچکانها منطبق بر شرایط ایران و در محدوده دبی قطرهچکان و بافت خاک تهیه و ارائه شد. یافتهها: مقایسه نتایج بهینهسازی با GEP و مجموعه روابط تجربی موجود در پیشبینی عمق توسعه پیاز رطوبتی (،2/0 RMSE= ،%12 MAPE=، 99/0 R2=) و در برآورد قطر پیاز رطوبتی ،19/0 RMSE= ،%5/18 MAPE=، 99/0 R2=) نشان داد که که دقت نتایج بهینهسازی مبتنی بر GEP نسبت به روابط تجربی قبلی بهتر است. نتایج معادلات شواتزمن و زار (1985) در تخمین عمق پیاز رطوبتی ،12/0 RMSE= ،%5/18 MAPE=، 99/0 R2=) و در تخمین قطر پیاز رطوبتی ،72/0 RMSE=،%92 MAPE=،97/0 R2=) است که نتایج بهینهسازی GEP هم دقت بهتری داشته و همه با محدوده کاربردی وسیعتر قابلیت استفاده در انواع خاکهای مختلف و قطرهچکانهای با دبی گسترده منطبق بر شرایط ایران را دارد. پس از تائید دقت نتایج روابط حاصله از GEP، جداول طراحی کاربردی برای آرایش و فواصل قطرهچکانهای مختلف در خاکهای شنی، سیلتی، لومی و رسی با اعماق متفاوت ارائه شده است. نتیجهگیری: طبق نتایج، رویکرد بهینهسازی ژنتیکی نسبت به روابط قبلی دارای محدوده اعتبار وسیعتری میباشد( دبی 1 تا 50 لیتر در ساعت؛ عمق تا 110 سانتیمتر). همچنین با توجه به اینکه مدل GEP براساس مجموعه دادههای آزمایشی منطبق بر شرایط قطرهچکانهای موجود در ایران بهینهسازی شده است و انواعی از شرایط مختلف کاربردی خاک و آب را در بر دارد، دقت مطلوبتری در تخمین الگوی توزیع رطوبت خاک در آبیاری قطرهای در ایران دارد. بنابراین استفاده از روابط ارائه شده با مدل GEP میتواند عدم قطعیتها و خطاها در طراحی سیستم آبیاری قطرهای را کاهش داده و به بهبود کارآئی مصرف آب و عملکرد این سیستمها در شرایط عملکردی ایران کمک نماید. | ||
کلیدواژهها | ||
آبیاری قطرهای؛ الگوی توزیع رطوبت خاک؛ برنامهنویسی بیان ژن؛ جداول طراحی؛ آرایش قطرهچکانها | ||
مراجع | ||
1.Alizadeh, A. 2009. Irrigation System Design (Volume 2). ImamRezaUniversity Press, Mashhad, Iran, 370p. (In Persian)
2.Bresler, E. 1978. Analysis of trickle irrigation with application to design problems. Irrig. Sci. 1: 1. 3-17.
3.Cook, F.J., Thorburn, P.J., Fitch, P., and Bristow, K.L. 2003. Wet Up: a software tool to display approximate wetting patterns from drippers. Irrig. Sci. 22: 3-4. 129-134.
4.Ghorbanianm, M., Ebrahimian, E., and Merit, A. 2014. Evaluation models HYDRUS-2D and SEEP/W in estimation of wetting surface and subsurface drip irrigation gravity. Iran. J. Water Soil. 28: 1. 179-189.
5.Hasanli, A. 1990. Check drip irrigation systems and solutions to improve the management and increase productivity. 10th National IRNCID Congress Proceedings, Tehran. 1-6 August. (In Persian) 6.Jahanshahi, M., Zareabyaneh, H., Naghavi, H., and Eslami, A. 2013. Assessment of influence of iInstallation depth of emitter with same discharges on moisture distribution in subsurface drip irrigation system and simulation with HYDRUS-2D Model. Iran. J. Irrig. Water Eng. 3: 10. 101-113. 7.Kandelous, M.M., Šimunek, J., van Genuchten, M.T.h., and Malek, K. 2011. Soil water content distributions between two emitters of a subsurface drip irrigation system. Soil Sci. Soc. Amer. J. 75: 2. 488-497.
8.Karimi, B., Sohrabi, T., Mirzaei, F., and Babae, B. 2014. Developing equations to predict the Pattern of soils moisture redistribution in surface and subsurface drip irrigation systems using dimension analysis. J. Water Soil Cons. 21: 6. 223-237.
9.Keller, J., and Bliesner, R.D. 1990. Sprinkler and trickle irrigation. Van Nostrand Reinhold, New York, NY, USA. 652p.
10.Khanmohamadi, N., and Besharat, S. 2013. Simulating wetting front in drip irrigation using HYDRUS-2D. J. Water Soil Cons. 2: 4. 15-27.
11.Khalili, M., Akbari, M., Hezarjaribi, A., Zakerinia, M., and Abbasi, F. 2014. Numerical versus empirical models for estimating wetting patterns in subsurface drip irrigation systems. J. Agri. Eng. Res. 15: 2. 1-14.
12.Malek, K., and Peters, R.T. 2010. Wetting pattern models for drip irrigation: new empirical model. J. Irrig. Drain. Eng. 137: 8. 530-536.
13.Mirzaei, F., Liaghat, A.M., Sohrabi, T.M., and Omid, M. 2005. Simulation of the wetting front from a linear source in tape irrigation systems. J. Agri. Eng. Res. 6: 23. 53-66.
14.Moncef, H., Hedi, D., Jelloul, B., and Mohamed, M. 2009. Approach for predicting the wetting front depth beneath a surface point source: Theory and numerical aspect. Irrig. Drain. Eng. 51: 347-360.
15.Naglic, B., Kechavarzi, C., Coulon, F., and Pintar, M. 2014. Numerical investigation of the influence of texture, surface drip emitter discharge rate and initial soil moisture condition on wetting pattern size. Irrig. Sci. 32: 6. 421-436.
16.Palangi, A.J., and Akhondali, A. 2008. A Semi-empirical model for estimating the geometry of the wetting front under point source trickle irrigation. J. Sci. Tech. Agri. Nat. Res. Water Soil Sci. 12: 44. 85-96. (In Persian)
17.Palangi, J.A., and Akhondali, A. 2011. Evaluation schwartzman and force model to determine the distance in drip irrigation emitters (Case study: Albaji region, KhuzestanProvince). J. Irrig. Drain. 5: 2. 202-208. (In Persian)
18.Riahi, H., Samani, J.M.V., and Khashaei, A. 2007. Evaluating the ability of the SEEP/W model in simulation of water through drip irrigation and moisture measurement, 9th Seminar on irrigation and evaporation reduction, Kerman, April 5-7. (In Persian)
19.Schwartzman, M., and Zur, B. 1985. Emitter Spacing and Geometry of Wetted Soil Volume. J. Irrig. Drain. Eng. 112: 3. 242-253.
20.Singh, D.K., Rajput, T.B.S., Sikarwar, H.S., Sahoo, R.N., and Ahmadi, T. 2006. Simulation of soil wetting pattern with subsurface drip irrigation from line source. Agric. Water Manage. 83: 1. 130-134.
21.Siyal, A.A., and Skaggs, T.H. 2009. Measured and simulated soil wetting patterns under porous clay pipe sub-surface irrigation. Agric. Water Manage. 96: 6. 893-904.
22.Skaggs, T.H., Trout, T.J., Simuenk, J., and Shouse, P.J. 2004. Comparision of HYDRUS-2D simulations of drip irrigation with experimental observations. J. Irrig. Drain. Eng. 130: 4. 304-310. 23.Subbaiah, R. 2013. A review of models for predicting soil water dynamics during trickle irrigation. Irrig. Sci. 31: 3. 225-258.
24.Subbauah, R., and Mashru, H.H. 2013. Modeling for predicting soil wetting radius under point source surface trickle irrigation. Agric. Eng. Int.: CIGR J. 15: 3. 1-10.
25.Tamjid, M., Bigloi M.H., Khaledian, M.R., Moridnezhad, A., and Mohammadi, A. 2014. Comparison of linear regression and neural networks to estimate the size of wetting on slopes. Knowledge of Soil and Water. 24: 4. 237-246.
26.Yao, W., Xiao, Yi, M., Juan, L., and Parkes, M. 2010. Simulation of point source wetting pattern of subsurface drip irrigation. Irrig. Sci. 29: 4. 331-339.
27.Zhang, R., Cheng, Z., Zhang, J., and Ji, X. 2012. Sandy loam soil wetting patterns of drip irrigation: a comparison of point and line sources. Procedia Engineering, 28: 506-511. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,164 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 947 |