چکیده

مدل BISEDOM که برای شبیهسازی، ارزیابی، طراحی و بهینهسازی آبیاری نواری تهیه شده است، براساس ترکیب خطی شاخصهای عملکرد (راندمان نیازآبی، راندمان کاربرد، نسبت نفوذ عمقی، یکنواختی توزیع و نسبت رواناب پایاب)، پارامترهای بهینه را در شرایط و محدودیتهای واقعی ارائه مینماید . در این تحقیق، تأثیر در نظر گرفتن شاخصهای عملکرد بر بهبود عملکرد آبیاری نواری با این مدل در قالب سه گزینه بررسی شد. نتایج نشان داد، در گزینه سوم که مقدار ضریب وزنی هر شاخص با پتانسیل بهبود آرمانی لحاظ شده است، بهترین نتیجه حاصل شده است. همچنین ترکیب توام شاخصهای عملکرد در بهینهسازی تابع هدف توانسته است راندمانهای استاندارد عملکرد آبیاری نواری را در فضای امکانپذیر ارتقا بخشد. لذا از آن جا که شاخصها با هم رقابت دارند، بهترین حالت زمانی حاصل میشود که این شاخص ها به طور همزمان و با در نظر گرفتن ضرایب وزنی با گزینه سوم در یک تابع هدف بهینه شوند.

واژههای کلیدی: آبیاری نواری، بهینهسازی، مدل BISEDOM، شاخصهای عملکرد.

مقدمه

ایران از نظر سطح زیر کشت محصولات زراعی با ۱۴ میلیون اراضی تحت کشت در رتبه بیستم جهان و از نظر وسعت اراضی فاریاب با ۷/۶ میلیون هکتار در رده پنجم جهان قرار دارد. بنابراین باید حداقل پنجمین کشوری باشد که در مصرف آب در بخش کشاورزی تدابیر لازم را اندیشیده باشد. اما آمار نشان میدهد که در هر هکتار اراضی آبی حدود ۱۰۰۰۰ مترمکعب آب مصرف می-شود . رقمی که فائو برای متوسط دنیا ارائه میدهد در حدود ۵۰۰۰ مترمکعب است؛ لذا مصرف آب در هر هکتار اراضی در ایران دو برابر عرف جهانی است (فائو.(۲۰۰۳
آبیاری یکی از قدیمیترین فناوریهای کشاورزی است که کشاورزان برای استفاده حداکثر از آب شیوههای گوناگون آن را به کار بردهاند. آبیاری سطحی یکی از انواع روش های آبیاری است که به طور متداول در تمام دنیا مورد استفاده قرار میگیرد. آبیاری

۵۱۸۱

سطحی خود به روشهای گوناگونی انجام میش ود که آبیاری نواری یکی از انواع آن میباشد. در آبیاری نواری، جریان متغیر مکانی و غیرماندگار میباشد. خصوصیات نفوذ خاک تابع زمان است. لذا دبی در یک نقطه خاص با زمان تغییر میکند. در طول مسیر در داخل نوار، عمق آب نسبت به زمان و مکان تغییر میکند. معادلاتی که به طور وسیعی در آبیاری نواری ( به طور کلی در آبیاری سطحی) استفاده می شوند، به معادلات سنتونانت معروفند که از معادلات مومنتم و پیوستگی منتج میشوند (چاو .(۱۹۵۹ برای حل معادلات سنتونانت، از مدلهای هیدرودینامیک، اینرسی صفر، موج سینماتیک، موازنه حجم و جریان پایدار استفاده میشود.
آبیاری نواری دارای خصوصیات منحصر بفردی است. اول این که تخلیه و پسروی در این نوع آبیاری باید در نظر گرفته شوند. چون آب تمام سطح خاک را می پوشاند، خیلی آهسته زهکشی شده و فرصت زمان نفوذ نیز بیشتر است. دوم اینکه دبی طرح باید آنقدر باشد که آب روی مزرعه پخش شده و تمام پستی و بلندیهای توپوگرافی را بپوشاند. آبیاری نواری به میکروتوپوگرافی زمین بسیار حساس است. سوم این که رواناب بالقوه نوارها زیاد است (مصطفیزاده و موسوی، .(۱۳۸۵

کاهش تدریجی دبی ورودی (Inflow Reduction)، استفاده مجدد از رواناب (Tailwater Reuse) ، افزایش طول نوار (Border Extension) ، سیستم قطع آب (Cut Back) و بستن انتهای نوار جزو مدیریت های این روش آبیاری است که همگی برای بهبود این روش به کار میروند (علیزاده، .(۱۳۸۵ اصولا طراحی آبیاری در نوارها مشکلتر از آبیاری شیاری یا کرتی است؛ زیرا به رواناب اجازه خروج از مزرعه داده میشود و معمولا شیبها صفر نیستند . بنابراین پسروی و تخلیه هر دو بر روی نوار انجام می-گیرد و یکنواختی توپوگرافی سطح مزرعه بسیار مهم است. به بیان دیگر چهار متغیر تصمیمگیری ( دبی ورودی، طول، عرض و شیب نوار)، چهار مرحله کامل آبیاری سطحی ( پیشروی، ذخیره، تخلیه و پسروی) و پنج شاخص عملکرد (راندمان کاربرد (Ea)، راندمان آب مورد نیاز (Er)، نسبت نفوذ عمقی (DPR) ، نسبت رواناب پایاب (TWR) و یکنواختی توزیع ((DU) در این آبیاری وجود دارند.

اخیراً مدل BISEDOM توسط اکبری ( (۱۳۹۰ برای بهینهسازی، طراحی و ارزیابی آبیاری نواری ارائه شده است؛ در این مدل از ترکیب روش بهینهسازی SA و معادله موازنه حجم استفاده شده است. این مدل براساس ترکیبهای متفاوت متغیرهای تصمیمگیری، پارامترهای بهینه را در شرایط و محدودیتهای واقعی ارائه مینماید. به منظور بهینه سازی، پنج شاخص عملکرد در یک تابع هدف به طور توأم و هم زمان تعریف شدهاند.

معادله موازنه حجم دارای مزایای عمدهای میباشد . از جمله تعریف قابل اطمینان سرعت نفوذ در طول مزرعه، انتقال آسان نتایج محاسبات برای نشان دادن پارامترهای راندمان و یکنواختی، اجرای آسان راهحل عددی برای معادلات معین، توسعه آسان نرمافزارها برای جریان ثابت نسبت به قطع جریان و استفاده از رواناب، در نظر نگرفتن جزئیات پیشرفته تئوری برای مهندس تازه کار، به حداکثر رساندن راندمان ها با انتخاب صحیح دبی ورودی و زمان قطع آب، سادگی تبیین تاثیر سایر متغیرها نظیر طول، عرض، شیب، زبری و خصوصیات نفوذ و در بر داشتن روش ارزیابی در قالب همان فرمولهای ریاضی.
برای حل معادله موازنه حجم، راه حل تحلیلی و عددی وجود دارد که روش تبدیل لاپلاس از راهحلهای تحلیلی است و روش-های بازگشتی، تابل کرنل و پیشروی توانی از راهحل های عددی است. روش پیشروی توانی از جمله راهحلهای عددی موازنه حجم است که ساده بوده و از دقت لازم برخوردار است. لذا در بیشتر مسائل از این روش برای حل روش موازنه حجم استفاده میشود.

روش پیشروی توانی، در ابتدا توسط فوک و بیشاب (۱۹۶۵) ارائه شد و سپس توسط واکر و اسکوگربو (۱۹۸۷ )، واکر ( (۱۹۸۹ و کلمنز و همکاران (۱۹۹۸) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در روش پیشروی توانی برای حل معادله موازنه حجم از دو فرض استفاده میشود: فرض اول این است که معادلهای چون معادله نفوذ لوئیس کوستیاکف میتواند به خوبی فرایند حقیقی نفوذ را در ارتباط با زمان و مکان تشریح کند. فرض دوم بر این اساس است که سرعت پوشش مزرعه از آب به راحتی اندازهگیری میشود و به وسیله تابع توانی پیشنهاد شده توسط سینگ و چاهان (۱۹۷۲) یا مدلهای غیرخطی دیگر بیان میگردد.