ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ СИСТЕМ ПІДҐРУНТОВОГО КРАПЛИННОГО ЗРОШЕННЯ НА ОСНОВІ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ВОЛОГОПЕРЕНЕСЕННЯ

М. Ромащенко; В. Богаєнко; А. Сардак; О. Никитюк

doi:10.17721/1728-2713.101.15

Автор(и)

М. Ромащенко Інститут водних проблем і меліорації НААН, вул. Васильківська 37, м. Київ, 03022, Україна
В. Богаєнко Інститут кібернетики ім. В. М. Глушкова НАН України, просп. Академіка Глушкова 40, м. Київ, 03187, Україна
А. Сардак Інститут водних проблем і меліорації НААН, вул. Васильківська 37, м. Київ, 03022, Україна
О. Никитюк Інститут водних проблем і меліорації НААН, вул. Васильківська 37, м. Київ, 03022, Україна

DOI:

https://doi.org/10.17721/1728-2713.101.15

Ключові слова:

підґрунтове краплинне зрошення, імпульсний режим водоподачі, вологоперенесення, моделювання, оптимізація

Анотація

Розглянуто задачу визначення глибини закладання краплинних стрічок та відстані між ними під час проєктування систем підґрунтового краплинного зрошення (СПКЗ), а також задачу оцінки ефективності імпульсного режиму водоподачі. Відповідна оптимізаційна задача має як цільову функцію витрати на створення та експлуатацію системи і розв'язується генетичним алгоритмом. Для кожного з набору значень параметрів системи моделюється призначення поливів протягом сезону вегетації згідно із заданим передполивним порогом. Моделювання проводиться на основі двовимірного рівняння Річардса, дискретизованого скінченно-різницевою схемою. Для цього параметри розвитку рослин визначаються згідно з моделлю, що базується на зміні фаз розвитку при накопиченні заданої суми активних температур. Для врахування варіативності погодних умов, моделювання проводиться для серії випадково згенерованих метеосценаріїв. Результати тестування розробленої методики підтверджують її відповідність експериментальним спостереженням та практиці проєктування систем підґрунтового краплинного зрошення.

Посилання

abd el Baki, H.M., Fujimaki, H., Tokutomo, I., Saito, T. (2017). Determination of irrigation depths using a numerical model of crop growth and quantitative weather forecast and evaluation of its effect through a field experiment for potato. J. Jpn. Soc. Soil Phys. ,136, 15–24.

Arbat, G., Puig-Bargués, J., Barragán, J., Bonany, J., Ramírez de Cartagena, F. (2008). Monitoring soil water status for micro-irrigation management versus modelling approach. Biosystems Engineering, 100(2), 286–296. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2008.02.008

Averyanov, S.F. (1982). Filtration from canals and its influence on groundwater regime. Moscow: Kolos. [in Russian]

Campbell, G. S., Campbell, M. D., Hillel, D. (1982). Irrigation scheduling using soil moisture measurements: theory and practice. Advances in irrigation, 1, 25–42.

Freund, R.W. (1993). A transpose-free quasi-minimal residual algorithm for non-hermitian linear systems. SIAM J. Sci. Comput., 14(2), 470–482.

Friedman, S.P., Communar, G., Gamliel A. (2016). DIDAS – User-friendly software package for assisting drip irrigation design and scheduling. Computers and Electronics in Agriculture, 120, 36–52. https://doi.org/10.1016/j.compag.2015.11.007

González Perea, R., Moreno, M.A., Ortega, J.F., del Castillo, A., Ballesteros R. (2020). Dynamic Simulation Tool of fertigation in drip irrigation subunits. Computers and Electronics in Agriculture, 173, 105434. https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105434

Hargreaves, G.H., Samani, Z.A., (1985). Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Engineering in Agriculture, 1(2), 96–99.

Holzapfel, E.A., Marino, M.A., Valenzuela, A. (1990). Drip irrigation nonlinear optimization model. J. Irrig. Drain Eng., 116(4), 479–496.

Kandelous, M.M, Kamai, T., Vrugt, J.A., Šimůnek, J., Hanson, B., Hopmans, J.W. (2012). Evaluation of subsurface drip irrigation design and management parameters for alfalfa. Agricultural Water Management, 109, 81–93. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2012.02.009

Karimi, B., Karimi, N., Shiri, J., Sanikhani H. (2022). Modeling moisture redistribution of drip irrigation systems by soil and system parameters: regression-based approaches. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 36, 157–172. https://doi.org/10.1007/s00477-021-02031-y

Kim, D.H., Kim, J.S., Kwon, S.H. et al. (2021). Simulation of Soil Water Movement in Upland Soils Under Pulse Irrigation using HYDRUS-2D. J. Biosyst. Eng., 46, 508–516. https://doi.org/10.1007/s42853-021-00123-9

Mitchell, M. (1996). An Introduction to Genetic Algorithms. Cambridge, MA: MIT Press.

Muñoz-Carpena, R., Dukes, M. (2005). Automatic Irrigation Based on Soil Moisture for Vegetable Crops. http://doi.org/10.32473/edis-ae354-2005

Obaideen, K., Yousef, B., AlMallahi, M., Tan, Y.Ch., Mahmoud, M., Jaber, H., Ramadan, M. (2022). An overview of smart irrigation systems using IoT. Energy Nexus, 7, 100124. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2022.100124

Rank, P.H., Vishnu, B. (2021). Pulse drip irrigation: A review. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 10(1), 125–130. https://www.phytojournal.com/archives/2021/vol10issue1/PartB/9-5-544-506.pdf

Richards, L.A. (1931). Capillary conduction of liquids through porous mediums. Physics, 1(5), 318–333. https://doi.org/10.1063/1.1745010.

Ritchie, J.T., Nesmith, D.S. (1991). Temperature and Crop Development. In: J. Hanks and J.T. Ritchie (Eds.) Modeling Plant and Soil Systems. https://doi.org/10.2134/agronmonogr31.c2

Romashchenko, M., Bohaienko, V., Bilobrova, A. (2021a). Two-dimensional mathematical modelling of soil water regime under drip irrigation. Bulletin of Agricultural Science, 99(4), 59–66. https://doi.org/10.31073/agrovisnyk202104-08 [in Ukrainian]

Romashchenko, M., Kolomiets, S., Bilobrova, A. (2019). Laboratory diagnostic system for water-physical soil properties. Land Reclamation and Water Management, (2), 199-208. https://doi.org/10.31073/mivg201902-193 [in Ukrainian]

Romashchenko, M., Shatkovskyi, A., Sardak, A., Cherevichny, Y., Didenko, N., Marinkov, O. (2021b). Aspects of formation of soil water regime and water consumption of corn under subsurface drip irrigation. Land Reclamation and Water Management, (2), 190–200. https://doi.org/10.31073/mivg202102-298 [in Ukrainian]

Romashchenko, M.I., Shatkovsky, A.P., Onotsky, V.V. (2016). Mathematical model of flat-vertical profile moisture transfer under trickle irrigation in conditions of incomplete saturation. Agricultural science and practice, 3(3), 35–40. https://doi.org/10.15407/agrisp3.03.035

Samarskii, A.A. (2001). The theory of difference schemes. New York (NY): CRC Press.

Segal, E., Ben-Gal, A., Shani, U. (2006). Root Water Uptake Efficiency Under Ultra-High Irrigation Frequency. Plant Soil, 282, 333–341. https://doi.org/10.1007/s11104-006-0003-6

Seidel, S.J., Schütze, N., Fahle, M., Mailhol, J.-C., Ruelle, P. (2015). Optimal Irrigation Scheduling, Irrigation Control and Drip Line Layout to Increase Water Productivity and Profit in Subsurface Drip-Irrigated Agriculture. Irrig. and Drain., 64, 501–518. https://doi.org/10.1002/ird.1926

Shiri, J., Karimi, B., Karimi, N., Kazemi, M.H., Karimi, S. (2020) Simulating wetting front dimensions of drip irrigation systems: Multi criteria assessment of soft computing models. Journal of Hydrology, 585, 124792. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124792

van Genuchten, M.T. (1980). A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 44, 892±8.