کاربرد تحلیل سری‌های زمانی برای الگوبندی و پیش‌بینی حجم خاک خیس‌‌شده با گسیلنده نقطه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی آذربایجان شرقی

چکیده

یکی از مهم‌ترین اصول طراحی آبیاری قطره‌ای که در تعیین دور آبیاری محصولات ردیفی نقش بنیادی دارد، حجم خاک خیس شده با گسیلنده‌ها می‌باشد. بنابراین اهمیت و نیز با توجه به توانمندی فن سری‌های زمانی در الگوبندی و پیش‌بینی پدیده‌های هیدرولو‍ژیک، یک مجموعه آزمایش، در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی آذربایجان شرقی در یک خاک لوم و لوم رسی با هدف الگوبندی و پیش‌بینی حجم خاک خیس شده با گسیلنده نقطه‌ای با کاربرد فن سری‌های زمانی انجام شد. برای اجرای آزمایش، دبی جریان گسیلنده‌ها برابر 2،4 و8 لیتر در ساعت و نوع گسیلنده‌ها نقطه‌ای انتخاب شد. براساس داده‌های اندازه‌گیری شده پیشروی عمودی و جانبی رطوبت در زمان‌های مختلف و با فواصل مساوی، حجم خاک خیس شده با گسیلنده‌ها در زمان‌های مختلف برآورد گردید. نتایج نشان داد سری حجم خاک خیس شده با گسیلنده نقطه‌ای در طول دوره اندازه‌گیری (210 دقیقه) روند ناایستائی داشت. برای ایستا سازی سری داده‌ها از عمل لگاریتمی نمودن و یک‌بار تفاضلی استفاده شد. الگوی مناسب برای بیان سری زمانی حجم خاک خیس شده توسط گسیلنده‌های نقطه‌ای به صورت ARIMA (1,1,0) تشخیص داده شد. براساس الگوی سری زمانی انتخاب شده، حجم خاک خیس شده از 210 تا 300 دقیقه (برای 90 دقیقه بعدی) پیش‌بینی گردید. نتایج پیش‌بینی نشان داد میانگین حجم خاک خیس شده در انتهای 300 دقیقه با کاربرد دبی‌های 2، 4 و 8 لیتر بر ساعت به ترتیب برابر 38، 164 و 223 هزارسانتی‌مترمکعب خواهد بود. توصیه می‌شود برای الگوبندی و پیش‌بینی حجم خاک خیس شده در شرایط خاک شناختی مشابه از الگوی ARIMA (1,1,0) استفاده شود

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Time Series Application to Model and Forecast Wetted Soil Volume from a Point Source Emitter

نویسنده [English]

  • Abolfazl Nasseri
چکیده [English]

The wetted soil volume (WSV) is the most important principle in drip irrigation designing which is applied to determine irrigation intervals of raw crops. Therefore and based on time series techniques ability in modeling and forecasting of hydrological phenomena, a set experiments were conducted at East Azarbaijan Research Center for Agriculture and Natural Resources, Tabriz, Iran with the aim of  time series modeling and forecasting of WSV from a point source. The point source discharges were selected as 2, 4 and 8 Lh-1 and WSV were estimated based on vertical and horizontal advance of moisture. Also, wetted soil volumes were estimated for several times. Results showed that WSV had non-stationary behavior during 210 min. Differencing natural logarithm of WSV data were applied to make stationary behavior for WES data. Accordingly, to describe WSV from point sources, ARIMA (1, 1, 0) was recognized as a suitable time series model. Based on achieved model, WSV series were forecasted as 38, 164 and 223×1000 cm3 for the next 90 min (from 210 to 300 min). It is recommended that ARIMA (1,1,0) can be applied to model and forecast wetted soil volume in similar soil condition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Drip irrigation
  • Point source
  • time series
  • Wetted soil volum

1. آشگرطوسی، ش. 1384. الگوسازی وپیش‌بینی بارندگی های فصلی با مدلسازی SARIMA (مطالعه موردی: استان خراسان). مجله تحقیقات منابع آب، سال اول، شماره 3. صفحه‌های 53 تا 61.

2. بختیاری، ب. 1382. نگرش تحلیلی بر تغییر اقلیم بارندگی در دمای شهر کرمان. سومین کنفرانس تغییر اقلیم. دانشگاه اصفهان

3. برهان، ا. 1354. اصول و طراحی آبیاری قطره‌ای (ترجمه). انتشارات آفتاب. تهران

4. بیگلری، ب.ن. و م. سامانی. 1382. بررسی سری زمانی بارش- رواناب سطح و مطالعات زمان تاخیر در حوضه آبریز بازفت. هفتمین همایش زمین شناسی ایران. دانشگاه اصفهان.

5. ترابی، س. 1380. بررسی و پیش بینی تغییرات دما و بارش در ایران. پایان نامه دکتری جغرافیای طبیعی . دانشکده علوم انسانی واجتماعی. دانشگاه تبریز.

6. جلالی، ا. و س. خنجر. 1388. بررسی نوسانات دمائی با استفاده از مدل سری‌‌های زمانی و توزیع احتمالاتی، مطالعه مورد شهرستان کرمانشاه. مجله فضای جغرافیائی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهر. جلد 9، شماره 27. صفحه‌های 115 تا 132.

7. جلیلی، ش.، س. مرید، ا. بناکار و ر. نامدار قنبری. 1390. ارزیابی تاثیر شاخص های اقلیمی NAO و SOI بر تغییرات تراز دریاچه ارومیه، کاربرد روش‌های آنالیز طیفی سری‌های زمانی، نشریه آّب و خاک (علوم و صنایع  کشاورزی). جلد 25، شماره 1. صفحه های 140 تا 149.

8. جهانبخش، س. و ن. باباپور. 1382. بررسی و پیش‌بینی متوسط دما با استفاده از مدل ARIMA، فصلنامه تحقیقات جغرافیائی شماره 70. صفحه‌های 11887 تا 11898.

9. چیت‌سازان، م.، س.ی. میرزائی و ر. چینی پرداز. 1386. منطقه‌بندی آبخوان شهرکرد با استفاده از تحلیل سری‌های زمانی. مجله علوم. دانشگاه شهید چمران اهواز. قسمت ب. صفحه‌‌های 1 تا 15.

10. خردمندنیا، م. و ح. عساکره. 1380. الگوسازی ARIMA برای متوسط دمای سالانه هوا در جاسک. سومین سمینار احتمال و فرآیند‌های تصادفی. دانشگاه اصفهان.

11. خورشیددوست، ع.م.، ر. صنیعی و ی. قویدل رحیمی. 1388. پیش بینی دماهای کرانگین اصفهان با استفاده از روش سری‌‌های زمانی. مجله فضای جغرافیائی. دانشگاه آزاد اسلامی اهر. جلد9، شماره 26. صفحه‌های 31 تا 48.

12. رئیسی، ع. 1380. استفاده از روش های استوکستیک در مطالعه تغییرات آب و هوایی جنوب ایران. دومین کنفرانس منطقه ای تغییر اقلیم، سازمان هواشناسی کشور، تهران

13. رحمانی، ع.ر. و م. سدهی. 1383. پیش بینی تغییرات سطح آب زیر زمینی دشت همدان- بهار با مدل سری‌‌های زمانی. مجله آب و فاضلاب. جلد 15 شماره 3 صفحه‌های 42 تا 49.

14. رحیمی، د. و ح. غیور. 1389. تحلیل دبی رودخانه کارون با تبدیل باکس-کاکس و سری‌های زمانی. مجله تحقیقات جغرافیایی، جلد 25، شماره 4. صفحه‌های 135 تا 151.

15. زاهدی، م. و ی. قویدل رحیمی. 1381. شناخت، طبقه بندی و پیش‌بینی خشکسالی حوضه آبریز دریاچه ارومیه با استفاده از مدل سری زمانی هالت- وینترز. فضای جغرافیائی.جلد 6. صفح های 19 تا 48.

16. سلاجقه، ع.، او فتح آبادی و نجفی حاجی ور. 1387. مقایسه شبکه عصبی و سری‌های زمانی در پیش بینی خشکسالی (مطالعه موردی استان خراسان رضوی). مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. جلد 2، شماره 4. صفحه‌‌های 74 تا 77.

17. سلطانی، س. و ر. مدرس. 1385. پیش بینی مقادیرSPI با استفاده از مدل‌های سری‌های زمانی. نخستین همایش منطقه ای بهره برداری بهینه از منابع آب حوضه های کارون و زاینده رود.

18. شریفیان، ح. و ب. قهرمان. 1386. ارزیابی پیش‌بینی باران با بکارگیری تکنیک در استان گلستان، مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی. جلد 4، شماره 3. صفحه های 19 تا 25.

19. شیر غلامی، ه. و ب. قهرمان. 1384. بررسی تغییرات دمای متوسط سالانه در ایران. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. سال نهم.  جلد 9، شماره اول صفحه‌های 8 تا 23.

20. طاهری، م. 1377. مدل‌بندی میزان دما و بارش 11 ایستگاه هواشناسی ایران و پیش‌بینی تا پایان سال 2000. تهران. سازمان هواشناسی کشور

21. طرازکار، م.ح. و ع. صدق‌آمیز. 1387. مقایسه پیش بینی دبی جریان رودخانه کرخه با استفاده از روش‌های سری زمانی و هوش مصنوعی. مجله پژوهش و سازندگی. جلد 21، شماره 3 . صفحه‌های 51 تا 58.

22. عزیزی، ق. و ع.ا. روشن. 1384. بررسی خشکسالی‌ها و ترسالی‌ها و امکان پیش‌بینی آنها با استفاده از مدل سری زمانی هالت وینترز در استان هرمزگان، فصلنامه تحقیقات جغرافیائی، جلد79: صفحه‌‌های13441 تا 13456 .

23. علیزاده، ا. 1376. اصول و عملیات آبیاری قطره‌‌ای. انتشارات دانشگاه امام رضا (ع).

24. فتح آبادی، ا.، ع. سلاجقه و م. مهدوی. 1387. پیش بینی دبی رودخانه با استفاده از روش‌‌های نوروفازی و مدل‌‌های سری‌های زمانی. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. جلد 2، شماره 5. صفحه‌های 21 تا 30.

25. قهرمان، ن. و ا. قره‌خانی. 1390. ارزیابی الگوهای تصادفی سری زمانی در برآورد تبخیر از تشت (مطالعه موردی: ایستگاه شیراز). مجله پژوهش آب در کشاورزی. جلد 25، شماره 1. صفحه های 75-81.

26. ناصری، ا.، ح. بابازاده و س. نخجوانی. 1390. انتخاب مناسب‌ترین دبی گسیلنده با تحلیل توزیع رطوبت از یک گسیلنده نقطه‌ای. مجله حفاظت منابع آب و خاک. شماره 1. صفحه‌های 29-43.

27. ناصری، ا. 1383. تجزیه و تحلیل سری‌های زمانی نفوذ و توزیع زمانی مکانی جریان سطحی در آبیاری جویچه‌ای. پایان‌نامه دکتری علوم و مهندسی آبیاری. دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز.

28. نخعی، م. و ع. میر عربی. 1389. پیش بینی سیلاب از طریق داده‌های سری زمانی دبی رودخانه سومبار با استفاده از مدل باکس-جنکینز. نشریه زمین شناسی مهندسی. شماره 4، جلد1. صفحه‌های  901 تا910.

29. نیرومند، ح. 1376. تحلیل سری‌های زمانی، روش‌های یک متغیری و چند متغیری (ترجمه). دانشگاه فردوسی مشهد.

30. هاشمی، ر. و م. جهانشاهی. 1384. تحلیل و پیش‌بینی بارندگی ماهانه و سالانه در منطقه تربت حیدریه خراسان. پنجمین سمینار احتمال و فرآیند های تصادفی. بیرجند.

31. ویسی پور، ح.، ج.ف. معصوم پور سماکش، ب. صحنه  و ی. یوسفی. 1389. تحلیل پیش بینی روند بارش و دما با استفاده از مدل‌های سری‌های زمانی (ARIMA) نمونه موردی: شهرستان کرمانشاه. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. جلد 2، شماره 8. صفحه‌های 21 تا 30.

32. Ahn, H. 2000. Modeling of groundwater heads based on second order difference time series modelings. J. Hydrology 234: 82-94.

33. Angelakis, A.N., D.E. Rolston, T.N. Kadir and V.H. Scott. 1993. Soil-water distribution under trickle source. Journal of irrigation and Drianage, ASCE. 119(3):484-500.

34. Anthony, C.A. and N. Juddy. 2004. The influence of climate variability and climate change on agricultural production in Nigeria. EMS annual Meeting abstracts, 1: 449-449

35. Box GEP and Cox DR, 1964. An analysis of transformation. Roy. Stat.Soc.,Se.26:211-252.

36. Brandt, A., E.E. Bresler, N. Diner, I. Ben-asher, J. Heller and D. Goldberg. 1971. Infiltration from a tricklr source: I. Mathematical models. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 35: 675-682.

37. Breseler, E., G. Heller, N. Diner, I. Ben-Asher, A. Brandtand and D. Goldberg. 1971. Infiltration from a trickle source: II Experimental data and theoretical predictions. Soil Sci. Soc. Am. Proc.35:683-689.

38. Brightte, E.J. and M.J. Hendry. 2003. Application of harmonic analysis of water levels to determine vertical hydraulic conductivity. Groundwater, 41(40): 514-522

39. Brockwell, P.J. and  R.A. Davis. 1996. Introduction to time series and forecasting. Springer- Verlag, New York, Inc.

40. Burlando, P., A. Montana and R. Raze. 1996. Forecasting of storm rainfall by combined use of radar, rain gages and liner models, Atmospheric Research, 42: 199-216.

41. Castellano-Mendez, M., W. Gonzalez-Manteiga, M. Febrcro- Bende, J.M., Prada-Sanchez and R. Lozano-Calderon. 2004. Modeling of monthly and daily behavior of the run off the Xallas river using Box-Jenkins and Neural networks methods, Journal of Hydrology. 296: 38-58.

42. Chatfield, C. 1996. the analysisi of time series: an introduction. 5th edition. Chapman and Hall. UK.

43. Chow, V.T. and S.J. Kareliotis. 1970. Analysis of stochastic hydrologic systems. Water Resources Research. 16: 1569-1582.

44. Leite, S. and J. Peixoto. 1996. The autoregressive model climatologically  time series an application to the longest time series in Portugal. International Journal of Climatology. 16: 1165-1173

45. Nakayama, F. and D.A. Bucks. 1986. Trickle irrigation for crop production. Elsevier Science Publishers. 383p.

46. Padilla, A., A. Puldo-Bosch, M. Cavache and A. Vallejos. 1996. The ARMA model applied to the flow of Karst Spring. Water Resources Bulletin. 32:917-928.

47. Philip, J.R. 1971. General theorem on steady infiltration from surface sources with application to point and line sources. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 34: 709-714.

48. Quimpo, R.G. 1968. Autocorrelation and spectral analysis in hydrology. Journal of Hydraulic Division, ASCE, 94(2): 363-373

49. Raats PAC. 1971. Steady infiltration from point sources, cavities and basins. Soil Sci. Am. Proc. 35: 689-694.

50. Revol, Ph., B.E. Clothier, B. Lesaffre and G. Vachaud. 1995. An approximate time-dependent solution for point-source  infiltration. Proceeding of the fifth international microirrigation congress: Microirrigation for a change world: Conserving Resouces/Preserving the Enviromental, Ed:.Lamma,F. R.April 2-6 .Florida. 603-609.

51. Salas, J.D., J.W. Delleur, V.M. Yevjevich and W.L. Lane. 1980. Applied modeling of hydrologic time series. Water Resources publications. Littleton, Co.

52. Samani, N., E. Raeissi and A. Soltani. 1994. Modeling the stochastic behavior of the Fars river. J. Science. IRI. 5 ( 1& 2): 49-58

53. Samani, N. 2001. Response of karest aquifer to rainfall and evaporation, Maharlu basin, Iran. Journal of Cave and Karest Studies, 63: 23-40.

54. Sen, Z. 1998. Small sample estimation of the time average in climate time series. International Journal of Climatology. 18; 1725-1732

55. Spiegel, M.H. 1968. Mathematical Handbook of Formulas and Tables. Schaum's Outline Series. McGraw-Hill  Book Company, 271p

56. Taghavi, S.A., M.A. Marino MA and Rolston DE, 1984. Infiltration from a trickle source. J. Irrig. And Drain. , ASCE, 110(4):331-341

57. Turkes, M. and M. Sutku. 1996. Observed change temperature in turkey. International Journal of climatology. 1: 456- 466

58. Vangeer, F.C. 1996. An estimation of Box Jenkins transfer noise models for spatial interpolation of ground water head series: Journal of Hydrology, 192: 65-80

59. Vellidis, G. and A.G. Smajstrla. 1992. Modeling soil water redistribution and extraction patterns of drip-irrigated tomatoes above a shallow water table. Transaction of the ASAE,35(1):183-191.

60. Warrick, A., W. Lomen & D.O. Amoozegar-fard. 1980. Linearized moisture flow with root extraction for three dimensional steady conditions.Soil Sci.Soc. Am. J., 44:911-914.

61. Yitayew, M. and A. Alikhan. 1995. Field evaluation of water and solute movement from a point source. Proceeding of the fifth international microirrigation congress: Microirrigation for a change world: Conserving Resouces/Preserving the Enviromental, Ed: Lamma, F. R.April 2-6 .Florida. 609-614.

62. Zachmann, D.W. and A.W. Thomas. 1973. A mathematical investigation of steady  infiltration from line sources. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 37:495-500.

63. Zur, B. 1996. Wetted soil volume as a design objective in trickle irrigation. Irrigation Science. 16: 101-105.