Simulation of Soil Moisture and Salinity Changes Using HYDRUS-2D Software with Perforated PVC Pipes in Pistachio Orchards in Kerman Province

Document Type : Research Paper

Authors

1 Professor, Department of Soil Science, College of Agriculture, Vali-e-Asr University of Rafsanjan University, Iran.

2 MSc Graduated, Department of Soil Science, College of Agriculture.Vali-e-Asr University of Rafsanjan. Iran.

3 Assistant prof., of Irrigation and Drainage, Pistachio Research Center, Horticultural Sciences Research Institute, Agriculture Research Education and Extension Organization (AREEO), Rafsanjan, Iran.

4 Associate prof., of Soil Science, Pistachio Research Center, Horticultural Sciences Research Institute, Agriculture Research Education and Extension Organization (AREEO), Rafsanjan, Iran.

5 Assistant prof., of Soil Science, Pistachio Research Center, Horticultural Sciences Research Institute, Agriculture Research Education and Extension Organization (AREEO), Rafsanjan, Iran.

Abstract

This study evaluated the performance of a low-pressure subsurface irrigation system using perforated PVC pipes in pistachio orchards of Anar County (Kerman Province), focusing on soil moisture and salinity distribution. The HYDRUS-2D numerical model was applied to simulate two-dimensional water and solute movement in the soil. Treatments were based on a factorial combination of four design parameters, each at two levels: channel depth (40 and 60 cm), pipe diameter (110 and 160 mm), hole spacing on perforated PVC pipes (15 and 25 cm), and hole diameter (9 and 12 mm). Model evaluation based on the NRMSE index confirmed the HYDRUS-2D model's strong ability to simulate both moisture and solute distribution in the system. Simulation results revealed that treatments with 60 cm channel depth, 110 mm pipe diameter, 9 mm hole diameter, and 15 or 25 cm hole spacing (T15 and T16) achieved the most favorable salinity distribution by reducing salt accumulation in the root zone. Furthermore, treatments with 160 mm pipe diameter, 12 mm hole diameter, 60 cm channel depth, and 15 or 25 cm hole spacing on perforated PVC pipes (T9 and T10) showed superior moisture distribution compared to other treatments. These configurations provided the best overall performance in terms of moisture and salinity distribution under subsurface irrigation using perforated PVC pipes. In contrast, treatment T4 (40 cm channel depth, 160 mm pipe diameter, 9 mm hole diameter, 25 cm hole spacing) demonstrated the poorest performance regarding uniform water distribution and salinity control. Based on these findings, it is recommended that subsurface irrigation systems for pistachio orchards adopt the identified optimal design parameters, tailored to local soil and environmental conditions.

Keywords

References

  1. تافته، آرش، و امداد، محمدرضا، 1403. استفاده از مدل Hydrus 2D در ارائه برنامه مناسب آبیاری باغات و شبیه­سازی شوری خاک (مطالعه موردی باغات پسته سمنان). نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، 15(1)، صص.37-54. 22125/iwe.2024.446730.1795
  2. دهقانی سانیج، حسین، حاجی‌آقا بزرگی، حمیدرضا، کنعانی، الهه، و دهقانی سانیج، غزل، 1398. کاربرد مدل Hydrus-2D در بررسی تغییرات رطوبت خاک زیر درختان پسته با سیستم قطره‌ای زیر‌سطحی. مجله آبیاری و زهکشی ایران، 13(6)، صص. 1538-1549. 1001.1.20087942.1398.13.6.1.7
  3. جوزی، مهدی، مهدوی مقدم، نرجس، و زارع ابیانه، حمید،1400. شبیه‌ﺳﺎزی پروفیل رطوبتی خاک در آبیاری قطره‌ای با مدل HYDRUS-2D. مهندسی آبیاری و آب ایران، 12(1)، صص. 241-256.

10.22125/iwe.2021.138338

  1. حسینی، سیدتقی، رمضانی اعتدالی، هادی، کاویانی، عباس، سلطانی، مسعود، و نظری, بیژن، 1402. شبیه‌سازی حرکت آب و شوری در آبیاری قطره‌ای نواری در کشت ذرت با استفاده از نرم‌افزار HYDRUS-2D. نشریه دانش آب‌وخاک. 33(4)، صص. 55 -70. 22034/ws.2021.47124.2425
  2. حیدری، زینب، فراستی، معصومه، و قبادیان، رسول، 1397. بررسی اثر دبی بر الگوی خیس شده تحت آبیاری قطره‌ای سطحی و شبیه‌سازی با مدل .HYDRUS-2D مهندسی آبیاری و آب ایران، 8(4)، صص. 132-144.
  3. خلیلی، مژده، اکبری، مهدی، هزارجریبی، ابوطالب، ذاکری‌نیا، مهدی، عباسی، فریبرز، و کولائیان، علی، 1395. مدل کردن نیمرخ رطوبتی در آبیاری قطره‌ای زیرسطحی با استفاده از HYDRUS-2D، نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 10(2)، صص. 136-144.
  4. رمضانی اعتدالی، هادی، کریمی، شیما، و فخار، محدثه­السادات، 1401. شبیه‌سازی اثر پوشش بر توزیع رطوبت و املاح خاک با استفاده از دو مدل HYDRUS-2D و .AquaCrop هیدروژئولوژی، 7(1) ، صص.1-10. 22034/hydro.2022.12702
  5. سیفی، اکرم، و صداقتی، ناصر، 1399. ارزیابی اولویت سامانه‌های آبیاری قطره‌ای و لوله‌های کم‌فشار PVC سوراخ‌دار در باغ‌های پسته استان کرمان مبتنی بر مدل تصمیم‌گیری بهینه‌سازی غیرخطی. علوم و فناوری پسته، 5(10)، صص. 21-44.
  6. شینی دشتگل، علی، کرمان نژاد، جلیل، حمودی، مجید، و قنبری عدیوی، الهام. 1400. بررسی چگونگی توزیع رطوبت در آبیاری قطره‌ای زیرسطحی و مقایسه داده‌ها با نتایج .HYDRUS 2D دانش آب‌وخاک، 31(2)، صص. 103-115. 22034/ws.2021.12155
  7. صداقتی، ناصر، 1403. تعیین بهترین پارامترهای طراحی سیستم آبیاری زیر‌سطحی با استفاده از لوله‌های پی‌وی‌سی در باغ‌های پسته. سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی. شماره فروست سامانه فیپاک: 65635.
  8. صداقتی، ناصر، حسینی فرد، سیدجواد، و عبدالهی عزت‌آبادی، محمد، 1393. بررسی امکان تغییر سیستم آبیاری سطحی غرقابی و زیرسطحی با لوله‌های PVC در باغ‌های پسته‌. گزارش نهایی پروژه تحقیقاتی پژوهشکده پسته رفسنجان، 26 صفحه.
  9. صداقتی، ناصر، حسینی فرد، سیدجواد، عبدالهی عزت‌آبادی، محمد، محمدی محمدآبادی، اکبر، و نیکوئی دستجردی، محمدرضا. 1398. اثر تغییر سیستم آبیاری از روش سطحی (غرقابی) به زیرسطحی با لوله‌های پی‌وی‌سی PVC)) بر شوری خاک، رشد و عملکرد درختان پسته. علوم و فناوری پسته، 4(8)، صص. 28-42.
  10. عباسی، فریبرز. 1394. فیزیک خاک پیشرفته. چاپ سوم، انتشارات دانشگاه تهران.
  11. عطایی، علی، نیشابوری، محمدرضا، اکبری، مهدی، اگدرنژاد، اصلان، و اسدی، صفورا، 1399. کاربرد معیارهای PAW و IWC در مدیریت آبیاری و نقش آن بر توزیع شوری خاک و جذب آب گیاه. تحقیقات آب‌وخاک ایران، 51(11)، صص. 2773-2786. 22059/ijswr.2020.305248.668657
  12. میرزایی، علی‌اصغر، و ناظمی، امیرحسین.1390. شبیه‌سازی حرکت شوری در خاک با استفاده از مدل HYDRUS-2D. مهندسی آبیاری و آب ایران، 1(3)، صص. 59–
  13. Al‐Tabbal, J. and Al‐Zboon, K.K., 2021. Impact of boric acid and saline water irrigation on germination and seedling establishment of wheat. Irrigation and Drainage, 70(5), pp. 1183-1192. https://doi.org/10.1002/ird.2603
  14. Autovino, D., Rallo, G. and Provenzano, G., 2018. Predicting soil and plant water status dynamic in olive orchards under different irrigation systems with hydrus-2d model performance and scenario analysis. Agricultural Water Management, 203, pp. 225-235. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2018.03.015
  15. Bajpai, A. and Kaushal, A., 2020. Soil moisture distribution under trickle irrigation: A review. Water Supply, 20(3), pp. 761-772. https://doi.org/10.2166/ws.2020.005
  16. Bannayan M and Hoogenboom G., 2009. Using pattern recognition for estimating cultivar coefficients of a crop simulation model. Field Crops Research, 111, pp. 290-302.

 https://doi.org/10.1016/j.fcr.2009.01.007

  1. Brunetti, G., Šimůnek, J. and Piro, P., 2016. A comprehensive numerical analysis of the hydraulic behavior of a permeable pavement. Journal of Hydrology, 540, 1146-1161.
  2. Brunetti, G., Porti, M. and Piro, P., 2018. Multi-level numerical and statistical analysis of the hygrothermal behavior of a non-vegetated green roof in a mediterranean climate. Applied Energy, 221, pp. 204-219. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.07.030
  3. Elmaloglou, S. and Diamantopoulos, E. 2009. Simulation of soil water dynamics under subsurface drip irrigation from line sources. Agricultural water management, 96(11), 1587-1595. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2009.06.010
  4. Jamieson, P.D., Porter, J.R. and Wilson, D.R., 1991. A test of the computer simulation model ARCWHEAT1 on wheat crops grown in New Zealand. Field crops research, 27(4), pp. 337-350. https://doi.org/10.1016/0378-4290(91)90040-3
  5. Morianou, G., Kourgialas, N.N.and Karatzas, G.P., 2023. A Review of HYDRUS 2D/3D Applications for Simulations of Water Dynamics, Root Uptake and Solute Transport in Tree Crops under Drip Irrigation. Water, 15(4), pp. 741.
  6. Ning, S., Zhou, B., Wang, Q., and Tao, W., 2020. Evaluation of irrigation water salinity and leaching fraction on the water productivity for crops. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 13(1), pp. 170-177.

 10.25165/j.ijabe.20201301.5047

  1. Phull, A.M. and Babar, M.M., 2012. Simulation of soil wetting pattern of subsurface drip irrigation system. In Sixteenth International Water Technology Conference, IWTC (Vol. 16, p. 2012).
  2. Šimůnek, J, Sejna, M., and van Genuchten, M., 2011. User Manual. SpringerReference. 322
  3. Šimůnek, J., Van Genuchten, M.T., and Šejna, M., 2012. The HYDRUS software package for simulating the two-and three-dimensional movement of water, heat, and multiple solutes in variably-saturated porous media. Technical manual.
  4. Siyal, A.A. and Skaggs, T.H., 2009. Measured and simulated soil wetting patterns under porous clay pipe sub-surface irrigation. Agricultural Water Management, 96(6), pp. 893–904. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2008.11.013
  5. Skaggs, T.H., Trout, T.J., Šimůnek, J. and Shouse, P.J., 2004. Comparison of HYDRUS-2D simulations of drip irrigation with experimental observations. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 130(4), pp. 304–310.1061/ (ASCE) 0733-9437(2004)130:4(304)
Journal of Water Research in Agriculture
Volume 39, Issue 2
September 2025
Pages 127-147

Files

Share

How to cite

Statistics