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NUMERICAL SIMULATIONS AND VALIDATION OF WATER FLOW AND HEAT TRANSPORT IN A SUBSURFACE DRIP IRRIGATION SYSTEM USING HYDRUS-2D

Authors

  • Jiandong Wang,

    1. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
    2. National Centre of Efficient Irrigation Engineering and Technology Research, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
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  • Shihong Gong,

    Corresponding author
    1. National Centre of Efficient Irrigation Engineering and Technology Research, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
    • State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
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  • Di Xu,

    1. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
    2. National Centre of Efficient Irrigation Engineering and Technology Research, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
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  • Sui Juan,

    1. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
    2. National Centre of Efficient Irrigation Engineering and Technology Research, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
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  • Jianxin Mu

    1. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
    2. National Centre of Efficient Irrigation Engineering and Technology Research, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, P R, China
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  • Simulations numériques et validation des transferts d'eau et de chaleur dans un système d'irrigation souterraine localisée en utilisant HYDRUS-2D

Correspondence to: Prof Shihong Gong, State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, 100048, P R China. E-mail: gshh@iwhr.com

ABSTRACT

Subsurface drip irrigation (SDI) systems are often recommended to overcome water scarcity in arid and semi-arid regions. To properly manage SDI systems, precise prediction of distribution and transport of soil water content and temperature (important soil physical factors for plant growth) around the emitters must be known. In this paper, the computer software package HYDRUS-2D was used to evaluate the distribution and transport of soil water content and temperature around an emitter in a silt loam soil. The model was validated by comparison with measured data from field experiments involving SDI with emitters installed at 25-cm soil depths. Model performance in simulating soil moisture and temperature was evaluated by comparing measured and predicted values using three parameters: model efficiency (ME), root mean square deviation (RMSE) and mean bias error (MBE). Values of ME, RMSE and MBE between measured and simulated soil moisture ranged from 0.71 to 0.84, 0.013 to 0.019 and 0.004 to 0.007 and between measured and simulated soil temperature ranged from 0.81 to 0.86, 0.97 to 1.33 and 0.13 to 0.28, respectively. Based on these values, it can be concluded that there was good correspondence between simulations and observations and the HYDRUS-2D can be commendably used to describe soil water and heat transport properties involving SDI and also for investigating and designing drip irrigation management practices. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

RÉSUMÉ

Les systèmes d'irrigation localisés sousterrains (SDI) sont souvent recommandés pour surmonter la pénurie d'eau dans les régions arides et semi-arides. Pour bien gérer les systèmes SDI, la prédiction précise de la distribution de la teneur en eau du sol et la température du sol (facteurs physiques du sol importants pour la croissance des plantes) autour des émetteurs doit être connue. Dans cet article, le progiciel HYDRUS-2D, a été utilisé pour évaluer la distribution de l'humidité du sol et la température du sol autour de l'émetteur dans un sol limoneux. Le modèle a été validé par comparaison avec les données mesurées au champ avec des émetteurs SDI installés à 25 cm de profondeur. La performance du modèle à simuler l'humidité du sol et la température du sol a été évaluée en comparant les valeurs mesurées et prédites en utilisant trois paramètres à savoir, l'efficacité du modèle (ME), l'écart quadratique moyen (RMSE) et l'erreur moyenne biaise (MBE). Les valeurs de ME, RMSE et MBE entre la plage de l'humidité du sol mesurée et simulée sont de 0,71 à 0,84, de 0,013 à 0,019, et de 0,004 à 0,007; et les valeurs de ME, RMSE et MBE entre la plage de température du sol mesurée et simulée sont de 0,81 à 0,86, de 0,97 à 1,33, et de 0,13 à 0,28, respectivement. Sur la base de ces valeurs, on peut conclure qu'il ya une bonne correspondance entre les simulations et les observations, et le HYDRUS-2D peut être utilisé pour décrire les transferts d'eau et de chaleur dans le sol dans les systèmes SDI. Le modèle pourrait également être utilisé pour l'étude et la conception des SDI. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

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