برآورد نفوذ تجمعي آب به خاك با استفاده از توابع انتقالي در خاك هاي آهكي

Estimating cumulative soil water infiltration using pedotransfer functions in calcareous soils

چكيده 1 به منظور جلوگيري از تخريب اراضي و آلودگي خاك و آب ، شناخت فرآيند هاي مربوطه و كم ي نمودن روابط بين آن ها امري اجتناب ناپذير مي باشد. فرآيند نفوذ آب به خاك يكي از مهم ترين اجزاي چرخه هيدرولوژي است . از سوي ديگر، اندازه گيري آن دشوار، زمان بر و پرهزينه م ي باشد . در اين پژوهش، امكان برآورد نفوذ تجمعي آب به خاك، در زمان هاي مشخصي از آغاز فرآيند نفوذ با استفاده از ويژگي هاي زوديافت خاك و به كمك توابع انتقالي خاك مورد بررسي قرار گرفت . براي اين منظور، داده هاي به دست آمده از آزمايش هاي نفوذپذيري به روش استوانه هاي مض اعف در 210 نقطه از مناطق مختلف كشور جمع آوري شد . خاك ها در محدوده بافتي لوم تا رسي قرار داشت . همچنين ، با حفر پروفيل در نزديكي نقاط اندازه گيري نفوذ آب به خاك، لايه هاي پدوژنيك خاك مشخص و از دو افق بالايي نمونه برداري و ويژگي هاي رطوبت اوليه، جرم ويژه ظاهري خاك، فراواني نسبي ذرات ، ميزان ماده آلي، درصد سنگ ريزه، م يزان آهك، ظرفيت زراعي و رطوبت پژمردگي دايم انداز ه گيري شد . سپس با استفاده از اين ويژگي ها و رگرسيون چندگانه گام به گام ، توابعي پارامتريك براي برآورد نفوذ 240 و 270 دقيقه از ،210 ،180 ،150 ،120 ،90 ،60 ،45 ،30 ،20 ،15 ،10 ، تجمعي در زمان هاي 5 ابتداي آزمايش نفوذپذيري و زمان نفوذ پايه پي ريزي گرديد . نتايج اعتبار يابي توابع پي ريزي شده بيانگر آن بود كه تمامي توابع پي ريزي شده ، نفوذ تجمعي را كم برآورد نموده اند. همچنين، با افزايش زمان ازابتداي آزمايش نفوذپذيري، مقدار آماره ريشه ميانگين مربعات خطا افزايش يافت . مقادير آماره كارآيي مدل در تمامي توابع استخراج شده مقداري مثبت و به طوركلي، با گذشت زمان از ابتداي آزمايش نفوذپذيري، داراي روندي افزايشي بود . اين امر بيانگر آن بود كه با افزايش زمان از ابتداي آزمايش نفوذپذيري، كارآيي مدل هاي رگرسيوني پي ريزي شده ، بهبود يافته است . همچنين، توابع انتقالي 6 سانتي متر برآورد نمودند . نتايج / پي ريزي شده منحني نفوذ تجمعي را با ميانگين خطايي برابر با 90 نشان داد كه در سطح احتمال 1 درصد، مي توان منحني نفوذ تجمعي برآورد شده را ب ه عنوان يكي از تكرارهاي يك آزمايش نفوذپذيري معتبر پذيرفت. واژ ههاي كليدي: توابع انتقالي خاك، فرآيند نفوذ، مدل كوستياكوف- لوييز، نفوذ تجمعي

1.Argyrokastritis, I. and Kerkides, P. 2003. A note to the variable sorptivity infiltration equation. Water Resour. Manage. 17: 133-145. 2.Blake, G.R. and Hartge, K.H. 1986. Bulk Density, P 363-375. In: Klute, A. (Ed). Methods of Soil Analysis. Part 1. 2nd ed. Agron. Monogr. 9. ASA. Madison. WI. 3.Bland, J.M. and Altman, D.G. 1997. Statistics notes: Cronbachʹs alpha. Br. Med. J. 314: 572-522. 4.Bouma, J. 1989. Using soil survey data for quantitative land evaluation. Adv. Soil Sci. 9: 177-213. 5.Edwards, W.M. 1982. Predicting tillage effects on infiltration, P 105-115. In: Unger, P.W., D.M. Van Doren, F.D. Whisler, and E.L. Skidmore, (eds.), Predicting tillage effects on soil physical properties. ASA special publication 44, ASA, SSSA, Madison, USA. 6.Gee, G.W. and Bauder, J.W. 1986. Particle Size Analysis, P 383-411. In: Klute, A. (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 1. Second ed. Agron. Monogr. 9. ASA. Madison. WI. 7.Ghorbani Dashtaki, S. and Homaee, M. 2007. Estimating soil water infiltration parameters using pedotransfer functions. Iranian. J. Irrig. Drain. 1: 1. 21-39. (In Persian) 8.Ghorbani Dashtaki, S. 2008. Estimating Soil Water Infiltration Parameter Using Pedotransfer Functions, Artificial Neural Networks and Geostatistics. Ph.D. Thesis, Tarbiat Modares University, Iran, 256p. (In Persian) 9.Ghorbani Dashtaki, S., Homaee, M. and Mahdian, M.H. 2009a. Estimating soil water infiltration parameters using Artificial Neural Networks. J. Water and Soil, 23: 1. 185-198. (In Persian) 10.Ghorbani Dashtaki, S., Homaee, M., Mahdian, M.H. and Kouchakzadeh, M. 2009b. Site-Dependence Performance of Infiltration Models. Water Resour. Manage. 23: 1573-1650. 11.Ho, R. 2006. Handbook of univariate and multivariate data analysis and interpretation with SPSS. Chapman and Hall/CRC, 403p. 12.Hocking, R.R. 2003. Methods and applications of linear models. New Jersey: Wiley, 741p. 13.Horton, R.E. 1940. An approach towards a physical interpretation of infiltration capacity. Soil Science Society of America Proceedings, 5: 399-417. 14.Jain, A. and Kumar, A. 2004. An evaluation of artificial neural network technique for the determination of infiltration model parameters. Applied Soft Computing, 6: 3. 272-282. 15.Kostiakov, A.N. 1932. On the dynamics of the coefficient of water-percolation in soils and on the necessity for studying it from a dynamic point of view for purposes of amelioration, P 17-21. Transactions Congress International Society for Soil Science, 6th, Moscow, Part A. 16.Machiwal, D., Jha, M.K. and Mal, B.C. 2006. Modelling Infiltration and quantifying Spatial Soil Variability in a Wasteland of Kharagpur, India. Biosystems Engineering, 95: 4. 569-582. 17.Mezencev, V.J. 1948. Theory of formation of the surface runoff. Meteorologiae Hidrologia. 3: 33-40. 18.Mohammadi, M.H. and Refahi, H. 2005. Estimating parameters of infiltration equations using soil physical properties. J. Agric. Sci. Iran, 36: 6. 1391-1398. (In Persian) 19.Mukheibir, P. 2008. Water resources management strategies for adaptation to climate-induced impacts in South Africa. Water Resour Manage. 22: 1259-1276. 20.Nash, J.E. and Sutcliffe, J.V. 1970. River flow forecasting through conceptual models part I-A discussion of principles. J. Hydrol. 10: 3. 282-290. 21.US Department of Agriculture, Natural Resources and Conservation Service. 2005. National Engineering Handbook, Part 623, Surface Irrigation. National Technical Information Service, Washington, DC, Chapter 4. 22.Nelson, R.E. 1982. Carbonate and Gypsum, P 181-197. In: Page, A.L., R.H. Miller, and D.R. Keeney, (eds.). Methods of Soil Analysis. Part 2. Second edition. Agron. Monogr. 9. ASA. Madison. WI. 23.Philip, J.R. 1957. The theory of infiltration: 1. The infiltration equation and its solution. Soil Sci. 83: 345-357. 24.Ryan Jr., T.A. and Joiner, B.L. 1976. Normal probability plots and tests for normality. Technical Report. Statistics Department, the Pennsylvania State University, University Park, PA 16802, Pp: 9-10. 25.Shirazi, M.A. and Boersma, L. 1984. A unifying quantitative analysis of soil texture. Soil Sci. Soc. Am. J. 48: 142-147. 26.Shukla, M.K., Lal, R. and Unkefer, P. 2003. Experimental Evaluation of Infiltration Models for Different Land Uses. Soil Sci. 168: 3. 178-191. 27.Sy, N.L. 2006. Modelling the infiltration process with a multi-layer perceptron artificial neural network. Hydrol. Sci. J. 51: 1. 3-20. 28.Tsanis, I.K. 2006. Modeling leachate contamination and remediation of groundwater at a landfill site. Water Resour Manage. 20: 109-132. 29.Turner, E.R. 2006. Comparison of infiltration equations and their field validation with rainfall simulation. M.Sc. Thesis, University of Maryland, USA, 202p. 30.Walker, W.R., Prestwich, C. and Spofford, T. 2006. Development of the revised USDA-NRCS intake families for surface irrigation. Agric. Water Manage. 8: 5. 157-164. 31.Walkley, A. and Black, I.A. 1934. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Sci. 37: 29-39. 32.Weiler, M. 2005. An infiltration model based on flow variability in macropores: development, sensitivity analysis and applications. J. Hydrol. 310: 294-315.