پديد آورندگان :
موسوي دهموردي، اسماء دانشگاه شهركرد - گروه علوم خاك , قرباني دشتكي، شجاع دانشگاه شهركرد - گروه علوم خاك , مشايخي، پريسا سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - مركز تحقيقات و آموزش كشاورزي و منابع طبيعي اصفهان - بخش تحقيقات خاك و آب
كليدواژه :
شبيه سازي , معادله ريچاردز , نفوذ آب به خاك , HYDRUS-1D
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: نفوذپذيري يكي از پارامترهاي مهم خاك مي‌باشد، كه بر روي بسياري از فرآيندهاي هيدرولوژيكي حوزه‌هاي آبخيز تاثيرگذار است. اهميت نفوذ سبب شده تا روش‌هاي صحرايي و آزمايشگاهي مختلفي به منظور اندازه گيري اين فرايند مورد استفاده قرار گيرد. روش‌هاي مختلفي براي اندازه‌گيري نفوذ آب به خاك وجود دارد كه اساس كليه آنها بر اندازه‌گيري جريان عمودي آب به خاك استوار است. يكي از روش‌هاي استاندارد اندازه‌گيري نفوذ آب به خاك، روش نفوذسنج‌هاي استوانه-دوگانه است. در اين روش فرض بر آن است كه استوانه خارجي مانع از ايجاد جريان جانبي و بوجود آوردن جريان كاملا عمودي در خاك مي‌شود. لذا پژوهش حاضر به منظور ارزيابي روش نفوذسنج استوانه دوگانه در اندازه‌گيري نفوذ عمودي آب به خاك در مقايسه با داده‌هاي نفوذ عمودي واقعي شبيه‌سازي شده با استفاده از نرمافزار HYDRUS-1D انجام گرفته شد.
مواد و روش: در اين پژوهش، داده‌هاي نفوذ آب به خاك در چندين منطقه از كشور با بافت‌هاي مختلف با استفاده از روش نفوذسنج استوانه دوگانه اندازه‌گيري شد، سپس شرايط نفوذ آب به خاك در محيط نرمافزار HYDRU-1D براي مناطق مورد نظر، شبيه‌سازي و داده‌هاي نفوذ عمودي آب به خاك به روش حل مستقيم معادله ريچاردز استخراج شدند. جهت كمي كردن پارامترهاي هيدروليكي در معادله ريچاردز از مدل ون‌گنوختن-معلم استفاده گرديد. بدين منظور پارامترهاي هيدروليكي مدل ون‌گنوختن-معلم با استفاده از روش حل عددي معكوس در نرمافزار HYDRUS، براي خاك هر منطقه بهينه سازي شد و مورد استفاده قرار گرفت. ارزيابي داده‌هاي اندازه‌گيري شده با استفاده از آماره‌هاي ميانگين خطا (ME)، ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE)، ضريب تبيين (R2) و ريشه ميانگين مربعات نرمال شده (NRMSE) انجام شد. يافته‌ها: نتايج مقايسه داده‌هاي شبيه‌سازي شده با استفاده از نرمافزار هايدروس با داده‌هاي اندازه‌گيري شده از طريق آزمايش استوانه‌هاي دوگانه نشان داد كه نفوذ اندازه‌گيري‌شده در روش استوانه‌هاي دوگانه بسيار بيشتر از نفوذ عمودي آب به خاك است. نفوذ اندازه‌گيري شده در تمام بافت‌ها داراي اختلاف زيادي نسبت به داده‌هاي شبيه‌سازي شده بود. در روش استوانه دوگانه كمترين ميزان خطا در اندازه‌گيري نفوذ آب به خاك ، در بافت لوم شني كه يك بافت سبك مي‌باشد مشاهده شد. مقادير آماره‌هاي ضريب تبيين، ريشه ميانگين مربعات خطا، ميانگين خطا و ريشه ميانگين مربعات نرمال‌شده (R2، RMSE، ME و NRMSE) در اين بافت به ترتيب برابر با 0/87، 8/51، 4/45-، 0/18 بود. نتيجه‌گيري: در اندازه‌گيري نفوذ آب به خاك به روش استوانه‌هاي دوگانه اندازه استوانه‌هاي مورد استفاده و همچنين فضاي بافري بين دو استوانه از اهميت زيادي برخوردار است. بنابراين استفاده از استوانه‌هايي با اندازه‌هاي متفاوت بر مقادير نفوذ نهايي تاثيرگذار است. روش نفوذسنج استوانه دوگانه در بافت شني از خطاي پايين‌تري نسبت به بافت‌هاي سنگين برخوردار است و سهم نفوذ جانبي در اين بافت كمتر مي‌باشد. بنابراين نفوذسنج استوانه دوگانه در بافت‌هاي سبك از دقت بالاتري برخوردار است.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Infiltration is one of the important parameters of the soil, which affects many hydrological processes in the watersheds. The importance of the Infiltration has led to various laboratory methods used to measure this process. Various methods have been developed for measuring the infiltration, which are based on the measurement of the vertical flow of water to the soil. One of the standard methods for measuring infiltration, is double-ring infiltrometers method. In this method, it is assumed that the external cylinder prevents lateral flow and creates a completely vertical flow in the soil. Therefore, the present study was conducted to evaluate the double-ring infiltrometers method for measuring the vertical infiltration compared to actual vertical infiltration data simulated using HYDRUS-1D software.
Materials and methods: In this study, in order to evaluate the double- ring infiltration data, infiltration was measured in several regions with different soil textures by double- ring infiltrometers. Then, HYDRUS-1D numerical model was used to simulate infiltration and the vertical infiltration data were obtained through forward solution of the Richards equation. van Genuchten-Mualem model was used to quantitatively soil hydraulic properties of the Richards equation. In order to the hydraulic parameters of van Genuchten-Mualem model were optimized using inverse modeling in the HYDRUS, for each region's soil Assessment of measured data was performed using mean error (ME), root mean square error (RMSE), coefficient of determination (R2) and normalized mean square root (NRMSE).
Findings: Comparison of simulated and measured infiltration data showed that double ring infiltration data is much higher than the simulated vertical infiltration data. The measured infiltration data in all soil texture was much different from that of simulated data. The lowest error in the measurement of vertical infiltration was observed in sandy loam soil that is a light texture. The values of coefficient of determination, root mean square error, mean error and normalized mean square root (R2, RMSE, ME and NRMSE) were 0.87, 8.51, -4.45, and 0.18 respectively in this texture.
Conclusion: In measuring the infiltration of a double-rings, the size of the cylinders used, as well as the buffer index, is of great importance. Therefore, the use of cylinders of different sizes influences on the final infiltration values. The double-ring infiltrometers method has a lower error in the Sandy texture than heavy texture and the contribution of lateral infiltration is less in this texture. Therefore, the double-ring infiltrometers has a higher accuracy in light texture.
