ارزيابي مدلهاي نفوذ آب در خاكهاي با بافت مختلف تحت مقادير متفاوت محتواي رطوبت اوليه

Evaluation of water infiltration models in soil textures under different initial water contents

مدلهاي نفوذ آب كاركرد زيادي در پيشبيني رواناب در زمينهاي شيبدار دارند. دقت مدلها در كنار نوع خاك به شرايط رطوبت اوليه وابسته است. پژوهش حاضر در سه نوع بافت خاك (لوم، لوم شني و لوم رسشني) با چهار سطح رطوبت اوليه هر يك در سه تكرار در دامنهاي با شيب 7 درصد در قالب طرح كاملاً تصادفي اجرا شد. در مجموع، 36 كرت آزمايشي شامل 12 كرت براي هر خاك به ابعاد 80 سانتيمتر× 60 سانتيمتر در دامنه احداث شد. ابتدا خاك داخل كرتها با آب آبياري اشباع شده و در فواصل زماني يك، چهار، هفت و 10 روز پس از اشباعسازي، رطوبت جرمي خاكها تعيين شد. سرعت نفوذ آب به خاك به روش استوانۀ مضاعف در هر كرت اندازهگيري شد. مدلهاي كوستياكوف، كوستياكوف- لوئيس، هورتون، حفاظت خاك آمريكا، گرين آمپت و فيليپ بر دادههاي نفوذ برازش و دقت آنها با برخي شاخصهاي آماري ارزيابي شد. نتايج نشان داد سرعت نفوذ آب در خاكها با تغيير مقدار رطوبت اوليه به‌شدت تغيير مييابد. اين تغييرات در خاك لوم شني و در مراحل اوليۀ نفوذ بارزتر بود. تغييرات زيادي از نظر سرعت نفوذ نهايي در خاكها تحت تأثير رطوبت اوليه رخ نداد و كمترين مقدار در خاك لوم رسشني (90/1 ميليمتر بر ساعت) و بيشترين مقدار در خاك لوم (75/3 ميليمتر بر ساعت) مشاهده شد. هورتون مناسبترين مدل توصيفكنندۀ تغييرات زماني نفوذ آب به خاك در سطوح مختلف رطوبتي بود، به طوري كه بيشترين ضريب تبيين (99/0=R2) و كمترين مقدار ريشۀ ميانگين مربعات خطا (RMSE= 0.23 mm.h-1) و شاخص آكاييك (27/0= AIC) را نشان داد. مدل گرين- آمپت به شرايط متفاوت رطوبتي خاك حساس بود و ضعيفترين برازش را بر داده هاي نفوذ نشان داد. از اين رو، ميتوان از مدل هورتون براي بررسي تغييرات نفوذ آب به خاك تحت شرايط مختلف رطوبتي استفاده كرد.

Water infiltration models are very helpful in predicting runoff in the slopes. The accuracy of the models depends on soil types and initial moisture conditions. This study was conducted to three soil textures (loam, sandy loam and sandy clay loam) with four initial soil moisture levels as a completely randomized design. The infiltration rate models consist of the Kostiakov, Kostiakov-Lewis, Horton, Soil Conservation Service of America, Green-Ampt and Philip were fitted to data and their accuracy were assessed using some statistical parameters. Results showed that soil infiltration rate is affected strongly by initial water content in the soils. The highest variation of infiltration rate was found in sandy loam especially in initial times of infiltration. There were obvious variations in final infiltration rate under different initial water content in the soils and the lowest and the highest variation was observed in sandy clay loam and loam , respectively. The Horton’s model was the best equation describing temporal variation of water infiltration in the sols under different initial water contents, so that itappeared the highest determination coefficient and the lowest values of the root mean squares error and the Akaike index. The Green- Ampt’s model appeared the most sensitivity to initial water content and was weakly fitted with observed data. Therefore, the Horton’s model can be used for predicting infiltration rate under different initial water contents in the soils.