بررسي تاثير پارامتر پيوستگي منافذ و ارايه مدلي براي پيش بيني هدايت هيدروليكي غيراشباع خاك

Developing a Model for Estimating Unsaturated Soil Hydraulic Conductivity and Its Sensitivity to Pore Connectivity Factor

هدايت هيدروليكي غيراشباع از جمله ويژگي هاي هيدروليكي خاك بوده كه از يك سو در بسياري از مطالعات انتقال آب و املاح به كار برده مي شود و از سوي ديگر اندازه گيري مستقيم آن بسيار وقت گير و پرهزينه است. در اين مطالعه به منظور بررسي تاثير پارامتر پيوستگي منافذ در مدل هدايت هيدروليكي غيراشباع بوردين- بروكز- كوري از تعداد 59 نمونه خاك جمع آوري شده از بانك اطلاعاتي GRIZZLY استفاده گرديد. اين بانك اطلاعاتي شامل نمونه خاك هايي از ايالات متحده آمريكا، اسپانيا، هلند و فرانسه و ... بوده كه توسط هاوركمپ و همكاران (1997) جمع آوري شده است. ابتدا با انجام تحليل حساسيت، پارامترهاي حساس مدل بوردين- بروكز- كوري تعيين شدند. سپس، به منظور بررسي تاثير پارامتر پيوستگي منافذ مقادير مختلف اين پارامتر شامل3، 2، 1، 5/0، صفر، 5/0-، 1- و 2- در پيش بيني هدايت هيدروليكي غيراشباع خاك مورد استفاده قرار گرفتند. نتايج تحليل حساسيت مدل بوردين- بروكز- كوري نشان داد كه مدل حساسيت بيشتري نسبت به دو پارامتر رطوبت اشباع و شاخص توزيع اندازه خلل و فرج خاك دارد. اين در حاليست كه اين مدل نسبت به دو پارامتر پيوستگي منافذ و هدايت هيدروليكي اشباع خاك حساسيت كمتري دارد. همچنين پارامترهاي آماري محاسبه شده در پيش بيني هدايت هيدروليكي غيراشباع خاك همچون مجموع قدرمطلق خطاها (SAE)، ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE)، ضريب آكاييك (AIC) و ضريب همبستگي هم شيبي (rc) نشان دادند كه خطاي مدل بوردين- بروكز- كوري به ازاي مقدار 2 براي پارامتر پيوستگي منافذ از ساير مقادير آن كمتر مي باشد. نتايج همچنين نشان داد كه پارامتر پيوستگي منافذ با توان مدل بوردين- بروكز- كوري با R2=0.96 به صورت خطي همبستگي دارد. بر اين اساس، پارامتر پيوستگي منافذ از مدل بوردين- بروكز- كوري حذف و مدل تجربي جديدي به منظور پيش بيني هدايت هيدروليكي غيراشباع خاك توسعه و با استفاده از 33 نمونه خاك بانك اطلاعاتي UNSODA مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه مدل ارايه شده بهتر از مدل بوردين- بروكز- كوري (با يك پارامتر بيشتر) هدايت هيدروليكي غيراشباع خاك را پيش بيني مي نمايد.

Unsaturated soil hydraulic conductivity is an important soil hydraulic property that is widely used in the studies of water and solute transport in soils. However, its direct measurement is time consuming and expensive. In order to study pore connectivity factor (l) in the Burdine-Brooks-Corey Model (BBC), 59 soil samples from the GRIZZLY database were used in a sensitivity analysis to determine sensitive parameters of this model. To study pore connectivity factor, its different values e.g., 3, 2, 1, 0.5, 0, -0.5, -1 and -2 were used in the estimation of unsaturated hydraulic conductivity. The results of sensitivity analysis showed that BBC model was more sensitive to the saturated water content and pore size distribution index than to pore connectivity factor and saturated hydraulic conductivity. The statistical parameters, e.g., sum of absolute error (SAE), root mean square error (RMSE), Akaike’s information criterion (AIC) and concordance correlation coefficient (rc) calculated in the estimation of unsaturated hydraulic conductivity indicated that the BBC model error with l=2 was less than the other values. The results also showed that pore connectivity factor was linearly correlated with the power of BBC model with goodness of fit R2=0.96. Based on this approach, pore connectivity factor was removed from BBC model and a new empirical equation was developed to estimate unsaturated hydraulic conductivity. This model was verified using 33 samples of the UNSODA database. The results showed that the developed empirical equation estimated unsaturated hydraulic conductivity better than BBC model, in which pore connectivity factor was assumed to be equal to 2.