ارتباط بعد فركتالي توزيع اندازه ذرات با برخي خصوصيات فيزيكي خاك

Relationship Between Fractal Dimension of Particle Size Distribution

بعد فركتالي (Dm) توزيع ذرات خاك ( < 2mm) به عنوان ابزار مناسبي جهت تخمين خصوصيات مرتبط با بافت خاك معرفي شده است. هدف از اين تحقيق بررسي ارتباط بين Dm با برخي خصوصيات فيزيكي نظير اجزاي بافت (شن، سيلت و رس)، تخلخل و هدايت هيدروليكي موثر (Ke) خاك مي‌باشد. بدين منظور 36 سري خاك با خصوصيات متفاوت از منطقه شمال‌غرب ايران انتخاب و نمونه‌برداري شد. توزيع اندازه ذرات در بخش سيلت و رس به روش هيدرومتري و در بخش شن به روش الك كردن تعيين و Dm با استفاده از مدل بيرد و همكاران محاسبه گرديد. موادآلي به روش اكسايش تر و تخلخل كل خاك به روش توزين اندازه گيري گرديد. هدايت هيدروليكي موثر خاك با استفاده از باران سازي با فلوم شيب‌پذير به ابعاد 0/1×5/0 متر در شيب 9% و در سه شدت بارندگي 20، 37 و 47 ميلي‌متر بر ساعت تعيين گرديد. تجزيه آماري نتايج نشان داد كه Dm همبستگي مثبت و معني‏داري با مقادير رس (**963/0)، سيلت (**371/0) و تخلخل كل (**642/0) و همبستگي منفي و معني‏داري با درصد شن (**748/0) و ميانگين هندسي قطر ذرات (**814/0) خاك داشته است. بنابراين Dm مي‌تواند در شبيه‏سازي اجزاي بافت و كلاس بافت خاك كاربرد داشته باشد. همبستگي بالاي Dm با تخلخل خاك نيز گوياي آن است كه مقادير بزرگ‏تر Dm با خود تشابهي بيشتر توزيع اندازه منافذ خاك، در ارتباط مي‏باشد.

Fractal dimension (Dm) of particle size distribution (PSD) has been introduced as a predictor of soil texture-related properties. This study investigates relationships between Dm and some of the physical properties of soils. Samples from 36 soil series with varying properties were collected from northwest of Iran. Sand fraction was determined by sieving, and silt and clay fractions by the hydrometer methods. Fractal dimension of PSD was computed by Bird et al. model. Organic matter content and total porosity of the samples were measured by wet oxidation and gravimetric methods, respectively. A rainfall simulator with drainable tilting flume (1×0.5 m) at 9% slope was employed and the effective hydraulic conductivity (Ke) was calculated at 20, 37, and 47 mm h-1 rainfall intensities. Statistical analysis showed that in contrast to significant and positive correlations occurred between Dm and each of clay (0.963**), silt (0.371**) and total porosity (0.642**), the correlations between Dm and either of sand (0.748**) or geometric mean diameter of particles (dg) were negative (0.748**). Therefore, Dm had significant relations with soil textural fractions and textural classes, and might be used as an integrating index in modeling studies. Results also showed that greater Dm was associated with greater self-similarity in pore size distribution.