ارزيابي كارايي روش هاي مقياس سازي معادله ريچاردز در مدل سازي نفوذ در حوضه آبريز (مطالعه موردي: حوضه مرغملك)

تغييرپذيري مكاني خاك ها تحليل مسايل مربوط به جريان آب در خاك را به ويژه در سطوح بزرگ مانند يك حوضه آبريز، مشكل مي سازد. يك راه حل در برخورد با مسايل تغييرپذيري، استفاده از روش هاي مقياس سازي مي باشد. اين تحقيق با هدف بررسي اثر تغييرپذيري هاي غيرخطي در سطوح بزرگ مانند يك حوضه آبريز بر كارايي روش هاي مقياس سازي معادله ريچاردز در مدل سازي نفوذ انجام گرفت. در اين مطالعه، روش واريك و همكاران با انتخاب توابع هيدروليكي ون گنوختن براي مقياس سازي معادله ريچاردز به كار گرفته شد و تغييرپذيري مقادير n (توان توابع هيدروليكي ون گنوختن) به عنوان تغييرپذيري غيرخطي مدنظر قرار گرفت. حوضه آبريز مرغملك از زيرحوضه هاي زاينده رود با مساحتي حدود 97 كيلومتر مربع مورد مطالعه قرار گرفت. به علاوه، 10 حوضه مجازي با درجه هاي مختلف از تغييرپذيري n كه با روش تصادفي مونت كارلو ايجاد شدند، مورد ارزيابي قرار گرفتند. معادلات اصلي و مقياس شده ريچاردز با استفاده از مدل HYDRUS-1D براي شرايط نفوذ با بار آبي ثابت و رطوبت اوليه يكنواخت حل شدند. نتايج نشان دادند كه به طور كلي ضريب تغييرات مقادير n در حوضه آبريز مرغملك (برابر با 57/2 درصد) به اندازه اي نيست كه كارايي روش مقياس سازي را براي مدل سازي جريان نفوذ زير سوال ببرد. بر اين اساس، در اين حوضه، مي توان به جاي حل هاي منفرد در تك تك نقاط حوضه، با دقت مطلوبي از يك حل عمومي معادله ريچاردز استفاده كرد. نتايج ارزيابي ها در حوضه هاي مجازي نشان دادند كه تغييرپذيري مقادير n تاثيري قابل ملاحظه بر خطاي بين حل هاي عمومي و منفرد دارد. بر اساس نتايج اين تحقيق، مي توان نتيجه گرفت كه در حوضه هايي كه در آن ها ضريب تغييرات مقادير n از 3 درصد تجاوز نمي كند، روش هاي مقياس سازي معادله ريچاردز مي توانند با دقت مطلوبي به‌كار روند.

Spatial variability of soils makes difficult analysis of soil water flow phenomena especially in a large area such as a watershed. Using scaling methods is a solution in variability problems. The objective of this study was to investigate the effect of the non-linear variability on performance of the scaling methods of Richards’ equation for modeling infiltration in a watershed. The method of Warrick et al. by adopting van Genuchten hydraulic functions was used and variability of n values (power of van Genuchten hydraulic functions) was considered as the nonlinear variability. Marghmalek watershed, a sub watershed of Zayanderoud, with 97 Sq. kilometers was studied. In addition, ten virtual watersheds with various degrees of variability of n were evaluated which were generated by stochastic method of Monte Carlo. Using HYDRUS-1D model, original and scaled Richards’ equations were solved for infiltration condition with constant hydraulic head and uniform initial soil water content. The results indicated that coefficient of variations of n values in the Marghmalek watershed (equal to 2.57%) is small enough that the scaling method can be used efficiently in modeling infiltration. Therefore, in this watershed, generalized solutions of Richards’ equation can be adequately used instead of individual solutions for every points of the watershed. Evaluations in the virtual watersheds indicated that variability of n values considerably affect the error between the generalized and individual solutions. Based on the result of this study, it can be concluded that scaling methods of Richards’ equation can be adequately applied in the watersheds in which coefficient of variations of n values does not exceed 3%.