يك روش تحليلي جديد براي برآورد منحني رطوبتي خاك با استفاده از داده‌هاي نفوذ افقي آب در ستون خاك

A new Analytical Method for Estimating Soil Moisture Characteristic Curve using Horizontal Infiltration Data in Soil Column

آگاهي از خصوصيات هيدروليكي خاك مانند منحني رطوبتي در شبيه سازي جريان و پديده‌هاي انتقال در كشاورزي و هيدرولوژي ضروري مي‌باشد. روش‌هاي مستقيم زيادي براي اندازه‌گيري خصوصيات هيدروليكي خاك وجود دارند. اما متاسفانه بيشتر روش‌هاي موجود وقت‌گير و پرهزينه مي‌باشند. بنابراين توسعه و بسط روش ساده و مدل‌هاي متكي بر اصول فيزيكي به منظور برآورد منحني رطوبتي خاك ضروري مي‌باشد. در‌اين مطالعه يك روش تحليلي، براي برآورد پارامتر‌هاي مدل منحني رطوبتي بروكز و كوري با استفاده از داده‌هاي نفوذ افقي آب در خاك توسعه داده شد و سپس روش مربوطه با روش ونگ و همكاران (2002) مقايسه شد. شانزده خاك ( هفت كلاس بافتي خاك) با خصوصيات هيدروليكي متفاوت براي بررسي دقت و اعتبارسنجي روش پيشنهادي مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان داد كه روش پيشنهادي پارامترهاي n و مكش ورود هوا به خاك( hd ) را كمتر از n و hd حاصل از برازش معادله بروكز و كوري بر داده‌هاي اندازه‌گيري برآورد مي‌كند. گرچه مقايسه منحني رطوبتي برآورد شده و اندازه‌گيري شده نشان داد كه روش مذكور با دقت بسيار خوبي قادر به برآورد منحني رطوبتي خاك مي‌باشد. ضريب تبيين بالا (93/0= R2) و ريشه ميانگين مربعات خطا پايين (03/0 =RMSE) نشان داد كه روش به خوبي قادر به برآورد منحني رطوبتي خاك مي‌باشد. متوسط RMSE روش ونگ و همكاران (2002) در برآورد منحني رطوبتي 16 خاك مورد مطالعه برابر 049/0 بدست آمد بنابراين نتايج نشان مي‌دهد كه روش ارايه شده با دقت بيشتري نسبت به روش ونگ و همكاران قادر به پيش بيني منحني رطوبتي خاك مي‌باشد. آناليز حساسيت روش ارايه شده نشان داد كه دقت برآورد پارامتر‌هاي منحني رطوبتي خاك به شدت به دقت برآورد ضريب جذبي آب در خاك وابسته مي‌باشد.

Quantitative knowledge of soil hydraulic properties such as the soil moisture characteristics curve (SMC) is crucial for flow and transport modeling supporting hydrologic and agricultural engineering. However, many laboratory and field methods are currently available for direct measurement of the soil hydraulic properties but, most or all of direct methods are too time consuming and costly. Thus developing of physically-based methods for predicting SMC is essential. In this study, an analytical method was developed to estimate Brooks-Cory model parameters using horizontal infiltration data. The new method was compared with Wang et al (2002) method. Sixteen soils with wide range of hydraulic properties were used to test the new method. The results showed that the new method estimates n and hd parameters smaller than those experimental values. Although, results showed that the new method properly predicts the measured SMC data. High coefficient of determination (R2=0.93) and low root mean square error (RMSE =0.03) confirmed the accurate predictability of new method. Mean RMSE of Wang et al (2002) method was 0.049. Therefore, results indicated that the new method is more accurate than Wang et al (2002) method for predicting soil moisture characteristics curve. The sensitivity analysis indicated that, for a given soil, the accurately estimation of SMC depends mainly on sorptivity parameter.