ارزيابي سه مدل فراكتالي براي تعيين منحني مشخصه آب خاك

Evaluation three fractal model to determine soil water retention curve

پارامترهاي هيدروليكي خاك (منحني مشخصه آب خاك) براي تعيين حركت آب و املاح در خاك از پايه هاي اساسي است كه اندازه گيري مستقيم اين ويژگي ها زمانبر و هزينه بر است. براي حل اين مشكل روش هاي غير مستقيم ارائه شده است كه يكي از اين روش ها تحليل فراكتالي است. مدل Pore- Solid Fractal (PSF) توسط پژوهشگران زيادي براي مدل سازي ساختار خاك و تابع نگهداري آب- خاك بكار برده شده است. مدل PSF يك بيان عمومي براي تابع نگهداري آب- خاك است كه بصورت هاي خاص ديگري هم توسط پژوهشگران ديگر ارائه شده است. هدف اين تحقيق ارزيابي تابع عمومي PSF بر اساس بعد فراكتالي با داد ه هاي مكش- آب خاك و مقايسه آن با مدل هاي بروكس – كوري و تايلر – ويت كرافت مي باشد. در اين تحقيق با استفاده از داد ه هاي آزمايشگاهي اندازه گيري شده كه از منابع منتشر شده بدست آمد، منحني مشخصه آب خاك براي خاك هاي مورد بررسي با تابعPSF ، حالت هاي خاص آن (بروكس – كوري و تيلر – ويت كرافت) بدست آمد. براي درك صحت نتايج بدست آمده، مقايسه اي بين رطوبت هاي پيش بيني شده از مدل هاي مورد بررسي و رطوبت هاي اندازه گيري شده براي خاك هايي از بانك UNSODA صورت گرفت. نتايج نشان داد كه براي خاك هاي مورد بررسي تابع تيلر- ويت كرافت در مقايسه با تابع PSF و تابع بروكس-كوري تطابق بهتري را نشان مي دهد. براي محاسبه مكش ورود هوا ( h min) و رطوبت اشباع خاك (θs) نيز استفاده از هر كدام از معادلات PSF، و تيلر - ويت كرافت، و بروكس - كوري تفاوت معني داري با يكديگر ندارند. اما براي محاسبه بعد فراكتال (D) استفاده از معادله تيلر - ويت كرافت توصيه مي شود. با استفاده از پارامترهاي زود يافت خاك مدل هاي ساده تجربي به صورت رابطه اي ميان ميانگين هندسي (dg) و انحراف معيار هندسي (σg) ذرات خاك با و و بدست آمد. سپس به كمك آن براي خاك هايي از بانك UNSODA، معادله منحني مشخصه تخمين زده شد. بدون توجه به بافت خاك تمامي رطوبت هاي حجمي پيش بيني و اندازه گيري شده با خط يك به يك مقايسه شدند. نتايج نشان داد كه تفاوت معني داري بين رطوبت پيش بيني شده (θp) و اندازه گيري شده ( θm ) با خط يك به يك وجود ندارد. بنابراين بنظر مي رسد كه مدل هاي ساده تجربي ارائه شده قادر است منحني مشخصه آب خاك را با دقت قابل قبولي تخمين بزند.

Soil hydraulic parameters (soil water retention curve) is a fundamental soil property employed to quantify plant available water and for modeling water and solute movement in soils that the determination of this property via direct methods is expensive and time consuming. For solve this problem Indirect methods have been proposed that fractal analysis is one of the methods. Pore- Solid Fractal model was used for modeling soil structure and soil water retention function by many researchers. PSF model is a public expression for maintenance function soil water that is provided by other researchers in special form. The aim of this study was to assess PSF public function based on fractal dimension of soil water suction data and comparison with Brooks- Corey and Tyler-Wheatcraft models. In this study، with using laboratory data from unpublished sources، obtained soil water retention curve for soils under investigation by the PSF، special cases (Brooks-Corey and Tyler-Wheatcraft).To verify the results، a comparison between the predicted and measurement soil water content for many soil of UNSODA database. The results showed that for the soils investigated Tyler–Wheatcraft function were better match in compared with the PSF and the Brooks-Corey function. To calculate the intake air ( min h ) and soil saturation ( s  )،using any of the equations PSF، and Tyler and Wheatcraft، and Brooks-Corey not significantly different from each other. But for calculating the fractal dimension (D) using Eq Tyler-Wheatcraft was recommended. Empirical simple models was developed with ready available data by relationship between the geometric mean (dg) and geometric standard deviation (σg) with min h ، s  and D. Then، soil water retention curve was calculated For many soil of UNSODA database. Regardless texture soil، all predicted and measured volumetric soil moisture were compared with a one-to-one. The result showed no significant difference between the predicted moisture content ( P  ) and measured ( m  ) with a one-to-one. So it seems that the empirical simple model is able to estimate soil water retention curve with reasonable accuracy.