
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 626 |
تعداد مقالات | 6,517 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,746,428 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,317,276 |
بررسی حرکت آب از مسیرهای ترجیحی خاک با استفاده از مدل توسعه داده شده کینماتیک، انتشار- وانگنوختن: مطالعه با روش بهینهسازی سراسری | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
مقاله 3، دوره 23، شماره 3، مرداد 1395، صفحه 47-67 اصل مقاله (751.91 K) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwfst.2016.3186 | ||
نویسندگان | ||
مصطفی مرادزاده* 1؛ سعید برومند نسب2؛ هادی معاضد2؛ محمد رضا خالدیان3 | ||
1دانشجوی دکترای آبیاری و زهکشی دانشگاه شهید چمران اهواز | ||
2استاد دانشکده مهندسی علوم آب، گروه آبیاری و زهکشی دانشگاه شهید چمران اهواز | ||
3استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان | ||
چکیده | ||
چکیده سابقه و هدف: امروزه مشکل آلودگی آب و خاک یکی از عوامل تهدیدکننده پایداری تولیدات کشاورزی و حیات انسان و سایر موجودات زنده است. همچنین جریان ترجیحی آب و املاح، یکی از فرآیندهای معمولی در خاکهای اشباع و غیراشباع می باشد که به طور معمول سبب حرکت سریع آلایندهها و در نتیجه آلودگی آبهای زیرزمینی می شود. از این روی مدلهای ریاضی به طور گستردهای در فیزیک خاک و هیدرولوژی برای پیش بینی حرکت جریانهای ترجیحی آب و آلایندهها در نواحی غیراشباع خاک استفاده میشوند. جریانهای ترجیحی حاصل حرکت آب از خلل و فرج درشت خاک، مانند سوراخ و کانالهای زیرزمینی هستند که با فعالیت کرمها و یا رشد ریشه گیاهان به وجود میآیند و سبب انتقال سریع آب و آلایندهها به آبهای زیر زمینی و درنتیجه آلودگی آنها می شوند. برای پیشبینی روند و توضیح این نوع جریانها در خاک، در اینجا مدل ریاضی توسعه یافته موج کینماتیک، انتشار- وانگنوختن (KDW-VG) که حاصل نوآوری این پژوهش میباشد، معرفی میشود. مواد و روشها: در این پژوهش آزمایشها به صورت چهار بارندگی با شدتهای 97/56، 64/107، 01/133 و 71/161 میلیمتر بر ساعت که بر یک ستون خاک می بارید انجام شد و شدت آب خروجی از انتهای ستون خاک در مقابل رطوبت متحرک کل ستون ثبت میشد. ضرایب مدل با کمینه کردن تابع خطای بین مقادیر مشاهداتی آزمایش و معادله پیش بینی شدت جریان با روش بهینهسازی سراسری تراکم ذرات (PSO) تعیین شدند. برای رسیدن به بهترین نتایج و کمینهترین مقادیر تابع خطا، راهکارهای زیادی آزمون شد و مقادیر مختلفی برای c1 و c2 که به ترتیب ضرایب فردی و اجتماعی الگوریتم بهینهسازی هستند و در ایجاد نسلهای بعدی پاسخهای پیشنهادی الگوریتم دخالت دارند، انتخاب و امتحان شد و همچنین معادلههای مختلفی به عنوان وزن اینرسی، wکه برای کنترل سرعت حرکت ذرات یا پاسخها در فضای جستجو به کار می رود، امتحان شد. یافتهها: پس از به کار بردن مقادیر مختلفی برای c1 و c2، سرانجام مقادیر 2/1 و4/2 به ترتیب برای c1 و c2 منجر به بهترین پاسخها یعنی کمترین مقدار تابع خطا شدند. همچنین برای بهینهسازی، پس از بررسی نتایج معادلههای مختلف، سرانجام از رابطه وزن اینرسی کاهش یابنده خطی برای تعیین وزن اینرسی که توسط زین و همکاران در سال 2009 ارائه شد، استفاده گردید (31). همچنین با توجه به نتایج، در همه شدتهای بارندگی، الگوریتم بهینهسازی پس از حدود 3500 تلاش و ایجاد نسلهای متوالی به بهترین پاسخ دست یافت. نتیجه گیری: به طور کلی نتایج نشان داد که الگوریتم به کار رفته توانستهاست در مدت زمان کوتاه و با دقت قابل قبولی ضرایب مدل عددی کینماتیک، انتشار- وانگنوختن را تعیین نماید. | ||
کلیدواژهها | ||
بهینهسازی تراکم ذرات؛ محیط متخلخل؛ انتقال آلاینده؛ مسیرهای ترجیحی مصنوعی؛ مدل عددی | ||
مراجع | ||
1.Abbasi, F., Javaux, M., Vanclooster, M., and Feyen, J. 2012. Estimating hysteresis in the soil water retention curve from monolith experiments. Geoderma. 189-190: 480-490.
2.Alaoui, A. 2015. Modelling susceptibility of grassland soil to macropore flow. J. Hydrol. 525: 536-546. 3.Chen, C., and Wagenet, R.J. 1992. Simulation of water and chemicals in macropore soils: representation of the macropore influence and its effect on soil water flow. J. Hydrol. 130: 105-126. 4.Coppola, A., Dragonetti, G., Comegna, A., Lamaddalena, N., Caushi, B., Haikal, M.A., and Basile, A. 2013. Measuring and modeling water content in stony soils. Soil & Tillage Research. 128: 9-22.
5.Di Pietro, L., Ruy, S., and Capowiez, Y. 2003. Predicting water flow in soils by traveling-dispersive waves. J. Hydrol. 278: 1-4. 64-75.
6.Eberhart, R.C., and Kennedy, J. 1995. A new optimizer using particle swarm theory. 6th Int. Symp. Micro Machine and Human Science, Nagoya, Japan, Pp: 39-43.
7.Flury, M. 1996. Experimental evidence of transport of pesticides through field soils – a review. J. Environ. Qual. 25: 25-45.
8.Gallage, C., Kodikara, J., and Uchimura, T. 2013. Laboratory measurement of hydraulic conductivity functions of two unsaturated sandy soils during drying and wetting processes. Soils and Foundations. 53: 3. 417-430.
9.Germann, P.F. 1985. Kinematic wave approximation to infiltration and drainage into and from soil macropores. Transactions ASAE. 28: 745-749.
10.Germann, P.F. 1990. Preferential flow and the generation of runoff: boundary layer flow theory. Water Resources Research. 26: 12. 3055-3063.
11.Germann, P.F., Di Pietro, L., and Singh, V. 1997. Momentum of flow in soils assessed with TDR-moisture readings. Geoderma. 80: 153-168.
12.Hardie, M.A., Lisson, S., Doyle, R.B., and Cotching, W.E. 2013 b. Evaluation of rapid approaches for determining the soil water retention function and saturated hydraulic conductivity in a hydrologically complex soil. Soil & Tillage Research. 130: 99-108.
13.Jamalian, A., Fathali, J., and Nezakati, A. 2010. Location problems with Push-Pull objectyives. M.Sc. thesis, applied mathematic. ShahroodUniversity of technology, faculty of mathematics. (In Persian)
14.Jianzhi, N., Xinxiao, Y., and Zhiqiang, Z. 2007. Soil preferential flow in the dark coniferous forest of Gongga Mountain based on the kinetic wave model with dispersion wave (KDW preferential flow model). Acta Ecologica Sinica. 27: 9. 3541-3555.
15.Kennedy, J., and Eberhart, R.C. 1995. Particle Swarm Optimization. IEEE International Conference on Neural Networks, Perth, Australia, IEEEServiceCenter, Piscataway, NJ. IV: 1942-1948. 16.Khitrov, N.B., Zeiliger, A.M., Goryutkina, N.V., Omel’chenko, N.P., Nikitina, N.S., and Utkaeva, V.F. 2005. Preferential Water Flows in an Ordinary Chernozem of the Azov Plain. Eurasian Soil Science. 42: 7. 757-768.
17.Koestel, J., and Jorda, H. 2014. What determines the strength of preferential flow in undisturbed soil under steady-state conditions? Geoderma. 217-218: 144-160.
18.Majdalani, M., Angulo-Jaramillo, R., and Di Pietro, L. 2008. Estimating preferential water flow parameters using a binary genetic algorithm inverse method. Environmental Modelling & Software. 23: 950-956.
19.Mdaghri-Alaoui, A. 1998. Transferts d’eau et de substances (bromures, chlorures et bactériophages) dans des milieux non saturés à porosité bimodale: expérimentation et modélisation. PhD Thesis, Soil Science Section, Institute of Geography, University of Berne, Switzerland.
20.Merrikh Bayat, F. 2012. Optimization algorithms inspired by nature. Nas Press. (In Persian) 21.Nielsen, D.R., and Biggar, Y.W. 1961. Measuringcapillaryconductivity. Soil Science. 92: 192-193. 22.O'Kelly, B.C., and Sivakumar, V. 2014. Water content determinations for peat and other organic soils using the oven-drying method. Drying Technology. 32: 6. 631-643.
23.Poulovassilis, A. 1969. The effect of hysteresis of pore-water on the hydraulic conductivity. (Department of Agricultural Chemistry, School of Agriculture, Athens). J. Soil Sci. 20: 1. 52-56. 24.Rauch, W., and Harremoes, P. 1999. On the potential of genetic algorithms in urban drainage modeling. Urban Water. 1: 1. 79-89.
25.Snehota, M., Jelinkova, V., Sacha, J., Frycova, M., Cislerova, M., Vontobel, P., and Hovind, J. 2015. Experimental Investigation of Preferential Flow in a Near-saturated Intact Soil Sample. Physics Procedia. 69: 496-502.
26.Tahouni, S. 2007. Principle of geotechnical engineering. Vol. 1, Soil mechanic, Pars Aeen Publications, 11th edition.
27.van Genuchten, M.Th. 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Amer. J. 44: 5. 892-898.
28.Venkatramaiah, C. 2006. Geotechnical engineering. New age international publisher. Third edition.
29.Wang, Y., Bradford, S.A., and Šimůnek, J. 2013a. Transport and fate of microorganisms in soils with preferential flow under different solution chemistry conditions. Water Resources Research. 49: 5. 2424-2436.
30.Wang, Y., Bradford, S.A., and Simunek, J. 2013 b. Physical and Chemical Factors Influencing the Transport and Fate of 4 E. coli D21g in Soils with Preferential Flow. Vadose Zone Journal Accepted paper. doi:10.2136/vzj2013.07.0120.
31.Xin, J., Chen, G., and Hai, Y. 2009. A Particle Swarm Optimizer with Multistage Linearly-Decreasing Inertia Weight. In Computational Sciences and Optimization CSO. International Joint Conference, 1: 505-508. IEEE.
32.Youngs, E.G. 1964. An infiltration method of measuring the hydraulic conductivity of unsaturated porous materials. Soil Science. 97: 5. 307-311.
33.Zhang, Z.B., Peng, X., Zhou, H., Lin, H., and Sun, H. 2015. Characterizing preferential flow in cracked paddy soils using computed tomography and breakthrough curve. Soil and Tillage Research. 146: 53-65. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,539 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 2,178 |