
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 623 |
تعداد مقالات | 6,502 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,645,784 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,244,634 |
ارزیابی روش استوانه های دوگانه در اندازه گیری نفوذ عمودی آب به خاک در بافت های مختلف با استفاده از نرم افزار HYDRUS | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
مقاله 15، دوره 25، شماره 3، مرداد و شهریور 1397، صفحه 241-253 اصل مقاله (373.99 K) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2018.14489.2928 | ||
نویسندگان | ||
اسماء موسوی دهموردی* 1؛ شجاع قربانی دشتکی2؛ پریسا مشایخی3 | ||
1گروه علوم خاک،دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران | ||
2گروه خاکشناسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد | ||
3بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی اصفهان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اصفهان، ایران | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: نفوذپذیری یکی از پارامترهای مهم خاک میباشد، که بر روی بسیاری از فرآیندهای هیدرولوژیکی حوزههای آبخیز تاثیرگذار است. اهمیت نفوذ سبب شده تا روشهای صحرایی و آزمایشگاهی مختلفی به منظور اندازه گیری این فرایند مورد استفاده قرار گیرد. روشهای مختلفی برای اندازهگیری نفوذ آب به خاک وجود دارد که اساس کلیه آنها بر اندازهگیری جریان عمودی آب به خاک استوار است. یکی از روشهای استاندارد اندازهگیری نفوذ آب به خاک، روش نفوذسنجهای استوانه-دوگانه است. در این روش فرض بر آن است که استوانه خارجی مانع از ایجاد جریان جانبی و بوجود آوردن جریان کاملا عمودی در خاک میشود. لذا پژوهش حاضر به منظور ارزیابی روش نفوذسنج استوانه دوگانه در اندازهگیری نفوذ عمودی آب به خاک در مقایسه با دادههای نفوذ عمودی واقعی شبیهسازی شده با استفاده از نرمافزار HYDRUS-1D انجام گرفته شد. مواد و روش: در این پژوهش، دادههای نفوذ آب به خاک در چندین منطقه از کشور با بافتهای مختلف با استفاده از روش نفوذسنج استوانه دوگانه اندازهگیری شد، سپس شرایط نفوذ آب به خاک در محیط نرمافزار HYDRU-1D برای مناطق مورد نظر، شبیهسازی و دادههای نفوذ عمودی آب به خاک به روش حل مستقیم معادله ریچاردز استخراج شدند. جهت کمی کردن پارامترهای هیدرولیکی در معادله ریچاردز از مدل ونگنوختن-معلم استفاده گردید. بدین منظور پارامترهای هیدرولیکی مدل ونگنوختن-معلم با استفاده از روش حل عددی معکوس در نرمافزار HYDRUS، برای خاک هر منطقه بهینه سازی شد و مورد استفاده قرار گرفت. ارزیابی دادههای اندازهگیری شده با استفاده از آمارههای میانگین خطا (ME)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین (R2) و ریشه میانگین مربعات نرمال شده (NRMSE) انجام شد. یافتهها: نتایج مقایسه دادههای شبیهسازی شده با استفاده از نرمافزار هایدروس با دادههای اندازهگیریشده از طریق آزمایش استوانههای دوگانه نشان داد که نفوذ اندازهگیریشده در روش استوانههای دوگانه بسیار بیشتر از نفوذ عمودی آب به خاک است. نفوذ اندازهگیری شده در تمام بافتها دارای اختلاف زیادی نسبت به دادههای شبیهسازی شده بود. در روش استوانه دوگانه کمترین میزان خطا در اندازهگیری نفوذ آب به خاک ، در بافت لوم شنی که یک بافت سبک میباشد مشاهده شد. مقادیر آمارههای ضریب تبیین، ریشه میانگین مربعات خطا، میانگین خطا و ریشه میانگین مربعات نرمالشده (R2، RMSE، ME و NRMSE) در این بافت به ترتیب برابر با 87/0، 51/8، 45/4-، 18/0 بود. نتیجهگیری: در اندازهگیری نفوذ آب به خاک به روش استوانههای دوگانه اندازه استوانههای مورد استفاده و همچنین فضای بافری بین دو استوانه از اهمیت زیادی برخوردار است. بنابراین استفاده از استوانههایی با اندازههای متفاوت بر مقادیر نفوذ نهایی تاثیرگذار است. روش نفوذسنج استوانه دوگانه در بافت شنی از خطای پایینتری نسبت به بافتهای سنگین برخوردار است و سهم نفوذ جانبی در این بافت کمتر میباشد. بنابراین نفوذسنج استوانه دوگانه در بافتهای سبک از دقت بالاتری برخوردار است. | ||
کلیدواژهها | ||
شبیه سازی؛ معادله ریچاردز؛ نفوذ آب به خاک؛ HYDRUS-1D | ||
مراجع | ||
1.Ahuja, L.R., EL-Swaify, S.A., and Rahman, A. 1976. Measuring hydrologic properties of soil with a double-ring infiltrometer and multiple-deph tensiometers. Soil Science Society of American. 40: 4. 494-499.
2.Alley, W.M. 2009. Groundwater Resources: Sustainability, Management and Restoration. Groundwater. 47: 4. 479-479.
3.Chowdary, V.M., Rao, M.D., and Jaiswal, C.S. 2006. Study of infiltration process under different experimental conditions. Agricultural Water Management. 83: 69-78.
4.Cook, F.J. 2002. The twin-ring method for measuring saturated hydraulic conductivity and sorptivity in the field. P 108-118, McKenzie, N. Coughlan, K. and H. Cresswell (ed.), Soil physical measurement and interpretation for land evaluation. CSIRO Publishing.
5.Droogers, P., Akbari, M., Torabi, M., and Pazira, E. 2000. Exploring field scale salinity using simulation modeling, Example for Rudasht area, Esfahan Province, Iran. IAERI-IWMI Research Reports. 2: 16.
6.Duiker, S.W., Flanagan, D.C., and Lal, R. 2001. Erodibility and Infiltration characterstics of fire major soils of southwest Spain. Catena. 45: 2. 103-121.
7.Essig, E.T., Corradini, C., Morbidelli, R., and Gonindraju, S. 2009. Infiltration and deep flow over sloping sirfaces: Comparison of numerical and experimental results. J. Hydrol. 374: 1. 30-42. 8.Fatehnia, M., Tawfiq, K., and Abichou, T. 2014. Comparison of the methods of hydraulic conductivity estimation from mini disk infiltrometer. Elec. J. Geotech. Engin. 19: 1047-1063.
9.Gregory J.H., Dukes, M.D., Miller, G.L., and Jones, P.H. 2005. Analysis of Double-Ring Infiltration Techniques and Development of a Simple Automatic Water Delivery System. Applied Turfgrass Science. 2: 1. 0-0.
10.Ho, R. 2006. Handbook of Univariate and Multivariate Data Analysis and Interpretation with SPSS, CRC Press.
11.Huang, J., Wu, P., and Xining, Z. 2013. Effects of rainfall intensity, underlying surface and slope gradient on soil infiltration under simulated rainfall experiments. Catena. 104: 93-102.
12.Lai, J., and Ren, L. 2007. Assessing the size dependency of measured hydraulic conductivity using double-ring infiltrometers and numerical simulation. Soil Sci. Soc. Amer. J. 71: 6. 1667-1675. 13.Lai, J., Luo, Y., and Ren, L. 2010. Buffer index effects on hydraulic conductivity measurements using numerical simulations of double-ring infiltration. Soil Sci. Soc. Amer. J. 74: 5. 1526-1536.
14.Mashayekhi, P., Ghorbani-Dashtaki, S., Mosaddeghi, M.R., Shirani, H., Panahi, M., and Nouri, M.R. 2017. Estimation of soil hydraulic parameters using double-ring infiltrometer data via inverse method. Iran. J. Soil Water Res. 47: 4. 829-838. (In Persian)
15.Mashayekhi, P., Ghorbani-Dashtaki, S., Mosaddeghi, M.R., Shirani, H., Panahi, M., and Nouri, M.R. 2017. Inverse Estimation of the Soil Water Retention Curve Parameters Using Double-Ring Infiltration Data. Applied Soil Research. 4: 2. 26-37.
16.Mashayekhi, P. 2016. Estimation of soil hydraulic properties using double-ring infiltrometer data via inverse solution. Ph.D. dissertation, Univercity of Shahrekord, Faculty of Agriculture. 148p.
17.Mashayekhi, P., Ghorbani-Dashtaki, S., Mosaddeghi, M.R., Shirani, H., and Mohammadi Nodoushan, A.R. 2016. Different scenarios for inverse estimation of soil hydraulic parameters from double-ring infiltrometer data using HYDRUS-2D/3D. International Agrophysics. 30: 2. 203-210.
18.Menziani, M., Pugnaghi, S., and Vincenzi, S. 2007. Analytical solutions of the linearized Richards equation for discrete arbitrary initial and boundary condition. J. Hydrol. 332: 1. 214-225.
19.Motevalizade, M., Ghahreman, B., Davary, K., and Ghandehari, A. 2012. Infiltration modeling using Hydrus-1D in SabzevarJovein plain. M.Sc. dissertation, Ferdowsi University of Mashhad. (In Persian)
20.Mukheibir, P. 2008. Water resources management strategies for adaptation to climate-induced impacts in South Africa. Water Resources Management. 22: 9. 1259-1276.
21.Parchami Araghi, F., Mirlatifi, S.M., Ghorbani-Dashtaki, Sh., and Mahdian, M.H. 2010. Evaluating Some Infiltration Models under Different Soil Texture Classes and Land Uses. Iran. J. Irrig. Drain. 4: 2. 193-205. (In Persian)
22.Pollalis, E.D., and Valiantzas, J.D. 2015. Isolation of a 1D infiltration time interval under ring infiltrometers for determining sorptivity and saturated hydraulic conductivity: numerical, theoretical and experimental approach. J. Irrig. Drain. Div. 141: 2.
23.Rawls, W.J., and Brakenseik, D.L. 1985. Prediction of soil water properties for hydrologic modeling. P 293-299, In Watershed management in the eighties. ASCE.
24.Reynolds, W.D., Elrick, D.E., and Youngs, E.G. 2002. Ring or cylinder infiltrometers (vadose zone). P 818-826, In: Dane, J.H. and G.C. Topp (eds), Methods of soil analysis: Physical methods. SSSA Wiconsin, USA.
25.Richards, L.A. 1931. Capillary conduction of liquids through porous mediums. J. Appl. Physic. 1: 5. 318-333.
26.Santos, F.L., Reis, J.L., Martins, O.C., Castanheria, N.L., and Serralherio, R.P. 2003. Comparative assessment of infiltration, runoff and erosion of sprinkler irrigation soils. Biosystems Engineering. 86: 3. 355-364.
27.Šimůnek, J., Šejna, M., and van Genuchten, M.Th. 1999. The HYDRUS-2D software package for simulating the two-dimensional movement of water, heat and multiple solutes in variably saturated media, version 2.0, IGWMC-TPS-70, International Ground Water Modeling Center, Colorado School of Mines, Golden, Colo. 230p.
28.Šimůnek, J., van Genuchten, M.Th., and Šejna, M. 2011. The HYDRUS Software Package for Simulating Two- and Three-Dimensional Movement of Water Heat. and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media, Technical Manual. Version 2.0. PC Progress. Prague. Czech Repulic. 230p.
29.Swartzendruber, D., and Youngs, E.G. 1974. A Comparison of physically-based infiltration equations. Soil Science, an Interdisciplinary Approach to Soil Research, 117: 3. 165-167.
30.Wakindiki, I.I.C., and Ben-Hur, M. 2002. Soil Mineralogy and Texture Effects on Crust Micromorphology, Infiltration, and Erosion. Soil Sci. Soc. Amer. J. 66: 3. 897-905.
31.Wang X.P., Cui, Y., Pan, Y.X., Li, X.R., Yu, Z., and Young, M.H. 2008. Effects of rainfall characteristics on infiltration and redistribution patterns in revegetation-stabilized desert ecosystems. J. Hydrol. 358: 1. 134-143.
32.Wu, L., Pan, L., Roberson, M., and Shouse, P.J. 1997. Numerical evaluation of ring-infiltrometers under various soil conditions. Soil Science, an Interdisciplinary Approach to Soil Reserch. 162: 11. 771-777.
33.Zareabyaneh, H. 2006. Dynamics of mass transfer in laminated and nonlaminated soils. Ph.D. dissertation, TabrizUniversity, Irrigation department, Agriculture faculty. 184p. (In Persian) | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,763 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,148 |