نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری/دانشگاه شهرکرد
2 عضو هیات علمی دانشگاه شهرکرد
3 دانشیارگروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان
4 4- دانشیار گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی عصر رفسنجان
5 5- استادیار گروه آبیاری و فیزیک خاک موسسه تحقیقات خاک و آب کرج
6 6- دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد
چکیده
آگاهی از منحنی مشخصه رطوبتی برای شبیهسازی جریان آب و پدیدههای انتقال در کشاورزی و هیدرولوژی ضروری است .در پژوهش حاضر از نرمافزار HYDRUS-2D/3D برای برآورد پارامترهای منحنی مشخصه رطوبتی در سه بافت متفاوت خاک به روش معکوس، با استفاده از دادههای نفوذسنج استوانههای-دوگانه، استفاده شد. برای این منظور، آزمایش نفوذ آب به خاک از طریق استوانههای-دوگانه در سه منطقه با بافتهای مختلف رس سیلتی، لومی و لوم شنی در سه تکرار انجام شد. در هر منطقه نمونههای دستخورده و دستنخورده خاک از سه عمق (0-10، 10-30 و 30-60 سانتیمتر) برداشت شده و برخی ویژگیهای فیزیکی خاک مانند بافت، چگالی ظاهری، درصد رطوبت اولیه و درصد رطوبت اشباع در این نمونهها اندازهگیری شد. همچنین منحنی مشخصه رطوبتی خاک با استفاده از دستگاه جعبه شن برای مکشهای کمتر از 100 سانتیمتر و دستگاه صفحه فشار برای مکشهای 100 تا 15000 سانتیمتر اندازهگیری شد و پارامترهای مدل ونگنوختن با برازش این مدل بر دادههای اندازهگیریشده منحنی مشخصه رطوبتی خاک توسط نرمافزار RETC بهدست آمد. دقت و قابلیت اطمینان روش معکوس در تعیین پارامترهای منحنی مشخصه رطوبتی خاک در مقایسه با روش آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس ارزیابیهای آماری صورت گرفته، منحنی مشخصه رطوبتی که از طریق پارامترهای هیدرولیکی برآوردشده به روش حل معکوس به دست آمد با منحنی مشخصه رطوبتی به دست آمده از طریق برازش مدل ونگنوختن بر دادههای اندازه-گیریشده به کمک برنامه RETC، همخوانی بسیار خوبی داشت به طوری که شاخصهای ضریب همبستگی پیرسون (r) (-)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSD) (m3 m-3)، اختلاف میانگینها (MD) (m3 m-3)، و قدر مطلق خطای میانگینها (AMD) (m3 m-3) برای پارامترهای تخمینی در این روش، به ترتیب برابر با 988/0، 036/0، 008/0 و 012/0 بود. در این روش همخوانی خوبی بین میزان رطوبت شبیهسازیشده و اندازهگیریشده در نیمرخ خاک دیده شد ( 936/0R2=).
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
Inverse estimation of the soil water retention curve parameters using double-ring infiltration data
چکیده [English]
Quantitative knowledge of soil water characteristic curve is crucial for modeling water flow and transport processes in agriculture and hydrology. In this study, HYDRUS2D/3D software was used to estimate the hydraulic parameters of van Genuchten-Mualem model via inverse modeling using double-ring infiltrometers. Double-ring infiltration experiment was conducted in three sites with different soil textures (i.e., silty clay, loam and sandy loam) with three replications. Disturbed and undisturbed soil samples were also collected from three depths (0−10, 10−30 and 30−60 cm) per each soil and some soil physical properties such as bulk density, texture, initial water content and saturated water content were measured. Soil water retention curve was determined for the matric suctions lower than 100 cm H2O by sand box, and for the matric suction range 100−15000 cm H2O using pressure plate. The van Genuchten model with Mualem’s restriction was fitted to the soil water retention data by RETC software. The accuracy and reliability of the HYDRUS predictions were evaluated. The results showed that inverse estimation of soil hydraulic parameters provided a reliable alternative method for determining the soil water retention curve at horizon/field scale. The soil water retention curves obtained from the RETC fitting had very good correspondence with those derived from inverse modeling; the efficacy parameters of inverse estimation (i.e., Pearson’s correlation coefficient (r), root of mean squared differences (RMSD, m3 m-3), absolute value of mean differences (AMD, m3 m-3) and the mean difference (MD, m3 m3)) were 0.988, 0.036, 0.012 and 0.008, respectively. Also there was a good agreement between the water content values measured in the soil profile and those predicted by HYDRUS (R2= 0.936).
کلیدواژهها [English]
- van Genuchten parameters
- Inverse modeling
- Soil water retention curve
- HYDRUS-2D/3D
- Double-ring infiltrometer