روش حل معکوس پارامترها: کاربرد در تعیین تخلخل مؤثر و هدایت هیدرولیکی خاک در سیستم زهکشی دشت شادگان

فصلنامه آب و توسعه پایدار

مقاله 7، دوره 5، شماره 1 - شماره پیاپی 10، شهریور 1397، صفحه 37-44   

نوع مقاله: مقاله علمی- ترویجی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jwsd.v5i1.63700

نویسندگان

وحید شهابی زاد^{* 1}؛ عباس ستوده نیا²؛ علی رضا حسن اقلی³

¹دانشگاه بین المللی امام خمینی قزوین

²دانشگاه بین المللی امام خمینی

³سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی

چکیده

روش حل معکوس روشی است که در آن پارامترهای موردنیاز با حل عددی معادلات مربوطه به‌صورت غیرمستقیم تعیین می‌شوند. روش‌های متفاوت و متنوعی به‌منظور تخمین تخلخل مؤثر (f) و هدایت هیدرولیکی خاک (K) در دسترس می‌باشد که روش حل معکوس یکی از کارآمدترین روش‌ها جهت تخمین این ضرایب می‌باشد. لذا تعیین این پارامترها برای شرایط واقعی در مزارع آزمایشی زهکشی، با استفاده از مقادیر اندازه‏گیری شده برخی شاخص‏ ها و کاربرد روش حل معکوس بررسی شد. به همین جهت، حجم آب خروجی از زهکش ‏های زیرزمینی و نوسانات سطح ایستابی در بازه 24 ساعته در سیستم زهکشی اجراشده در دشت شادگان، برای 3 دور آبیاری متوالی اندازه‌گیری شد. در زمان پایین افتادن سطح ایستابی، f به روش معکوس تیلور و K نیز با معلوم بودن f، به روش معکوس اسکگز تعیین شد. همچنین تغییرات f و K با عمق سطح ایستابی نسبت به سطح زمین (z) به دست آمد. بر این اساس و با میانگین‌گیری حسابی، مقادیر f و K به ترتیب 0118/0 m3.m-3 و 3055/0 m.d-1، با میانگین‌گیری وزنی، f و K با وزن z به ترتیب 0116/0 m3.m-3 و 2392/0 m.d-1 و با استفاده از مفهوم میانگین تابع f و K برحسب متغیر z، کمیت آن‌ها به ترتیب 0117/0 m3.m-3 و 3093/0 m.d-1 به‏دست آمد. جهت ارزیابی مقادیر f و K به‌دست‌آمده، فاصله زهکش‌های زیرزمینی با استفاده از آن‌ها و به روش گلور اصلاح‌شده تعیین شد. نتایج نشان داد وقتیکه سطح ایستابی در نزدیکی سطح زمین باشد، مقدار K به عوامل متعددی وابسته بوده و نمی‌توان K را تنها تابعی از z دانست. با افزایش z مقدار f به مقدار اندک و K به‌صورت محسوسی کاهش خواهد یافت. تکنیک حل معکوس ارائه‌شده، در این پژوهش یک روش ابداعی ساده و مناسب جهت تخمین f و K است که مهم‌ترین مزیت آن در برگرفتن مقیاس واقعی خاک و همچنین ناهمگنی و ناهمروندی خاک است.

کلیدواژه‌ها

هدایت هیدرولیکی خاک؛ تخلخل مؤثر؛ سطح ایستابی؛ حل معکوس

مراجع

اکبری، م.، نظری، ب.، پارسی‏ نژاد، م. و ابراهیمیان، ح. 1391. تخمین معکوس هدایت هیدرولیکی خاک با استفاده از مدل DRAINMOD. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 62: 85-92.

‌حسن‌اقلی، ع.ر.، اسماعیلی امینلویی، ع. و سخایی ‏راد، ح. 1394. بررسی کمیت و کیفیت زهاب زهکش‌های زیرزمینی بدون پوشش در مقایسه با پوشش معدنی در دشت شادگان. مجله پژوهش آب در کشاورزی، 29: 264-275.

‌عزیزپور، س.، فتحی، پ. و نوبخت‎وکیلی، ک. 1391. برآورد توأم هدایت هیدرولیکی اشباع خاک و تخلخل مؤثر با استفاده از رویکرد مسئله معکوس هوشمند. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، نشریه علوم آب‌وخاک، 60: 13-22.

علیزاده، ا. 1389. زهکشی جدید برنامه‌ریزی طراحی و مدیریت سیستم‌های زهکشی. دانشگاه امام رضا. مشهد.

‌فرامرزی، م.، مصطفی‌زاده، ب.، موسوی، س. ف. و ترابی، م. 1384. کاربرد هوخهات در زهکش‌های زیرزمینی در منطقه رودشت اصفهان. مجله علوم کشاورزی ایران، 36(1): 13-19.

مشایخی، پ.، قربانی دشتکی، ش.، مصدقی، م. ر.، شیرانی، ح.، پناهی، م. و نوری، م.ر. 1395. برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک به روش معکوس با استفاده از داده‌های نفوذ استوانه‌های دوگانه. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 47: 829-838.

‌مهندسین مشاور سامان آبراه. 1387. گزارش خلاصه طرح 2500 هکتاری زهکشی زیرزمینی شهرستان شادگان. شرکت مشاور سامان آبراه.

نخعی، م.، امیری، و. و ودیعتی، م. 1394. تخمین معکوس پارامترها و توابع هیدرولیکی خاک غیراشباع با استفاده از داده‌های آزمون دیسک نفوذسنج. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، 4: 39-50.

‌ولی سامانی، ج. م.، همایی، م. کوچک ‏زاده، م. و فتحی، پ. 1384. روشی ساده برای تخمین توأمان هدایت هیدرولیکی اشباع و تخلخل مؤثر خاک. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، 23: 143-158.

یاری، ع.، درزی، ع.، شقاقی، م. و یاری، ر. 1389. مطالعه تغییرات هدایت هیدرولیکی اشباع خاک با زمان. نشریه آب‌وخاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 24(1): 21-28.

Amoozegar A. and Warrick A. W. 1986. Hydraulic conductivity of saturated soils: Field methods. In klute, A. (Ed.) Methods of Soil Analysis. Part 1. 2 nd Ed. Agron. Monogr. 9. ASA, CSSA and SSSA. Madison. WI., 735-770.

Asgarzadeh H., Mosaddeghi M. R., Dexter A. R., Mahboubi A. A. and Neyshabouri M. R. 2014. Determination of soil available water for plants: consistency between laboratory and field measurements. Geoderma, 8: 226-227.

Bhattacharya A. K. and Michael A. M. 2003. Land drainage: principles, methods and applications. Konark PublishersPvt. Ltd., New Delhi.

Boast C. W. and Kirkham D. 1971. Auger hole seepage theory, Soil science Society of America Journal, 35: 365-374.

Chossat J. C. and Saugnac A. M. 1985. Relation entre conductivite hydraulique et porosite de drainage mesurees par la methode du puits et des piezometres. Sci. du Sol, 1985/3.

FAO. 1980. Drainage design factors. FAO Irrigation and Drainage. Rome, Italy.

Gupta SK. 2002. A century of subsurface drainage research in India. Journal of Irrigation and drainage systems, 16(1): 69-84.

Hooghoudt SB. 1940. Bijdragen tot de kennis Vaneenige natuurkundige Van den grand, 7. Algemeene beschonwing Van het problem Van de detail outwatering ende infiltratie door middle Van parallel loopende drains, grepples, Slotten en Kanalen. Versl Landbouwkd Onderz, 46: 515–707.

ILRI. 1972. Fieldbook for land and water management experts. Wageningen, Netherlands.

King K.W., Williams M.R., Macrae M.L., Fausey N.R., Frankenberger J., Smith D.R, Kleinman P. and Brown L. 2015. Phosphorus transport in agricultural subsurface drainage: A review. Journal of environmental quality, 44(2): 467-485.

Kumar R., Bhakar S., Jhajharia D. and Morvejalahkami B. 2012. Evaluation of drain spacing equations in the Indira Gandhi Canal command area, India. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 18(3): 186-193.

Luthin J. N. 1966. Drainage engineering. John wiley & Sons, New York.

Moody W. 1966. Nonlinear differential equation of drain spacing. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 92(2): 1–10.

Pali A.K., Katre P. and Khalkho D. 2014. An unsteady subsurface drainage equation incorporating variability of soil drainage properties. Water Resources Management, 28(9): 2639-2653.

Pendy R.S., Bhattachaya A.K., Singh O.P. and Gupta S. K. 1992. Drawdown solution with variable drainage porosity. Journal of Irrigation and Deainafe Engineering, 118 (3): 382- 396.

Russo D., Bresler E., Shani U. and Parker J.C. 1991. Analysis of infiltration events in relation to determining soil hydraulic properties by inverse problem methodology. Water Resour. Res, 27: 1361–1373.

Simunek J., Wendroth O. and Van Genuchten M.Th. 1998. Parameter estimation analysis of the evaporation method for determining soil hydraulic properties. Soil Sci. Soc. Am. J, 62:894-905.

Simunek J., Sejna M. and Van Genuchten M.Th. 2012. HYDRUS: model use, calibration and validation. American Society of Agricultural and Biological Engineers, 55(4): 1261-1274.

Skaggs R.W. 1976. Determination of the hydraulic conductivity-drainable porosity ratio from water table measurements. Trans ASAE, 19: 73–80.

Snell A.W. and Van Schilfgaarde J. 1964. Four-well method of measuring hydraulic conductivity in saturated soils. Trans. ASAE, 91(7): 83-87.

Stephens D.B., Hsu K.C., Priksat M.A., Ankeny M.D., Blandford N., Roth T.L., Kelsey J.A. and Whitworth J.R. 1998. A comparison of estimated and calculated effective porosity. Hydrogeology Journal, 6: 156-165.

Taylor G.S. 1960. Drainable porosity evaluation from outflow measurements and its use in drawdown equations. Soil. Sci, 90: 38-345.

Upadhyaya A. and Chauhan H.S. 2000. An analytical solution for bi-level drainage design in the presence of evapotranspiration. Journal of Agricultural Water Management, 45: 169-184.

USBR. 1984. Drainage manual. A Water Resources Tech. Publication. Second printing. Denver, USA, US Dept. of Interior, Bureau of Reclamation, 286.

Vanclooster M., Javaux M. and Lambot S. 2007. Recent advances in characterizing flow and transport in unsaturated soil at the core and field. Estudios de la Zona No Saturada del Suelo, 3: 19-35.

Van Schilfgaarde J. 1963. Design of tile drainage for falling water tables. Journal of the Irrigation and Drainage Division, 89(2): 1-12.