تأثیر گروه‌های بافتی مختلف بر دقت مدل‌های متفاوت منحنی نگهداری آب خاک

آب و خاک

مقاله 10، دوره 33، شماره 1 - شماره پیاپی 63، بهار 1398، صفحه 131-146  

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v33i1.74326

نویسندگان

مصطفی راستگو؛ حسین بیات ؛ محرم منصوری‌زاده

دانشگاه بوعلی سینا-همدان

چکیده

مدل‌های بسیاری برای توصیف منحنی نگهداری آب خاک (SWRC) ارائه شده است، اما به ندرت توانایی برازش تعداد زیادی از آنها در خاک‌های مختلف و گروه‌های بافتی متفاوت مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. هدف از این پژوهش، بررسی قابلیت برازش 10 مدل SWRC بر داده­های تجربی و انتخاب بهترین مدل از بین آن‌ها برای کل نمونه­های خاک و برای هر کدام از گروه­های بافتی می­باشد. در این پژوهش 145 نمونه خاک رویین و زیرین از استان­های گیلان، همدان و کرمانشاه به‌صورت دست خورده و دست نخورده برداشت و بعد از تعیین بافت، به گروه­های بافتی تفکیک شدند. مقدار رطوبت در 12 پتانسیل ماتریک اندازه‌گیری شد. 10 مدل SWRC بر داده­های تجربی برازش و دقت آنها، با معیارهای متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل فردلاند و زینگ در کل نمونه­های خاک و همچنین در گروه بافتی درشت، مدل لیباردی در گروه بافتی ریز و مدل بروتسائرت در گروه بافتی متوسط بالاترین دقت برازش را داشتند، اما این مدل‌ها، به لحاظ آماره ارزیابی ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) تفاوت معنی‌داری در سطح 5 درصد در کل نمونه­های خاک و هر کدام از گروه­های بافتی مختلف با هم نداشتند. اگر چه مدل­های فرکتالی دارای پایه فیزیکی و ریاضی هستند، اما انعطاف‌پذیری لازم را برای توصیف منحنی SWRC ندارند. مدل­های فرمی و تانی با توابع نمایی ضعیف‌ترین عملکرد را داشتند. سرانجام، مدل لیباردی به دلیل تعداد پارامترهای کمتر، مفهوم فیزیکی پارامترها و فرم ساده معادله آن به عنوان بهترین مدل معرفی می­شود.

کلیدواژه‌ها

قابلیت برازش؛ گروه های بافتی؛ مدل؛ منحنی نگهداری آب

مراجع

1. Abbasi, F. 2014. Advanced soil physics (Vol. 108). Tehran: University of Tehran press.
2. Assouline, S., Tessier, D., and Bruand, A. (1998). A conceptual model of the soil water retention curve. Water Resources Research, 34(2), 223-231.
3. Bayat, H., Ebrahimi, I., Rastgou, M., Zare Abyaneh, H., Davatghar, N., and Safari Sinegani, A. A. 2013. Fitting different soil water characteristic curve models on the experimental data of various textural classes of guilan province soils. . Water and Soil Science (Persian), 23(3), 151-167.
4. Brutsaert, W. 1966. Probability laws for pore-size distributions. Soil Science, 101(2), 85.
5. Burdine, N. 1953. Relative permeability calculations from pore size distribution data. Journal of Petroleum Technology, 5(3), 71-78.
6. Burnham, K. P., and Anderson, D. R. 2004. Multimodel inference understanding AIC and BIC in model selection. Sociological methods & research, 33(2), 261–304.
7. Clark, W. C., Kuhl, J. P., Keohan, M. L., Knotkova, H., Winer, R. T., and Griswold, G. A. 2003. Factor analysis validates the cluster structure of the dendrogram underlying the Multidimensional Affect and Pain Survey (MAPS) and challenges the a priori classification of the descriptors in the McGill Pain Questionnaire (MPQ). Pain, 106(3), 357-363.
8. Dane, J., and Hopmans, J. W. 2002. 3.3. 2 Laboratory. Methods of Soil Analysis: Part 4 Physical Methods(methodsofsoilan4), 675-719.
9. De Gennes, P. 1985. Partial filling of a fractal structure by a wetting fluid Physics of disordered materials (pp. 227-241): Springer.
10. Desbarats, A. 1995. Upscaling Capillary Pressure‐Saturation Curves in Heterogeneous Porous Media. Water Resources Research, 31(2), 281-288.
11. Fredlund, D. G., and Xing, A. 1994. Equations for the soil-water characteristic curve. Canadian Geotechnical Journal, 31(4), 521-532.
12. Gardner, W. 1956. Calculation of capillary conductivity from pressure plate outflow data. Soil Science Society of America Journal, 20(3), 317-320.
13. Gee, G., and Bauder, J. 1986. Particle-size analysis Methods of soil analysis, Part 1. Madison, Wisconsin, USA: Soil Science Society of America Journal.
14. Hodnett, M., and Tomasella, J. 2002. Marked differences between van Genuchten soil water-retention parameters for temperate and tropical soils: a new water-retention pedo-transfer functions developed for tropical soils. Geoderma, 108(3-4), 155-180.
15. Kern, J. S. 1995. Evaluation of soil water retention models based on basic soil physical properties. Soil Science Society of America Journal, 59(4), 1134-1141.
16. Larson, W., Eynard, A., Hadas, A., and Lipiec, J. 1994. Control and avoidance of soil compaction in practice Developments in Agricultural Engineering (Vol. 11, pp. 597-625): Elsevier.
17. Libardi, P., Reichardt, K., and Nascimento-Filho, V. 1979. Analise da redistribuição da agua visando a condutividade hidraulica do solo. Energia Nuclear & Agricultura, 1, 108-122.
18. Manyame, C., Morgan, C., Heilman, J., Fatondji, D., Gerard, B., and Payne, W. 2007. Modeling hydraulic properties of sandy soils of Niger using pedotransfer functions. Geoderma, 141(3), 407-415.
19. McKee, C., and Bumb, A. (1987). Flow-testing coalbed methane production wells in the presence of water and gas. SPE formation Evaluation, 2(4), 599-608.
20. Medvedev, V., and Cybulko, W. 1995. Soil criteria for assessing the maximum permissible ground pressure of agricultural vehicles on Chernozem soils. Soil and Tillage Research, 36(3-4), 153-164.
21. Millan, H., Gonzalez-Posada, M., Aguilar, M., Domınguez, J., and Cespedes, L. 2003. On the fractal scaling of soil data. Particle-size distributions. Geoderma, 117(1), 117–128.
22. Mualem, Y. (1976). A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resources Research, 12(3), 513-522.
23. Nabizadeh, E., and Beigi Harchegani, B. 2011. The fitting quality of several water retention models in soil samples from lordegan, charmahal-va-bakhtiari. Journal of Water and Soil (Persian), 25(3), 634-645.
24. Patil, N., Pal, D., Mandal, C., and Mandal, D. 2011. Soil water retention characteristics of vertisols and pedotransfer functions based on nearest neighbor and neural networks approaches to estimate AWC. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 138(2), 177-184.
25. Sillers, W. S., Fredlund, D. G., and Zakerzaheh, N. 2001. Mathematical attributes of some soil–water characteristic curve models. Geotechnical & Geological Engineering, 19(3-4), 243-283.
26. Tani, M. 1982. The properties of a water-table rise produced by a one-dimensional, vertical, unsaturated flow. Journal of the Japanese Forestry Society, 64.
27. Xu, Y., and Dong, P. 2004. Fractal approach to hydraulic properties in unsaturated porous media. Chaos, Solitons & Fractals, 19(2), 327-337.