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

آب و خاک

مقاله 10، دوره 33، شماره 1 - شماره پیاپی 63، فروردین 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 and Research 33(2): 261–304.

7- Cornelis W.M., Khlosi M., Hartmann R., Van Meirvenne M., and De Vos B. 2005. Comparison of unimodal analytical expressions for the soil-water retention curve. Soil Science Society of America Journal 69: 1902-1911.

8- Dadmehr R., Sobhani M., and Zeynalzadeh K. 2006. Comparison of fitting ability in some soil moisture models, first national conference on irrigation and drainage networks management, Ahvaz, Chamran University.

9- Dane J., and Hopmans J.W. 2002. 3.3. 2 Laboratory. Methods of Soil Analysis: Part 4 Physical Methods (methods of soil an 4), 675-719.

10- De Gennes P. 1985. Partial filling of a fractal structure by a wetting fluid Physics of disordered materials (pp. 227-241): Springer.

11- Desbarats A. 1995. Upscaling Capillary Pressure‐Saturation Curves in Heterogeneous Porous Media. Water Resources Research 31(2): 281-288.

12- Fooladmand H.R., and Golkar P. 2018. Fitting different models of soil-moisture characteristic curve on 30 soil samples in Fars province. Journal of Water and Soil Conservation 25(1): 319-326.

13- Fredlund D.G., and Xing A. 1994. Equations for the soil-water characteristic curve. Canadian Geotechnical Journal 31(4): 521-532.

14- Gardner W. 1956. Calculation of capillary conductivity from pressure plate outflow data. Soil Science Society of America Journal 20(3): 317-320.

15- Gee G., and Bauder J. 1986. Particle-size analysis Methods of soil analysis, Part 1. Madison, Wisconsin, USA: Soil Science Society of America Journal.

16- Habibpour Gatabi K., and Safari Shali R. 2016. Comprehensive manual for using SPSS in survey researches. Tehran: Luye press.

17- 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.

18- 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.

19- Kozak E., Sokołowska Z., Stępniewski W., Pachepsky Y.A., and Sokołowski S. 1996. A modified number-based method for estimating fragmentation fractal dimensions of soils. Soil Science Society of America Journal 60: 1291–1297.

20- 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.

21- 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.

22- 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.

23- 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.

24- Mirzaee S., and Ghorbani Dashtaki S. 2015. Investigation and comparison of the evaluation indicators efficiency of soil water retention curve models. Iranian Journal of Irrigation and Drainage 9(2): 274-282.

25- Mualem Y. 1976. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resources Research 12(3): 513-522.

26- 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.

27- 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.

28- Sillers W.S., Fredlund D.G., and Zakerzaheh N. 2001. Mathematical attributes of some soil–water characteristic curve models. Geotechnical and Geological Engineering 19(3-4): 243-283.

29- 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.

30- Xu Y., and Dong P. 2004. Fractal approach to hydraulic properties in unsaturated porous media. Chaos, Solitons & Fractals 19(2): 327-337.