ارزیابی روش‌های مختلف مقیاس‌سازی معادله نفوذ فیلیپ

آب و خاک

مقاله 3، دوره 34، شماره 1 - شماره پیاپی 69، فروردین 1399، صفحه 27-42   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v34i1.82567

نویسندگان

محمدطاهر پوزن؛ محمدمهدی چاری^* ؛ پیمان افراسیاب

زابل

چکیده

نفوذ آب به خاک یکی از مهم­ترین پارامترها در آبیاری و کشاورزی است. تعیین تغییرپذیری مکانی فرآیند نفوذ در خاک با وجود دشواری زیاد، یکی از مهم­ترین پیش­نیازهای دست­یابی به کشاورزی دقیق است. هدف از مطالعه حاضر، مقیاس­سازی پارامترهای معادله نفوذ دو جزئی فیلیپ و تجزیه و تحلیل تنوع مکانی ویژگی­های نفوذپذیری، با استفاده از حداقل اندازه­گیری­های مزرعه­ای بود. در این تحقیق یک روش جدید برای مقیاس­سازی معادله نفوذ ارائه شد و با روش­های قبلی مقیاس­سازی معادله فیلیپ شامل: بر اساس ضریب جذب ()، بر اساس ضریب انتقال ()، بر اساس فاکتور بهینه به دست آمده با استفاده از کمترین مربعات خطا ()، میانگین­های هندسی، حسابی و هارمونیک مقایسه شد. برای این منظور از 22 آزمایش نفوذ استفاده شد. پارامترهای این مدل (ضریب جذب S و فاکتور انتقال A) تغییرات وسیعی در مکان­های آزمایشی نشان دادند. در روش جدید عامل مقیاس (Fs) برای هر معادله نفوذ برابر با عمق آب نفوذ کرده پس از زمان مشخص (ts) در معادله نفوذ مورد نظر به عمق آب نفوذ کرده پس از زمان مشخص در معادله نفوذ مرجع است. نتایج نشان داد که روش ارائه شده در این تحقیق دارای بالاترین مقدار R2 (99/0) و دارای کمترین مقدار خطا بر اساس RMSE و MBE است. برخلاف سایر روش­های مقیاس­سازی معادله نفوذ، منحنی­مرجع در روش جدید اختیاری بوده و هریک از معادله­های نفوذ را می­توان به عنوان منحنی­مرجع انتخاب کرد.

کلیدواژه‌ها

ضریب انتقال؛ ضریب جذب؛ مقیاس‌سازی؛ نفوذ

مراجع

1- Babaei F., Zolfaghari A.S., Yazdani M.R., and Sadeghipour A. 2018. Spatial analysis of infiltration in agricultural lands in arid areas of Iran. Catena 170: 25–35.

2- Bautista E., and Wallender W.W. 1985. Spatial variability of infiltration in furrows. Transactions of the ASAE 28: 1846–1851.

3- Childs J., Wallender W.W., and Hopmans J.W. 1993. Spatial and seasonal variation of furrow infiltration. Irrigation and Drainage Engineering 119(1): 74-90.

4- Duan R., Fedler C.B., and Borrelli J. 2011. Field evaluation of infiltration models in lawn soils. Irrigtion Science 29: 379–389.

5- Green W.H., and Ampt G.A. 1911. Studies on soil physics, 1.The flow of air and water through soils. Agriculture Science 4(1): 1-24.

6- Guzman-Rojo D.P., Bautista E., Gonzalez-Trinidad J.G., and Bronson K.F. 2019.Variability of furrow infiltration and estimated infiltration parameters in a macroporous Soil. Irrigation and Drainage Engineering 145(2): 04018041.

7- Haise H.R., Donnan W.W., Phelan J.T., Lawhon L.F., and Shockley D.G. 1956. The use of ring infiltrometers to determine the infiltration characteristics of irrigated soils. Publ ARS41 USDA. Agricultueral Resarch Service and Soil conservation Service 26(6): 451-463.

8- Holtan H.N. 1961. Concept for infiltration estimates in watershed engineering. USDA-ARS Bull. 41–51.

9- Horton R.E. 1941. An approach toward a physical interpretation of infiltration-capacity. Soil Science Society of America 5(C): 399-417.

10- Khatri K.L., and Smith R.J. 2006. Real-time prediction of soil infiltration characteristics for the management of furrow irrigation. Irrigation Science 25(1): 33-43.

11- Koech RK., Smith R.J., and Gillies M.H. 2014 . A real-time optimisation system for automation of furrow irrigation. Irrigation Science 32(4): 319-327.

12- Kostiakov A.N. 1932. On the dynamics of the coefficient of water percolation in soils and the necessity of studying it from the dynamic point of view for the purposes of amelioration. Trans. Sixth Comm. International. Soil Science Society 7-21.

13- Kutilek M., and Nielsen D.R. 1994. Soil hydrology: texbook for students of soil science, agriculture, forestry, geoecology, hydrology, geomorphology and other related disciplines. Catena Verlag 370 pp.

14- Kutilek M., Zayani K., Haverkamp R., Parlange J.Y., and Vachaud G. 1991. Scaling of Richards’ equation under invariant flux boundary conditions. Water Resource Research 27: 2181–2185.

15- Machiwal D., Jha M.K., and Mal B.C. 2006. Modelling infiltration and quantifying spatial soil variability in a wasteland of Kharagpur, India. Biosystems Engineering 95(4): 569-582.

16- Mehrabi F., and Sepaskhah A.R. 2013. Spatial Variability of Infiltration Characteristics at Watershed Scale: acase study of Bajgah plain. Journal of Agricultural Engineering Research 14 (1): 13-32. (In Persian with English abstract)

17- Miller E.E., and Miller R.D. 1956. Physical theory for capillary flow phenomena. Journal of Applied Physics 27(4): 324-332.

18- Nie W.B., Li Y.B., Zhang F., Dong S.X., Wang H., and Ma XY. 2018. A Method for Determining the Discharge of Closed-End Furrow Irrigation Based on the Representative Value of Manning’s Roughness and Field Mean Infiltration Parameters Estimated Using the PTF at Regional Scale. Water 10, 1825; doi:10.3390/w10121825.

19- Nielsen D.R., Biggar J.W., and Erh K.T. 1973. Spatial variability of field-measured soil-water properties. Hilgardia 42: 215–259.

20- Oyonarte N.A., Mateos L., and Palomo M.J. 2002. Infiltration variability in furrow irrigation. Irrigation and Drainage Engineering 128(1): 26-33.

21- Philip J.R. 1969. Theory of Infiltration. Academic Press, New York Vol. 9, pp 215–295

22- Philip J.R. 1957. The theory of infiltration: 3. Moisture profiles and relation to experiment. Soil Science 84(2): 163-178.

23- Rasoulzadeh A., and Sepaskhah A.R. 2003. Scaled infiltration equations for furrow irrigation. Biosystems Engineering 86(3): 375-383.

24- Sadeghi M., Ghahraman B., Davary K., Hasheminia S.M., and Reichardt K. 2011. Scaling to generalize a single solution of Richards’ equation for soil water redistribution. Science Agriculture 68: 582–591.

25- Sadeghi M., Ghahraman B., Warrick A.W., Tuller M., and Jones S.B. 2016. A critical evalution of Miller and Miller similar media theory for application to natural soils. Water Resources Research 52(4): 1-18

26- Sadeghi M., Ghahraman B., Ziaei A.N., Davary K., and Reichardt K. 2012. Additional scaled solutions to Richards’ equation for infiltration and drainage. Soil and Tillage Research 119: 60-69.

27- Schwankl L.J., Raghuwanshi N.S., and Wallender W.W. 2000. Furrow irrigation performance under spatially varying conditions. Irrigation and drainage engineering 126: 355–361.

28- Sharma M L., Gander G.A., Hunt C.G. 1980. Spatial variability of infiltration in a watershed. Journal of Hydrology 45: 122-101.

29- Shahriari M., Delbari, M., Afrasiab P., Pahlavan-Rad M.R. 2019. Predicting regional spatial distribution of soil texture in floodplains using remote sensing data: A case of southeastern Iran. Catena 182: 1-12.

30- Talsma T. 1969. In situ measurement of sorptivity. Soil Research 7(3): 269-276.

31- .Tsegaye T., and Hill R. L. 1998. Intensive tillage effects on spatial variability of soil physical properties. Soil Science 16(2): 143-154.

32- US Department of Agriculture, Natural Resources and Conservation Service. 1974. National Engineering Handbook. Section 15. Border Irrigation. National Technical Information Service, Washington, DC, Chapter 4.

33- Van Beek E., Bozorgy B., Vekerdy Z., and Meijer K. 2008. Limits to agricultural growth in the Sistan Closed Inland Delta, Iran. Irrigation Drainage System 22:131–143.

34- Warrick A.W. 1998. Spatial variability. In: Environmental Soil Physics (Hillel D, ed), pp 655–676. Academic Press, San Diego, CA.

35- Warrick A.W., and Nielsen D.R. 1980. Spatial variability of soil physical properties in the field. In: Applications of Soil Physics (Hillel D, ed), pp 319–344. Academic Press, New York.

36- Warrick A.W., Mullen G.J., and Nielsen D.R. 1977. Scaling field‐measured soil hydraulic properties using a similar media concept. Water Resources Research 13(2): 355-362.

37- Warrick A.W., and Hussen A.A. 1993. Scaling of Richards’ equation for infiltration and drainage. Soil Science Society of America 57: 15-18.

38- Zapata, N., and Playan E. 2000. Elevation and infiltration in a level basin. I. Characterizing variability. Irrigation Science 19(4): 155-164.