مقاله تحلیل زمین آماری از تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک در منطقه راسوند شازند

بخشی از مقاله

چکیده

در این پژوهش اقدام به تهیه نقشه پهنه بندی پارامتر درصد رطوبت اشباع خاک به روش زمین آمار شد. بدین منظور ابتدا با نمونه برداری از 106 نمونه خاک از منطقه راسوند شازند، درصد اشباع خاک به عنوان پارامتر دیریافت خاک برای این 106 نمونه خاک تعیین شد. در مرحله بعد با استفاده از روش معکوس فاصله وزنی، اقدام به تهیه نقشه پهنه بندی شد. همچنین ارزیابی متقابل نیز انجام گرفت و در انتها نیز آزمون همبستگی مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهده ای انجام شد. نتایج نشان داد میانگین خطا برابر 0/02 می باشد که نزدیک به عدد صفر بوده و حاکی از دقت مدل زمین آمار می باشد. بر اساس ارتباط همبستگی در سطح اعتماد 99 درصد همبستگی 0/935 بین مقادیر مشاهده ای و پیش بینی شده وجود دارد که این نتیجه نیز حاکی از دقت بالای مدل تهیه نقشه پهنه بندی می باشد. طبق نتایج نقشه پهنه بندی هدایت هیدرولیکی نشان داد که دامنه درصد اشباع خاک در محدوده 31/9 تا 42/8    می باشد که تقرباًی تغییرات کم میباشند.

واژههای کلیدی: هدایت هیدرولیکی اشباع، خصوصیات خاک، زمین آمار، تغییرات مکانی، منطقه راسوند شازند

-1 مقدمه

خاک به عنوان مصالح ساختمانی در طرحهای مهمی در مهندسی عمران بکار گرفته میشود و همچنین شالوده اکثر سازهها بر روی آن متکی است. بنابراین مهندسان عمران باید بخوبی خواص خاک از قبیل مبدا پیدایش، دانه بندی، قابلیت زهکشی آب، نشست، مقاومت برشی، ظرفیت باربری و غیره را مطالعه نمایند. عوامل زیادی بر ذخیره سازی و مدیریت مقدار آب موجود در خاک تاثیر گذارند که از جمله آنها می توان به خصوصیات خاک اشاره کرد . بوسیله گمانه، اطلاعات مختلفی در مورد خواص ژئوتکنیکی و بافت خاک در لایه های مختلف در همان نقاطی که گمانه حفر شده است، می توان بدست آورد. اما پارامترهای مرتبط با خصوصیات خاک از جمله هدایت هیرولیکی اشیاع، در نواحی بین گمانه ها بطور کامل مشخص نمی گردد و بدست آوردن آن با قابلیت اعتماد کم و بسیار مشکل می باشد. هر چند مبانی علمی و روش های فنی اندازه گیری هدایت هیدرولیکی در حدود متعارف خود شناخته شده و در منابع مختلف توضیحات کلی در مورد آن داده شده است، اما همواره این روش ها دارای نقاط ضعف و قوت می باشند. تجربه نشان داده است که افراد مختلف متناسب با برداشت ها و استنباط هایی که از این منابع به دست می آورند روش هایی را به کار می برند که بالقوه ممکن است به نتایج متفاوتی برسند .[1]

نمونه برداری مستقیم، معمولاً بسیار پرهزینه و وقتگیر بوده و در نتیجه برای اهداف کاربردی دارای محدودیت می باشد. تاکنون تلاش های زیادی صورت گرفته تا روابط ممکن بین خصوصیات دیریافت خاک با دیگر خصوصیات آن که در فیزیک خاک به توابع انتقالی1 معروف هستند تعیین شود. توابع انتقالی خاک، توابع برآورد کننده خصوصیات پرهزینه خاک2 از خصوصیات کم هزینه3خاک می باشند .[2] تخمین پارامترهای موثر جریان در مدل محیط های غیراشباع مبتنی بر مشاهدات صورت گرفته در مقیاسی کوچکتر از مقیاس واقعی مدل می باشد که این موجب ایجاد مشکلاتی در تخمین پارامترهای خاک های ناهمگن می شود. بنابراین باید سعی کرد مسیری را برای مطالعه در پیش گرفت که از این خطا و مشکل ذکر شده دوری کرد .[3] استفاده از روش های غیرمستقیم تخمین خواص هیدرولیکی محیط متخلخل جایگزینی مناسب برای روش های وقت گیر و پرهزینه مستقیم می باشد .[4]

مسئله و چالش اصلی این است که این تکنیک ها به چه شیوه ای به کار گرفته شوند تا بتوانند در حین نمایش صحیح و دقیق کارایی مدل، تغییرات پارامتر یا پارامترهای مورد نظر را به خوبی بیان کنند که در این تحقیق به بررسی این موضوع در منطقه راسوند شازند پرداخته می شود. مدل های زمین آماری که بر مبنای پیش بینی بر اساس فاصله بین نقاط توسعه یافته اند و در عام به روش های درونیابی معروف هستند، امروزه در مطالعات گوناگون از جمله بررسی رفتار خصوصیات خاک مطرح هستند. تغییرپذیری خصوصیات خاک با این فرض که توزیع خصوصیات خاک در عرصه بصورت تصادفی است، اغلب توسط روش های آماری کلاسیک بیان می شود. در این روش ها نتایج بدست آمده از اندازه گیری نمونه ها، مستقل از موقعیت مکانی آنها مورد بررسی قرار می گیرد. بنابراین مقدار یک کمیت در یک نمونه هیچ اطلاعاتی درباره مقدار همان کمیت در نمونه های دیگر به فواصل مختلف به دست نمی دهد. امروزه پژوهشگران جهت ارزیابی توزیع مکانی خصوصیات خاک از زمین آمار استفاده می کنند. در زمین آمار می توان بین مقادیر یک کمیت در جامعه نمونه ها و فاصله و جهت قرار گرفتن نمونه ها نسبت به یکدیگر ارتباط برقرار کرد. بنابراین در این روش ابتدا به بررسی وجود یا عدم وجود ساختار مکانی بین داده ها پرداخته می شود.

در این زمینه قانعی مطلق و همکاران [5] به تهیه نقشه شوری خاک به منظور مدیریت ویژه خاک های شور در بخشی از اراضی زراعی شمال شرقی دشت آق قلا پرداختند و اقدام به تهیه نقشه شوری خاک با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی نمودند. محمدی و همکاران [6] به پهنه بندی ظرفیت تبادل کاتیونی خاک با استفاده از زمین آمار و تجزیه مؤلفه اصلی پرداختند. در مطالعه ای دیگر لادو و همکاران [7] مدلسازی توزیع هشت فلز سنگین حساس - آرسنیک، کادمیوم، کروم، مس، جیوه، نیکل، سرب و روی - را در خاک های سطحی اروپا با استفاده از 1588 نمونه زمین مرجع شده و روش زمین آمار-رگرسیون، انجام دادند و صحت پیشگویی ها، با استفاده از روش تعیین اعتبار ارزیابی شد. استفاده از روش شبکه عصبی در درون یابی و پیش بینی جنس خاک لایه ها و پارامترهای ژئوتکنیکی در نقاط مختلف یک منطقه، امری کاملاً اقتصادی با قابلیت اعتماد مناسب توصیف شده است که به خوبی می تواند علاوه بر پیش بینی بین نقاط نمونه برداری، روند تغییرات مکانی در سطح منطقه را نیز به خوبی نمایش دهد. با توجه به اهمیت موضوع، در این پژوهش به بررسی تغییرات مکانی درصد رطوبت اشباع خاک در منطقه راسوند شازند که از پتاسیل بالایی در بخش ساخت و ساز پروژه های عمرانی برخوردار است پرداخته می شود.

-2 مواد و روش ها

1؛-2 معرفی منطقه مطالعاتی    محدوده مطالعاتی طرح به مساحت 2652 هکتار در شمال شهر شازند - دشت    شازند - در استان مرکزی، به مختصات 49  21  14  تا  49  26  53    شرقی و عرض  33  58  17 تا  02  36    34 شمالی قرار دارد. موقعیتمحدوده مطالعاتی در شکل 1 ارائه شده است.