بخشی از مقاله
چکیده
بررسی ویژگیهای هیدرولیکی خاک همچون نقطه پژمردگی و ظرفیت زراعی برای مطالعه و مدلسازی حرکت آب و املاح در خاک لازم است. به دلیل تغییرات زمانی و مکانی این ویژگیها، روشهای غیرمستقیم در تخمین این خصوصیات خاک توسعه داده شده است. در این پژوهش از 4 مدل مختلف بهمنظور انتخاب بهترین مدل برای تخمین SWCC در خاکهای رسی، لوم رسی و لوم شنی استفاده شد.
بدین منظور ابتدا SWCC خاکهای مورد مطالعه با استفاده از دستگاه صفحات فشاری بهدست آمد. سپس به برازش مدلهای ساکستون و همکاران - 1986 - ، هاتسون و کاس - 1987 - ، رالز و براکسینک-ون گنوختن - 1989 - و رالز و براکسینک- کمپل - 1989 - پرداخته شد. نتایج ارزیابی نشان داد که مدل هاتسون به دلیل RMSE و ME کوچکتر و E و d بزرگتری نسبت به سه مدل دیگر توانایی شبیهسازی مناسبتری را نشان داد و همچنین به دلیل SSR کمتر از 10-3 بهخصوص در خاک لوم رسی کارایی مناسبتری دارد.
مقدمه
بیان کمی مقدار رطوبت و هدایت آبی خاک برای مطالعه و مدلسازی حرکت آب و املاح در خاک حائز اهمیت است. از این رو پژوهشگران تلاشهای زیادی به منظور یافتن شیوههای ساده و ارزان جهت شناسایی روابطی منطقی و عملی بین رطوبت خاک و پتانسیل ماتریک انجام دادهاند . این مسئله هنگامی که نقاط رطوبتی مهم مانند نقطه پژمردگی یا ظرفیت زراعی مطرح است، از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد .
بنابراین، با توجه به اهمیت ویژگیهای هیدرولیکی همچون نقطه پژمردگی و ظرفیت زراعی و نقش آنها در حل مسائل مدیریتی آب و خاک، اندازهگیری و تعیین آنها اجتناب ناپذیر میباشد. از طرفی پدیدههای مرتبط با آب و خاک دارای پیچیدگیهایی هستند که مدلهای ریاضی اراده شده قادر به شبیهسازی دقیق آنها نمیباشند. آگاهی از این روابط در مسائل مختلف آبیاری و زهکشی، برای تعیین نیاز آبی گیاهان و تعیین مقدار آب موجود در خاک بسیار اهمیت دارد. منحنی مشخصه رطوبتی و هدایت هیدرولیکی غیراشباع از جمله عوامل مهم در بررسی حرکت آب در خاک هستند
تخمین مشخصات خاکهای اشباع و غیراشباع بهمنظور بررسی رفتار اینگونه خاکها مستلزم انجام آزمایشهاینسبتاً وقتگیر و هزینهبر است و SWCC در تخمین رفتار این خاکها اهمیت و کاربردی ویژه دارد
رابطهی مقدار رطوبت و مکش خاک را نشان میدهد که برای شرح رفتار خاکهای اشباع و غیراشباع اهمیت و کاربرد دارد .منحنی مشخصه رطوبتی خاک بهطور گستردهای در پیشبینی هدایت هیدرولیکی، ذخیرهسازی آب خاک، ظرفیت مزرعه و رطوبت خاک در فعالیتهای کشاورزی مورداستفاده قرار میگیرد .
استفاده از جدول دادههای رطوبتی به صورت نقاط منفرد و گسسته در مدلهای کامپیوتری مشکل میباشد. بنابراین تهیه مدلهای ریاضی برای پیشبینی میزان رطوبت از روی پتانسیل و بالعکس ضرورت پیدا میکند. در آبیاری و هیدرولوژی تعدادی فرمولهای تجربی برای توصیف منحنی رطوبتی خاک شهرت یافتهاند. در این مدلهامعمولاً از پدیده هیستریس، پخشیدگی بخار، تورم خاک، تأثیرات شیمیایی محلولها و درجه حرارت به خاطر سادگی صرفنظر میشود
در این پژوهش،SWCC خاکهای موردمطالعه توسط دستگاه صفحات فشاری به دست آمد و مدلهای ساکستون و همکاران - 1986 - و هاتسون و کاس - 1987 - بر دادههای آزمایشگاهی برازش داده شدند.
مدلهای مورد استفاده
مدل رالز و براکنسیک - 1989 -
رالز و براکنسیک - 1989 - معادلات متعددی را برای تخمین SWCC پیشنهاد دادند اما به دلیل نداشتن مواد آلی تنها از معادلاتی که به منظور تخمین پارامترهای مدلهای ون گنوختن - 1980 - و کمپل - 1985 - ارائه دادند استفاده گردید.
که در آن hb فشار کاپیلاری جوشش بر حسب سانتیمتر،λشاخص توزیع منافذ، θrرطوبت باقیمانده،θs تخلخل خاک و clay،silt ، sand به ترتیب درصد رس، سیلت و شناند.
مدل ون گنوختن و پارامترهای آن براساس روابط رالز و براکسینک : - RW-VG -
مدل کمپل و پارامترهای آن براساس روابط رالز و براکسینک - : - RW-C
مدل ساکستون و همکاران - 1986 - مطالعات انجام شده همبستگیهای آماری معنیداری بین بافت و پتانسیل ماتریک خاک را نشان میدهند .ساکستون و همکاران توابعی آماری برای برآورد پتانسیل ماتریک در محدوده وسیعی از بافت خاک ارائه نمودهاند که در دامنه وسیعی از رطوبت خاک، قابل استفاده میباشند. SWCC پیشنهادی آنها از سه قسمت تشکیل میشود:
1 -نقطه اشباع تا نقطه ورود هوا - مقدار ثابت -
2 -نقطه ورود هوا تا فشار 10 کیلوپاسکال - رابطه خطی -
3 -فشار 10 کیلوپاسکال تا فشار 1500 کیلوپاسکال و بزرگتر - رابطه - 1
این پژوهندگان برای محاسبه رطوبت خاک در محدوده مکشهای بیشتر از 10 کیلوپاسکال از معادلات رگرسیونی رالز و همکاران - 1982 - استفاده کردند. معادلات حاصل برای ضرایب A و B عبارت است از
مدل هاتسون و کاس - 1987 - موضوع این مطالعه، توسعه تابع نگهداشت بهصورتی است که کاربرد آن را در مدلهای شبیهسازی ساده کرده و منحنی مشخصه را در کل محدوده درصد رطوبت بهطور واقعبینانه توصیف نماید و بتوان پارامترهایش را به خواص خاک ارتباط داد. به همین منظور تابعی که مورد نیاز میشود را نباید به بیش از دو پارامتر - به اضافه - e داشته، S شکل و پیوسته بوده و از s در=0 عبور کند .هاتسون و کاس، تابع نگهداشت دو قسمتی - به صورت نمایی و هذلولی - بر اساس معادله کمپل به دست آوردند. برای نمایش بهتری از نگهداشت رطوبتی، در درصد رطوبتهای بالا یک تابع هذلولی جایگزین تابع نمایی گردید.
در بخش نمایی تابع مذکور، مدل کمپل - 1985 - بهصورت زیر پیشنهاد میشود
