بخشی از مقاله
چکیده
هدایت هیدرولیکی اشباع - ks - یکی از مهمترین مشخصات فیزیکی خاک است که نقش بسزایی در کنترل رواناب سطحی، آبشویی مزارع و انتقال آلودگیهای سطحی به آبهای زیرزمینی دارد. هدف این پژوهش تعیین ضریب تأثیر پارامترهای معمول در مناطق نیمه خشک کشور شامل - شوریEC، مقدار آهک معادل TNV، رس، شن و کربن آلی - - OC بر میزان دقت تخمین Ks است. بنابراین در تحقیق حاضر از روش کوکریجینگ و نرمافزار ArcGis برای تخمین و تهیه نقشه پراکنش Ks استفاده گردید. بررسیها نشان داد که تخمین توزیع مکانی متغیر Ks بر اساس متغیر کمکی مقدار آهک - TNV - ، بهترین دقت ممکن را ارائه کرده است.
.1 مقدمه و هدف
مطالعه پدیدههای مربوط به آب در خاک مستلزم آگاهی از مقدار آب موجود و وضعیت انرژی آن - به ترتیب رطوبت و مکش - در خاک است.[ 8] رطوبت خاک را میتوان به صورت مستقیم در مزرعه یا آزمایشگاه با روشهای مختلفی از قبیل صفحات فشاری، بلوکهای گچی، پخش نوترون، تابش گاما و انعکاس سنجی زمانی اندازه گیری کرد ] .[6 روشهای فوق رطوبت خاک را بسته به شرایط آزمایش با دقت کافی اندازه گیری میکنند اما مشکلات ناشی از زمان - مثلاً برای صفحات فشاری - و هزینه زیاد - مثلاً برای تابش گاما - مانع از کاربرد عمومی آنها میشود .
از اینرو روشهای غیر مستقیم متعددی برای تخمین مقدار رطوبت خاک از روی سایر اطلاعات قابل دسترس پیشنهاد شده است
تأثیر بافت، جرم مخصوص ظاهری، و مواد آلی خاک بر مقدار رطوبت و هدایت هیدرولیکی خاک از مدتها قبل به خوبی تشخیص داده شده است اما با توجه به اینکه خاک محیطی پیچیده و ناهمگن است و خصوصیات هیدرولیکی آن نسبت به زمان و مکان تغییر میکند [10]، یافتن رابطهای کاملاً مشخص بین بافت خاک و خصوصیات هیدرولیکی آن بسیار دشوار است.
ضریب آبگذری اشباع - Ns - خاک، نشان دهنده وضعیت سرعت حرکت آب در خاک میباشد. این ضریب یکی از خصوصیات بسیار مهم فیزیکی خاک است که اطلاع از چگونگی تغییرات آن با مکان و زمان برای بهینه سازی مدیریت آب و خاک بسیار ضروری میباشد.
هدایت هیدرولیکی اشباع - Ns - یکی از مهمترین مشخصات فیزیکی خاک است که نقش بسزایی در کنترل رواناب سطحی، آبشویی مزارع کشاورزی و انتقال آلودگیهای سطحی به آبهای زیرزمینی دارد. برای اندازهگیری هدایت هیدرولیکی اشباع خاک مطالعات زیادی توسط دانشمندان صورت گرفته و بسته به شرایط مختلف از قبیل: جنس خاک، فاصله سطح آب زیرزمینی تاسطح خاک و غیره، روشهای متفاوتی ارائه شده است که برخی ازآنها صحرایی و برخی آزمایشگاهی بوده است
معمولابسیاری از این متغیرها باید در مزرعه و از طریق عملیات میدانی تعیین شوند. این عملیات ضمن اینکه وقتگیر بوده، هزینه نسبتا زیادی را طلب میکند. اما با توجه به اینکه خاک محیطی پیچیده و ناهمگن است و خصوصیات هیدرولیکی آن نسبت به زمان و مکان تغییر میکند، بنابراین اگر به طریقی بتوان با تعداد محدود یا اندازه-گیریهای میدانی، نسبت به افزایش تعداد دادهها اقدام نمود، هم در وقت و هم در زمان صرفه جویی قابل توجهی صورت میگیرد به نظر میرسد که تکنیک زمین آمار بتواند دراین زمینه موثر باشد .
روشهای زمین آماری مختلفی وجود دارد. درمجموع میتوان گفت که روش مناسب زمین آماری در برآورد یک متغیر، به نوع متغیر و عوامل منطقهای تأثیرگذار بر آن بستگی دارد و نمیتوان روش منتخب در یک منطقه را به سایر مناطق تعمیم داد. بنابراین هدف این پژوهش تعیین ضریب تأثیر پارامترهای معمول در مناطق نیمه خشک کشور شامل - شوریEC، مقدار آهک معادل TNV، رس، شن و مواد آلی بر میزان دقت تخمین ضریب آبگذری بوده است.
.2تئوری و پیشینه تحقیق
برخی ازخصوصیات خاک سطحی شامل هدایت الکتریکی، درصد رطوبت اشباع، نسبت جذب سدیم و درصد آهک را [4] با استفاده ازتخمینگرهای زمین آماری و با کمک گرفتن از اطلاعات رقومی سنجنده TM به عنوان متغیر ثانویه برآورد نموده است. در این تحقیق کارایی روشهای مختلف برآورد آماری شامل نتایج حاصل ازتخمین کوکریجینگ، کریجینگ و رگرسیون خطی با هم مورد مقایسه قرار گرفته و به این نتیجه رسیده است که تخمینگرهای زمین آماری نسبت به روابط همبستگی خطی از برتری نسبی برخوردار بوده و روش کریجینگ به عنوان روش برتر برآورد دادههای مکانی در خصوص خاک معرفی شده است
توانستند ازمدل زمین آمار به عنوان مدل خطی برای پیش بینی هدایت هیدرولیکی در مقیاس بزرگ استفاده کنند. آنها از این روش برای تخمین مکانی مقدار پارامتر هدایت هیدرولیکی به عنوان متغیر مکانی اصلی و سطوح آب متوسط سالیانه که هم بستهترین پارامتر با هدایت هیدرولیکی بود به عنوان متغیر مکانی فرعی - کمکی - استفاده کردند.
به تحلیل خصوصیات خاک از جمله شوری و هدایت هیدرولیکی با استفاده از روشهای زمین آماری پرداختند . آنها با مقایسه مقادیر اندازه گیری و برآورد شده توسط روش کریگینگ و تهیه نقشه های هم مقدار پارامترهای ذکر شده ، به این نتیجه رسیدند که روش کریگینگ، نقشه های دقیق تری را برای مطالعه پروژه های زهکشی فراهم می کند . با وجود تحقیقات زیاد انجام شده راجع به تغییرپذیری مکانی هدایت هیدرولیکی، در مورد ارزیابی سایر روشهای تخمین زمین آماری مثل میانگین متحرک وزنی وTPSS در برآورد هدایت هیدرولیکی، تحقیقات کمی خصوصا در ایران صورت گرفته است .
فقط در منطقه جنوب غرب ایران،چندین روش زمین آماری را برای بررسی تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی خاک و تهیه نقشه های هم آبگذری در منطقه جنوب غربی ایران، ارزیابی کردند .بررسیهای این محققین نشان داد که روش کریگینگ معمولی، بعنوان روش بهینه توصیه می گردد.
.3مواد و روشها
دادهها از بانک اطلاعات خاک ایران به آدرس www.iransoil.com فراهم شده است. سپس جهت برآورد مقادیر متغیر ناحیهای - هدایت هیدرولیکی - با استفاده از سایر متغیرهای مورد نظر شوری - EC - ، مقدار آهک معادل - TNV - ، رس، شن و کربن آلی - - OC درسطح منطقه از نرمافزارGS+ که قابلیت اجرای روش Cross validation را جهت ارزیابی دقت تخمین به روش کوکریجینگ میباشد استفاده شد. در نهایت با توجه به مقادیر مشاهده شده و برآورد شده، دقت روش با توجه به معیارهای، کارایی مدلسازی - EF - ، میانگین خطای مطلق - MAE - و میانگین خطای انحراف - MBE - محاسبه گردید.[10] نتایج در جدول - 1 - آمده است. همچنین جهت رسم نقشه در برآورد هدایت هیدرولیکی در سطح منطقه از نرمافزار ArcGis استفاده گردید
.4نتایج و بحث
جدول . - 1 - معیارهای ارزیابی مدل
شکل -1 توزیع مکانی متغیر ضریب ابگذری اشباع - - Ks
شکل -2 تخمین توزیع مکانی متغیر ضریب ابگذری
