بخشی از مقاله
چکیده
در 50 نقطه با فواصل نسبتا منظم 4 تا 16 متر از خاک آهکی سنگریزهای کویاساتید از منطقه باجگاه استان فارس، هدایتهیدرولیکی نزدیک به اشباع - Kfs - با روش تکحلقه اندازهگیری شد. نیمتغییرنمای تجربی محاسبه و مدلسازی شد. پارامترهای بهترین مدل برازش داده شده به نیمتغییرنما تعیین و در مرحله تخمین از آنها استفاده شد. برای تخمین از روش-های کریجینگ معمولی و وزندهیعکسفاصله استفاده شد و با ارزیابیمتقایل روش مناسب شناسایی و با استفاده از نتایج آن پهنهبندی انجام شد.
مدل کروی همسانگرد با سقف 0/16، اثر قطعهای 0/05 و شعاع تاثیر 137 متر بهترین مدل برازش یافته به نیمتغییرنمای Kfs بود. 69 درصد تغییرات Kfs تصادفی و 31 درصد دارای ساختار مکانی بودند. روش وزندهیعکس فاصله با توان یک با مقادیر ضریبتبیین، میانگین خطای باقیمانده، میانگین مربعات خطا، ریشه میانگین مربعات خطای نرمالشده و میانگین هندسی نسبت خطای بهترتیب برابر با 0/48، 0/00، 0/08، 0/15 و 0/99 از دقت بیشتری برای تخمین برخوردار بود.
مقدمه
هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع یکی از ویژگیهای اساسی خاک است که در فرایند حرکت آب، مواد شیمیایی و آلایندهها در خاک در حین آبیاری و پس از آبیاری نقش مهمی ایفا میکند. این ویژگی در مدلسازی جریان آب در خاک، در روابط آب و خاک و مدلسازی انتقال املاح و آلایندهها در خاک بسیار مهم است. ویژگیهای هیدرولیکی خاک منجمله هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع خاک، در طول زمان و در نقاط مختلف خاک دارای تغییرات زمانی و مکانی میباشند.
استفاده از این ویژگی در موارد مختلف مستلزم اطلاع از تغییرات این ویژگی در نقاط مختلف خاک با استفاده از روشهای اندازهگیری و یا تخمین میباشد. با توجه به اینکه اندازهگیری ویژگیهای هیدرولیکی خاک منجمله هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع خاک بسیار وقتگیر و پرهزینه هستند و نیاز به ادوات و وسایل ویژه و تکنسین ماهر دارند و همچنین با توجه به تغییرات مکانی این ویژگیها برای دسترسی به مقادیر قابل قبول از این کمیتها نیاز به اندازهگیری این ویژگیها در تعداد نقاط زیادی از خاک میباشد.
لذا امروزه توجه زیادی به برآورد این ویژگیها با استفاده از سایر ویژگیهای زودیافت خاک - اشتقاق توابع انتقالی - و یا استفاده از روشهای زمینآماری و کاربرد کمیت اندازهگیری شده در نقاط محدود و تخمین ویژگی مورد نظر در نقاط اندازهگیری نشده معطوف شده است - موسوی و سپاسخواه، . - 2012 استفاده از روشهای زمینآماری برای تخمین این ویژگیها، مستلزم بررسی و مدلسازی تغییرات مکانی این ویژگیها در منطقه مورد مطالعه میباشد
رگرس و همکاران - 1991 - نشان دادند تنها در برخی قسمتهای منطقه مورد مطالعه همبستگی مکانی بین دادههای هدایت آبی اشباع وجود داشته و در بیشتر بخشها وابستگی مکانی وجود نداشته و یا بسیار ضعیف بوده است. در پژوهش دیگری مالانت و همکاران - 1997 - تغییرات مکانی هدایت آبی اشباع را در طول یک مسیر خطی بررسی و گزارش کردند حداکثر دامنه تغییرنمای محاسبه شده 14 متر میباشد و تنها 50 درصد از تغییرات هدایت آبی اشباع دارای ساختار مکانی بوده است.
همچنین طی پژوهش انجام شده توسط ارساهین - 2003 - تغییرات مکانی هدایت آبی اشباع در منطقهای با شبکه های منظم 25×25 متری مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش دامنه تغییر نما و نسبت تغییرپذیری ساختاردار به تغییرپذیری بدون ساختار به دست آمده برای هدایت آبی اشباع به ترتیب 165 متر و 0/44 گزارش شده است.
در پژوهش انجام شده توسط قربانی دشتکی و همکاران - 1389 - دامنه تغییر نما و نسبت تغییرپذیری ساختاردار به تغییرپذیری بدون ساختار برای هدایت آبی اشباع در بدترین حالت به ترتیب برابر 3720 متر و 56 درصد بود. مرادی و همکاران - 2016 - نیز تغییرپذیری زیاد هدایت هیدرولیکی اشباع در خاکهای مزارع نیشکر به ویژه در بخشهای سطحی خاک را گزارش کرند.
فتحی و همکاران - - 1378 تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع را در سطح 5/4 هکتار در خاک های اصفهان بررسی کردند. آنان گزارش کردند که در 75 نمونه خاک، ضریب تغییرات هدایت هیدرولیکی اشباع بسیار زیاد - 67% - بود و این عدم کفایت آمار کلاسیک را در بررسی تغییرات مکانی این ویژگی مشخص میکند.
سوبیراج و همکاران - 2004 - دامنه تاثیر 25 متر را برای هدایت هیدرولیکی اشباع خاک گزارش کردند. با توجه به اینکه تحقیقات اندکی در مورد تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع و به ویژه در خاکهای آهکی سنگریزهای انجام شده است. لذا هدف از انجام این پژوهش بررسی تغییرات مکانی، تخمین زمینآماری و پهنهبندی هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع در یک خاک آهکی سنگریزهای بود.
مواد و روشها
تحقیق حاضر در خاک سری کوی اساتید واقع در ایستگاه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز واقع در منطقه باجگاه در ارتفاع1810متر بالای سطح دریای آزاد و در محدودهی52 درجه و 32 دقیقه شرقی و 29 درجه و 36 دقیقه شمالی انجام شد. .
ویژگیهای خاکهای مورد آزمایش براساس گزارش مطالعات خاک شناسی نیمه تفصیلی اراضی باجگاه - ابطحی و همکاران، - 1370 خاک مورد نظر جزء خاکهای رسوبی آبرفتی و واریزهای و در طبقهبندی آمریکایی جزء Xerorthents میباشد. این خاک، خاکی نمیه عمیق و بدون تکامل پروفیلی به رنگ قهوه ای متمایل به زرد با بافت شنی و رسی سنگریزه دار - Gravelly loam - که سنگریزهها و قلوهسنگها به مقدار زیاد در سطح خاک - %75-35 - و تمام پروفیل مشاهده می-شوند. مساحت آن 1762 هکتار و %48/04 از کل اراضی باجگاه را تشکیل میدهد.
در خاک مورد مطالعه 50 نقطه با فواصل 16، 8 و 4متر واقع بر الگوی نمونه برداری نسبتاٌ منظم انتخاب شد. هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع خاک در هر یک از نقاط مورد نظر با روشهای تک حلقه - رینولدز و الریک، - 1990 اندازهگیری شد و پس از بررسی نرمال بودن دادهها برای بررسی تغییرات مکانی دادهها، نیمتغییر نمای هر یک از ویژگیهای مورد مطالعه با استفاده از نرمافزار GS+ 5.1 محاسبه شد - معادله - 1 و مدلهای مختلف شامل مدلهای کروی، گوسی، نمائی و خطی - معادلات 2 تا - 4 به آنها برازش داده شد.
که در آن γ - h - مقدار نیمتغییرنما در فاصله h، N - h - جفت نمونه به کار رفته در محاسبه γ - h - به ازای هر فاصلهای مانند h است. Z - Xi - و Z - Xi+h - به ترتیب مقادیر متغیر در موقعیتهای نمونهبرداری Xi و Xi+h است.
که در آن γ - h - مقدار نیمتغییرنما در فاصلهی h، C0 اثر قطعهای، a دامنه تاثیر و C+C0 حد آستانه میباشد.
- 3 - مدل نمایی :
که در آن γ - h - مقدار نیمتغییرنما در فاصلهی h، C0 اثر قطعهای، a دامنه تاثیر و C+C0 حد آستانه میباشد.
- 4 - مدل گوسی :
که در آن γ - h - مقدار نیمتغییرنما در فاصلهی h، C0 اثر قطعهای، a دامنه تاثیر و C0+ C حد آستانه میباشد.
سپس بهترین مدل با در نظر گرفتن معیارهای R2 و RSS انتخاب شد و با استفاده از ضرایب بهترین مدل برازش داده شده به نیمتغییرنما و با استفاده از روش کریجینگ معمولی - معادله - 5 و روش وزندهی عکس فاصله - معادله - 6 مقدار هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع خاک مورد مطالعه در نقاط نمونهبرداری نشده تخمین زده شد.
که در آن Z* - x0 - مقدار تخمین متغیر Z در موقعیت نمونهبرداری نشده x0، مقدار اندازهگیری شده متغیر Z در موقعیت نمونهبرداری ،وزن اختصاص یافته به مقدار اندازهگیری شده متغیر Z در موقعیت n تعداد کل نمونهها میباشد.
که در این روابط Zxi ، Zxi و n به ترتیب مقدار اندازه گیری شده در موقعیت xi ، مقدار تخمین زده شده در موقعیت xi ، میانگین تمام مقادیر اندازه گیری شده و تعداد نمونه ها میباشد.
به منظور انتخاب روش مناسب درونیابی از روش ارزیابی متقابل استفاده شد . در این روش در هر مرحله یک نقطه مشاهدهای حذف شده و با استفاده از سایر نقاط مشاهدهای، آن نقطه برآورد شد. این کار برای تمام نقاط مشاهدهای تکرار شد به گونهای که در انتها به تعداد نقاط مشاهدهای، برآورد وجود داشت و در پایان با داشتن مقادیر واقعی و برآورد شده خطا و انحراف روش تخمین استفاده شده تعیین شد. این کار با محاسبه شاخصهای آماری کنترل اعتبار نظیر، ضریب تبیین، میانگین خطای باقیمانده، میانگین مربعات خطا، ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده و میانگین هندسی نسبت خطا انجام شد
پس از تخمین و انتخاب روش مناسب تخمین، پهنهبندی خاک مورد نظر از لحاظ هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع با استفاده از نتایج روش مناسب تخمین و با استفاده از نرم افزار GS+ انجام شد.
نتایج و بحث
جدول 1 ضرایب بهترین مدل برازش داده شده به نیمتغییرنمای هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع اندازهگیری شده در 50 نقطه از خاک سری کوی اساتید را نشان میدهد. نتایج نشان میدهد که بهترین مدل برازش یافته به نیم تغییرنمای هدایت هیدرولیکی نزدیک به اشباع مدل کروی همسانگرد با سقف 0/16، اثر قطعهای 0/05 و شعاع تاثیر 137 متر است.
