بخشی از مقاله
چکیده
تعیین مشخصات هیدرولیکی خاک های غیر اشباع در انتقال املاح و جریان آب همواره مورد توجه مهندسان علوم خاک قرار گرفته است. از جمله این مشخصات هدایت هیدرولیکی است که باید در مکش های مختلف تعیین گردد. هدایت هیدرولیکی غیر اشباع به صورت سنتی از آنالیز وودینگ در حالت پایدار تخمین زده می شود. تخمین پارامترهای هیدرولیکی با حل عددی معادلات جریان و بهینه سازی پارامتر ها به روش حل معکوس یکی از روش های مرسوم است که دقت آن بستگی به نوع خاک دارد.
در این مطالعه ابتدا هدایت هیدرولیکی غیر اشباع از آزمایش دیسک تنشی بر روی چهار نمونه استوانه ای شکل خاک رسی با قطر 56 و ارتفاع 75 سانتیمتر بدست آمد. سپس نتایج با دو روش سنتی و حل معکوس در نرم افزار Hydrus 2D/3D مقایسه شدند. به منظور کالیبراسیون مدل مذکور در شرایط دوبعدی از داده های هدایت هیدرولیکی اشباع، پارامتر α بدست آمده از نتایج دیسک تنشی با آنالیز وودینگ و همچنین نفوذ تجمعی استفاده شد.
حل معکوس با روش ون گنختون معلم و بهینه سازی بر اساس داده های زمان و نفوذ تجمعی آزمایش دیسک تنشی انجام گرفت. سپس داده های کالیبره شده برای شرایط دو بعدی جهت اجرای برنامه در حالت سه بعدی استفاده گردید. نتایج تحقیق نشان داد هدایت هیدرولیکی غیر اشباع بدست آمده از نرم افزار همواره کمتر ازمقادیر اندازه گیری شد توسط دیسک تنشی می باشد. هر چند در مکش های کم مطابقت بهتری در مقایسه با مکش های بالاتر نشان می دهند.
مقدمه
اخیرا دیسک تنشی نفوذی به عنوان ابزاری برای اندازه گیری مشخصات هیدرولیکی نزدیک به اشباع در محل کاربرد فراوانی پیدا کرده است - پیراکس و وایت1،;1998 آنکنی و همکاران2،;1991رینولدز و الریک 3،;1991 لگسدون و همکاران4،. - 1993 از داده های نفوذ تحت شرایط تنش می توان برای ارزیابی هدایت هیدرولیکی اشباع و غیراشباع، بیان کمی اثر خلل و فرج و اثر جریان ترجیحی روی نفوذ استفاده کرد.
با استفاده از مدل نمائی گاردنر - - 1958 می توان از داده های نفوذ تنشی هدایت هیدرولیکی اشباع و پارامتر عکس مکش ورود هوا - α - را بدست آورد سپس از راه حل آنالیز وودینگ5 - 1968 - مقادیر هدایت هیدرولیکی غیر اشباع را نتیجه گرفت. حل این آنالیز حداقل به دو اندازه گیری با دو دیسک با قطر مختلف - سمتم و کوکلودیر6، - 1989یا یک دیسک با اعمال چندین هد نیاز دارد
اگرچه می توان از داده های حالت پایدار نفوذ در آنالیز وودینگ - 1968 - برای تخمین پارامترها استفاده گردد اما سیمیانک و ون گنختون1997 - 1، - 1966 پیشنهاد کردند که از داده های نفوذ تجمعی همراه با بهینه سازی پرامترها برای بدست آوردن سایر مشخصات هیدرولیکی خاک استفاده شود.
سیمیانک و ون گنختون - 1997 - در حالت های مختلف روی داده های نفوذ ناشی از دیسک تنشی مطالعه کردند و به این نتیجه رسیدند که بهترین حالت برای تخمین پارامترهای هیدرولیکی خاک از داده های منحنی نفوذ تجمعی دیسک تنشی در سطح خاک در شرایطی است که مقادیر رطوبت اولیه و نهایی خاک مشخص باشد. همچنین نشان دادند که روش ودینگ جهت آنالیز داده های نفوذ دیسک تنشی در ترکیب با روش معکوس نتایج موفقیت آمیزی نشان می دهد.
جرویس و مسینگ - 1995 - 2 آزمایش را با چندین هد انجام دادند، آنها از سه تابع مختلف برای بدست آوردن هدایت هیدرولیکی غیر اشباع استفاده کردند و نشان دادند که روش نمایی و معلم- ون گنختون نتایج مناسب تری بدست می دهند.
مقبلی و دلفاری - 1388 - نتایج شبیه سازی رطوبت توسط مدل Hydrus-1D با مقادیر رطوبت اندازه گیری شده در پروفیل خاک در مزرعه مورد مقایسه قرار دادند. نتایج حاصل تطابق خوب بین مقادیر شبیه سازی با اندازه گیری را نشان داد.
کریمی و همکاران - 1387 - نتایج مدل Hydrus-2D را درتخمین توزیع رطوبت در خاک در اطراف قطره چکان ها با دبی های متفاوت با نتایج اندازه گیری شده در مزرعه ارزیابی کردند. نتایج بر توانایی مدل جهت شبیه سازی الگوی توزیع رطوبت قطره چکان دلالت داشت.
بررسی منابع نشان می دهد تخمین هدایت هیدرولیکی با روش حل معکوس در شرایط جریان سه بعدی در نرم افزار Hydrus کمتر مورد توجه بوده است. از اینرو هدف از این تحقیق تخمین پارامتر های هیدرولیکی خاک با روش های دیسک تنشی و حل معکوس است. حل معکوس با نرم افزارHydrus 2D/3D با استفاده از مدل ون گنختون معلم - ون گنختون - 1980 انجام شد. آنالیز داده های دیسک تنشی در حالت پایدار با راه حل وودینگ - 1968 - برای 5 مکش انجام گرفت.
مواد و روش ها
در این تحقیق سعی شده، با استفاده از دیسک پرمامتر مکشی مقدار هدایت هیدرولیکی اشباع - - Ks و غیر اشباع - Kh - و پارامتر عکس مکش ورود هوا - α - در نمونه های که از محلی واقع در پردیس کشاورزی دانشگاه رازی به آزمایشگاه منتقل شد اندازه گیری شود. نمونه ها به ترتیب از عمق های 25- 0،50- 25 و 75-50 به آزمایشگاه منتقل گردید.
نمونه ها با همان تراکم نسبی موجود در محل در داخل مخازن چهار فلزی به منظور تکرار آزمایشات کوبیده شدند . ارتفاع بشکه های فلزی 85 و قطر آنها 56 سانتی متر می باشد. قبل از ریختن خاک داخل بشکه های فلزی به 10سانتی شن در کف بشکه ها ریخته شد. همچنین یک شیر تخلیه جهت زهکشی در مخازن نصب گردید. آزمایش به ترتیب با 5 مکش20،15،10،5 و صفر انجام شد. آزمایش در هر مکش هنگامی تمام شد که مقدار نفوذ در خاک به یک مقدار ثابت برسد. این مقدار بستگی به نوع خاک دارد - واریک1993 3،لوگسدون و جینیز1993 4،سیمونک و وان گنختون . - 1997 شکل - 1 - مراحل انجام آزمایشات را نشان می می دهد.
شکل-1 مراحل انجام آزمایش الف - جمع آوری داد ها از مزرعه ب - خشک شدن نمونه ها در آزمایشگاه ج - آزمایش اندازه گیری تراکم خاک به روش ماسه د - آزمایش هیدرومتری برای تعیین بافت خاک ر - انجام آزمایش با دیسک تنشی روی نمونه ها
حل معادلات دیسک پرمامتر
آنالیز داده های بدست آمده از نفوذ سنج دیسک براساس معادله جبری وودینگ - 1968 - در شرایطی که آب از یک منبع - 1 - دایره ای به صورت سه بعدی، با مرز نامحدود، جریان پایدار و یکنواخت به خاک وارد شود صورت گرفت:
در این معادله Q دبی حجمی - cm3/s - ،h مکش اعمال شده - cm - ،kh هدایت هیدرولیکی غیر اشباع - - cm/s ،r شعاع دیسک پرمامتر - - cm و h پتانسیل جریان ماتریکس است. hi مکش اولیه در خاک - cm - است. لوگسدون و جینیز - - 1993 راه حل جبری معادله بالا را بر اساس رابطه فشار- هدایت هیدرولیکی - گاردنر - 1958 به کار بردند.
α عکس مکش ورود هوا یا کاپیلاریته ماکروسکوپیک - - 1/cm نامیده می شود که برای هر خاک مقدار آن ثابت فرض می شود. در شرایطی که Ks>>K i باشد
