ارزیابی و مقایسه مدل‌های نفوذ آب به خاک در حوضه آبریز زاینده‌رود اصفهان (تحلیل منطقه‌ای واحد هیدرولوژیک نجف‌آباد)
حمید فاضل
1
,
حسین بابازاده
2
*
,
فریبرز عباسی
3
,
رقیه کتانی
4
1 - دانشجوی دکتری رشته آبیاری و زهکشی، گروه علوم و مهندسی آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 - استاد گروه علوم و مهندسی آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 - استاد پژوهش، موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
4 - استادیار گروه ریاضی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.
کلید واژه: مدل فیلیپ, مدل هورتون, مدل کاستیاکوف-لوییز, مدل ناول, نفوذپذیری آبی خاک.,
چکیده مقاله :
به‌دلیل محدودیت منابع آب زیرزمینی، استفاده درست و بهینه از این منابع لازم و ضروری است. نفوذ آب به خاک در مطالعات هیدرولوژی، مدیریت آب، حفاظت و کنترل فرسایش خاک و اجرای پروژه‌های آبیاری حایز اهمیت است، بنابراین واسنجی و ارزیابی مدل‌های مختلف برآورد نفوذپذیری خاک در مناطق مختلف ضروری است. هدف از این پژوهش بررسی توانایی مدل‌های نفوذ متداول مانند فیلیپ، هورتون، کوستیاکوف-لوییز و ناول برای تخمین میزان نفوذ در کلاس‌های بافتی خاک در حوضه زاینده‌رود اصفهان می‌باشد. در این پژوهش 36 نقطه مختلف در منطقه نجف‌آباد از حوضه زاینده‌رود انتخاب شد و اندازه‌گیری نفوذ با استفاده از نقوذسنج حلقه مضاعف انجام شد. برای ارزیابی دقت مدل‌ها، شاخص‌های خطاسنجی شامل ریشه میانگین مربعات خطا، ضریب تبیین، خطای ارزیابی و معیار نش ساتکلیف استفاده شد. واسنجی مدل‌ها با استفاده از ابزار solver در نرم‌افزار اکسل انجام شد و جدول ضرایب همبستگی برای شناسایی روابط بین پارامترهای مختلف مدل‌ها ارایه گردید. یافته‌ها نشان داد برخی پارامترها مانند S (ضریب جذبی خاک در مدل فیلیپ) و (سرعت اولیه نفوذ) همبستگی مثبت قوی دارند، درحالی‌که پارامترهایی مانند (سرعت نهایی نفوذ) ارتباط ضعیفی با سایر پارامترها نشان دادند. همچنین تجزیه واریانس یک‌طرفه و مقایسه میانگین‌ها با استفاده از آزمون توکی برای بررسی تفاوت‌های معنی‌دار بین مدل‌ها انجام شد که عدم معنی‌داری مدل فیلیپ در مقایسه با مدل‌های هورتون و کاستیاکوف-لوییز و معنی‌داری مدل فیلیپ در مقایسه با ناول، مدل هورتون در مقایسه با ناول و همچنین کاستیاکوف-لوییز در مقایسه با ناول حاصل شد. نتایج شاخص‌های ارزیابی نشان داد عملکرد مدل نفوذ فیلیپ با مقادیر میانگین (سانتی‌متر)RMSE ، ، NSEو EEبه‌ترتیب برابر با 0838/0، 978/0، 876/0 و 49/18 درصد نسبت به مدل‌های در نظر گرفته شده دیگر در محدوده مورد بررسی بهتر بوده است.
Due to the limitation of underground water resources, proper and optimal use of these resources is necessary. Water infiltration in the soil is important in hydrology studies, water management, protection and control of soil erosion and implementation of irrigation projects. Therefore, it is necessary to calibration and evaluation different permeability estimation models in different areas. The purpose of this research is to investigate the ability of common infiltration models such as Phillip, Horton, Kostiakov Lewis and Novel to estimate the amount of infiltration in soil textural classes in Zayanderud basin of Isfahan. In this study, 36 different points in Najafabad region from the Zayanderud basin were selected and infiltration was measured using a double loop. To evaluate the accuracy of the models, error metrics including root mean square error (RMSE), explanation coefficient (R), evaluation error (EE) and Nash Sutcliffe criterion (NSE) have been used. The calibration of the models has been done using solver of the Excel software and the table of correlation coefficients was presented to identify the relationships between different parameters of the models. The findings show that some parameters such as S (soil absorption coefficient in Philips model) and (initial infiltration speed) have a strong positive correlation, while parameters such as (final infiltration speed) have a weak relationship with other parameters. Also, one-way analysis of variance (ANOVA) and comparison of means were performed using Tukey's test to check the significant differences between the models which the non-significance of Philip's model compared to Horton and Kostiakov-Lewis models and the significance of Philip's model compared to Novel, Horton's model in Comparison with Novell and also Kastyakov-Lewis compared with Novell were obtained. The results of the evaluation indices showed that the performance of Philip's infiltration model with the average values of RMSE (cm/min), R, NSE and EE equal to 0.0838, 0.978, 0.876 and 18.49%, respectively, was better than other considered models in the studied area.
پرچمي‌عراقي، ف.، ميرلطيفي، س.م.، قرباني‌دشتكي، ش. و مهديان، م.ح. (1398) ارزيابي برخي مدل‌هاي نفوذ آب به خاك در برخي كلاس‌هاي بافتي خاك و كاربري‌هاي اراضی. نشریه آبیاری و زهکشی، 2(4): 193-205.
جوادی، ع.، مصطفی‌زاده‌فرد، ب.، شایان‌نژاد، م. و مصدقی، م.ر. (1396) ارزیابی معادلات نفوذ آب به خاک در شرایط تلفیق کیفیت آب آبیاری، رطوبت اولیه خاک و بار آبی ثابت. نشریه پژوهش آب در کشاورزی، 31(3): 482-469.
حاجیان، ن. و حاجیان، پ. (1394) پایگاه‌های داده‌های زاینده‌رود همراه با تحلیل گرافیکی اطلاعات، انتشارات علم آفرین و پارس ضیاء، صفحات 27-29.
رحیمی، ع. و کشکولی، ح.ع. (1385) ارزیابی و تعیین مدل‌های مختلف نفوذ در اراضی دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد سنندج. اولین همایش ملی شبکه‌های آبیاری و زهکشی، دانشگاه چمران، اهواز. شناسه ملی مقاله: IDNC01_158.
سبزواری، ی. و عابدی‌کوپایی، ج. (1401) واسنجی و ارزیابی مدل‌های نفوذ آب در بافت‌های مختلف خاک. نشریه سامانه‌های سطوح آبگیر باران، 10(4): 67-77.
Abdi, S. and Saadat, S. (2022) Study the water infiltration in soil using double ring in different regions of Lorestan province. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, 1(1): 125-135.
Batoukhteh, F., Khoshravesh, M. and Dehghanisanij, H. (2021) Evaluating some infiltration models under different soil texture classes and land uses. Journal of Water Research in Agriculture, 35(1): 73-87.
Dashtaki, S.G., Homaee, M., Mahdian, M.H. and Kouchakzadeh M. (2009) Site-dependence performance of infiltration models. Water Resources Management, 23(13): 2777-2790.
Fashi, F.H., Sharifi, F. and Kamali, K. (2014) Modelling infiltration and geostatistical analysis of spatial variability of sorptivity and transmissivity in a flood spreading area. Spanish Journal of Agricultural Research, 12(1): 277–288.
Green, W.H. and Ampt, G. (1911) Studies of soil physics, Part 1. The flow of air and water through soils. Journal of Agricultural Science, 4(1): 1-24.
Haghighi, F., Gorji, M., Shorafa, M., Sarmadian, F. and Mohammadi, M.H. (2010) Evaluation of some infiltration models and hydraulic parameters. Spanish Journal of Agricultural Research, 8(1): 210–217.
Hillel, D. and Baker, R.S. (1988) A descriptive theory of fingering during infiltration into layered soils. Soil Science, 146(1): 51–56.
Horton, R.E. (1941) An approach toward a physical interpretation of infiltration-capacity. Soil Science Society of America Journal, 5(4): 399-417.
Kojouri, R. and Javadi, M. (2023) Comparison of the efficiency of some soil infiltration models based on the data obtained from double rings in different land uses, case study: Mikhsaz Watershed. Journal of Natural Ecosystems of Iran, 14(1): 83-103.
Machiwal, D., Jha, M.K. and Mal, B.C. (2006) Modelling infiltration and quantifying spatial soil variability in a wasteland of Kharagpur. Biosystems Engineering, 95(4): 569–582.
Mirzaee, S., Zolfaghari, A.A., Gorji, M., Dyck, M. and Ghorbani Dashtaki, S. (2014) Evaluation of infiltration models with different numbers of fitting parameters in different soil texture classes. Archives of Agronomy and Soil Science, 60(5): 681-693.
Mohammed, A.H. (2006) Evaluation of Kostiakov, Horton and Philip’s infiltration equations as affected by tillage and rotation systems in a clay-loam soil of Northwest Iran. In: The 18th World Congress of Soil Science, July, 1357b.
Muneeraa, A.S., Naba Sayelba, K. and Hatem Kamalca, A. (2020) A comparative study to assess the suitable models for predicting the infiltration rate in an arid region. Iraqi Journal of Civil Engineering, 22: 014–001.
Návar, J. and Synnott, T.J. (2000) Soil infiltration and land use in Linares, NL, Mexico. Terra Journal, 18(3): 255–262.
Philips, J.R. (1957) The theory of infiltration: the infiltration equation and its solution. Soil Science, 83(5): 345–357.
Shukla, M.K., Lal, R. and Unkefer, P. (2003) Experimental evaluation of infiltration models for different land use and soil management systems. Soil Science, 168(3): 178-91.
Sihag, P., Tiwari, N.K. and Ranjan, S. (2017) Estimation and inter comparison of infiltration models. Water Science, 31(1): 34-43.
Vand, A.S., Sihag, P., Singh, B. and Zand, M. (2018) Comparative evaluation of infiltration models. KSCE Journal of Civil Engineering, 22(10): 4173-4184.