ارزیابی برخی توابع انتقالی برای شبیه‌سازی جریان غیرماندگار آب در خاک
محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاریصنم جعفری گیلانده 1 , علی رسول‌زاده 2 , حبیب خداوردیلو 3
1 - دانشجو کارشناسی ارشد؛ گروه علوم خاک؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه ارومیه؛ ارومیه؛ ایران
2 - استادیار گروه مهندسی آب؛ دانشگاه محقق اردبیلی؛ اردبیل؛ ایران
3 - استادیار گروه علوم خاک؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه ارومیه؛ ارومیه؛ ایران
کلید واژه: ارزیابی کاربردی, توابع انتقالی خاک, جریان آب در خاک, مدل‌های شبیه‌سازی,
چکیده مقاله :
بیان کمّی ویژگی های هیدرولیکی خاک برای هر گونه برنامه ریزی در حفاظت از منابع آب و خاک ضروری است. ویژگی های هیدرولیکی خاک، ورودی هایی مهم برای مدل سازی جریان آب و انتقال املاح در خاک هستند. بدلیل زمان بر و پرهزینه بودن روش های مستقیم اندازه گیری این ویژگی ها، توابع انتقالی خاک (PTFs) به طور گسترده و موفق برای برآورد آنها استفاده شده اند. با این حال، تلاش هایی اندک در زمینه ارزیابی کاربردی دقت برآوردهای حاصل از PTFها در شبیه سازی جریان غیرماندگار آب در خاک صورت گرفته است. در این پژوهش، منحنی رطوبتی یک خاک رسی توسط برخی از PTF های محلّی و جهانی برآورد گردید. منحنی رطوبتی خاک همچنین با روش مستقیم در آزمایشگاه اندازه گیری شد. اعتبار PTF های مورد مطالعه از نظر برآورد منحنی رطوبتی خاک بررسی شد. با وارد کردن هر دو پارامترهای برآورد شده و اندازه گیری شده منحنی رطوبتی به برنامه HYDRUS-1D، جریان آب در این خاک شبیه سازی و دقت کاربردی PTF ها از نظر شبیه سازی جریان آب در خاک به طور کمّی مقایسه شد. نتایج بدست آمده نشان داد که هر دو PTF جهانی (رزتا) با میانگین مربعات خطای (RMSE) کمتر از cm3cm-3 025/0 و برخی PTF های منطقه ای (قربانی-1) با cm3cm-3 014/0RMSE <، می توانند منحنی رطوبتی خاک سطحی را به گونه ای مناسب برآورد کنند.برای برآورد منحنی رطوبتی خاک زیرسطحی مقدار RMSE برای توابع جهانی بزرگتر از cm3cm-3 107/0 و برای توابع محلّی در محدوده cm3cm-3 356/0 036/0 بود. با این حال، برای شبیه سازی جریان آب در خاک، گروه دیگری از PTF ها کارآمدتر بودند.مقادیر RMSE تابع قربانی اصلاح شده برای شبیه سازی مقدار رطوبت خاک سطحی و زیرسطحی به ترتیب 025/0 و 055/0 cm3cm-3 بود. مقدار RMSE توابع وستن (1999، 1997) نیز برای خاک سطحی بزرگتر از 149/0 و برای خاک زیرسطحی کوچکتر از 058/0 cm3cm-3بود.مقدار RMSE شبیه سازی شده با منحنی رطوبتی اندازه گیری شده در آزمایشگاه برای خاک سطحی و زیرسطحی به ترتیب 013/0 تا 040/0 cm3cm-3 بود. می توان نتیجه گیری کرد که در ارزیابی اعتبار PTF ها باید به نوع کاربردی که قرار است از PTF ها داشته باشیم، توجه شود. یک PTF می تواند برای برآورد منحنی رطوبتی خاک دقت کافی داشته باشد ولی برای برآورد گستره خاص q(h) حاکم بر فرایند بازتوزیع رطوبت در خاک، دقیق نباشد. استفاده از چنین PTF ی می تواند منجر به ایجاد خطاهای بالایی در شبیه سازی مقدار رطوبت خاک گردد.
Quantitative description of soil hydraulic properties is necessary for any scheduling related to soil and water resources conservation. Soil hydraulic properties are important inputs for simulation of water flow and solute transport in soil. Since direct measurement of these properties is time consuming and costly, pedotransfer functions (PTFs) have been widely and successfully used for their prediction. Yet, little efforts have been made for functional evaluation of PTFs predictions for application in simulating transient soil water flow. In this study, soil water retention curve (SWRC) of a clay soil was predicted, using some selected local and global PTFs. SWRC was also measured in the laboratory by direct method. Validity of studied PTFs in terms of prediction of SWRC was examined. By applying both predicted and measured hydraulic parameters to HYDRUS-1D program for simulation of soil water flow, functional behavior of PTFs was quantitatively compared in terms of simulation of water flow in soil. The obtained results indicated that both the selected global PTFs (Rosetta) with root mean square error (RMSE) < 0.025 cm3cm-3 and some regional PTFs (Ghorbani-1) with RMSE < 0.014 cm3cm-3 can reasonably well predict SWRC of soil surface. For prediction of SWRC of subsurface soil, the RMSE value of global PTFs was larger than 0.107 cm3cm-3 and was ranged from 0.036 to 0.356 cm3cm-3 for the local PTFs. However, for simulation of soil water flow a different set of PTFs was most efficient. RMSE values of adjusted Ghorbani PTF (S-Gh&H (Adj.)) for simulation of water content of surface and subsurface soils were 0.025 and 0.055 cm3cm-3, respectively. RMSE value of Wosten (1997, 1999) PTFs for surface soil was larger than 0.149 cm3cm-3 and for subsurface soil was less than 0.058 cm3cm-3. Simulation with the measured SWRC had RMSE values of 0.013-0.040 cm3cm-3 for surface and subsurface soils, respectively. It can be concluded that when validating PTFs, one should consider the objective for which the PTFs are assessed. A PTF might be accurate enough for predicting SWRC, but not for particular q(h) range governing the soil water redistribution process. Using such PTFs might lead to large errors in simulating soil water content.
