ارزیابی پایداری خاکدانه‌ها با استفاده از مدل‌های فرکتالی و روش‌های کلاسیک

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

شیوا محمدیان خراسانی ¹ ( دانشجوی دکتری؛ گروه خاکشناسی؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد علوم و تحقیقات؛ تهران؛ ایران )
مهدی همایی ² ( استاد؛ گروه خاکشناسی؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ تهران؛ ایران )
ابراهیم پذیرا ³ ( استاد؛ گروه خاکشناسی؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد علوم و تحقیقات؛ تهران؛ ایران )

تاریخ دریافت : 1393/09/23 تاریخ پذیرش : 1394/03/10 تاریخ انتشار : 1394/03/31

کلید واژه: پایداری خاکدانه‌ها, ساختمان خاک, مدل‌های فرکتالی, هندسة فرکتالی,

چکیده مقاله :

ساختمان خاک، شاخصی مهم برای مدیریت بهینۀ منابع خاک و آب می باشد. زیرا به گونه ای مستقیم، بر بسیاری از ویژگی های فیزیکی خاک همچون مقدار آب، هدایت آبی، گرما، تهویه ، جرم ویژۀ ظاهری و تخلخل خاک اثر می گذارد. لیکن به دلیل پیچیدگی ساختمان خاک، توصیف کمّی آن دشوار می باشد. یکی از روش های نوین برای توضیح کمّی ساختمان خاک، استفاده از مفهوم هندسۀ فرکتالی است. در این روش، با تعیین بُعد فرکتالی خاکدانه ها می توان وضعیت پایداری آنها را در مقیاس های مختلف به صورت کمّی بررسی کرد. هدف از این پژوهش، کمّی سازی ساختمان خاک با استفاده از شاخص های کلاسیک و مقایسۀ آن با بُعد فرکتالی به دست آمده برای خاکدانه های خاک در یک پهنۀ گسترده بود. بدین‌منظور، تعداد 41 نمونه خاک دست نخورده از یک منطقۀ زراعی برداشت و فراوانی نسبی اندازۀ خاکدانه ها، جرم ویژۀ ظاهری و فراوانی نسبی اندازۀ ذرات خاک اندازه گیری شد. سپس میانگین وزنی و میانگین هندسی اندازۀ خاکدانه ها در دو حالت تر و خشک با استفاده از روش سری الک ها اندازه گیری شد. آنگاه برای همان نمونه ها، بُعدهای فرکتالی Mandelbrot، Tyler-Wheatcraftو Rieu-Sposito برای هر دو حالت خشک و تر تعیین شد. نتایج نشان داد که بُعدهای فرکتالی مدل تعداد اندازۀ مندل برات در سری الک خشک و مدل تعداد اندازۀ ریو - اسپوزیتو در سری الک تر با دو شاخص تجربی قطر خاکدانه ها بیشترین همبستگی را دارند.

چکیده انگلیسی:

Soil structure is an important indicator for optimal management of soil and water resources. Because it directly influencing several physical characteristics of soils such as soil water status, hydraulic conductivity, heat and air contents, soil porosity and bulk density. However, due to complexity of soil structure, its quantitative description is rather difficult. One of the relatively new methods proposed to explain soil structure in a quantitative manner is the so-called fractal geometry concept. In this concept, by determining the fractal dimension of bulk soil, the stability of aggregates can be quantitatively analyzed at different scales. The objective of this study was to quantify soil structure stability using some classic indicators and fractal approach in a large scale. Consequently, 41 intact soil samples were taken from an agricultural area and their particle size distribution, soil bulk density and aggregate bulk density, were measured. The weighted mean diameter and geometric mean diameter of both dry and wet aggregates were measured using dry and wet sieving method. The fractal dimensions of all dry and wet aggregates were obtained using fractal models of Mandelbrot, Tyler-Wheatcraft and Rieu-Sposito. The results indicated that fractal dimensions of the number-size model of Mandelbrot for dry sieve series and the number-size model of Rieu-Sposito in the wet sieve series perform quite well. These two models could also provide reasonable agreement with classical geometric mean and weighted mean diameters of aggregates.