مقایسه کارایی برخی مدل‌های نفوذ آب به خاک بر اساس داده‌های حاصل از استوانه‌های مضاعف در کاربری‌‌های مختلف اراضی‌(مطالعه موردی: حوزه آبخیز میخساز)

محورهای موضوعی : آبخیزداری

راضیه کجوری ¹ , محمدرضا جوادی ²

1 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور
2 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور

تاریخ دریافت : 1401/09/01 تاریخ پذیرش : 1402/02/05 تاریخ انتشار : 1402/03/31

کلید واژه: مرتع, جنگل, نفوذپذیری, حوره آبخیز میخساز, مدل‌های برآورد نفوذ,

چکیده مقاله :

فرآیند نفوذ آب به خاک نقش بسیار مهمی در چرخه آبی در طبیعت دارد. اهمیت این پدیده منجر به تمرکز مطالعه محققین زیادی در این رابطه شده است تا اینکه بتوانند از طریق ارائه مدلی مناسب اقدام به برآورد آن نمایند. ازآنجا که انجام مطالعات نفوذ در عرصه، هزینه‌بر و مستلزم صرف زمان زیاد است، لذا از مدل‌های مختلف، جهت برآورد مقدار نفوذ استفاده می‌گردد که هر یک از این مدل‌ها در شرایط خاص، برازش مناسبی را با داده‌های تجربی از خود نشان می‌دهند. در پژوهش حاضر، ابتدا با استفاده از روش استوانه‌های مضاعف در کاربری‌های جنگلی، مرتعی و زراعی اقدام به ‌اندازه‌گیری نفوذ در حوزه آبخیز میخساز شد. سپس داده‌های مقادیر نفوذ حاصل از مدل‌های کوستیاکوف، هورتون، گرین-آمپت، سازمان حفاظت خاک آمریکا و فلیپ با استفاده از ضریب کفایت ناش-ساتکلیف، ضریب تبیین و معیار میانگین خطا به منظور تشخیص مناسب‌ترین مدل برآورد نفوذ مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در کاربری زراعی؛ مدل سازمان حفاظت خاک آمریکا(با میانگین 890/0=2R و 8/1=ME و 805/0=NSE)، در کاربری‌ مرتعی؛ مدل سازمان حفاظت خاک آمریکا(با میانگین 927/0=2R و 837/0=ME و 936/0=NSE) و در کاربری جنگلی مدل فلیپ(با میانگین 991/0=2R و 946/0=ME و 893/0=NSE) به‌عنوان مناسب‌ترین مدل در تعیین برآورد مقادیر نفوذ معرفی گردیدند.

چکیده انگلیسی:

The process of water infiltration into the soil plays a very important role in the water cycle in nature. The importance of this phenomenon has led many researchers to focus their studies in this regard. So that, they can estimate it by providing a suitable model. Since, conducting infiltration studies in the field is costly and requires a lot of times, therefore, different models are used to estimate the amount of infiltration, and each of these models shows a good fit with experimental data in certain conditions. In the present research, At first, infiltration was measured using the method of double rings in forest, Rangeland and agricultural, land uses. Then, the data of infiltration values ​​obtained from Kostiakov, Horton, Green-Ampt, American soil conservation service(SCS) and Phillip models were evaluated using Nash-Sutcliff adequacy index, explanation index and average error criterion in order to determine the most suitable infiltration estimation model. The results showed that in agricultural land use; American soil conservation service(SCS) model (with average R2=0.890, ME=1.8 and NSE=0.805), in rangeland use; American soil conservation service(SCS) model (with an average of R2=0.927, ME=0.837 and NSE=0.936) and in forest land use, the Philip model (with an average of R2=0.991, ME=0.946 and NSE =0.893) were introduced as the most suitable model in determining the estimation of Infiltration values.

منابع و مأخذ:

1. آزادی خواه،ر.، صادقی اصل، م.، ادهمی،ا.، اولیایی، ح.، دادکرمی،ع.، سعدی‌پور،ش.(1399). ارزیابی تغییرات مکانی نفوذ آب به خاک و پارامترهای مدل‌های مربوطه با استفاده از زمین آمار(مطالعه موردی:دشت منصور آباد). علوم آب و خاک(علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)،سال23،شماره2، ص303-317.


2. پرچمی عراقی.،میرلطیفی،م.، قرباتی دشتکی.، مهدیان،.م.ح. 1389. ارزیابی برخی مدل‌های نفوذ آب به خاک در برخی کلاس‌های بافتی خاک و کاربری‌های اراضی. آبیاری و زهکشی ایران،جلد4، شماره2،ص193-205.


3. پرهمت،ج؛نظری پویا،ح.1395. بررسی و ارزیابی مدل‌های نفوذ در خاک حاوی پوشش مرتعی(مطالعه موردی:گنبد بیس استان همدان)، مهندسی و مدیریت حوزه آبخیز،جلد هفتم،شماره چهارم، صفحات 458-468.


4. جلینی،م.1375.تعیین ضریب مدل‌های نفوذ آب به خاک در خاک‌های اراضی کرج،پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی،دانشگاه تبریز،173ص.


5. جوادی،م.ر. و فرنوش،م.1399. راهنمایی برای ارزیابی فرسایش خاک و رسوبگذاری با استفاده از رادیونوکلوئیدهای زیست محیطی، ترجمه، چاپ اول، انتشارات جهاد دانشگاهی مازندران، ساری، 356ص.


6. جوادی،م،ر؛نام آور،ر؛رجحان،ا؛ غفارخانی،م.ر.1401. دستورالعمل‌هایی برای استفاده از ذرات گرد و غبار پرتوزای رادیونوکلوئیدی در ارزیابی فرسایش و اثر بخشی استراتژی‌های حفاظت خاک. ترجمه، انتشارات جهاد دانشگاهی مازندران،312ص.


7. رشیدی،م؛صیفی،ک.1386.مقایسه میدانی مدل‌های مختلف نفوذ در تخمین مقدار نفوذپذیری خاک برای روش آبیاری جویچه‌ای. علوم کشاورزی و محیط زیست،جلد دوم،شماره ششم، صفحات 628-632.


8. زارع ابیانه،ح؛خسرایی،ح؛ابراهیمی پاک،ن؛تافته،آ؛جوزی،م.1398. انتخاب مدل بهینه نفوذ آب در خاک (مطالعه موردی:اراضی جهاد نصر استان خوزستان)، مدیریت آب و آبیاری، دوره9، شماره2، ص 291-304.


9. زهتابیان،غ.ر؛ شهریاری،ا.؛جوادی،م،ر.1387. اکوفیزیولوژی گیاهان اقتصادی در مناطق خشک و نیمه خشک و سازگاری‌های موجودات زنده بیابانی،ترجمه، انتشارات دانشگاه تهران،370ص.


10. سپهوند،ع.،طایی سمیرمی،م.، میرنیا،خ.، مرادی،ح. 1390. ارزیابی حساسیت مدل‌های نفوذ نسبت به تغییرپذیری رطوبت خاک. آب و خاک(علوم و صنایع کشاورزی)، جلد25،شماره3،ص238-246.


11. سعدی‌خانی،م.، سهرابی،ا.(1396). تاثیر کاربری اراضی بر کارایی برخی از مدل‌های نفوذ آب به خاک. مدیریت خاک و تولید پایدار، جلد هفتم،شماره1،ص127-138.


12. سلیمانی،ل.،حقی‌زاده،ع.، زینی‌وند،ح.1396. تعیین بهترین مدل‌های نفوذ در کاربری‌های مختلف به منظور مدیریت بهینه حوزه‌های آبخیز(مطالعه موردی:حوزه آبخیز کاکاشرف استان لرستان).پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز،سال هفتم، شماره13، ص33-41.


13. شکوهی،ع.،دانش کار آراسته،پ.(1392). اصول و روش‌ها و طراحی سیستم‌های آبیاری،انتشارات دیباگران،503ص.


14. عباسی،ف.(1390). اصول جریان در آّبیاری سطحی، کمیته ملی آّبیاری و زهکشی ایران،232ص.


15. علیزاده،ا.(1396).فیزیک خاک. انتشارات آستان قدس رضوی، دانشگاه امام رضا(ع)،چاپ هشتم،616ص.


16. علیزاده،ا.(1398). اصول هیدرولوژی کاربردی. انتشارات دانشگاه امام رضا(ع)،چاپ41،941ص.


17. غلامی،ع؛پاره کار،م؛دربندی،ن.1395. بررسی مدل‌های تجربی نفوذ آب در خاک و دست‌یابی به بهترین مدل در آبیاری سطحی(فرصتی برای کشاورزی پایدار).دومین کنفرانس ملی کشاورزی و توسعه پایدار(فرصتها و چالشها)، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز. صفحه 1-9.


18. فاخر نیکچه، ا؛ وفا خواه م؛ صادقی، ح.ر.1393. ارزیابی عملکرد مدل‌های مختلف نفوذ تجمعی در کاربری‌ها و بافت‌های مختلف خاک با استفاده از شبیه‌ساز باران، دانش آب و خاک،جلد 24، شماره اول، صفحات 183-193.


19. فیضی اصل، و؛ نیشابوری، م.ر؛ موسوی، س.ب.1384. تعیین ضرایب معادلات نفوذ با روش‌های استوانه مضاعف، باران ساز مصنوعی و آبپاش، دانش کشاورزی، جلد15،شماره اول، صفحات 79-91.


20. کاوسی،م.،وفاخواه،م.،مهدیان،م.ح.(1392).ارزیابی برخی معادلات نفود آب در خاک در کاربری‌های مختلف در حوزه آبخیز کجور. مهندسی آبیاری و آب،سال چهارم،شماره13،ص1-13.


21. کرمی،ب؛گلابی،م؛ دهومال.ک.برآورد ضریب معادلات نفوذ(مطالعه موردی:دشت شاور در استان خوزستان). 1391. تحقیقات مهندسی کاربردی،جلد هفتم،شماره اول،صفحات 55-69.


22. کجوری،ر.1401. مقایسه کارایی برخی مدل‌های نفوذ آب به خاک بر اساس داده‌های حاصل از استوانه­های مضاعف در کاربری‌های مختلف اراضی(مطالعه موردی: حوزه آبخیز میخساز)،پایان نامه کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نو،120ص.


23. گودرزی،ل؛آخوندعلی،ع.م؛ زارعی،ح.1391. ارزیابی و تعیین ضرایب مدل‌های نفوذ آب به خاک در دشت اشترینان، حفاظت منابع آب و خاک،سال اول،شماره3،ص39-45.


24. محمدی،م.ح.، رفاهی،ح.ق. 1398. تخمین پارامترهای معادلات نفوذ توسط خصوصیات فیزیکی خاک، علوم کشاورزی ایران، جلد 36،شماره6، ص31-37.


25. مرادی باصری، ح؛ قربانی دشتکی، ش؛ خداوردی لو، ح؛ خلیل مقدم، ب؛ گیوی، ج.1390. مقایسه کارایی برخی مدل‌های نفوذ آب به خاک در خاک‌های ورتی‌سول و غیر ورتی‌سول، پژوهش آب ایران، جلد 5،شماره 8،ص 187-196.


26. ملکی،ع.، عالی نژادیان،ا.1392. بررسی و مقایسه معادله‌های نفوذ کوستیاکوف، کوستیاکوف-لوئیز،فلیپ و فلیپ اصلاح شده. دومین همایش ملی توسعه پایدار در مناطق خشک و نیمه خشک،ایرکوه، یزد،ایران.


27. موسوی دهموردی،ا.،قربانی دشتکی،ش.، مشایخی،پ. 1398. مقایسه کارایی برخی مدل‌های نفوذ آب به خاک بر اساس داده‌های به‌ دست آمده از استوانه‌های دوگانه و نرم افزارHYDRUS-1D. تحقیقات کاربردی خاک،جلد7، شماره2، ص182-195.


28. نشاط، ع؛ پاره کار، م.1386. مقایسه روش‌های تعیین سرعت نفوذ عمودی آب در خاک، علوم کشاورزی،جلد14، شماره 3،صفحات 18-29.


29. واعظی،ع.ر؛صالحی،ی.1399. کارایی مدل‌های نفوذ آب به خاک در کاربری‌های مختلف زمین در حوزه آبخیز تهم چای، تحقیقات آب و خاک ایران، دوره91، شماره5.


30. واقفی،م.، موحدزاده، م.، 1391. بررسی و مقایسه سه مدل مختلف نفوذپذیری با استفاده از نتایج آزمایشات استوانه مضاعف در دو حوضه آبریز استان بوشهر، مهندسی زمین­شناسی، 6(1): 1445-1458.


31. Arab,A.I.,Mudiare,O.J.,Oyebode,M.A.,Idris,U.D.2014.Performance evaluation of selected infiltration equation for irrigated(FADAMA)soils in Southern Kaduna Plain, Nigeria. Bas.Res.J.Soil Science.2:4.1-18.


32. Bamutaze,Y.,Makooma,T.,Gilbert,M.,Vanacjer,V.,Bagoora,F.,Magunda,M.,Obando,J.,Wasigeh,j.2010.Infiltration Characteristics of Volcanic Sloping Soils on Mt.Elgon,Eastern Uganda Yazidhi.Catena,80(2):122-130.


33. Chahinian, N., R. Moussa, P. Andrieux, & M. Voltz, 2005. Comparison of infiltration models to simulate flood event sat the field scale, Journal of Hydrology, 306: 191–214.


34. Coleman,E.A.2008."Comparison of four methods to assess hydrolic conductivity".Journal, of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,ASCE.


35. Corradini, C., Flammini, A., Morbidelli, R., & Govindaraju, R. S. 2011. A conceptual model for infiltration in two-layered soils with a more permeable upper layer: From local to field scale. Journal of Hydrology, 410(1), 62-72.


36. Duan, R., Fedler, C. B., & Borrelli, J. (2011). Field evaluation of infiltration models in lawn soils. Irrigation Science, 29(5), 379-389.


37. Fan, G., Han, Y., & Ma, D. 2013. Computer forecasting of the soil water infiltration parameters in seasonal freezing and thawing periods. Mathematical and Computer Modelling, 58(3), 725-730.


38. Hsu,S.M.,Ni,C.F and Hung,P.F.2002.Assessment of Three Infiltration Formulas Based on Model Fitting and Richards's Equation.Journal of Hydrological Engineering,7:373-379.


39. Igbadun,E., Idrisi,U.2007.Performance evaluation of infiltration models in a hydromorphic soil.Journal of soil and Environment Research,7:53-58.


40. Liu, Z., Lang, N., & Wang, K. 2013. Infiltration characteristics under different land uses in yuanmou dry-hot valley area. In Proceedings of the 2nd International Conference on Green Communications and Networks 2012 (GCN 2012): 1 : 567-572, Springer Berlin.


41. Oku,E.E.,Essoka,A.N and Oshunsanya,S.I.2005. Determination of infiltration characteristics and suitability of Kostiakov and Philip infiltration models in predicting infiltration into soils under different treatments.Global Journal of Pure and Applied Sciences.11(3):323-326.


42. Patil,V.S.,Chavan,S.M. and Pawar,D.P.2018.Spatial distribution of soil under the influence of infiltration rate.Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry,7 (2):2024-2029.


43. Rachman,S.1992. Infiltration under Land Use Type at the Upper Ciliwung Watershed of Weat Java,Indonesia. A Thesis Submitted in Fulfilment of one Half the Requirements of Degree of Master of Applied Science in Resource Management,University of Canberra. 141pp.


44. Sihag,P.,Tiwari,N,K.,Ranjan,S.2017.Estimation and intercomparison of infiltration models Water Science.31(1),34-43pp


45. Shukla,M.K.,Lal,R.,Ownes.L.B and Unkefer,P.2003. Land use and management impacts on structure and infiltration characteristics of soil in the north Appalachian region of Ohio.Soil Sciences,168:167-177.


46. Tunner,E.R.2006. Comparision of infiltration equation and their field validation with rainfall simulation.MSc,Thesis.University of USA.202PP.