بررسی تغییرات هدایت هیدرولیکی خاک با استفاده از روش معکوس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه آبیاری و زهکشی دانشگاه تهران

2 استادیار موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی

3 دانشیار گروه آبیاری زهکشی دانشگاه تهران

چکیده

یکی از مسائل عمده در پیش‌بینی کارایی سامانه‌های آبیاری، تغییرات زمانی ویژگی­های خاک از جمله مشخصات هیدرولیکی آن است.  در این تحقیق، برای بررسی تغییرات زمانی ویژگی­های هیدرولیکی یک خاک لوم رسی در اثر آبیاری با آب شور و سدیمی، ده نوبت آبیاری با دور هفت روز با آب حاوی کلرید سدیم با SAR  و EC به ترتیب 32 و 12 دسی زیمنس بر متر اجرا و سه آزمایش نفوذپذیری به ترتیب در آبیاری­های سوم، ششم و دهم اندازه­گیری شد.  مقایسة مقادیر نفوذ تجمعی و سرعت نفوذ در سه نوبت اندازه‌گیری نشان داد که نفوذپذیری خاک به دلیل افزایش سدیم و پراکندگی خاکدانه‌ها به شدت کاهش می­یابد.   برای شبیه‌سازی رفتار خاک در اثر آبیاری‌های متوالی با آب شور و تخمین پارامترهای هیدرولیکی تأثیرگذار، از مدل ریاضی HYDRUS-1D استفاده شد.  قبل از تخمین ویژگی­های هیدرولیکی خاک، جهت آگاهی از میزان حساسیت پارامترهای هیدرولیکی، آزمون حساسیت اجرا شد.  آزمون آآآآآسمسیبتسیبتحساسیت نشان داد که نفوذ تجمعی به ترتیب نسبت به هدایت آبی اشباع (Ks)، پارامتر شکل n ، و رطوبت اشباع (qs) حساس است.  با عنایت به محدودیت داده‌های اندازه‌گیری­شده و حساسیت مدل­های ریاضی در تخمین تعداد زیادی پارامتر به روش معکوس، و با توجه به همبستگی بالای پارامترهای Ks و n در فرمول وان­گنوختن، با وجود حساسیت بیشتر مدل به n در مقایسه باqs، فقط Ks و qs در بهینه‌سازی بررسی شدند.  اجرای مدل در مرحلة اول، برای تخمین معکوس Ks به تنهایی و در مرحلة دوم برای تخمین همزمان Ks و qs انجام شد.  در هر مرحله، سایر ویژگی­های هیدرولیکی خاک از مدل ROSETTA تعیین شدند.  نتایج اجرای مرحلة اول نسبت به  مرحلة دوم مدل، همخوانی بیشتری با مقادیر اندازه‌گیری­شده در هر آبیاری نشان داد.  نتایج این تحقیق نشان داد که روش معکوس در صورت وجود داده­های کافی می‌تواند روشی مناسب برای براورد ویژگی­های هیدرولیکی و تغییرات زمانی آنها باشد.  همچنین، داده­های مزرعه­ای نفوذ تجمعی در آبیاری سوم و ششم به خوبی با معادلة فیلیپ برازش یافت، اما دقت آن در آبیاری دهم چندان مناسب نبود.

کلیدواژه‌ها


Abbasi, F., Simunek, J.,  Feyen, J., van Genuchten, M. Th.  and Shouse, P. J. 2003a. Simultaneous inverse estimation of the soil hydraulic and solute transport parameters from transient field experiments: homogeneous soil. Trans. ASAE. 46 (4): 1085-1095.

Abbasi, F., Jacques, D., Simunek, J., Feyen, J. and van Genuchten, M. Th. 2003b. Inverse estimation of the soil hydraulic and solute transport parameters from transient field experiments: heterogeneous soil. Trans. ASAE. 46 (4): 1097-1111.

Biggar, J. W. and Nielsen, D. R.  1976. Spatial variability of the leaching characteristics of a field soil. WaterResour. Res.12(1): 78-84.

Bresler, E., Dagan, G., Wagenet, R. J. and Laufer, A. 1984. Statistical analysis of salinity and texture effects on spatial variability of soil hydraulic conductivity. Soil Sci. Soc. Am. J. 48(1): 16–25.

Carsel, R. and Parish, R. 1988. Developing joint probability distributions of soil water retention characteristics. Water Resour. Res. 24, 755-769.

Gribb, M. M. 1996. Parameter estimation for determining hydraulic properties of a fine sand from transient flow measurements. Water Resour. Res. 32(7): 1965-1974.

Hupet, F., Lambot, S., Feddes, R. A.,  van Dam, J. C.  and Vanclooster, M.  2003. Estimation of root water uptake parameters by inverse modeling with soil water content data. Water Resour. Res. 39 (11): 1312-1320.

Inoue, M., Simunek, J., Shiozawa, S. and Hopmans, J. W.  2000. Simultaneous estimation of soil hydraulic and solute transport parameters from transient infiltration experiments. Advances Water Resour.23(7): 677-688.

Lambot, S., Hupet, F., Javaux, M. and Vanclooster, M. 2004. Laboratory evaluation of hydrodynamic inverse modeling method based on water content data. Water Resour. Res. 40,
1-12.

Kool, J. B., Parker, J. C.  and van Genuchten, M. Th.  1987. Parameter estimation for unsaturated flow and transport models-A review. J. Hydrol. 91, 255-293.

Majnooni, H. A., Zand-Parsa, Sh., Sepaskha, A. and Kamkar, H. A. 2004. Prediction of soil hydraulic characteristics with inverse method in field condition. 9th Soil Science Congress of Iran. Sep.
15-16. (in Farsi)

Marquardt, D. W. 1963. An algorithm for least squares estimation of non–linear parameters. J. Ind. Appl. Math. 11, 431-441.

Mualem, Y. 1976. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resour. Res. 12(3): 513–522.

Radsar, A. and Zand-Parsa, Sh. 2004. Comparing measuring and predicting values of soil hydraulic conductivity by ROSETTA and UNSATK in some soils of UNSODA informations banks. 9th Soil Science Congress of Iran. Sep. 15-16. (in Farsi)

Rawls, W. J., Brakensiek, D. L. and Saxton, K. E. 1982. Estimating soil water properties. Trans.  ASAE. 25(5): 1316-1320, 1328.

Schaap, M. G., Leij, F. J.  and van Genuchten, M. Th.  2001. ROSETTA: A computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions. J. Hydrol.251, 163-176.

Simunek, J. and van Genuchten, M. Th. 1996. Estimating unsaturated soil hydraulic properties from tension disc infiltrometer data by numerical inversion. Water Resour. Res. 32(9): 2683–2696.

Simunek, J. and van Genuchten, M. Th. 1997. Estimating unsaturated soil hydraulic properties from multiple tension disc infiltrometer data. Soil Sci. 162(6): 383-398.

Simunek, J., Sejna, M.  and van Genuchten, M. Th. 1998a. The HYDRUS–1D software package for simulating the one-dimensional movement of water, heat, and multiple solutes in variably saturated media. Version 2.0. IGWMC-TPS-70. Golden Colorado School of Mines. International Ground Water Modeling Center.

Simunek, J., Wendroth, O. and van Genuchten, M. Th. 1998b. Parameter estimation analysis of the evaporation method for determining soil hydraulic properties. Soil Sci. Soc. Am. J. 62(4): 894-905.

Skaggs, T. H., Trout, T. J., Simunek, J. and Shouse, P. J. 2004. Comparison of HYDRUS-2D simulations of drip irrigation with experimental observations. J. Irrig. Drain. Eng. 130(4): 304-310.

van Genuchten, M. Th. 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am.  J. 44(5), 892-898.

Zachman, D. W., Duchteav, P. C. and Klute, A. 1981. The calibration of the Richards flow equation for a drainage column by parameter indentification. Soil Sci. Soc. Am. J. 45, 1012-1016.

Zakerinia, M. 2003. Investigation of two dimensional advances of water and salt in furrow irrigation. M. Sc. Thesis. Faculty of Agriculture. University of Tehran. Karaj. Iran. (in Farsi)

Zuo, Q. and Zhang, R. 2002. Estimating root water uptake using an inverse method. Soil Sci. 167(9): 561-571.

Zuo, Q., Lie, M. and Zhang, R.  2004. Simulating soil water flow with root water uptake applying an inverse method. Soil Sci. 169(1): 13-24.