روشی ساده برای تخمین توأمان هدایت هیدرولیکی اشباع و تخلخل مؤثر خاک1

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه‌‌های مهندسی تاسیسات آبیاری و مهندسی خاکشناسی

2 استادیار گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

3 استادیار دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان

چکیده

تعیین هدایت هیدرولیکی اشباع و تخلخل مؤثر خاک در زهکشیاهمیت ویژه و  در کنترل کردن عمق سطح ایستابی  بین زهکش‌ها نقش مهم دارند.  در حال حاضر، فاصلة بین زهکش‌ها بر مبنای مقادیر متوسط اندازه‌گیری شدة این دو عامل طراحی می­شود که در محدودة مورد طراحی به دست می­آید. هدف از این پژوهش، ارائة روشی نویناست که بر مبنای آن بتوانمقادیر بهینة هدایت هیدرولیکی و تخلخل مؤثر را به طور همزمانبه دست آورد.  در این روش، ارتفاع سطح ایستابی در فواصل مختلف از زهکش و در زمانهای متفاوت اندازه‌گیری می‌شود.  سپس، با استفاده ازمدل جریان غیرماندگار گلور- دام و به کارگیری بهینه سازی غیرخطی، مقادیر هدایت هیدرولیکی و تخلخل مؤثر بهینه برآورد می‌شود. به منظور واسنجی مدل گلور- دام از راه بهینه سازی غیرخطی، افزون بر داده‌های حاصل از آزمایش برخی داده‌های موجود دیگر نیز به کار گرفته شد. برای اجرای آزمایش­ها، مدلی فیزیکی به طول 5/2، عرض 3/0، و  ارتفاع 5/0 متر تهیه و یک زهکش سوراخ‌دار به قطر 5/4 سانتی‌متر در کف یکی از دو انتهای طولی و عمود بر زهکش آن تعبیه شد. برای اندازه‌گیری تغییرات سطح ایستابی در اعماق و زمان‌های مختلف، 16 پیزومتر در امتداد طولی نصب و قرائت‌ها در دوره‌های زمانی مشخص انجام شد. روش پیشنهادی، در دو حالت با تخلخل ثابت و متغیر، ارزیابی و مقادیر بهینة هدایت هیدرولیکی و تخلخل مؤثربه دست آمد. نتایج نشان داد که روش پیشنهادی در پیش‌بینی نیمرخ‌های سطح ایستابی دقت مناسبی دارد. همچنین، اعمال مقادیر بهینه با لحاظ کردن تخلخل متغیر باعث افزایش دقت پیش‌بینی روش پیشنهادی می­شود.
 

کلیدواژه‌ها


1-      Amoozegar, A. and Wilson. G. V. 1999. Methods for measuring hydraulic conductivity and drainable porosity. In: Agricultural Drainage, Agronomy Monograph No. 38, Chapt. 37. Skaggs, R.W. and van Schilfgaarde, J. (Eds.), ASA, CSSA, SSSA, Madison, WI. p. 1149-1205.

2-      Amoozegar, A. and Warrick, A. W. 1986. Hydraulic conductivity of saturated soils: Field methods. In klute, A. (Ed.) Methods of Soil Analysis. Part 1. 2nd Ed. Agron. Monogr. 9. ASA, CSSA and SSSA. Madison. WI. p. 735-770.

3-      Beven, K. J. 2002. Rainfall-runoff modeling. J. Wiley and Sons Ltd., 360 pp.

4-      Boast, C. W. and Kirkham, D. 1971. Auger hole seepage theory, Soil science Society of America Journal. 35, 365-374.

5-      Bouma, J., Dekker, L. W. and Verlinden, H. L. 1976. Drainage and vertical hydraulic conductivity of some Dutch “kink” clay soils. Agric. Water Manage. 1, 67-78.

6-      Bouwer, H. 1966. Rapid field measurement of air entry value and hydraulic conductivity of soil as significant parameters in flow system analysis. Water Resour. Res. 2,729-738.

7-      Bouwer, H. 1986. Intake rate: Cylinder infiltrometer. In: Klute, (Ed.) A. Methods of Soil Analysis. Part 1. 2nd Ed. Agron. Monogr. 9. ASA, CSSA and SSSA. Madison. WI. p. 825-844.

8-      Bouwer, H. 1989. The bouwer and rice sluge test-an update. Groundwater 27,304-309.

9-      Bouwer, H., and Jackson, R. D. 1974. Determining soil properties. In: van J. Schilfgaarde (Ed.) Drainage for Agriculture. Agron. Monogr. 17. ASA. Madison. WI. p. 611-672.

10-  Bouwer, H., and Rice, R. C. 1983. A The pit bailing method for hydraulic conductivity measurement of isotropic or anisotropic soil. Transactions of the ASAE 26, 1435-1439.

11-  Childs, E. C. 1952. The measurement of the hydraulic conductivity of saturated soil in situ. I. Principles of a proposed method. Proc. R. Soc. London (A) 215, 525-535.

12-  Dirksen, C. 2000. Unsaturated hydraulic conductivity. In: Smith, K. A. and Mullins, C. E. (Eds.). Soil Analysis, Physical Methods. Second Ed. Revised and expanded. Marcel Dekker Inc. New York. USA., p. 183 – 237.

13-  Dumm, L. D. 1954. Drain spacing formula. Agricultural Engineering. 35, 726-730.

14-  Greig, M. D. 1980. Optimization: New York: Longmon publishing Company.

15-  Hillel, D. 1998. Environmental soil physics. Academic Press. New York,
771 pp.

16- Homaee, M., and Khodaverdiloo H.  2004. Derivation of pedo transfer function of some calcareous soils. In: shaozhong et al. (Ed.), water saving agriculture and sustainable use of water and land resources. 506-513. (In: Farsi)

17-  Hore, F. R. 1959. Pizometer method in Ontario. Agricultural Engineering. 40 (15), 272-278.

18-  Jarvis, N. J., Zavattaro, L. Rajkai, K. Reynolds, W.D. Olasen, P.A. Mcgechan, M. Mecke, M. Mohanty, B. Leeds-Harison, P.B. and Jacques, D. 2002. Indirect estimation of near-saturated hydraulic conductivity from readily available soil information. Geoderma. 108, 1-17.

19-  Luthin, J. N. 1966. Drainage engineering. New York: John wiley & Sons, Inc. P. 250.

20-  Pazira, E., Akram, M., and Lotfi, A. 2003. Drainage theories and models. Working group on "Drainage", pp. 188. No. 70. (In: Farsi)

21-  Pendy, R. S., Bhattachaya, A. K. Singh, O. P. and Gupta, S. K. 1992. Drawdown solution with variable drainage porosity. Journal of Irrigation and Deainafe Engineering. 118 (3), 382- 396.

22-  Rose, K. J., and Merva, G. E. 1990. Investigation septic disposal sites using a velocity permeameter. J. Environ. Sci. Health. A25, 533-552.

23-  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.

24-  Skaggs, R. W., Wells, L. G. and Chate, S. R. 1978. Predict and measured drainable porosities for field soils.Transactions of the ASAE.  119 (1), 73-84.

25-  Smiles, D. E. and Youngs, E. G. 1963. Amultiple-well method for determining the hydraulic conductivity of stratified soil in situ. J. Hydrol. 1, 279-287.

26-  Snell, A. W., and van Schilfgaarde. J. 1964. Four-well method of measuring hydraulic conductivity in saturated soils. Trans. ASAE. 7, 83-87, 91.

27-  Taylor, G. S. 1960. Drainable porosity evaluations from outflow measurements and its use in drawdown equation, Soil Science. 90 (60), 338-343.

28-  Van Alphen, B. J., Booltink, H. W. G. and Bouma, J. 2001. Combining pedotransfer functions with physical measurements to improve the estimation of soil hydraulic properties. Geoderma. 103, 133-147.

29-  Warrick, A.W. 2002. Soil physics companion. CRC Press, 389 pp.

30-  Wosten, J. H. M., Pachepsky, Ya. A. and Rawls, W. J. 2001. Pedotransfer functions: Bridging the gap between available basic soil data and missing soil hydraulic characteristics. J. Hydrol. 251,123-150.

31-  Wosten, J. H. M., Lilly, A. Nemes, A. and Le Bas, C. 1999. Development and use of a database of hydraulic properties of European soils. Geoderma. 90, 169-185.