ارزیابی روش استوانه های دوگانه در اندازه گیری نفوذ عمودی آب به خاک در بافت های مختلف با استفاده از نرم افزار HYDRUS

سابقه و هدف: نفوذپذیری یکی از پارامترهای مهم خاک می‌باشد، که بر روی بسیاری از فرآیندهای هیدرولوژیکی حوزه‌های آبخیز تاثیرگذار است. اهمیت نفوذ سبب شده تا روش‌های صحرایی و آزمایشگاهی مختلفی به منظور اندازه گیری این فرایند مورد استفاده قرار گیرد. روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری نفوذ آب به خاک وجود دارد که اساس کلیه آنها بر اندازه‌گیری جریان عمودی آب به خاک استوار است. یکی از روش‌های استاندارد اندازه‌گیری نفوذ آب به خاک، روش نفوذسنج‌های استوانه-دوگانه است. در این روش فرض بر آن است که استوانه خارجی مانع از ایجاد جریان جانبی و بوجود آوردن جریان کاملا عمودی در خاک می‌شود. لذا پژوهش حاضر به منظور ارزیابی روش نفوذسنج استوانه دوگانه در اندازه‌گیری نفوذ عمودی آب به خاک در مقایسه با داده‌های نفوذ عمودی واقعی شبیه‌سازی شده با استفاده از نرم‌افزار HYDRUS-1D انجام گرفته شد. مواد و روش: در این پژوهش، داده‌های نفوذ آب به خاک در چندین منطقه از کشور با بافت‌های مختلف با استفاده از روش نفوذسنج استوانه دوگانه اندازه‌گیری شد، سپس شرایط نفوذ آب به خاک در محیط نرم‌ا‌فزار HYDRU-1D برای مناطق مورد نظر، شبیه‌سازی و داده‌های نفوذ عمودی آب به خاک به روش حل مستقیم معادله ریچاردز استخراج شدند. جهت کمی کردن پارامترهای هیدرولیکی در معادله ریچاردز از مدل ون‌گنوختن-معلم استفاده گردید. بدین منظور پارامترهای هیدرولیکی مدل ون‌گنوختن-معلم با استفاده از روش حل عددی معکوس در نرم‌افزار HYDRUS، برای خاک هر منطقه بهینه سازی شد و مورد استفاده قرار گرفت. ارزیابی داده‌های اندازه‌گیری شده با استفاده از آماره‌های میانگین خطا (ME)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین (R2) و ریشه میانگین مربعات نرمال شده (NRMSE) انجام شد. یافته‌ها: نتایج مقایسه داده‌های شبیه‌سازی شده با استفاده از نرم‌افزار هایدروس با داده‌های اندازه‌گیری‌شده از طریق آزمایش استوانه‌های دوگانه نشان داد که نفوذ اندازه‌گیری‌شده در روش استوانه‌های دوگانه بسیار بیشتر از نفوذ عمودی آب به خاک است. نفوذ اندازه‌گیری شده در تمام بافت‌ها دارای اختلاف زیادی نسبت به داده‌های شبیه‌سازی شده بود. در روش استوانه دوگانه کمترین میزان خطا در اندازه‌گیری نفوذ آب به خاک ، در بافت لوم شنی که یک بافت سبک می‌باشد مشاهده شد. مقادیر آماره‌های ضریب تبیین، ریشه میانگین مربعات خطا، میانگین خطا و ریشه میانگین مربعات نرمال‌شده (R2، RMSE، ME و NRMSE) در این بافت به ترتیب برابر با 87/0، 51/8، 45/4-، 18/0 بود. نتیجه‌گیری: در اندازه‌گیری نفوذ آب به خاک به روش استوانه‌های دوگانه اندازه استوانه‌های مورد استفاده و همچنین فضای بافری بین دو استوانه از اهمیت زیادی برخوردار است. بنابراین استفاده از استوانه‌هایی با اندازه‌های متفاوت بر مقادیر نفوذ نهایی تاثیرگذار است. روش نفوذسنج استوانه دوگانه در بافت شنی از خطای پایین‌تری نسبت به بافت‌های سنگین برخوردار است و سهم نفوذ جانبی در این بافت کمتر می‌باشد. بنابراین نفوذسنج استوانه دوگانه در بافت‌های سبک از دقت بالاتری برخوردار است.