کاربرد مدلهای فیزیکی در برآورد ویژگیهای هیدرولیکی خاکهای استان همدان

چکیده ویژگی های هیدرولیکی خاک (منحنی مشخصه رطوبتی، swcc و هدایت هیدرولیکی، hc) اهمیت کلیدی در فیزیک خاک دارند. این ویژگیها با روشهای مستقیم و غیرمستقیم قابل اندازه گیری اند که هر کدام از این روشها مزایا و معایب خاص خود را دارند. با وجود پیشرفتهای زیادی که در مورد روش های اندازه گیری آنها انجام گرفته است، هر دو گروه روشها وقتگیر، هزینه بر و خسته کننده اند. از این رو استفاده از روشهای غیرمستقیم مدلسازی ویژگیهای هیدرولیکی خاک اجتناب ناپذیر است که از جمله این روشها، مدلهای فیزیکی میباشند. با توجه به وجود مجموعه داده ویژگیهای هیدرولیکی برای خاکهای استان همدان، این پژوهش جهت مدل سازی swcc با مدلهای فیزیکی و ارائه توابع انتقالی خاک (ptfs) جهت تخمین آسان و سریع پارامترهای مدل های فیزیکی انجام شد. از لایههای رویین و زیرین سری های مهم خاک های استان همدان (60 سری و جمعاً 120 خاک) با پراکندگی مناسب در نقاط مختلف و شهرهای استان نمونه برداری شد. ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک به روشهای استاندارد، منحنی دانه بندی به روشهای الک کردن و رسوب سنجی با حداقل 10 نقطه، و swcc به کمک دستگاه های جعبه شن و صفحه فشار، اندازه گیری شده بود. swcc این خاکها با مدلهای فیزیکی شامل مدل اولیه آریا و پاریس (ap) با پارامتر مقیاس (?) ثابت برابر 38/1، مدلهای آریا و همکاران (1999) (روشهای ثابت، خطی و غیرخطی)، مدل آریا و همکاران (2008)، مدل فراکتال، مدل هاورکمپ و پارلانگ (hp) و مدلهای نیمو و همکاران شامل مدل سیلندر متناسب (pc)، مدل آریا و دیرولف (ad)، مدل تقریباً پیوسته معادل مدل ap با توزیع جرم یکنواخت (ucneap) و مدل تقریباً پیوسته معادل مدل ap با توزیع ذرات توانی (pcneap) برآورد شده و با swcc اندازه گیریشده مقایسه شد. همچنین مقادیر بهینه و بهینه کلی پارامتر ? در مدل ap و پارامترهای برازش بهینه و بهینه کلی در مدلهای hp، pc، ad، ucneap و pcneap محاسبه شد. در ادامه ptfs برای برآورد ? به روشهای رگرسیون چندگانه با استفاده از ویژگیهای زودیافت خاک (مانند بافت، چگالی ظاهری، درصد ماده آلی، درصد کربنات کلسیم و برهمکنش آنها) بدست آمدند. در بیشتر موارد برآوردهای swcc توسط مدل ap با مقدار ? ثابت برابر با 38/1 رضایتبخش نبودند. مقایسه مکشهای ماتریک اندازه گیری شده و پیش بینی شده به کمک روشهای مختلف نشان داد که روش غیرخطی بهترین روش برای محاسبه ? بود و روش فراکتال کمترین دقت برای برآورد ? را داشت. همچنین مشاهده شد که نتایج روش آریا و همکاران (2008) مشابه روش خطی و نتایج روش بهینه کلی مشابه روش ثابت بود. مقادیر ? محاسبه شده با روشهای مختلف با افزایش درصد رس به طور خطی کاهش داشت و با افزایش شن و میانگین هندسی اندازه ذرات بهترتیب بهطور خطی و توانی افزایش یافت. نتایج برای روش فراکتال روندی معکوس داشت. در نظر گرفتن مقدار رطوبت خاک در مکش ماتریک cm100 (?v100) به عنوان متغیر مستقل در استخراج ptfs برای ?، سبب افزایش دقت آنها شد. روابط ساده خطی و غیرخطی بین مقادیر ? بهینه و اندازه ذرات، مکش ماتریک و درجه اشباع برای خاکهای مورد بررسی به دست آمد که برای برآورد آسان و سریع ? و در نهایت swcc پیشنهاد میشود. برآوردهای مدل hp تنها برای تعداد محدودی از خاکها هماهنگی خوبی با swcc اندازه گیری شده داشت که این خاکها نیز اغلب درشت بافت بودند. نتایج استفاده از مدلهای نیمو و همکاران نشان داد که مدل pc برآوردهای خوبی از swcc به دست نمیدهد. به جز در موارد محدود، مدل ad بهترین برآوردهها از swcc را بهدست داد. همچنین برآوردهای مدلهای ucneap و pcneap نیز تقریباً مشابه یکدیگر و برای بسیاری از خاکها مناسب بودند. توصیه میشود در آینده، از نظریه فراکتال به طور گسترده تر، شبکه های عصبی مصنوعی (anns) و گروه بندی خاکها در برآورد swcc و پارامترهای مدلهای فیزیکی رایج در خاکهای استان همدان استفاده شود و میزان اعتبار و اعتمادپذیری ptfs به دست آمده در این پژوهش با استفاده از داده های جدید و به کمک روشهای مختلف، آزمون شوند.