تخمین ضرایب فرآیند نفوذ آب به خاک با استفاده از هندسه فرکتالی، زمین آمار و مقیاس سازی

چکیده بیان کمّی تغییرپذیری مکانی ویژگی های هیدرولیکی خاک برای برنامه ریزی، مدیریت و بهره برداری بهینه از آن اهمیت فراوان دارد. اندازه گیری نفوذ آب به خاک به عنوان یکی از مهمترین ویژگی های هیدرولیکی، بسیار پرهزینه و زمان بر است. تعیین تغییرپذیری مکانی فرآیند نفوذ آب به خاک در مزرعه از دیدگاه کشاورزی دقیق بسیار مهم است. هدف از این پژوهش، کمّی سازی تغییرپذیری مکانی پارامترهای مدل های نفوذ آب به خاک با استفاده از هندسه فرکتالی، زمین آمار و مقیاس سازی بود. بدین منظور، نفوذ آب به خاک در 161 سایت و در یک شبکه منظّم 500×500 متری، با استفاده از استوانه های دوگانه با بار ثابت اندازه گیری شد. کلی? داده های حاصله به سه مدل انتخابی نفوذ آب به خاک برازش داده شدند. سپس، بهترین مدل برای هر ایستگاه تعیین گردید. با استفاده از روش حداقل مجموع مربعات، مدل فیلیپ با بیشترین ضریب تبیین به عنوان بهترین مدل انتخاب شد. به طور کلی، سرعت نفوذ پایه در بیشتر ایستگاه ها کم (11/31-11/1) و میانگین آنها 69/6 سانتی متر بر ساعت بود. جرم ویژ? ظاهری، مقدار رطوبت خاک، فراوانی نسبی انداز? ذرات خاک، توزیع انداز? خاکدانه ها (asd)، مقدار کربن آلی، درصد اشباع خاک، ec، ph خاک، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (mwd) و میانگین هندسی قطر خاکدانه ها (gmd) نیز اندازه گیری شدند. میان یابی پارامترهای نفوذ در نقاط فاقد داده با روش های کریجینگ، وزن دادن عکس فاصله و کوکریجینگ، و با برازش مدل های خطی، نمایی، گوسی و کروی بر نیم تغییرنمای تجربی انجام شد. برای دستیابی به بهترین روش میان یابی از اعتبارسنجی متقاطع و آماره های میانگین اریب خطاها، میانگین مطلق خطاها، مربع میانگین خطاها و جذر میانگین مربعات خطاها استفاده شد. با بهترین روش درون یاب، نقشه پراکنش مکانی پارامترها تهیه گردید. فاکتور مقیاس-سازی بر اساس ضریب جذبی ( ) و ضریب انتقالی ( ) محاسبه و داده های نفوذ اندازه گیری شده، مقیاس بندی شد. فاکتور مقیاس سازی بهینه (opt?) از روش حداقل مربعات محاسبه گردید. فاکتورهای مقیاس سازی میانگین حسابی، هندسی و هارمونیکِ و نیز محاسبه شدند. پارامترهای فرکتالی توزیع انداز? خاکدانه ها با استفاده از سه مدل فرکتالی مختلف محاسبه گردیدند. نتایج نشان داد که، برآورد ضریب a مدل کوستیاکوف روش کوکریجینگ با مدل کروی و فاکتور کمکی جرم ویژ? ظاهری بر روش کریجینگ ارجحیت داشت. لیکن، برای ضریب b مدل کوستیاکوف روش کریجینگ با مدل نمایی بهترین بود. برای برآورد ضریب s مدل فیلیپ، روش کوکریجینگ با مدل کروی و با فاکتور کمکی میانگین رطوبت اولی? خاک بر روش کریجینگ برتری داشت. برآورد ضریب انتقالی مدل فیلیپ با روش کریجینگ و مدل نمایی نیز دقّت مناسبی داشت. رطوبت اولی? خاک، جرم ویژ? ظاهری، درصد رس، سیلت، شن، ماد? آلی و درصد اشباع خاک به عنوان فاکتورهای کمکی نتایج نسبتاً قابل قبولی برای برآورد پارامترهای نفوذ ارائه کردند. ضرایب جذبی و انتقالی مدل فیلیپ، تغییرات گسترده ای داشت. این دو پارامتر به ترتیب بر اساس عامل مقیاس سازی s? و a? محاسبه و سپس داده های نفوذ آب به خاک مقیاس بندی گردید. مقیاس سازی حاصله از a? بهتر از مقیاس سازی s? بود. مقیاس بندی داده های نفوذ آب به خاک بر اساس فاکتور مقیاس سازی بهینه و فاکتورهای مقیاس سازی حاصل از میانگین هارمونی s? و a? بهتر از دیگر فاکتورهای مقیاس سازی بودند. برای بیان کمّی ساختمان خاک در پهن? وسیع از هندس? فرکتالی و شاخص های mwd و gmd استفاده شد. نتایج نشان داد که asd از رفتاری فرکتالی برخوردار بوده و همبستگی های خوبی بین بُعد فرکتالی و پارامترهای نفوذ ایجاد گردید. بر اساس نتایج این پژوهش نتیجه گیری می شود که اگر چه پارامترهای مدل های نفوذ تغییرپذیری گسترده ای داشتند و روش های مقیاس سازی، هندسه فرکتالی و روش های زمین آماری در برآورد آن ها با داده های محدود، دقت بالایی داشتند و در این بین روش مقیاس سازی بهترین بود.