اندازه گیری و تخمین ویژگی های هیدرولیکی خاک با نفوذسنج مکشی و شبکه های عصبی مصنوعی در مقیاس حوضه ی آبخیز

ویژگی ها به شدت تحت تأثیر کاربری و مدیریت زمین قرار دارند. اندازه گیری ویژگی های هیدرولیکی خاک در مزرعه و آزمایشگاه زمان بر و هزینه بر است.علاوه براین، نتایج آن به خاطر تغییرات مکانی و زمانی ویژگی های فیزیکی و هیدرولیکی خاک ممکن است دقیق نباشند. این پژوهش با هدف اندازه گیری و تخمین ویژگی های هیدرولیکی نزدیک اشباع در بخشی از زمین های مرتعی و کشاورزی شهرستان های فارسان و کوهرنگ واقع در استان چهارمحال بختیاری صورت گرفت. در این منطقه عمدتاً کاربری های مرتع، دیم، کشت آبی و آیش وجود داشت. داده های نفوذ تجمعی غیراشباع توسط دستگاه نفوذسنج مکشی در مکش های متوالی 15، 10، 5 و 2 سانتی متر در 100 نقطه جمع آوری شد. سپس نگهداشت رطوبت نمونه های خاک دست نخورده برداشت شده از زیر صفحه نفوذسنج در مکش های 0، 5، 10، 15، 20، 25، 30، 40، 50، 60، 70، 80، 90، 100، 330، 500، 2000 و 5000 سانتی متر آب توسط دستگاه های آزمایشگاهی اندازه گیری شد. هم چنین هدایت هیدرولیکی اشباع خاک به روش بار ثابت روی این نمونه دست نخورده اندازه گیری شد. برخی ویژگی های زودیافت خاک شامل بافت، ماده آلی، کربنات کلسیم معادل، نسبت جذبی سدیم، چگالی ظاهری خشک در رطوبت مزرعه (هوا-خشک) و چگالی ظاهری خشک نظیر مکش 2 سانتی متر نیز اندازه گیری شد. پارامترهای معادله گاردنر (1958) از طریق برازش بهترین خط بر نتایج معادله وودینگ (1968) برآورد شدند. پارامترهای مدل ون گنوختن (1980) با استفاده از داده های نفوذ تجمعی توسط نرم افزار disc، و با استفاده از داده های آزمایشگاهی توسط نرم افزار retc برآورد شدند.. استخراج معادلات رگرسیونی برآورد ویژگی ها و پارامترهای هیدرولیکی خاک به روش گام به گام انجام شد. مدل سازی (برآورد) پارامترهای هیدرولیکی خاک توسط شبکه های عصبی مصنوعی feed forward back-propagation، با تابع یادگیری لونبرگ-مارکواردت و تابع انتقال tansig صورت پذیرفت. آنالیز حساسیت شبکه های عصبی به روش statsoft انجام شد. مقایسات آماری اثر کاربری زمین بر ویژگی های خاک توسط روش glm، با آزمون lsd صورت پذیرفت. نتایج نشان داد هدایت هیدرولیکی اشباع و رطوبت اشباع اندازه گیری شده در آزمایشگاه به طور معنی داری بزرگ تر از مقادیر برآوردشده آنها از روی داده های مزرعه ای بود. هم چنین پارامترهای شکل (n) و مقیاس (?) مدل ون گنوختن (1980) برآوردشده با استفاده از داده های مزرعه ای به طور معنی داری بزرگ تر از داده های آزمایشگاهی بود. هدایت هیدولیکی غیراشباع برآورد شده توسط روش تحلیلی وودینگ به طور معنی داری بزرگ تر از مقادیر برآوردشده توسط روش عددی disc بود. ptfs موجود در منابع پارامترهای هیدرولیکی خاک در منطقه را ضعیف پیش بینی کردند. شبکه های عصبی مصنوعی بهتر از رگرسیون چندمتغیره خطی و غیرخطی پارامترهای هیدرولیکی خاک را برآورد نمودند. آنالیز حساسیت شبکه های عصبی مصنوعی نشان داد که تراکم نسبی و چگالی ظاهری خشک نظیر مکش 2 سانتی متر تأثیرگذارترین ویژگی ها بر پارامترهای هیدرولیکی خاک در منطقه هستند. کاربری زمین به طور معنی داری هدایت هیدرولیکی غیراشباع، شدت نفوذ ماندگار و ضریب جذب و دفع را تحت تاثیر قرار داد به گونه ای که با کاهش مکش (به طرف رطوبت اشباع) تفاوت بین ویژگی های هیدرولیکی افزایش یافت. هم چنین نتایج نشان داد هدایت هیدرولیکی خاک در دامنه مکش مورد بررسی در کاربری مرتع کم تر از سایر کاربری ها است. در تمامی کاربری ها در ابتدای آزمایش در مکش 15 سانتی متر قابلیت جذب زیاد بود و سپس با کاهش مکش به 10 سانتی متر کاهش یافت و پس از آن مجدداً باکاهش مکش افزایش یافت. به طور کلی در منطقه مورد بررسی ویژگی های هیدرولیکی خاک عمدتاً تحت تاثیر ساختمان خاک و مدیریت زمین قرار گرفتند و اثر ویژگی های ذاتی خاک مانند بافت کم تر بود. روابط رگرسیونی استخراج شده برای برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک دقت کافی نداشتند و پیشنهاد می شود برای مدل-سازی و برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک در این منطقه ویژگی های ساختمانی خاک نیز مدنظر قرار گرفته شود.