تخمین منحنی مشخصه رطوبتی خاک از روی منحنی فشردگی محصور با استفاده از شبکه ‏های عصبی مصنوعی

منحنی نگهداشت آب خاک رابطه بین مکش و مقدار آب خاک را نشان می¬دهد. اندازه¬گیری این منحنی بسیار زمان بر و هزینه بر است، بنابراین محققین با استفاده از روش¬های مختلف این منحنی را بدست می¬آورند. از جمله این روش¬ها استفاده از توابع انتقالی و مدل¬های تحلیلی است. منحنی تراکم رابطه بین نسبت پوکی و لگاریتم تنش را نشان می¬دهد. این منحنی در مباحث مربوط به مهندسی و کشاورزی دارای اهمیت فراوانی است. منحنی تراکم در زمان کوتاه و با هزینه کم بهدست میآید. از این رو بر اساس شباهتی که بین این دو منحنی وجود دارد می¬توان با استفاده از منحنی تراکم، منحنی نگهداشت آب در خاک را تخمین زد. این تحقیق در دو بخش انجام شد، بخش اول مربوط به 75 نمونه جمع آوری شده از استان گیلان است و بخش دوم مربوط به پنج استان کرمانشاه، مازندران، آذربایجان شرقی و غربی و همدان است که 150 نمونه جمعا از این استان-ها جمع آوری شد. آزمایش¬های پایه به همراه اندازه¬گیری منحنی نگهداشت آب خاک و منحنی تراکم انجام شدند. در بخش اول مطالعه استان گیلان ابتدا قابلیت برازش سیزده مدل منحنی نگهداشت آب خاک مورد بررسی قرار گرفت. سپس با استفاده از سه سطح تخمین¬گر به روش¬های شبکه عصبی مصنوعی و رگرسیون سیزده مدل تخمین و مورد مقایسه قرار گرفتند. به طور کلی مدل¬های دو نمایی بر خلاف انتظار دارای نتایج مناسبی نبودند و مدل معروف ونگنوختن دارای دقتی متوسط نسبت به سایر مدل¬های مورد مطالعه بود. در بخش دوم مطالعه پنج استان نامبرده با استفاده از شش سطح تخمین¬گر برگرفته از مشخصات منحنی تراکم اقدام به تخمین سه مدل ونگنوختن، گاردنر و دکستر شد. به طور کلی در بین این شش سطح، سطح دوم که دارای تخمین¬گرهای تنش پیش تراکمی، شاخص تراکم و شاخص تورم به همراه ورودیهای مدل اول بوده است نسبت به دیگر سطوح دارای نتایج بهتری در تخمین منحنی نگهداشت آب خاک بود. علت این تخمین مناسب را می¬توان به همبستگی متغیرهای ورودی با پارامترهای مدل¬ها و فیزیکی بودن پارامترهای تخمین¬گر و همچنین ارتباط فیزیکی که بین تخمین¬گرها با پارامترهای سه مدل نامبرده شده بود نسبت داد. همچینین در مقایسه بین سطوح ششم و پنجم که روش آماده سازی تخمین¬گرهای یکسانی دارند مشاهده می¬شود که سطح ششم در غالب موارد دارای نتایج مناسبتری بوده است. به طور کلی مدل گاردنر در مقایسه با مدل¬های ونگنوختن و دکستر دارای نتایج بهتری بود و با افزایش پارامترهای تخمین¬گر به سطح اول آماره بهبود نسبی به مقدار بیشتری نسبت به دو مدل نامبرده شده افزایش یافت. یعنی مدل گاردنر در مقایسه با مدل¬های ونگنوختن و دکستر دارای قابلیت تخمین بالاتری بود. در مدل ونگنوختن افزودن تخمین¬گر¬های حاصل از منحنی تراکم تاثیر معنی¬داری بر روی افزایش دقت این مدل نداشت. در نهایت بایستی بیان کرد که استفاده از منحنی تراکم جهت تخمین منحنی نگهداشت آب در خاک بسیار مفید بوده است، شاید دلیل افزایش دقت در تخمین تشابه ظاهری و مفهوم مکانیکی نسبتا مشابهی است که بین این دو منحنی وجود دارد.