مدل‌‌سازي جريان ترجيحي با استفاده از مدل موج سينماتيك- پخشي (KDW) در خاك و نقش ماكروپورها در ايجاد آن

Preferential Flow Modeling Using Kinematic-Dispersive Wave Model and the Role of Macrospores

جريان ترجيحي هم از لحاظ محيطي و هم از لحاظ سلامت انسان داراي اهميت به‌سزايي است. به‌طوري كه انتقال سريع آب و در نتيجه آلوده‌كننده‌ها و سموم كشاورزي از اين طريق وارد خاك و آب‌هاي زيرزميني خواهند شد. درحالي‌كه اندازه‌گيري و كمي‌سازي آن بسيار مشكل است. در اين تحقيق، با استفاده از نمونه‌هاي خاك و انجام بارش مصنوعي به‌وسيله يك شبيه‌ساز كوچك باران، سعي در كمي‌سازي ميزان جريان ماكروپورها و مدل‌سازي جريان ترجيحي گرديد. در اين راستا از دو مدل استفاده شد: 1) مدل موج سينماتيكي ارائه شده توسط جرمان در سال 1984 و 2) مدل توسعه داده شده آن به نام مدل موج سينماتيكي- پخشي ارائه شده در سال 2003 توسط ديپيترو و همكاران. نتايج نشان داد كه مدل ارائه شده توسط دي پينترو و همكاران داراي دقت بيشتري نسبت به مدل جرمان است. سپس، يك روش ابتكاري جهت محاسبه مقدار ماكروپورها به‌كار گرفته شد. نتايج رگرسيون نشان داد كه مقدار آب ترجيحي رابطه معني‌داري با كل ميزان تخلخل خاك ندارد (0/36= R2)، و در مقابل با مقدار ماكروپورها با ضريب تبيين 0/76 =R2 (0/001> α) داراي يك رابطه معني‌دار است.

Preferential flow is of great importance in the environment and the human health. So, rapid water transportation and consequently, pollutants and pesticides leak out and get into the groundwater, making it very difficult to measure and quantify. To quantify and describe the preferential flow, two gravity-driven models were used: 1) kinematic wave model (KW) introduced by Germann in 1985), and 2) kinematic dispersive wave (KDW) model developed by applying a second-order correction to the Germann’s model by Di Pietro et al. in 2003. So, the experimental data was obtained using the laboratory mini-rainfall-simulator over cylindrical soil samples at the laboratory. Their parameters were obtained using Solver add-ins in the Excel software. Then, the results were compared using the root-mean-square error (RMSE). The results showed that the KDW model could better predict the preferential flow (with lower RMSE). Also, the regression results showed 1) there was no significant relation between the preferential flow and the total porosity, and 2) there is a significant relation between the preferential flow and the macrospores.