بررسي اثر بهينه‌سازي پارامترهاي هيدروليكي خاك با روش‌هاي حل معكوس و پارامتريك در افزايش دقت شبيه‌سازي حركت آب در خاك با مدل HYDRUS

Investigating the Effect of Optimizing Soil Hydraulic Parameters with Inverse and Parametric Solution Methods in Increasing the Accuracy of Water Movement Simulation with HYDRUS

ايران در كمربند خشك و نيمه‌خشك زمين قرار گرفته است و از سوي ديگر به دليل خشكسالي، تغيير اقليم و سوء‌مديريت با كاهش منابع آب شيرين مواجه مي‌باشد. بنابراين لزوم افزايش بهره­وري در مصرف آب امري كاملاً بديهي و ضروري است. از روش‌هاي مديريتي در راستاي افزايش بهره‌وري از منابع آب مي‌توان به روش‌هاي نوين آبياري اشاره نمود. مديريت و كاربرد اين روش‌هاي نوين آبياري نيز مستلزم مطالعه روند تغييرات رطوبت خاك و ميزان قابل دسترسي آن براي گياه مي‌باشد. در اين مطالعه با هدف ارزيابي عملكرد مدل هيدرولوژيكي HYDRUS-1D در روش آبياري سنترپيوت در مزرعه يونجه چهار ساله، به ارزيابي برآورد پارامترهاي هيدروليكي خاك با استفاده از روش حل معكوس نسبت به روش توابع پارامتريك در دو عمق متفاوت پرداخته شد. از اين‌رو، در اين تحقيق براي تعيين مقدار هر يك از پارامترهاي هيدروليكي خاك، از الگوريتم بهينه‌ساز مجموعه ذرات (PSO) به‌عنوان روش حل معكوس و سه تابع پارامتريكي، Rosetta، قرباني و همايي و سپاس‌خواه و بندر استفاده شد. در ابتدا از بين سه تابع پارامتريك بهترين تابع انتخاب و در ادامه ميزان كارايي روش حل معكوس نسبت به روش پارامتريك در فرآيند شبيه‌سازي جريان غيراشباع آب تحت مدل HYDRUS HYDRUSمورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج بيانگر توانايي و كارايي قابل قبول الگوريتم PSO در برآورد منحني رطوبتي خاك و پارامترهاي هيدروليكي آن بوده است. هم‌چنين با ارزيابي شاخص‌هاي آماري، نشان داده شد كه طي لينك‌نمودن مدل HYDRUS HYDRUSبا الگوريتم PSO، اين مدل بهتر توانسته است روند تغييرات رطوبت خاك را برآورد نمايد. بهترين عملكرد مدل در لايه سطحي با ضرايب 0.89= E، 0.94=d و 0.98=R2 حاصل شد.

Iran is located in arid and semi-arid belt of the earth and also because of drought, climate changes and mismanagement of water use; its freshwater resources are declining. Therefore, the need to increase water productivity is obviously rational. New methods of irrigation can be mentioned to increase the efficiency of water resources management. Management and application of these new methods of irrigation also requires studying the process of soil moisture changes and its availability to the plant. The purpose of this study was to evaluate the performance of HYDRUS-1D hydrological model at two different depths using inverse solution method in relation to pedo-transfer functions in four-year alfalfa farm which irrigated with center pivot irrigation system. Therefore in this study, the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm (as inverse solution method) as well as three parametric functions including Rosetta, Gorbani Dashtaki and Homaee, and Sepaskhah and Bondar were used to estimate soil hydraulic parameters in simulating soil movement and moisture distribution in HYDRUS-1D hydrological model. So, among the three parametric functions, the best function was selected and then the efficiency of the inverse solution method was compared to the parametric method in the process of simulating the unsaturated flow with the HYDRUS model. The results indicated the acceptable ability of PSO algorithm to estimate soil moisture characteristic curve and its hydraulic parameters. Also by evaluating the statistical indices, it was shown that by linking HYDRUS model with PSO algorithm, this model was efficient to estimate the trend of soil moisture changes. The best model performance was obtained in the soil upper layer with E=0.89, d=0.94 and R2=0.98.