برآورد منحني مشخصه رطوبتي خاك با استفاده از اندازه‌گيري دو نقطه‌اي

Estimating Soil Water Retention Curve from Two Measured Points

منحني نگهداري آب خاك (SWRC) در بسياري از زمينه‌ها، از جمله بررسي حركت آب و املاح در محيط‌هاي متخلخل غير‌اشباع كاربرد دارد. اين منحني از جمله مشخصه‌هاي مهم هيدروليكي خاك مي‌باشد كه اندازه‌گيري مستقيم آن وقت‌گير و هزينه‌بر است. در اين پژوهش، يك روش بهينه‌سازي با هدف حداقل سازي مربعات خطا، به منظور تخمين پارامترهاي معادله ون‌گنوختن (? و m) با استفاده از دو نقطه اندازه‌گيري شده از منحني نگهداري آب شامل رطوبت در نقطه ظرفيت زراعي و نقطه پژمردگي ارايه شده است. مزيت‌هاي اصلي اين روش، سهولت در كاربرد آن و عدم وابستگي آن به بانك داده‌ مي‌باشد. به منظور نشان دادن دقت روش پيشنهادي، سه بانك داده خاك، جمعاً شامل 156 نمونه، كه از دو كشور ايران و بلژيك جمع‌آوري شده، مورد استفاده قرار گرفت. همچنين، از مدل رزتا نيز به منظور تخمين پارامترهاي معادله ون‌گنوختن با استفاده از شش پارامتر ورودي شامل درصد شن، سيلت، رس، جرم مخصوص ظاهري و رطوبت اندازه‌گيري شده در ظرفيت زراعي و نقطه پژمردگي استفاده شد. مقادير پارامترهاي آماري MR، RMSE و AIC براي روش پيشنهادي به ترتيب برابر ?????/?- ، ???/? و ????- (cm3.cm-3) و براي مدل رزتا به ترتيب برابر 03?/0- ، 05?/0 و ????- (cm3.cm-3) محاسبه شد. مقايسه اين مقادير نشان مي‌دهد كه روش پيشنهادي در اين پژوهش بسيار كارا بوده و توانسته با دقت بسيار بيشتري نسبت به مدل رزتا، منحني نگهداري آّب خاك را پيش‌بيني نمايد.

Soil water retention curve (SWRC) is necessary for many studies, such as unsaturated hydraulic conductivity and solute transport in porous media. However, its direct measurement is time consuming and expensive. In this study, an optimization method was developed in order to estimate soil water retention curve from limited measured points, such as water contents at field capacity and permanent wilting point. The main advantage of this method is that it is database independent. Three data sets including 156 soil samples from Belgium and Iran were used. Using van-Genuchten water retention model with restriction m=1-1/n and assuming residual water content to be equal to zero, vG model parameters such as and were optimized using two measured points and, consequently, SWRC was estimated (proposed method). Bulk density was used in order to estimate porosity in this method. In addition to the proposed method, ROSETTA model was applied to estimate vG model parameters and SWRC from sand, silt, and clay contents, bulk density, and water contents at field capacity and permanent wilting point. The MR, RMSE and AIC values for the proposed method were -0.00084, 0.031 and -8636 (cm3.cm-3) and for ROSETTA method were -0.037, 0.051 and -7327 (cm3.cm-3), respectively. Comparison of estimated SWRC using the proposed and ROSETTA method showed that the developed optimization method estimated SWRC more accurately than ROSETTA model.