ارزيابي كارآيي مدل‏ها در توصيف توزيع اندازه ذرات خاك

An Evaluation of the Applicability of Models for Describing Soil Particle Size Distribution

دقت و مطلوبيت كاربردي مدل‏هاي توزيع اندازه ذرات اوليه خاك (PSD) مي‏تواند پشتوانه‌اي مناسب براي برآورد خصوصيات هيدروليكي خاك باشد. تحقيق حاضر با هدف ارزيابي و رتبه‌بندي دقت مدل‏هاي مختلف در توصيف PSD خاك‏هاي مختلف انجام شد. علاوه بر اين، مطلوبيت كاربردي اين مدل‏ها با درنظرگرفتن دو عامل دقت برازش و تعداد پارامترهاي مدل، با استفاده از آماره‏هاي F و مالو (Cp) و آكاييك (AIC) ارزيابي شد. همچنين تاثير بافت و درصد رس خاك بر دقت و كارآيي مدل‏ها بررسي شد. در مطالعه حاضر، پنج مدل لاگ‌ـ نرمال جيكي (J)، لاگ‌ـ نرمال ساده (SL)، مدل‌هاي لاگ‌ـ نرمال اصلاح‌شده ORL و ONL و مدل شيوازوا‌ و كمبل (SC)، مدل نرمال (N) و مدل‌هاي چهارپارامتري گمپرتز (G) و فردلاند (Fr) براي هفتاد و يك نمونه خاك، كه شامل كلاس‏ مختلف بافتي بودند، آزمايش شدند. كمترين و بيشترين مقادير ضريب تبيين (R2) به‌ترتيب از آنِ مدل‌هاي جيكي (J) و مدل چهارپارامتري فردلاند (Fr) بود. نتايج مقايسه مدل‏هاي N و SL نشان داد با كاهش رس خاك دقت مدل N افزايش و دقت مدل SL كاهش مي‏يابد. به عبارت ديگر، با درشت‌شدن بافت در نمونه‏ خاك‏هاي مطالعه‌شده توزيع جرم‌ـ اندازه ذرات به‌تدريج به الگوي نرمال نزديك‏ مي‌شود. نتايج آماره‌هاي F، Cp، و AIC نيز نشان دادند مدل Fr در بيشتر خاك‌هاي مطالعه‌شده بهترين كارآيي را در توصيف PSD خاك‌ها دارد و پس از آن مدل‌هاي لاگ‌ـ نرمال اصلاح‌شده ORL و ONL بيشترين كارآيي را داشتند. بررسي تغييرات R2 در كلاس‌هاي بافتي شني و لوم شني نشان داد مدل‌هاي G، ONL، ORL،N ، و Fr برازش بهتري نسبت به مدل‌هاي SL، J، و SC دارند. در حالي كه در كلاس‌هاي بافتي رسي و رس سيلتي كارآيي مدل‌هاي SL و SC نسبت به مدل‏هاي G و N بهبود يافت.

Five log-normal models, including Normal (N), and two four- parameter ones i.e. Gompertz (G) and Fredlund (Fr) were tested on 71 items of Particles Size Density (PSD) data from 10 soil textural classes. Jaky (J) and Fr models bore respectively the lowest vs. the highest R2 values for all the soils. The results of a comparison of the N and Simple Log-normal (SL) models showed that the accuracy of the N model increased with decrease in soil clay content. In other words, the mass-size distribution of soil samples tends to a normal statistical pattern starting from the finer to the coarser textural classes. The results obtained from F, Cp and AIC statistics indicated that Fr was the most appropriate model to describe PSD for a majority of soils, while the modified log-normal models namely ORL and ONL stood as the next in rank, respectively. The range of R2 values for the sandy and sandy loam soil textural classes indicated that G, ONL, ORL, N as well as Fr models better fitted the data than the models of SL and Shiozawa-Campbell (SC). This was when the performance of SL and SC models improved in comparison with G and N as in clay and silty clay soil textural classes.