ارايه رابطه اي جامع براي نفوذ آب در خاك بر پايه روش مقياس سازي

A Comprehensive Approach to Water Infiltration Based on the Scale Method

نفوذپذيري از مهم­ترين پارامترهاي فيزيكي خاك است، كه نقش مهمي در چرخه هيدرولوژي ايفا ميكند. تغييرپذيري مكاني خاك­ها در تحليل مسايل مربوط به جريان آب در خاك، در سطوح بزرگ مانند حوضه آبريز كاري بسيار مشكل و پرهزينه است. استفاده از روشهاي مقياس سازي راه ­حلي كاربردي در رابطه با مسايل تغييرپذيري خاك ها مي باشد. بعد از ارايه نظريه محيط ­هاي متشابه، روشهاي مقياس سازي براي غلبه بر مشكل تغييرپذيري خاكها ارايه شدند. در اين تحقيق، معادله ريچاردز در گستره وسيع رطوبتي (رطوبت اشباع تا مقدار باقي­مانده رطوبت) براي خاك­هاي شني حل شد و با استفاده از مقياس سازي نتايج حاصل از حل اين معادله، مقادير نفوذ تجمعي مقياس شده ارايه شد. اين مقادير با شكل سه ­جمله­ اي معادله فيليپ تقريب زده شد و با استفاده از مدل­هاي رگرسيوني، به ازاي هر جمله از اين معادله، رابطه اي تجربي براي نفوذ آب در خاك ارايه شد. سپس با استفاده از دو خاك شني و رسي و در رطوبت مشخص، عملكرد رابطه ­ي تجربي براي دو سناريوي زمان مقياس­ شده 0/1 و 0/01 كه شامل زمان­هاي كوتاه و طولاني مي­باشند سنجيده شد. از ميان چهار سناريوي موجود، بيش­ترين مقدار خطاي جذر ميانگين مربعات برابر 0053/0 براي خاك رسي و براي زمان­هاي طولاني به ­دست آمد. علت بالا بودن اين معيارنسبت به ساير سناريوها، تاثير نيروي ثقل در زمان­هاي طولاني محاسبه شده بود كه شرط كاربرد روش مقياس ­سازي مورد استفاده در پژوهش، عدم تاثير نيروي ثقل بر نيروي مويينگي مي­باشد. همچنين، رابطه نفوذ ارايه شده با مقايسه داده­هاي مزرعه اي اندازه گيري شده توسط بري و همكاران (Barry et al., 1995) روي خاك شني با ارتفاع ثابت آب روي سطح خاك و بوهنه و همكاران (Bohne et al.,1993) كه با استفاده از شبيه­ ساز باران، آزمايش نفوذ را انجام دادند، روي دو خاك رسي در شرايط كشت شده و بدون پوشش مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه رابطه مذكور قادر است تخمين قابل ­قبولي (با بيش­ترين خطاي جذر ميانگين مربعات 3%) نسبت به مقادير اندازه ­گيري شده نفوذ آب در خاك ارايه دهد.

Infiltration is one of the most important physical parameters of the soil, which plays an important role in the hydrological cycle. The locaton variability in analyzing issues of water flow in the soil, at large levels such as the catchment area, is very difficult and costly. The use of scaling methods is a practical solution to the problems of soil variability. After presenting the theory of similar environments, scaling methods were proposed to overcome the problem of soil variability. In this research, the Richards equation was solved in a wide range of moisture (saturated moisture up to the remaining moisture content) for sandy soil, and the scale of accumulated penetration values was presented using the scaling of the results of solving this equation. These values were approximated with the triple-form of the Philip equation and, using regression models, for each sentence of this equation, an empirical relation was established for water penetration in soil. Then, using two sandy soils and clay in a specific moisture, the experimental effect was measured for both scaled time scales of 0.1 and 0.01 which included short and long periods. Then, using two sandy soils and clay in a specific moisture, the experimental Efficiency was measured for both scaled time scales of 0.1 and 0.01 which included short and long periods evaluated. Of the four available scenarios, the highest mean square error value was obtained at 0.0053 for clay and for long periods of time. cuase to the fact that this criterion was high in relation to other scenarios, the effect of gravity was calculated in long periods of time. The condition of applying the scaling method used in the research is not the effect of gravity on the capillary force. Also, the influence of the proposed relationship with the comparison of field data measured by Barry et al. (1995) on a sandy soil with a fixed height of water on the soil surface of Boehne et al. (1993) using the Rain simulator , Conducted penetration tests on two clay soils under cultured and uncoated conditions was evaluated. The results showed that the aforementioned relationship can provide an acceptable estimate (with the highest root mean square error of 3%) compared to the measured values of water penetration in the soil.