بررسي حركت آب از مسيرهاي ترجيحي خاك با استفاده از مدل توسعه داده شده كينماتيك، انتشار- وان گنوختن: مطالعه با روش بهينه سازي سراسري

سابقه و هدف: امروزه مشكل آلودگي آب و خاك يكي از عوامل تهديدكننده پايداري توليدات كشاورزي و حيات انسان و ساير موجودات زنده است. همچنين جريان ترجيحي آب و املاح، يكي از فرآيند هاي معمولي در خاك هاي اشباع و غيراشباع مي باشد كه به طور معمول سبب حركت سريع آلاينده ها و در نتيجه آلودگي آب هاي زيرزميني مي شود. از اين روي مدل هاي رياضي به طور گسترده اي در فيزيك خاك و هيدرولوژي براي پيش بيني حركت جريان هاي ترجيحي آب و آلاينده ها در نواحي غيراشباع خاك استفاده مي شوند. جريان هاي ترجيحي حاصل حركت آب از خلل و فرج درشت خاك، مانند سوراخ و كانال هاي زيرزميني هستند كه با فعاليت كرم ها و يا رشد ريشه گياهان به وجود مي آيند و سبب انتقال سريع آب و آلاينده ها به آب هاي زير زميني و درنتيجه آلودگي آنها مي شوند. براي پيش بيني روند و توضيح اين نوع جريان ها در خاك، در اينجا مدل رياضي توسعه يافته موج كينماتيك، انتشار- وان گنوختن (KDW-VG) كه حاصل نوآوري اين پژوهش مي باشد، معرفي مي شود. مواد و روش ها: در اين پژوهش آزمايش ها به صورت چهار بارندگي با شدت هاي 97/56، 64/107، 01/133 و 71/161 ميلي متر بر ساعت كه بر يك ستون خاك مي باريد انجام شد و شدت آب خروجي از انتهاي ستون خاك در مقابل رطوبت متحرك كل ستون ثبت مي شد. ضرايب مدل با كمينه كردن تابع خطاي بين مقادير مشاهداتي آزمايش و معادله پيش بيني شدت جريان با روش بهينه سازي سراسري تراكم ذرات (PSO) تعيين شدند. براي رسيدن به بهترين نتايج و كمينه ترين مقادير تابع خطا، راهكارهاي زيادي آزمون شد و مقادير مختلفي براي c1 و c2 كه به ترتيب ضرايب فردي و اجتماعي الگوريتم بهينه سازي هستند و در ايجاد نسل هاي بعدي پاسخ هاي پيشنهادي الگوريتم دخالت دارند، انتخاب و امتحان شد و همچنين معادله هاي مختلفي به عنوان وزن اينرسي، wكه براي كنترل سرعت حركت ذرات يا پاسخ ها در فضاي جستجو به كار مي رود، امتحان شد. يافته ها: پس از به كار بردن مقادير مختلفي براي c1 و c2، سرانجام مقادير 2/1 و4/2 به ترتيب براي c1 و c2 منجر به بهترين پاسخ ها يعني كمترين مقدار تابع خطا شدند. همچنين براي بهينه سازي، پس از بررسي نتايج معادله هاي مختلف، سرانجام از رابطه وزن اينرسي كاهش يابنده خطي براي تعيين وزن اينرسي كه توسط زين و همكاران در سال 2009 ارائه شد، استفاده گرديد (31). همچنين با توجه به نتايج، در همه شدت هاي بارندگي، الگوريتم بهينه سازي پس از حدود 3500 تلاش و ايجاد نسل هاي متوالي به بهترين پاسخ دست يافت. نتيجه گيري: به طور كلي نتايج نشان داد كه الگوريتم به كار رفته توانسته است در مدت زمان كوتاه و با دقت قابل قبولي ضرايب مدل عددي كينماتيك، انتشار- وان گنوختن را تعيين نمايد.