ارایه رابطه‏ ای جامع برای نفوذ آب در خاک بر پایه روش مقیاس‏ سازی

Abstract

نفوذپذیری از مهم­ترین پارامترهای فیزیکی خاک است، که نقش مهمی در چرخه هیدرولوژی ایفا می‏کند. تغییرپذیری مکانی خاک­ها در تحلیل مسایل مربوط به جریان آب در خاک، در سطوح بزرگ مانند حوضه آبریز کاری بسیار مشکل و پرهزینه است. استفاده از روش‏های مقیاس‏سازی راه­حلی کاربردی در رابطه با مسایل تغییرپذیری خاک‏ها می‏باشد. بعد از ارایه نظریه محیط­های متشابه، روش‏های مقیاس‏سازی برای غلبه بر مشکل تغییرپذیری خاک‏ها ارایه شدند. در این تحقیق، معادله ریچاردز در گستره وسیع رطوبتی (رطوبت اشباع تا مقدار باقی­مانده رطوبت) برای خاک­های شنی حل شد و با استفاده از مقیاس‏سازی نتایج حاصل از حل این معادله، مقادیر نفوذ تجمعی مقیاس‏شده ارایه شد. این مقادیر با شکل سه­جمله­ای معادله فیلیپ تقریب زده شد و با استفاده از مدل­های رگرسیونی، به ازای هر جمله از این معادله، رابطه‏ای تجربی برای نفوذ آب در خاک ارایه شد. سپس با استفاده از دو خاک شنی و رسی و در رطوبت مشخص، عملکرد رابطه­ی تجربی برای دو سناریوی زمان مقیاس­شده 1/0 و 01/0 که شامل زمان­های کوتاه و طولانی می­باشند سنجیده شد. از میان چهار سناریوی موجود، بیش­ترین مقدار خطای جذر میانگین مربعات برابر 0053/0 برای خاک رسی و برای زمان­های طولانی به­دست آمد. علت بالا بودن این معیارنسبت به سایر سناریوها، تاثیر نیروی ثقل در زمان­های طولانی محاسبه شده بود که شرط کاربرد روش مقیاس­سازی مورد استفاده در پژوهش، عدم تاثیر نیروی ثقل بر نیروی مویینگی می­باشد. همچنین، رابطه نفوذ ارایه شده با مقایسه داده­های مزرعه‏ای اندازه‏گیری شده توسط بری و همکاران (Barry et al., 1995) روی خاک شنی با ارتفاع ثابت آب روی سطح خاک و بوهنه و همکاران (Bohne et al.,1993) که با استفاده از شبیه­ساز باران، آزمایش نفوذ را انجام دادند، روی دو خاک رسی در شرایط کشت شده و بدون پوشش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که رابطه مذکور قادر است تخمین قابل­قبولی (با بیش­ترین خطای جذر میانگین مربعات 3%) نسبت به مقادیر اندازه­گیری شده نفوذ آب در خاک ارایه دهد.