تأثیر کاربری اراضی بر کارآیی برخی از مدل‌های نفوذ آب به خاک

Abstract

سابقه و هدف: نفوذ آب به خاک یکی از ویژگی‌های کلیدی در طراحی سامانه‌های آبیاری، پژوهش‌های هیدرولوژی، مدیریت منابع آب و حفاظت خاک، طراحی و اجرای پروژه‌های زهکشی و کنترل فرسایش در حوضه‌های آبخیز است. همچنین، سنجش دقیق مقادیر نفوذ آب به خاک با توجه به زمان برای برآورد آب ذخیره شده در ناحیه ریشه گیاه، اهمیت زیادی در طراحی و برنامه‌ریزی‌های آبیاری دارد. به همین خاطر پژوهشگران همواره دنبال ارائه‌ی مدلی مناسب برای بیان کمی نفوذ آب به خاک بودند. به دلیل اهمیت نفوذ آب به خاک، مدل‌های فیزیکی و تجربی گوناکونی به منظور برآورد این فرآیند در دهه‌های گذشته ارائه گردیده است. در پژوهش حاضر، عملکرد مدل‌های نفوذ گرین-آمپت، فیلیپ، هورتون، SCS، کوستیاکوف و کوستیاکوف-لوییز در برآورد نفوذ تجمعی و نیز وابستگی عملکرد آن‌ها به کاربرهای اراضی (زراعی، باغ و مرتع) در مشگین شهر استان اردبیل مورد ارزیابی قرار گرفت. <br /> مواد و روش‌ها: برای این منظور، داده‌های حاصل از آزمایش‌های نفوذپذیری به روش استوانه مضاعف در 82 نقطه واقع در مناطق متفاوت شهرستان مشگین استان اردبیل انجام شد. خاک‌های مورد مطالعه در رده‌های اریدی سول، اینسپتی سول، انتی سول و مالی سول قرار داشته و نوع کاربری اراضی نیز شامل زراعی، باغ و مرتع بود. بدین‌ترتیب، تعداد نفوذ اندازه‌گیری شده در کاربری‌های زراعی، باغی و مرتعی به ترتیب برابر 37، 25 و 20 نوع خاک بود. پارامترهای مدل‌های یاد شده به روش حداقل مجموع مربعات خطا تعیین گردید. به منظور بررسی دقت و صحت عملکرد مدل‌های مورد بررسی در برآورد نفوذ تجمعی، از آماره‌های ریشه میانگین مربعات خطا(RMSE)، انحراف معیار آماره‌ی RMSE (ُSDRMSE) و ضریب تبیین (R2) استفاده شد. <br /> نتایج و بحث: نتایج نشان داد که در مقایسه با سایر مدل‌ها، برآوردهای نفوذ تجمعی توسط مدل کوستیاکوف-لوییز از روند پایدارتری برخوردار بود و در هر سه کاربری مورد بررسی حایز رتبه‌ی نخست ارزیابی گردید (R2=.997/0، RMSE=206/0 و SDRMSE=201/0). با توجه به نتایج به دست آمده از ارزیابی کلی برآورد نفوذ تجمعی توسط مدل‌های نفوذ مورد بررسی در این پژوهش، مدل‌های کوستیاکوف-لوییز و هورتون به ترتیب در رتبه‌های اول و دوم، مدل‌های گرین-آمپت و سرویس حفاظت خاک آمریکا هر دو رتبه‌ سوم و مدل‌های کوستیاکوف و فیلیپ به ترتیب در رتبه‌های چهارم و پنجم ارزیابی قرار گرفتند. بنابراین، می‌توان گفت از بین مدل‌های نفوذ مورد بررسی، مدل کوستیاکوف-لوییز بهترین مدل برای بیان کمی فرآیند نفوذ آب به خاک است. یکی از دلایل برتری مدل کوستیاکوف-لوییز بیشتر بودن تعداد پارامترهای آن نسبت به مدل‌های SCS، کوستیاکوف، فیلیپ و گرین-آمپت به علت تعیین پارمترهای مدل‌های یاد شده به روش برازش می‌باشد. این ویژگی باعث انعطاف‌پذیری بیشتر این مدل نسبت به سایر مدل می‌گردد.