ارزیابی سه مدل فراکتالی برای تعیین منحنی مشخصه آب خاک

Abstract

پارامترهای هیدرولیکی خاک (منحنی مشخصه آب خاک) برای تعیین حرکت آب و املاح در خاک از پایه‌های اساسی است که اندازه‌گیری مستقیم این ویژگی­ها زمان­بر و هزینه­بر است. برای حل این مشکل روش‌های غیر مستقیم ارائه شده است که یکی از این روش‌ها تحلیل فراکتالی است. مدل Pore- Solid Fractal (PSF) توسط پژوهشگران زیادی برای مدل‌سازی ساختار خاک و تابع نگهداری آب- خاک بکار برده شده است. مدل PSF یک بیان عمومی برای تابع نگهداری آب- خاک است که بصورت‌های خاص دیگری هم توسط پژوهشگران دیگر ارائه شده است. هدف این تحقیق ارزیابی تابع عمومی PSF بر اساس بعد فراکتالی با داده‌های مکش- آب خاک و مقایسه آن با مدل‌های بروکس – کوری و تایلر – ویت کرافت می باشد. در این تحقیق با استفاده از داده­های آزمایشگاهی اندازه­گیری شده که از منابع منتشر شده بدست آمد، منحنی مشخصه آب خاک برای خاک های مورد بررسی با تابعPSF ، حالت‌های خاص آن (بروکس – کوری و تیلر – ویت کرافت) بدست آمد. برای درک صحت نتایج بدست آمده، مقایسه‌ای بین رطوبت‌های پیش بینی شده از مدل های مورد بررسی و رطوبت‌های اندازه‌گیری شده برای خاک‌هایی از بانک UNSODA صورت گرفت. نتایج نشان داد که برای خاک های مورد بررسی تابع تیلر- ویت کرافت در مقایسه با تابع PSF و تابع <br /> بروکس-کوری تطابق بهتری را نشان می دهد. برای محاسبه مکش ورود هوا ( ) و رطوبت اشباع خاک ( ) نیز استفاده از هر کدام از معادلات PSF، و تیلر - ویت کرافت، و بروکس - کوری تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند. اما برای محاسبه بعد فراکتال ( ) استفاده از معادله تیلر - ویت کرافت توصیه می شود. با استفاده از پارامترهای زود یافت خاک مدل‌های ساده تجربی به صورت رابطه‌ای میان میانگین هندسی (d_g) و انحراف معیار هندسی (σ_g) ذرات خاک با و و بدست آمد. سپس به کمک آن برای خاک‌هایی از بانک UNSODA، معادله منحنی مشخصه تخمین زده شد. بدون توجه به بافت خاک تمامی رطوبت‌های حجمی پیش‌بینی و اندازه‌گیری شده با خط یک به یک مقایسه شدند. نتایج نشان داد که تفاوت معنی‌داری بین رطوبت پیش بینی شده ( ) و اندازه‌گیری شده ( ) با خط یک به یک وجود ندارد. بنابراین بنظر می‌رسد که مدل های ساده تجربی ارائه شده قادر است منحنی مشخصه آب خاک را با دقت قابل قبولی تخمین بزند.