مقیاس‌سازی منحنی رطوبتی بروکس-کوری با استفاده از حداقل داده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

اندازه‌گیری منحنی رطوبتی در آزمایشگاه زمان­بر و پرهزینه می­باشد. به این دلیل پژوهش­گران روش­هایی را برای کاهش اندازه­گیری­ها ارائه کرده­اند. یکی از این روش­ها، مقیاس­سازی است. هدف از این تحقیق مقیاس­سازی منحنی رطوبتی به‌دست‌آمده با استفاده از مدل بروکس-کوری برای تمامی کلاس­های بافتی خاک است. در این روش به یک منحنی مرجع و مقدار رطوبت در یک مکش خاص مورد نیاز است. فاکتور مقیاس در این روش برابر با مقدار لگاریتم رطوبت در یک مکش خاص در خاک مرجع به مقدار لگاریتم رطوبت در همان مکش در خاک مورد نظر است. فاکتور مقیاس به‌دست‌آمده با این روش با فاکتور مقیاس به‌دست‌آمده از روش بهینه­سازی آماری مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق از داده­های 11 کلاس مختلف بافت خاک ارائه‌شده توسط رالز و همکاران استفاده شده است. نتایج نشان داد که فاکتور مقیاس به‌دست‌آمده بر اساس رطوبت  ،  و  نزدیک به فاکتور مقیاس بهینه است. مقدار میانگین مجموع مربعات خطا روش پیشنهادی برابر با 047/0 و روش بهینه­سازی برابر با 045/0 بود. مقدار میانگین خطای متوسط هندسی برای روش پیشنهادی و بهینه­سازی به ترتیب برابر با 024/1 و  047/1 بود. نتایج نشان داد که انتخاب منحنی مرجع اختیاری بوده و هریک از خاک­ها را می­توان به‌عنوان منحنی مرجع انتخاب کرد. در حالت خارج کردن از مقیاس، نیز منحنی رطوبتی به‌دست‌آمده با روش ارائه‌شده در این تحقیق با دقت مناسبی بر منحنی رطوبتی به‌دست‌آمده از مدل بروکس-کوری برازش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Scaling Brooks-Corey Soil Water Retention Curve Using Minimum Data

نویسندگان [English]

  • gholam Hosian Lakzaianpour
  • mohammad mahdi chari
  • Mahmood Tabatbaei
  • peyman Afrasiab
Water Engineering Department, Faculty of water and soil, University of Zabol, Zabol, Iran
چکیده [English]

Measuring the soil water retention curve in the laboratory is time consuming and costly. For this purpose, researchers have developed some methods to reduce measurements. One of these methods is scaling. The objective of this study is to scaling the soil moisture retention curve using Brooks-Corey model for all textural classes. This method requires a reference curve and the moisture content in a specified suction. In this method the scaling factor is the logarithm of water content in a specified suction (e.g.) in the reference soil to the logarithm of water content in the same suction of the proposed soil. The scaling factor obtained by the proposed method was evaluated with the scaling factor obtained by the statistical optimization method. In this study, 11 different soil texture classes data provided by Rawls et al. were used. The results showed that the scaling factor obtained based on the water content of ,  and  is close to the optimum scaling factor. The mean value of the sum of squares error for the proposed and optimization methods were 0.047 and 0.045, respectively. The mean value of the geometric mean error for the proposed and optimization methods were 1.024 and 1.047, respectively. The results showed that the reference curve is optional and each soil can be used as the reference curve. In the case of De-scaling, the soil water retention curve obtained by the proposed method was fitted very well to the one obtained from Brooks-Corey model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil Water Retention Curve
  • Scaling
  • Brooks-Corey
  • Soil Texture
Ahuja, L.R., and Williams, R.D. (1991). Scaling water characteristics and hydraulic conductivity based on Gregson-Hector-McGowab Approach. Soil Science Society of America Journal, 55: 308-319.
Babaei, F., Zolfaghari, A.S., Yazdani, M.R., and Sadeghipour, A. (2018). Spatial analysis of infiltration in agricultural lands in arid areas of Iran. Catena, 170, 25–35.
Brooks, R.H., and Corey, A.T. (1964). Hydraulic properties of porous media. Colorado State University, Fort Collins. Hydrology Paper No. 3, 27p.
Chari, M.M., Davari K., Ghahraman, B., and ziaiei, A. N. (2019). General  equation for advance and recession of water in border irrigation. Irrigation and Drainage, 68 (3), 676-687.
Ghahraman B., Sadeghi, M., and Gohardoust, M.R. (2012). Scaling  of water characteristic curves for dissimilar soils. Iranian Water Research, 9, 113-120 (In Farsi).
Gregson, K., Hector, D.J., and McGowan, M. (1987). A one-parameter model for the soil water characteristic. J. Soil Sience, 38,483-486.
Hendrayanto, K., Kosugi, K., and Mizuyama, T. (2000). Scaling hydraulic properties of forest soils. Hydrol. Process, 14, 521-538.
Khatri, K. L., and Smith, R. J. (2006). Real-time prediction of soil infiltration characteristics for the management of furrow irrigation. Irrigation Science, 25(1), 33-43.
Kosugi, K., and Hopmans, J.W. (1998). Scaling water retention curves for soils with lognormal pore-size distribution. Soil Science Society of America Journal, 62,1496-1504.
Kozak, J. A., and Ahuja. L. R. (2005). Scaling of infiltration and redistribution of water across soil textural classes. Soil Science Society of America Journal, 69(3), 816‐827.
Miller, E. E., and Miller, R. D. (1956). Physical theory for capillary flow phenomena. Journal of Applied Physics, 27(4), 324-332.
Pollacco, J. A. P., Webb, T., McNeill, S., Hu, W., Carrick, S., Hewitt, A., and Lilburne, L. (2017). Saturated hydraulic conductivity model computed from bimodal water retention curves for a range of New Zealand soils, Hydrol. Earth Syst. Sci., 21, 2725–2737.
Rawls, W.J., Brakensiek, D.L., and Saxton, K.E. (1982). Estimation of soil water properties. Trans. ASAE, 25:1315–1320.
Rieu, M., and Sposito, G. (1991). Fractal fragmentation, soil porosity and soil water properties: I. Theory. Soil Soil Science Society of America Journal, 55: 231 – 1238.
Sadeghi, M., Ghahraman, B., Warrick, A.W., Tuller. M., and Jones, S.B. (2016). A critical evaluation of the Miller and Miller similar media theory for application to natural soils. Water Resources Research, 52 (4), 1-18.
Sadeghi, M., Ghahraman, B., Ziaei, A.N., Davary, K., and Reichardt, K. (2012). Additional scaled solutions to Richards’ equation for infiltration and drainage. Soil and Tillage research,119, 60-69.
Tillotson, P.M., and Nielsen, D.R.  (1984). Scale factors in soil science. Soil Science Society of America Journal, 48(5), 953‐959.
Tuli, A., Kosugi, K., and Hopmans, J.W. (2001). Simultaneous scaling of soil water retention and unsaturated hydraulic conductivity functions assuming lognormal pore-size distribution. Advances in Water Resources 24, 677-688.
Tyler, S.W., and Wheatcraft. S. W. (1990). Fractal processes in soil water retention. Water Resource Res, 26(5), 1047‐1054.
Vogel, T., Cislerova, M., and Hopmans, J.W. (1991). Porous media with linearly hydraulic properties. Water Resources Research, 27(10), 2735-2741.
Warrick A.W., Mullen G.J., and Nielsen D.R. (1977). Scaling of field measured hydraulic properties using a similar media concept. Water Resources Research 13(2),355-362.
Williams, R.D., and Ahuja, L.R. (2003). Scaling and estimating the soil water characteristic using a one‐parameter model. In Y. Pachepsky, D. E. Radcliffe, and H. M. Salim, (Ed), Scaling Methods in Soil Physics, (pp.35‐48). Boca Raton, Fla.: CRC Press.
Zarrinfar, S. and Davari, K. (2012). Scaling of the soil-water characteristic curve using non-similar media concept. Journal of Water and Soil, 25(6), 1448-1456. (In Farsi).