رابطه تجربی بین شاخه خشک و تر منحنی رطوبتی خاک با استفاده از مدل ون‌گنوختن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد گروه آبیاری و زهکشی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

توضیح کمی منحنی رطوبتی خاک برای مطالعه حرکت آب در بخش غیر اشباع خاک ضروری است. اندازه­گیری مستقیم رطوبت و پتانسیل ماتریک خاک، مستلزم صرف هزینه و زمان زیاد می­باشد. افزون بر این به­علت پدیده پسماند، اندازه­گیری رطوبتی در شاخه خشک شدن را نمی­توان برای رسم منحنی در شاخه مرطوب شدن به­کار برد. بنابراین استفاده از روشی غیر مستقیم برای پیدا کردن رابطه بین دو شاخه منحنی رطوبتی مورد احتیاج می­باشد. یکی از این روش­های غیر مستقیم، ایجاد و استفاده از توابع انتقالی خاک می­باشد. هدف از این پژوهش ارائه توابعی برای برآورد پارامترهای مدل ون­گنوختن در شاخه مرطوب شدن منحنی با استفاده از اطلاعات شاخه خشک منحنی رطوبتی می­باشد. اطلاعات مورد نیاز در این پژوهش از بانک اطلاعاتی خاک Unsoda جمع­آوری شده است. این اطلاعات شامل داده­های منحنی رطوبتی در حالت خشک و تر شدن و همچنین وزن مخصوص ظاهری 21 نمونه خاک در سه کلاس بافتی شنی (10نمونه)، لوم و لوم رسی (7نمونه) و لوم رس سیلتی (4نمونه) می­باشد. برای ایجاد توابع، کل نمونه­های خاک به­کار گرفته شد و در مرحله ارزیابی به­دلیل کم بودن تعداد نمونه­ها از ارزیابی متقاطع استفاده شد. نتایج نشان داد که پارامتر nw  در مدل ون­گنوختن با اطلاعات موجود با دقت خوبی برآورد شده و تابع معرفی شده برای پارامتر αw از عملکرد پایین­تری برخوردار بود. مدل ارائه شده برای برآورد پارامترهای مدل ون­گنوختن در شاخه مرطوب شدن منحنی رطوبتی، مقدار رطوبت را در پتانسیل­های کم بهتر برآورد می­کند. در پتانسیل­های بالاتر مدل مذکور مقدار رطوبت را کم­تر از مقدار واقعی برآورد کرد. نتایج مقایسه تابع انتقالی با مدل پسماند پارلانژ، عملکرد بهتر توابع انتقالی را در برآورد منحنی رطوبتی در شاخه مرطوب شدن نشان داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Empirical Relation between Drying and Wetting Branches of Soil Water Retention Curve by Using van Genuchten Model

نویسندگان [English]

  • M. S. Mahdian 1
  • Bijan Ghahraman 2
1 M.Sc. student, Ferdowsi University of Mashhad, College of Agriculture, Department of Irrigation and Reclamation
2 Professor, Ferdowsi University of Mashhad. College of Agriculture, Department of Irrigation and Reclamation
چکیده [English]

Quantification of soil water retention curve (WRC) is essential to study soil water movement in unsaturated soils. Direct measurement of soil moisture and matrix potential is too costly and time consuming. Moreover, due to the phenomenon of hysteresis, moisture in the drying branch cannot be used on wetting branch. Therefore, using the indirect method to find the relationship between the two branches of the WRC is needed. Development and use of the pedotransfer function (PTF) is one of the indirect methods. The purpose of this study was to provide a function for the parameters of van Genuchten model estimation in wetting branch using drying branch data. Required information in this research was collected from soil data base (Unsuda). These data include moisture retention curve data of drying and wetting and soil bulk density of 21 soil samples classified in sandy (10 samples), clay loam and loam (7samples), and silty clay loam (4samples) texture. To provide the functions, all samples were used. Results showed that nw in van Genuchten model was estimated with good accuracy, while the introduced function for the parameter αw had lower performance. The model obtained for estimation of the parameters of van Genuchten model in the wetting branch of WRC had a higher accuracy in low potentials. Results show that PTF are more powerful than Parlange hysteresis model for estimation of WRC in the wetting branch.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hysteresis
  • Pedotransfer function
  • Parlange model

مراجع

  1. خداوردیلو، حبیب و همایی، مهدی، ۱۳۸۱، اشتقاق توابع انتقالی خاک به منظور بر آورد منحنی رطوبتی، مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، شماره 11، ص 36-46.
  2. علیزاده، امین. 1386.فیزیک خاک.انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد.
  3. قربانی دشتکی ، شجاع و همایی، مهدی. ۱۳۸۱. برآورد پارامتریک توابع هیدرولیکی بخش غیر اشباع خاک با استفاده از توابع انتقالی. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، شماره 12، ص 1-16.
  4. Ahuja L.R., Nasy J.W., and Williams R.D. 1984. Scaling to characterize soil water properties and infiltration modeling. Soil Sci. Soc. Am. J. 48:970-973.
  5. Braddock, R. D., J. Y. Parlange, and J. Lee. 2001. Application of a soil water hysteresis model to simple water retention curves. Transport in Porous Media44:407-420.
  6. Brooks, R. H. and A. T. Corey. 1964. Hydraulic properties of porous media. Hydrology Paper No. 3. Colorado State University, Fort Collins.
  7. Campbell G.S. 1974. A simple method for determining unsaturated hydraulic conductivity from moisture retention data. Soil Sci. 117: 311-314.
  8. Dane, J. H. and P. J. Wierenga. 1975. Effect of hysteresis on the prediction of infiltration, redistribution and drainage of water in a layered soil. J. Hydrology. 25:229-242
  9. Haines, W. 1930. Studies in the physical properties of soil: The hysteresis effect in capillary properties, and the modes of moisture distribution associated therewith. J. Agric. Sci. 20:97–116.
  10. Haung ,G., and R. Zhang. 2005. Evaluation of soil water retention curve with the pore-solid fractal model. Geoderma. 127: 1
  11. Haverkamp R., and Parlange J.Y. 1986. Predicting the water- retention curve from particle size distribution. Soil Sci. 142:325-339.
  12. Heuvelmans, G.,  B. Muys1 and J. Feyen. 2005 Regionalisation of the parameters of a hydrological model:Comparison of linear regression models with artificial neural nets. Journal of Article in press.
  13. Hodnett, M. G. and Tomasella. J. 2002. Marked differences between van Genuchten soil water-retention parameters for temperate and tropical soils: a new water retention pedotransfer functions developed for tropical soils. Geoderma. 108: 155-180.
  14. Izady A., Ghahraman B., and Davari K.2009. Hysteresis: Phenomen and Modeling. Iran Agricultural Research, 28 :47-64.
  15. Maqsoud, A., B. Bussière, M. Mbonimpa, and M. Aubertin. 2004. Hysteresis effects on the water retention curve: A comparison between Laboratory results and predictive models. 57th Canadian Geotechnical Conference and 5th Joint CGS/IAH-CNC Conference
  16. Poulovassilis, A. 1961. Hysteresis of pore water: an application of the concept of independent domains. Soil Sci. 93:405-412.
  17. Rawls, W. J., and Brakensiek, D.L. 1982. Estimation soil water retention from soil water properties. Trans. ASAE., 108 (IR2):166-171.
  18. Saxton K.E., Rawls W.J., Romberger J.S., and Papendick R.I. 1986. Estimating generalized soil water characteristics from texture. Soil Sci. Soc. Am. J. 50: 1031-1036.
  19. J., M. G. Hodnett and L. Roseeta.2000. Pedotransfer functions for estimation of soil water retention in brizilian soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 64:327-338.
  20. Topp, G. C. and E. E. Miller. 1966. Hysteresis moisture characteristics and hydraulic conductivities for glass bead media. Soil Sci. Am. Proc. 30:156-162
  21. Van Genuchten, M. T. 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Am. J. 44:892-898.
  22. Wosten J.H.M., Pachepsky Ya.A., and Rawls W.A. 2001. Pedotransfer functions: bridging the gap between available basic soil data and missing soil hydraulic characteristics. J. Hydrol. 251:123-150.
پژوهش های خاک
دوره 27، شماره 4
اسفند 1392
صفحه 521-529

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار