-
طی سال های اخیر مطالعه نبکا در بوم نظام (اکوسیستم) بیابانی از منظر علائمی از تخریب به روشی سازگار با شرایط بیابانی و ایجاد پایداری در این عرصه تغییر یافته است. رویش گیاه در شرایط بیوم بیابان بسیار محدود است، اما با ایجاد نبکا، شرایط بوم شناختی (اکولوژیک) تغییر می کند و شرایط رشد گیاه بیشتر فراهم می شود. نتیجه این تغییرات ایجاد اولین حلقه زنجیره غذایی ناشی از رشد گیاه و تغییر در ویژگی های فیزیکی و شیمیایی، بیلان آب سطح اراضی است که در اثر نهشته های بادی ایجاد می شود. پژوهش حاضر با هدف تعیین تاثیر نبکا های دو گونه ارمک (Ephedra strobilacea) و گز (Tamarix ramosissima)بر نفوذ آب به خاک در مقایسه با منطقه شاهد (بستر اصلی بین نبکاها)، در محدوده 10 کیلومتری اطراف شهرستان ابرکوه در استان یزد انجام شد. علاوه بر آن مدل های هیدرولوژی متعددی وجود دارد که براساس مدل های نفوذ نظیر گرین-امپت یا هورتون به برآورد مقدار نفوذ و رواناب سطحی می پردازد. بدین منظور، ابتدا موقعیت گونه های مورد مطالعه که تشکیل نبکا داده بودند، شناسایی شد. ویژگی های خاک شناسی رویشگاه گونه های تشکیل دهنده نبکا، پس از حفر سه پروفیل خاک، مطالعه و نمونه برداری شد. نفوذ عمودی آب در خاک به کمک استوانه های مضاعف فلزی در حدفاصل نبکاها یا بستر اصلی ایجاد نبکا (به عنوان شاهد) و بر روی توده نبکا در دو گونه منتخب انجام شد. نفوذ لحظه ای و تجمعی مقایسه شد و ضرایب مدل های نفوذ هورتون و گرین- امپت محاسبه شد. نفوذ نهایی در نبکای گز و ارمک cm/hr 24 اندازه گیری شده است. نفوذ نهایی در شرایط بستر رویشگاه های گز و ارمک (حدفاصل نبکاها) به ترتیب cm/hr 6/3 و cm/hr7 به دست آمد. به این ترتیب مقدار نفوذ نهایی در نبکای گز نسبت به شاهد 7/6 برابر و این مقدار برای ارمک 4/3 برابر به دست آمد. پس توده نبکا نقش قابل ملاحظه ای در نفوذ و ذخیره اندک بارندگی موجود در مناطق خشک را دارد. کارایی دو مدل با استفاده از شاخص های کارایی ناش- ساتکلیف و نسبت میانگین مربع خطا به انحراف از معیار مشاهدات محاسبه شد. مدل های هورتون و گرین- امپت در شرایط نبکای گز و ارمک دارای کارایی و برآورد خیلی خوب و خوب است. اما مدل ها در بستر رویشگاه ها از دقت کمتری برخوردار است. دلیل این اختلاف را می توان در همگونی بیشتر لایه های خاک در نبکا دانست. ذرات تشکیل دهنده نبکا بادرفتی با جورشدگی و یکنواختی بیشتری می باشد و فاقد لایه بندی مشخص است. مدل های هورتون و گرین امپت نیز برای چنین شرایطی تعریف شده اند، بنابراین حضور نبکا موجب افزایش قابلیت نفوذ پذیری آب در خاک می شود و برآورد مدل ها در این مناطق دقیق تر است.
کلید واژگان: نفوذپذیری, گلدان بیابانی, هیدروپدولوژی, هورتون, گرین, امپتIn recent years, the idea of nebkhas as a degradation index changed to signs of adaption and stability in desert conditions. Plants growth condition is very restricted in desert biomes, but nebkhas ecologically provide a better condition for some plants to grow. Nebkhas also change physical and chemical properties of the soil and also water balance conditions. In this study infiltration rate was compared between nebkhas formed by Ephedra strobilacea and Tamarix ramosissima and soil between nebkhas in Abarkouh area located in Yazd province. In addition, there are many hydrological models that use Green-Ampt or Horton equations for forecasting surface runoff. So this study also evaluated the efficiency of Green-Ampt or Horton equations. At the first, the locations of each nebkhas were recognized and soil of nebkhas and the soil between nebkhas were sampled. Soil samples were then delivered to the laboratory and main physico-chemical characteristics of all samples were measured. Infiltration rate was measured by double ring between nebkhas (bare) and in the nebkhas of the two species. Horton and Green-Ampt constants were also calculated. Infiltration models efficiency were analyzed by calculation of Nash-Sutcliffe coefficient and RMSE-Standard Deviation of Observation (RSR). Final permeability was measured at about 24 cm/hr for Ephedra strobilacea and Tamarix ramosissima nebkhas. Final permeability for between nebkhas (bare) of Tamarix ramosissima and Ephedra strobilacea were measured 3.6 and 7 cm/hr, respectively. Final permeability for Ephedra strobilacea and Tamarix ramosissima nebkhas was 6.7 and 3.4 times more than between nebkhas. It is concluded that nebkha play an important role in water infiltration and water resources in desert areas. Nash Sutcliffe ranges showed Green-Ampt and Horton models are in acceptable levels of performance for predicting infiltration rate of Tamarix ramosissima and Ephedra strobilacea nebkhas. However, the models show less accuracy for soil between nebkhas (bare), because of soil stratifying. The cause of these differences is that Aeolian materials of nebkhas sorted by wind show homogenous texture compared with the layered soil of between nebkhas. Horton and Green -Ampt models assumptions have conformity with homogenous soils.Keywords: Infiltration rate, Desert pots, Hydropedology, Horton, Green –Ampt -
شیوه ی نفوذ آب به خاک و تغییر و چگونگی آن یکی از ویژگی های کلیدی در طراحی سامانه های آبیاری، مدیریت منبع آب و حفاظت خاک و مهار فرسایش خاک در آبخیز ها است. به دلیل اهمیت موضوع، در این پژوهش به بررسی تغییر نفوذپذیری در خاک سطحی سازندهای زمین شناسی و ارزیابی مدل های نفوذپذیری در آن ها پرداخته شده است. از استوانه های دوتایی برای اندازه گیری نفوذ در خاک سطحی برخی سازند های زمین شناسی آبخیز الشتر به دلیل سیل خیز بودن، بهره برده شد. بعد از سنجیدن اندازه ی نفوذ، عمل کرد مدل های گرین-آمپت اصلاح شده، فیلیپ، کوستیاکوف، حفاظت خاک آمریکا و هورتون در برآوردکردن نفوذپذیری با معیارهای ریشه ی میانگین مربع های خطا، ضریب کارآیی مدل، و ضریب همبستگی ارزیابی شد. نتیجه نشان داد که نفوذ تجمعی، متوسط سرعت نفوذ و سرعت نفوذ نهایی در خاک سطحی سازند زمین شناسی آسماری (Oml) از دیگر سازندها بیش تر است، و بعد از آن سازند های دوران چهارم Q و Qt بود. نتیجه ی مقایسه ی مدل ها نشان داد که دقت و صحت مدل گرین-آمپت اصلاح شده به ترتیب در سازند های آغاجاری (Mpaj و Muplaj) گچساران (M)، گروه خامی (Jk,Mz)، پابده (El)، و بختیاری (Plb)، با ضریب کارآیی 93/9، 94/4، 95/9، 97/6، 87/7 و 92/7 % نسبت به دیگر مدل ها پذیرفتنی بود، و مدل برتر شناخته شد. در خاک سطحی سازند های Q و Oml مدل کوستیاکوف به ترتیب با ضریب کارآیی 0/776 و 0/705 و در Qt مدل هورتون با ضریب کارآیی 0/925 مناسب تر از دیگر مدل ها بود. از این مدل ها می توان برای کمی سازی مقدار نفوذ و تخمین زدن اندازه ی روان آب در سازند های گوناگون زمین شناسی بهره برد.
کلید واژگان: استان لرستان, استوانه های دوتایی, الشتر, مدل کوستیاکوف, مدل گرین-آمپت, نفوذپذیریSoil infiltration is one of the key processes in the design of irrigation systems, water resources management, soil conservation, and erosion control in watershed management. As to the importance of the mentioned subject, infiltration changes and modeling were investigated on the surface soil of geological formations in this study. The double-ring infiltrometer was used to measure the infiltration rate in the surface soil of some geological formations on the Alashtar Watershed due to the flooding potential of the area. The performance of the modified Green-Ampt, Philip, Kostiakov, the US Soil Conservation Service (SCS), and the Horton models were evaluated in estimating the infiltration rate in the surface soils formed or deposited on those formations. The results indicated that the Asmari Formation (Oml) had a higher cumulative infiltration, average infiltration rate, terminal infiltration rate than other formations. This was followed by the Quaternary Formations (Q and Qt). The results indicated that the modified Green-Ampt model had an acceptable accuracy as compared to other models in estimating infiltration in the Pabdeh (EL), the Khami Group (Jk, Mz), the Gachsaran (M), the Aghajari (Muplaj, Mpaj), and the Bakhtyari (Plb) Formations with efficiency coefficients of 93.9, 94.4, 95.9, 97.6, 87.7, and 92.7%, respectively. The Kostiakov model was more suitable for the Q and Oml Formations, and the Horton model was the best for the Qt Formation (C.C= 0.925), which may be used to quantify the amount of infiltrated water and to estimate the runoff volume for the soils formed or deposited on those formations different on the mentioned geological formations.
Keywords: Aleshtar, Double Ring, Green-Ampt Model, infiltration, Kostiakov Model, Lorestan province -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و ششم شماره 4 (پیاپی 102، زمستان 1401)، صص 319 -334
رواناب با سپری شدن مدت زمانی پس از بارندگی شکل گرفته و تا حد زیادی وابسته به شدت بارندگی، رطوبت خاک و شیب است. یکی از سوال های اساسی در مورد رواناب، زمان شروع ایجاد آن است. در این پژوهش با کمک دستگاه شبیه ساز بارش به بررسی آزمایشگاهی زمان شروع رواناب در خاک لوم شنی در شرایط مختلف پرداخته شد. پارامترهای شدت بارش (60، 80 و 100 میلی متر بر ساعت) و شیب (0 و 5 درصد) مورد ارزیابی قرار گرفتند. بارندگی بر روی سه نوع تیمار خاک کاملا خشک (Sdry)، خاک خشکی که 24 ساعت قبل از آزمایش اشباع شده (S24hrlag) و خاک خشکی که 48 ساعت قبل از آزمایش اشباع شده (S48hrlag) ایجاد شد. در مجموع 18 آزمایش روی این خاک انجام شد. در پایان هر آزمایش، رطوبت خاک اندازه گیری شد. نتایج آزمایشگاهی با مدل عددی گرین- آمپت مقایسه شد. با توجه به نتایج آزمون همبستگی کندال و اسپیرمن هر چه شدت بارش بیشتر باشد، زمان شروع رواناب کمتر است. همچنین، در شیب 5 درصد برای هر سه نوع وضعیت خاک شروع رواناب در زمان سریع تری ایجاد می شود. همچنین، نتایج زمان شروع رواناب در خاک با 48 ساعت تاخیر در بارش نسبت به خاک با 24 ساعت تاخیر در بارش به حالت خاک خشک در تمامی شدت بارش ها و شیب ها نزدیک تر است. بنابراین، می توان این تحلیل را داشت که در آزمایش های مربوط به 24 ساعت تاخیر، زمان شروع رواناب کاهش پیدا می کند. درحالی که در آزمایش های با 48 ساعت تاخیر تفاوت زیادی با خاک کاملا خشک نداشت. همچنین، نتایج روش گرین- آمپت با نتایج آزمایشگاهی نزدیک به هم است (R2=0.9775) و حداکثر اختلاف 4/8 دقیقه ای بین دو روش مذکور وجود دارد. پس می توان با روش گرین- آمپت برای محاسبه زمان شروع رواناب در خاک لوم شنی در حالت های مختلف شدت بارش و شیب بستر استفاده کرد.
کلید واژگان: زمان آغاز رواناب, خاک لوم شنی, مدل گرین- آمپت, شبیه ساز بارشRunoff is formed by spending some time after rain and significantly depends on rainfall intensity, soil moisture, and slope. One of the fundamental questions about runoff is the time that it starts to create. In this research, the runoff start time in sandy loam soil was evaluated experimentally under different conditions using a precipitation simulator machine. The rainfall intensity parameters of (60, 80, and 100 millimeters per hour) and the slope of (0 and 5 percent) were investigated. The rainfall was created in the three soil treatment types completely dry (Sdry), the dry soil that had been saturated 24 hours before the test (S24hrlag), and the dry soil that had been saturated 48 hours before the test (S48hrlag). Eighteen tests were conducted on this soil. At the end of each test, the soil moisture was measured. The experimental results were compared with the numerical model of Green-Ampt. According to the Kendall and Spearman correlation test results, as the rainfall be intense, the start time of the runoff is lower. Also, the runoff starts at a faster time in the slope of 5 percent for every three types of soil. Also, the results of starting time of the runoff in the soil with a delay of 48 hours in the rain compared to the soil with a delay of 24 hours in the rain are closer in all of the rainfall intensity and slopes compared to the case of dry soil. Therefore, in the experiments related to a delay of 24 hours, the time of the start of runoff decreases. While in tests with a delay of 48 hours, it was not much different from completely dry soil. Also, the Green-Ampt results are close to the experimental results (R2=0.9775), and the maximum difference between the two mentioned methods is 4.8 minutes. Therefore, it can be used with the Green-Ampt method to calculate the start time of runoff in sandy loam soil in different states of rainfall intensity and bed slope.
Keywords: Runoff start time, Sandy loam soil, Green-Ampt model, Precipitation simulator -
نفوذ از جمله پدیده های مهمی است که متاثر از پارامتر های فیزیکی و هیدرولیکی خاک می باشد. به واسطه هزینه زیاد و زمان بر بودن اندازه-گیری نفوذ، تخمین نفوذ با استفاده از مدل های نفوذ منطقی به نظر می رسد. همچنین با توجه به تغییرپذیری رطوبت خاک در اثر عوامل مختلف، تعیین مدلی مناسب جهت تخمین صحیح نفوذ حائز اهمیت می باشد. لذا تحقیق حاضر با هدف تعیین حساسیت مدل های نفوذ کوستیاکوف، فیلیپ، هورتون، سازمان حفاظت خاک آمریکا و گرین-آمپت اصلاح شده نسبت به سطوح مختلف رطوبتی انجام شد. این مطالعه در منطقه ای واقع در بخش مورموری استان ایلام و با لحاظ شرایط همگنی خاک و شیب انجام شد. در این تحقیق با ایجاد چهار سطح رطوبتی شاهد، 5، 10 و 15 لیتر در کرت-هایی به ابعاد یک متر مربع، اندازه گیری نفوذ با استفاده از روش استوانه های مضاعف صورت گرفت. در ادامه با استفاده از معیار های سنجش خطا شامل درصد خطای نسبی (RE)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب کارایی (EF) و ضریب تبیین (R2) مدل برتر انتخاب گردید. نتایج نشان داد که در مجموع مدل کوستیاکوف در سطوح مختلف رطوبت خاک، تخمین بهتری را از میزان نفوذ در مقایسه با سایر مدل ها از خود نشان داده است. ولی مدل های فیلیپ، سازمان حفاظت خاک آمریکا و مدل هورتون با افزایش مقدار رطوبت خاک، مقدار نفوذ را با دقت بالاتری برآورد می نماید. در مجموع مدل سازمان حفاظت خاک آمریکا نسبت به سایر مدل ها کمترین حساسیت را به تغییر سطوع رطوبتی داشته است. بنابراین مدل های کوستیاکوف و فیلیپ به عنوان مدل های مناسب برای تخمین نفوذپذیری خاک توصیه می شوند.
Infiltration is one of the most important phenomena which is affected by the soil physical and hydraulic characteristics. Measurement of infiltration needs the high cost and is time consuming, therefore estimation of infiltration is necessary. Also, due to variability of soil moisture, it is important to determine the appropriate model for the estimating the infiltration rate. The present study was carried out for determining the sensitivity of infiltration models including Kostiakov, Philip, Horton, Soil Conservation Service (SCS) and modified Green – Ampt models at different levels of the soil moisture. To consider the homogeneity of soil and slope, this research carried out in Mour Mouri region, of Ilam province. In this study the infiltration rate was measured by using Double Ring Infiltrometer in the prepared plats (1 m2) at four levels of soil moisture, including control (0), 5, 10 and 15 liters. Afterward the best model was selected by some criteria of error assessment, such as percentage of relative error (RE), root mean square error (RMSE), modeling efficiency coefficient (EF) and coefficient of determination (R2). The results showed that generally, the Kostiakov model can estimate the infiltration rate better than other infiltration models with increasing the soil moisture, the precision of Horton model increased. -
فرایند ورود آب از سطح زمین به داخل خاک را نفوذ می گویند. نفوذ به عنوان یک فرایند مهم در چرخه هیدرولوژیکی می تواند به رواناب سطحی اضافه شود و یا آب های زیرزمینی را تغذیه نماید. طی سال های گذشته اهمیت فرایند نفوذ باعث شده که به منظور پیش بینی میزان نفوذ، مدل های عددی زیادی توسعه پیدا نمایند. محدوده این مدل های نفوذ از مدل های تجربی تا مدل های با مبنای فیزیکی می باشند. جدی ترین مسئله مربوط به مدل سازی نفوذ یک حوزه آبخیز این است که تغییرپذیری مکانی خاک، چگونه تفسیر شود. در این پژوهش ابتدا با استفاده از داده های میدانی 27 آزمایش نفوذسنجی استوانه مضاعف، فرایند نفوذ توسط مدل های مختلف نفوذ مدل سازی شده و مناسب ترین مدل از لحاظ برازش با داده های مشاهداتی در حوزه آبخیز داراب کلا انتخاب گردید. در ادامه با استفاده از تکنیک های زمین آمار، تغییرپذیری مکانی پارامترهای مناسب ترین مدل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که از بین مدل های مختلف، مدل گرین - امپت با مقدار RMSE کمتر به عنوان بهترین مدل انتخاب شد. بنابراین پارامترهای هدایت هیدرولیکی اشباع (KS) و پتانسیل مکش خاک در جبهه رطوبتی خاک (Sw) برای تمامی نقاط مورد آزمایش محاسبه گردید. ارزیابی تغییرپذیری مکانی این پارامترها نشان داد که پارامتر Ks و Sw دارای میزان وابستگی مکانی به ترتیب 49/0 و 25/0 بودند. این ارقام بیان گر وابستگی مکانی متوسط هر دو پارامتر می باشد. همچنین بررسی نقشه های میان یابی این پارامترها نیز نشان داد که در قسمت های بالادست حوزه که کاربری جنگل وجود دارد، هدایت هیدرولیکی اشباع دارای مقادیر بیشتر (cm/hr 69/2-57/1) و پتانسیل مکش خاک در جبهه رطوبتی دارای مقادیر کمتری (cm 37/17-12/12) نسبت به سایر نقاط حوزه می باشد.
کلید واژگان: نفوذ, مدل گرین, امپت, زمین آمار, حوزه آبخیز داراب کلاInfiltration is the process of water penetration from the ground surface into the soil and is an important process in the hydrological cycle by which surface runoff and groundwater recharge can be linked. Over the years، the importance of the infiltration process resulted in the development of several simplified analytical models for predicting infiltration. These infiltration models range from entirely empirical to physically based models. The most serious problem associated with infiltration modelling of a catchment is how to express the spatial soil variability. In the present study، various infiltration models were fitted to the observed infiltration data of 27 double ring infiltrometer tests and the best-fit infiltration model for Darabkola watershed was identified and evaluated. In addition، the spatial variability of the selected infiltration model parameters was analyzed using the geostatistical techniques. Results showed that among of four models، the Green - Ampt model could determine the infiltration rate with smallest values of RMSE. Hence، saturated hydraulic conductivity parameter (KS) and suction head at the wetting front (Sw) were estimated for all the test points. Evaluation of spatial variability of these parameters indicated that parameters KS and Sw had the spatial dependencies of 0. 49 and 0. 25 respectively، showing medium spatial dependencies of both parameters. Also، investigation of interpolation parameter maps showed that in the upland with forest land use، relative to other areas in the watershed، the saturated hydraulic conductivity (KS) and suction head at the wetting front (Sw) have larger (1. 57-2. 69 cm/hr) and smaller values (12. 12-1737 cm)، respectively.Keywords: Infiltration, Green, Ampt Model, Geostatistic, Darabkola river basin -
فرآیند ورود آب از سطح زمین به داخل خاک را نفوذ می گویند. طی سال های گذشته اهمیت فرآیند نفوذ به عنوان یک فرآیند مهم در چرخه هیدرولوژیک باعث شده که به منظور پیش بینی میزان نفوذ، مدل های عددی زیادی توسعه پیدا نمایند. جدی ترین مسئله مربوط به مدل سازی نفوذ یک حوزه آبخیز این است که تغییرپذیری مکانی خاک، چگونه تفسیر شود. در این پژوهش ابتدا با استفاده از داده های میدانی 27 آزمایش نفوذسنجی استوانه مضاعف، فرآیند نفوذ توسط مدل های مختلف نفوذ مدل سازی شده و مناسب ترین مدل از لحاظ برازش با داده های مشاهداتی در حوزه آبخیز داراب کلا انتخاب گردید. در ادامه با استفاده از تکنیک های زمین آمار، تغییرپذیری مکانی پارامترهای مناسب ترین مدل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که از بین مدل های مختلف، مدل گرین - امپت با مقدار RMSE کمتر به عنوان بهترین مدل انتخاب شد. بنابراین پارامترهای هدایت هیدرولیکی اشباع (KS) و پتانسیل مکش خاک در جبهه رطوبتی خاک (Sw) برای تمامی نقاط مورد آزمایش محاسبه گردید. ارزیابی تغییرپذیری مکانی این پارامترها نشان داد که پارامتر Ks و Sw دارای میزان وابستگی مکانی به ترتیب 49/0 و 25/0 بودند. این ارقام بیان گر وابستگی مکانی متوسط هر دو پارامتر می باشد. همچنین بررسی نقشه های میان یابی این پارامترها نیز نشان داد که در قسمت های بالادست حوزه که کاربری جنگل وجود دارد، هدایت هیدرولیکی اشباع دارای مقادیر بیشتر (cm/hr 69/2-57/1) و پتانسیل مکش خاک در جبهه رطوبتی دارای مقادیر کمتری (cm 37/17-12/12) نسبت به سایر نقاط حوزه می باشد.
Infiltration is the process of water penetration from the ground surface into the soil and is an important process in the hydrological cycle by which surface runoff and groundwater recharge can be linked. Over the years، the importance of the infiltration process resulted in the development of several simplified analytical models for predicting infiltration. These infiltration models range from entirely empirical to physically based models. The most serious problem associated with infiltration modelling of a catchment is how to express the spatial soil variability. In the present study، various infiltration models were fitted to the observed infiltration data of 27 double ring infiltrometer tests and the best-fit infiltration model for Darabkola watershed was identified and evaluated. In addition، the spatial variability of the selected infiltration model parameters was analyzed using the geostatistical techniques. Results showed that among of four models، the Green - Ampt model could determine the infiltration rate with smallest values of RMSE. Hence، saturated hydraulic conductivity parameter (KS) and suction head at the wetting front (Sw) were estimated for all the test points. Evaluation of spatial variability of these parameters indicated that parameters KS and Sw had the spatial dependencies of 0. 49 and 0. 25 respectively، showing medium spatial dependencies of both parameters. Also، investigation of interpolation parameter maps showed that in the upland with forest land use، relative to other areas in the watershed، the saturated hydraulic conductivity (KS) and suction head at the wetting front (Sw) have larger (1. 57-2. 69 cm/hr) and smaller values (12. 12-1737 cm)، respectively.Keywords: Infiltration, Green, Ampt Model, Geostatistic, Darabkola river -
نفوذپذیری از جمله مهمترین متغیرهای فیزیکی خاک ها و داده ای بنیادین در کلیه مدل های بارش و رواناب به منظور تعیین تلفات آب در سطح حوزه های آبخیز می باشد. اما اندازه گیری آن بسیار وقت گیر و پرهزینه بوده به همین دلیل برآورد مقادیر نفوذپذیری خاک ها توسط مدل های مختلف همواره از دغدغه های پژوهشگران بوده است. در این پژوهش به منظور تعیین بهترین معادله نفوذ در سطح حوضه آبخیز امامه، با استفاده از دستگاه شبیه ساز بارش مقادیر نفوذپذیری ناشی از شبیه سازی یک رخداد بارش به مدت 90 دقیقه اندازه گیری و به روش بهینه سازی مربعات خطا، پارامترهای پنج مدل نفوذپذیری کوستیاکوف، گرین امپت، هورتون، سرویس حفاظت منابع طبیعی امریکا (NRCS) و فیلیپ در چهار کاربری اراضی شامل باغی، کشاورزی، مرتع و آیش و سه کلاس بافت شنی رسی لومی، لومی، شنی لومی محاسبه شد. سپس مقادیر نفوذ تجمعی برآوردی مدل های مختلف با استفاده از 8 آماره مختلف مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی نتایج نشان داد که مدل های کوستیاکوف و NRCS بهترین عملکرد را در برآورد دقیق تر مقادیر نفوذ تجمعی در کل حوضه آبخیز داشت و دارای روند پایدارتری در برآورد نفوذ تجمعی در کاربری های مختلف بود. مدل هورتون در رتبه بعدی در کل حوضه قرار گرفت. به طور کلی مدل های تجربی (کوستیاکوف، هورتون و سرویس حفاظت خاک امریکا (NRCS)) در این حوضه عملکرد واقع بینانه تری در برآورد مقادیر نفوذ تجمعی نسبت به مدل های با پایه فیزیکی (مدل های گرین امپت و فیلیپ) از خود نشان دادند.
کلید واژگان: حوضه آبخیز امامه, شبیه ساز باران, کاربری اراضی, کلاس های بافتیInfiltration is one of the most important soil physical variables and basic data in rainfall–runoff models for water loss determination in watersheds. Its measurement is، however، time consuming and costly. For this reason، soils infiltration rates determination by different models is always a serious concern to researchers. In this research، a single event precipitation was measured using rainfall simulator during a 90-minute rainfall for determination of the best infiltration equation in watershed scale. The parameters of five infiltration models namely Kostiakov، Green-Ampt، Horton، NRCS and Philip، were estimated by sum of squared error optimization for four different land uses and three soil textures of sandy clay loam، loam، and sandy loam. The cumulative infiltration rates estimated from the different models were compared using eight different statistics. The results showed that the Kostiakov and NRCS models had the highest priority score and the most permanent trend for accurate estimating of cumulative infiltration rate in different land uses whereas the Horton model was situated in the next position. Overall، the empirical models (Kostiakov، NRCS and Horton models) had the more realistic efficiency than the physical models (Green-Ampt and Philip models).Keywords: Amameh watershed, Land use, Rainfall simulator, Soil texture classes -
وقتی جریان سیلابی در یک رودخانه فصلی به راه می افتد در اثر نفوذ از بستر و کناره ها، حجم سیلاب کاهش می یابد. این کاهش حجم سیلاب تلفات انتقال نامیده می شود. به منظور تخمین تلفات نفوذ در این تحقیق مدلی کامپیوتری برای مقاطع نامنظم رودخانه ای تهیه شده است که در آن معادله های دیفرانسیل جزئی سنت ونانت پس از خطی شدن، با روش تفاضل های محدود حل می شوند. برای برآورد تلفات انتقال رابطه گرین-آمپت در مدل مذکور با معادله های جریان غیر ماندگار جفت شده است. پس از صحت سنجی مدل به برآورد مقدار تلفات نفوذ بعد از یک رخداد سیل 65 ساعته در بازه ای از رودخانه قره سو به طول تقریبی 18 کیلومتر با 60 مقطع عرضی پرداخته شد. نتایج این شبیه سازی نشان داد که وقتی از رابطه گرین-آمپت برای محاسبه نفوذ استفاده می شود می توان مقدار نفوذ را با دقت خوبی محاسبه نمود. با استفاده از این مدل مقدار تلفات انتقال بر اثر نفوذ در بازه مورد نظر 1400000 مترمکعب محاسبه گردید که حدود 75/2 درصد از حجم سیلاب ورودی به بازه می باشد. همچنین با استفاده از این مدل مقدار عمق نفوذ تجمعی و شدت نفوذ در هر یک از مقاطع در طول مسیر رودخانه قابل محاسبه و برآورد است.کلید واژگان: تلفات انتقال, گرین, آمپت, معادله های سنت - ونانتVolume of flooding flow volume in ephemeral streams decreases due to evaporation as well as the channel wall and bed penetration. This process is known as transmission losses. In this study, a model is developed to estimate the transmission losses in irregular sections of rivers, in which a finite difference scheme is used to solve Saint-Venant equations. In this model, for estimating the transmission losses, the Green-Ampt equation is coupled with Saint-Venant equations. After verification of model, the transmission losses at Gharesoo river with 18 KM length and 60 cross sections after 65 hours flood event is evaluated. The results showed that the Green-Ampt equation can predict transmission losses with good accuracy. Using model the transmission losses equal to 1400000 cubic meters is computed which is 2.75% of input flood volume to the reach. Also this model is enabled to evaluate the infiltration rate and cumulative infiltration depth.Keywords: Transmission losses, Green, Ampt, Saint, Venant equations
-
سابقه و هدفنفوذ آب به خاک یکی از ویژگی های کلیدی در طراحی سامانه های آبیاری، پژوهش های هیدرولوژی، مدیریت منابع آب و حفاظت خاک، طراحی و اجرای پروژه های زهکشی و کنترل فرسایش در حوضه های 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 برنامه ریزی های آبیاری دارد. به همین خاطر پژوهشگران همواره دنبال ارائه ی مدلی مناسب برای بیان کمی نفوذ آب به خاک بودند. به دلیل اهمیت نفوذ آب به خاک، مدل های فیزیکی و تجربی گوناکونی به منظور برآورد این فرآیند در دهه های گذشته ارائه گردیده است. در پژوهش حاضر، عملکرد مدل های نفوذ گرین-آمپت، فیلیپ، هورتون، SCS، کوستیاکوف و کوستیاکوف-لوییز در برآورد نفوذ تجمعی و نیز وابستگی عملکرد آن ها به کاربرهای اراضی (زراعی، باغ و مرتع) در مشگین شهر استان اردبیل مورد ارزیابی قرار گرفت.مواد و روش هابرای این منظور، داده های حاصل از آزمایش های نفوذپذیری به روش استوانه مضاعف در 82 نقطه واقع در مناطق متفاوت شهرستان مشگین استان اردبیل انجام شد. خاک های مورد مطالعه در رده های اریدی سول، اینسپتی سول، انتی سول و مالی سول قرار داشته و نوع کاربری اراضی نیز شامل زراعی، باغ و مرتع بود. بدین ترتیب، تعداد نفوذ اندازه گیری شده در کاربری های زراعی، باغی و مرتعی به ترتیب برابر 37، 25 و 20 نوع خاک بود. پارامترهای مدل های یاد شده به روش حداقل مجموع مربعات خطا تعیین گردید. به منظور بررسی دقت و صحت عملکرد مدل های مورد بررسی در برآورد نفوذ تجمعی، از آماره های ریشه میانگین مربعات خطا(RMSE)، انحراف معیار آماره ی RMSE (SDRMSE) و ضریب تبیین (R2) استفاده شد.
نتایج و بحث: نتایج نشان داد که در مقایسه با سایر مدل ها، برآوردهای نفوذ تجمعی توسط مدل کوستیاکوف-لوییز از روند پایدارتری برخوردار بود و در هر سه کاربری مورد بررسی حایز رتبه ی 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 مدل های نفوذ مورد بررسی در این پژوهش، مدل های کوستیاکوف-لوییز و هورتون به ترتیب در رتبه های اول و دوم، مدل های گرین-آمپت و سرویس حفاظت خاک آمریکا هر دو رتبه سوم و مدل های کوستیاکوف و فیلیپ به ترتیب در رتبه های چهارم و پنجم ارزیابی قرار گرفتند. بنابراین، می توان گفت از بین مدل های 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 مدل های SCS، کوستیاکوف، فیلیپ و گرین-آمپت به علت تعیین پارمترهای مدل های یاد شده به روش برازش می باشد. این ویژگی باعث انعطاف پذیری بیشتر این مدل نسبت به سایر مدل می گردد.کلید واژگان: استوانه دوگانه, کارآیی, مدل های نفوذ, کاربری اراضی, مشگین شهرBackground And ObjectivesSoil water infiltration is one of the key properties for designing irrigation systems, hydrological studies, water resources management, drainage projects and soil conservation practices in watershed scale. Also, an accuracy assessment amount of infiltration considering the time for estimation of stored water in the root zone plant is great important in the design and planning irrigation. For this purpose, researchers always drift suitable model for quantity expression of infiltration water to soil. The importance of infiltration has caused to develop different physical and empirical models to estimate the process. In this study, the performance of Green and Ampt, Philip, Horton, Soil Conservation Service (SCS), Kostiakov and Kostiakov-Lewis infiltration models under different land uses were evaluatedMaterials And MethodsStudied soils were in the order of Aridisol, Inseptisol, Entisol and Mollisol and were in the land use of including agronomy, gardens and grassland. The number of measured infiltration in land use of agronomy, garden and grassland were 37, 25 and 20 types of soil, respectively. For this purpose, the infiltration data were obtained by double rings method from 82 point of in different region of Meshkin, Ardabil province. The parameters of these models were then obtained, using least square optimization method. In order to evaluate the accuracy of the models, the root mean square error (RMSE), standard deviation of RMSEs (SDRMSED) and R2 statistics were calculated.Results And DiscussionsThe results showed that compared with other models, estimation of the cumulative infiltration Kostiakov-Lewis model has been consistent trend in all three land use ranked first (R2=0.997, RMSE=0.206 and SDRMSED=0.201). Considering obtained from total evaluation, estimation of cumulative infiltration by infiltration models in this study were as Kostiakov-Lewis and Horton models in first and second rank, Green-Ampt and SCS model in third rank and Kostiakov and Philip in fourth and fifth rank, respectively. So, we can say that the infiltration models examined, Model Kostiakov-Lewis is the best model for quantifying the process of infiltration. One reason for the excellence of Kostiakov-Louis model was great number of parameters than SCS, Kostiakov, Green-Ampt and Philip models and the fitting method is to determine the parameters mentioned models. This feature makes more flexible of this model than other model.Keywords: Double Ring, Infiltration models, Landuse, Performance, Meshkin -
تحقیق حاضر در حوضه آبخیز لیقوان واقع در استان آذربایجان شرقی به منظور بهینه سازی پارامترهای معادلات مختلف نفوذ و ارزیابی دقت آنها در برآورد نفوذ تجمعی انجام شد. از مدل های نفوذ استفاده شده در این تحقیق می توان به مدل گرین و امپ، کوستیاکف و کوستیاکف اصلاح شده، فیلیپ، هورتون و کوتیلیک و کرجا اشاره کرد. به منظور انجام این تحقیق، نمونه برداری های خاک و اندازه گیری های مزرعه ای در اواخر بهار سال 1391 صورت گرفت. در همین راستا، نفوذ تجمعی خاک در 135 مکان از منطقه مورد مطالعه به وسیله نفوذسنج دیسکی اندازه گیری شد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که به ترتیب مدل های کوتیلیک و کرجا، کوستیاکف، کوستیاکف اصلاح شده، هورتون، گرین و امپ و فیلیپ با مقادیر خطای برازش برابر با 4، 8، 10، 13، 36 و 37 درصد با بالاترین دقت به داده های اندازه گیری شده نفوذ برازش پیدا کردند. نتایج فوق نشان داد که مدل کوستیاکف و کوستیاکف اصلاح شده مناسب برای کاربردهای آتی می باشند.کلید واژگان: حوضه آبخیز لیقوان, مدل فیلیپ, مدل گرین و امپ, نفوذ سنج دیسکی, نفوذ پذیری خاکThe current investigation was carried out at the Lighavn watershed area, located in East Azerbaijan, North West of Iran, regarding optimizing of the different infiltration models parameters and their evaluations for cumulative infiltration prediction. Applied infiltration models were including Green and Ampt, Kostyakov, modified Kostyakov, Philip, Horton, and Kutilic and Kreja models. To this end, soil sampling and ground based measurements were done at late spring of 2012. Comulative infiltration were also measured at 135 points of the study area using disk infiltrometer. Results, models comparison based on ER criteria, showed that Kutılek and Krejca (ER=4%), Kostyakov (ER=8%), modified Kostyakov (ER=10%), Horton (ER=13%), Green and Ampt (ER=36%), and Philip (ER=37%) models, respectively, were the most to least precise models in cumulative infiltration or infiltration rate prediction. The results also depicted that the Kostyakov and modified Kostyakov models are suitable more models for future uses regarding cumulative infiltration and infiltration rates prediction.Keywords: Disk infiltrometer, Green, Ampt model, Lighvan watershed, soil infiltration, Philip model
-
از آنجا که گزینه «جستجوی دقیق» غیرفعال است همه کلمات به تنهایی جستجو و سپس با الگوهای استاندارد، رتبهای بر حسب کلمات مورد نظر شما به هر نتیجه اختصاص داده شدهاست.
- نتایج بر اساس میزان ارتباط مرتب شدهاند و انتظار میرود نتایج اولیه به موضوع مورد نظر شما بیشتر نزدیک باشند. تغییر ترتیب نمایش به تاریخ در جستجوی چندکلمه چندان کاربردی نیست!
- جستجوی عادی ابزار سادهای است تا با درج هر کلمه یا عبارت، مرتبط ترین مطلب به شما نمایش دادهشود. اگر هر شرطی برای جستجوی خود در نظر دارید لازم است از جستجوی پیشرفته استفاده کنید. برای نمونه اگر به دنبال نوشتههای نویسنده خاصی هستید، یا میخواهید کلمات فقط در عنوان مطلب جستجو شود یا دوره زمانی خاصی مدنظر شماست حتما از جستجوی پیشرفته استفاده کنید تا نتایج مطلوب را ببینید.
* ممکن است برخی از فیلترهای زیر دربردارنده هیچ نتیجهای نباشند.
-
معتبرحذف فیلتر