ارزیابی چند رابطه نفوذ آب به خاک با کاربرد آب‌های شور و سدیمی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشگاه شیراز، دانشکده کشاورزی ، بخش علوم خاک.

2 دانشجوی کارشناسی ارشد ، دانشگاه شیراز، دانشکده کشاورزی، بخش علوم خاک.

3 استادیار، دانشگاه شیراز، دانشکده کشاورزی ، بخش علوم خاک.

4 استاد، دانشگاه شیراز، دانشکده کشاورزی ، بخش مهندسی آب.

چکیده

 نفوذ و مدلسازی فرایند نفوذ یکی از پارامترهای مهم در طراحی و اجرای پروژه­های آبیاری، زهکشی، مدیریت منابع آب، حفاظت خاک، مطالعات هیدرولوژی و تغذیه مصنوعی است که تحت تاثیر ویژگی­های خاک و آب نفوذیافته به خاک از­جمله میزان شوری و سدیم قرار می­گیرد. هدف از این تحقیق بررسی میزان نفوذ­پذیری وارزیابی مدل­های نفوذ کوستیاکف-لوئیز، کوستیاکف، هورتون، سازمان­حفاظت­خاک­آمریکا و فیلیپ در شرایط نفوذ آب با شوری 5/0، 3، 6 و 12 دسی­زیمنس بر متر و نسبت­جذب­سدیم 5/0، 10، 20 و 30  بود. میزان نفوذ عمودی آب به خاک با روش استوانه­های­مضاعف و با 5 تکرار در دو خاک­آهکی سری­دانشکده با بافت لوم­رسی و سری­کوی اساتید با بافت لوم­شنی از ایستگاه تحقیقات دانشکده­کشاورزی دانشگاه­شیراز واقع در منطقه باجگاه اندازه­گیری و مدل­ها به آنها برازش داده شد. با محاسبه معیارهای­آماری ضریب­تبیین، درصد­کارایی مدل و ریشه میانگین­مربعات­خطای­نرمال شده کارایی مدل­ها برای کیفیت­های آب مورد­استفاده، ارزیابی و رتبه­بندی انجام شد. مدلی که دارای بهترین رتبه بود به­عنوان بهترین و پایدارترین مدل شناخته شد. به­طور­کلی مدل­ کوستیاکف-لوئیز با میانگین ضریب­تبیین، ریشه میانگین­مربعات خطای­نرمال شده و درصد کارایی به­ترتیب 997/0، 205/0 و 81/99 و مدل حفاظت­خاک­آمریکا با مقادیر 992/0، 249/0 و 76/98 برای آماره­های ذکر شده  به­ترتیب مناسبترین و نامناسبترین مدل در هر دو خاک مورد مطالعه و تیمارهای کیفیت آب مورد استفاده شناخته شدند. بنابراین در مناطق خشک و نیمه­خشک که به­طور عمده از آب­های با کیفیت نامطلوب استفاده می­شود می­توان با اطمینان قابل قبولی از مدل کوستیاکف-لوئیز برای مدلسازی فرایند نفوذ آب به خاک استفاده نمود. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Some Infiltration Equations under Application of Saline and Sodic Waters

نویسندگان [English]

  • A.M. Sameni 1
  • M. Pakjoo 2
  • A. A Moosavi 3
  • A. A. Kamkar Haghighi 4
چکیده [English]

Infiltration and its modeling are important in design and implementation of irrigation projects, drainage, water-resources management, soil-conservation, hydrological studies, and artificial-recharge of groundwater and are influenced by different characteristics of soil and infiltrated water including the amount of salinity and sodium. The aim of this study was to evaluate the infiltration models of Kostiakov-Lewis, Kostiakov, Horton, SCS, and Philip using water salinity levels of 0.5, 3, 6, and 12 dS m-1 and SAR of 0.5, 10, 20, and 30. Infiltration was measured using double rings method with 5 replications on two calcareous soil-series of Daneshkadeh and Kooye-Asatid from Agricultural Research Station of Agricultural-College, Shiraz-University located in Bajgah region and the models were fitted to them. Calculating coefficient of determination (R2), efficiency percentage (EP) of model, and normalized root mean square error (NRMSE), the performance of each applied model was evaluated and ranking of models were performed. The model that ranked the highest was considered as the best and the most stable model. The Kostiakov-Lewis model with R2, NRMSE and EP of 0.997, 0.205 and 99.81 and SCS model with the aforementioned statistics of 0.992, 0.249and 98.76, respectively, were the most and the least suitable models in both of the studied soils and in almost all of the applied water quality treatments. Therefore, the Kostiakov-Lewis model can be used for modeling water infiltration into soil with an acceptable confidence in arid and semiarid regions, where waters with poor quality are often used.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Infiltration models
  • Irrigation water quality
  • Salinity and sodium

مراجع

  1. امداد، م.ر. و س. ح. طباطبائی. 1392. تأثیر کیفیت آب آبیار ی (شور- سدیمی) بر تغییرات نفوذ و راندمان کاربرد آب در آبیار جویچه­ای. مجله پژوهش آب ایران،  سال هفتم، شماره دوازدهم، بهار و تابستان،  صفحات ١٥٧-١٥١.
  2. گودرزی، ل.، ع. م. آخوندعلی و ح. زارعی. 1391. ارزیابی و تعیین ضرایب مدل های نفوذ آب به خاک در دشت اشترینان. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، سال اول، شماره سوم، بهار، صفحات 44 –
  3. نشاط ع. و پاره­کار م. 1385. مقایسه روش­های تعیین سرعت نفوذ عمودی آب در خاک. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، سال چهاردهم، شماره اول، صفحات 195-186.
  4. Al-Darby, A. M. 1990. Effect of water quality on infiltration of loamy sand soil treated with three gel-conditiooners. Soil Technology, 3:83-90.
  5. Argyrokastriti ‚I. and Kerkides, P. A note to the variable sorptivity infiltration equation. Water Resources Management, 17:133-145.
  6. Bellocchi‚‚ Fila‚ G. and Donatelli, M. 2002. An indicator of solar radiation model performance based on a fuzzy expert system. Agronomy Journal, 94:1222-1233.
  7. Ben-Hur, M. 1992. Exchangeable Na, polymer, and water quality effect on water infiltration and soil loess. Arid Soil Research, 6:311-317.
  8. Bhardwaj‚ and Singh, R. 1992. Development of a portable simulator infiltrometer for infiltration‚ runoff and erosion studies. Agricultural Water Management, 22:235-248.
  9. Duan, R., Fedler C. B. and John, Borrelli. 2011. Field evaluation of infiltration models in lawn soils. Irrigation Science, 29:379–389.
  10. Emdad‚ M. R. 2007. Effect of water quality on soil structure and infiltration under furrow irrigation. Irrigation Science, 23:50-60.
  11. Ghorbani Dashtaki, S.‚ Homaee‚ M. and Kouchakzadeh 2010. Derivation and validation of pedotransfer functions for estimating soil water retention curve using a variety of soil data. Soil Use and Management, 26:68- 74.
  12. Ghorbani Dashtaki, S.‚ Homaee‚ Mahdian, M. H. and Kouchakzadeh, M. 2009. Site-dependence performance of infiltration models. Water Resource Management, 23:1573-1650.
  13. Haverkamp, R.‚ Rendon, and Vachaud, G. 1987. Infiltration equations and their applicability for predictive use. In: Yu- SI Fok (ed.) Infiltration development and application. Honolulu Hawaii, 145:142-152.
  14. Mazloom, H. and Fooladmand, H. 2013. Evaluation and determination of the coefficients of infiltration models in Marvdasht region, Fars province. International Journal of Advanced Biological and Biomedical Research, 1(8): 822-829.
  15. Mirzaee, , Zolfaghari, A., Gorji, M., Dyck, M. and Ghorbani, S. 2014. Evaluation of infiltration models with different numbers of fitting parameters in different soil texture classes. Archives of Agronomy and Soil Science, 60:681-693.
  16. Mishra, S. K.‚ Tyagi, J. V. and Singh, P. 2003. Comparison of infiltration models. Hydrogical Processes, 17:2629–2652.
  17. Moosavi, A. A. 2010. Spatial variability and the effect of water quality on soil hydraulic properties and development of pedotransfer functions and artificial neural networks for their estimation. Ph.D. Thesis, Shiraz University, Shiraz, IR Iran.
  18. Mukheibir, P. 2008. Water resources management strategies for adaptation to climate-induced impacts in South Africa. Water Resources Management, 22:1259–1276.
  19. Rashidi, M. and Seyfi, K. 2007. Field comparison of different infiltration models to determine the soil infiltration for border irrigation method. Journal of Agricultural & Environmental Science, 2:628-632.
  20. Rawls, W. J. 1993. Infiltration and soil water movement. In: Handbook of Hydrology, Maidment, D. R. (Ed.). McGraw-Hill, New York.
  21. Richards, L. A. 1954. Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. Agriculture Handbook No 60, USDA, USA.
  22. Sadeghzadeh, K.‚ Shirmohamadi‚ A. Montans, H. J. and Felton, 2007. Evaluation of infiltration models in contaminated landscape. Journal of Environmental Science and Health‚ 42:983-988.
  23. Shainberg, I.‚ Gal, M., Bet Dagan, A., Ferreira, and Goldstein B. 1991. Effect of water quality and amendments on erosion from several Mediterranean soils. 4:135-146.
  24. Shainberg‚ I. and Letey, J. 1984. Response of soil to sodic and saline conditions. Hilgardia, 52:1-57.
  25. Shukla, M. K.‚ Lal‚ R., L. B. and Unkefer, P. 2003. Land use and management impacts on structure and infiltration characteristics of soils in the north Appalachian region of Ohio. Soil Science, 168:167–177.
  26. Suarez, L.‚ Wood, D. and Lesch, M. 2006. Effect of SAR on water infiltration under a sequential rain-irrigation management system. Agricultural Water Management, 86:150-164.
  27. Sy, N. L. 2006. Modelling the infiltration process with a multi-layer perceptron artificial neural network. Hydrological Science Journal, 51:3–20.
  28. Turner, E. R. 2006. Comparison of infiltration equations and their field validation with rainfall simulation. M.Sc. Thesis, University of Maryland, USA. 202 p.
  29. Zhou, X., Lin, H. S. and White, E. A. 2008. Surface soil hydraulic properties in four soil series under different land use and their temporal changes. Catena, 73:180-188.
  30. Zolfaghari, A., Mirzaee, S. and Gorji, M. 2012. Comparison of different models for estimating cumulative infiltration. International Journal of Soil Science, 7:108-115.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار