نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• فرشته بتوخته ¹
• مجتبی خوش روش ²
• حسین دهقانی سانیج ³

¹ دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی،گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، مازندران، ایران.

² دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، مازندران، ایران.

³ دانشیار موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

نفوذ آب به خاک یکی از مهم‌ترین فرآیندهای فیزیکی خاک است که نقش مهمی در مدیریت خاک دارد. اهداف این پژوهش، بررسی توانایی مدل‌های متداول نفوذ مانند کوستیاکوف، کوستیاکوف لوییز، هورتون، SCS و فیلیپ برای تخمین میزان نفوذ، بررسی سرعت نفوذ و پتانسیل ایجاد رواناب در بارندگی‌های طولانی‌مدت در دو کاربری اراضی (مرتع و زراعی) و سه بافت خاک (لوم، کلی لوم و لوم رس سیلتی) مختلف است. برای تخمین پارامترهای مدل و یافتن مدل مناسب برای این منطقه، این مدل‌ها به داده‌های نفوذ اندازه‌گیری ‌شده برازش داده شد و پس از برآورد پارامترها با استفاده از معادلات سرعت نفوذ، هر یک از مدل‌ها سرعت نفوذ برای زمان‌های 2، 4 و 24 ساعت محاسبه شد. برای این منظور داده‌های حاصل از آزمایش‌های نفوذپذیری به روش استوانه‌های مضاعف در 16 نقطه از مناطق مختلف منطقه جمع‌آوری گردید. پارامترهای مدل‌های یادشده به روش حداقل مجموع مربعات خطا تعیین گردید. با استفاده از آماره‌های ضریب تبیین (R2)، کارایی نش ساتکلیف (NSE)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطا (ME)، صحت و دقت برازش‌ها ارزیابی شد. مقایسه میانگین آماره‌های ارزیابی با استفاده از روش توکی نشان داد که نحوه‌ برآورد نفوذ تجمعی در مدل کوستیاکوف لوییز در مقایسه با سایر مدل‌ها، از روند پایدارتری برخوردار بوده و در اکثر کلاس‌های بافتی خاک و کاربری‌های موردبررسی حائز رتبه نخست ارزیابی بود. مقایسه میانگین نشان داد که علی‌رغم وجود اختلاف بین مدل‌ها در برآورد نفوذ تجمعی، اختلاف بین مدل‌ها در برآورد سرعت نفوذ معنی‌دار نبوده و در یک گروه قرار گرفتند. فارغ از نوع مدل مورداستفاده، بافت خاک و کاربری اراضی دو عامل اساسی تأثیرگذار بر سرعت نفوذ نهایی آب به خاک هستند که در کاربری مرتع به دلیل ساختمان خوب و پایداری خاک سرعت نفوذ نسبت به کاربری زراعی بیشتر و پتانسیل ایجاد رواناب کمتر است. طبق نتایج سرعت نفوذ با زمان در کاربری زراعی دارای تغییرات قابل‌توجه ای است؛ به‌نحوی‌که سرعت نفوذ در این کاربری در ابتدا بالا بود و با افزایش زمان از 2 به 24 ساعت، به‌شدت افت نمود. از این رو، در راستای کاهش اثرات اقدامات کشاورزی بر تضعیف کیفیت خاک و به‌منظور افزایش سرعت نفوذ آب به خاک در بارندگی‌های طولانی‌مدت و کاهش رواناب؛ اقدامات مدیریتی ازجمله گسترش کشاورزی حفاظتی و عملیات زراعی بی‌خاک‌ورزی و کم خاک‌ورزی نقش بسیار مؤثری خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

• مدل کوستیاکوف-لوییز
• مدل اس.سی.اس
• مدل هورتون
• مدل فیلیپ
• سرعت نفوذ آب به خاک

موضوعات

• طراحی آب، آبیاری تحت فشار، شبکه های آبیاری زهکشی

عنوان مقاله [English]

Evaluating Some Infiltration Models Under Different Soil Texture Classes and Land Uses

نویسندگان [English]

• fereshteh batoukhteh ¹
• Mojtaba Khoshravesh ²
• Hossein Dehghanisanij ³

¹ PhD Student in Irrigation and Drainage Engineering, Water Engineering Department, Faculty of Agricultural Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.

² Associate Professor, Water Engineering Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University.

³ Associate Professor, Agricultural Engineering Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Alborz, Iran.

چکیده [English]

The main purpose of this study was to estimate the coefficients of different equations of water infiltration into soil, including Philip, Kostyakov, Kostyakov- Louise, Horton, and SCS to estimate the infiltration rate and potential for runoff in long-duration rainfall in two land uses (rangeland and agricultural) and three soil textures (loam, clay loam ,and silty clay loam). These models were fitted to the measured infiltration data to estimate the model parameters and find a suitable model for this region. After estimating the parameters, the infiltration rates for 2, 4 and 24 hours were calculated using the infiltration rate equations of each model. For this purpose, the infiltration data were obtained by double rings method from 16 point of different regions in the basin. The parameters of these models were then obtained, using least square optimization method. In order to evaluate the accuracy of the models, the coefficient of determination (R2), Nash Sutcliffe (NSE) efficiency, root mean square error (RMSE) and mean error (ME) were calculated. Comparisons of the mean of evaluation statistics using the Tukey method showed that the method of estimating cumulative infiltration in the Kostyakov-Louise model had a more-stable trend compared to other models and was evaluated as the best in most soil texture classes and land uses. Means comparisons showed that despite the differences between the models in estimating the cumulative infiltration, the differences between the models in estimating the infiltration rate were not significant and were in the same group. Regardless of the model used, soil texture and land use are the two main factors affecting the final infiltration rate. According to the results, the rate of infiltration with time in agricultural use has significant changes, such that, in this use, it was initially high and decreased sharply with increasing time from 2 hours to 24 hours. In order to reduce the weakening effects of agricultural activities on soil quality and to increase the infiltration rate in long-duration rainfall and reduce runoff, management activities such as expansion of conservation agriculture, no-tillage, and minimum tillage farming operations will play a very effective role.

کلیدواژه‌ها [English]

• Horton Model
• Kostiakov-Lewis Model
• Philip Model
• Soil Conservation Service (SCS) Model
• Infiltration Rate