مرتضی صادقی؛ بیژن قهرمان؛ علی نقی ضیائی؛ کامران داوری
چکیده
پس از ارائه نظریه محیط های متشابه، روش های مقیاس سازی زیادی به منظور غلبه بر مشکل تغییرپذیری خاک ها و نیز رسیدن به حل های عمومی معادله ریچاردز توسعه یافته و به گستردگی به کار رفته اند. به تازگی، روشی برای مقیاس سازی معادله ریچاردز برای خاک های غیرمتشابه ارائه شده است به نحویکه معادله مقیاس شده برای گستره وسیعی از خاک ها مستقل از ویژگی ...
بیشتر
پس از ارائه نظریه محیط های متشابه، روش های مقیاس سازی زیادی به منظور غلبه بر مشکل تغییرپذیری خاک ها و نیز رسیدن به حل های عمومی معادله ریچاردز توسعه یافته و به گستردگی به کار رفته اند. به تازگی، روشی برای مقیاس سازی معادله ریچاردز برای خاک های غیرمتشابه ارائه شده است به نحویکه معادله مقیاس شده برای گستره وسیعی از خاک ها مستقل از ویژگی های خاک می باشد. در این روش، برای بیان ویژگی-های هیدرولیکی خاک ها از توابع توانی – نمایی استفاده می شود که برای گستره محدودی از رطوبت و پتانسیل ماتریک خاک کارایی دارد. به همین دلیل، این روش برای فرآیندهایی که در آن ها رطوبت یا پتانسیل ماتریک از این گستره تجاوز کند، قابل کاربرد نیست. بنابراین، این مطالعه با هدف عمده بسط این روش برای گستره وسیع تری از رطوبت و پتانسیل ماتریک خاک انجام شد. این هدف با اصلاح توابع هیدرولیکی توانی – نمایی محقق گردید و روش مقیاس سازی برای گستره کامل رطوبتی (از اشباع تا خشک) بسط داده شد. هدف دیگر این تحقیق حل معادله ریچاردز برای شرایط نفوذ آب در خاک با استفاده از روش مقیاس سازی پیشنهادی، بوده است. برای این منظور، حل های عددی معادله مقیاس شده ریچاردز با استفاده از یک شکل مقیاس شده معادله سه جزئی فیلیپ با ضرایب مستقل از خاک، تقریب زده شد. حل تقریبی به دست آمده با استفاده از داده های موجود در منابع حاصل از آزمایش های نفوذ بر روی یک خاک شنی و دو خاک رسی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که حل مذکور قادر است تخمینی قابل قبول (با بیشترین میانگین خطای نسبی 9% برای موارد مطالعه شده) از مقادیر اندازه گیری شده نفوذ آب در خاک ارائه دهد. همچنین نشان داده شد که این حل می تواند با دقت بالایی (با بیشترین میانگین خطای نسبی 4% برای موارد مطالعه شده) حل عددی معادله ریچاردز را (در شرایط برابر و با استفاده از توابع هیدرولیکی یکسان) تقریب بزند. بر این اساس و به دلیل سادگی کاربرد، این حل به عنوان جایگزینی برای حل عددی معادله ریچاردز و یا سایر معادلات تجربی نفوذ، پیشنهاد می شود. همچنین این حل می تواند به سادگی برای تعیین توابع هیدرولیکی خاک ها با استفاده از حل معکوس به کار گرفته شود.
بیژن قهرمان؛ مرتضی صادقی؛ جهانگرد محمدی
چکیده
چکیده
تغییرپذیری مکانی خاک ها تحلیل مسایل مربوط به جریان آب در خاک را به ویژه در سطوح بزرگ مانند یک حوضه آبریز، مشکل می سازد. یک راه حل در برخورد با مسائل تغییرپذیری، استفاده از روش های مقیاس سازی می باشد. این تحقیق با هدف بررسی اثر تغییرپذیری های غیرخطی در سطوح بزرگ مانند یک حوضه آبریز بر کارایی روش های مقیاس سازی معادله ریچاردز در ...
بیشتر
چکیده
تغییرپذیری مکانی خاک ها تحلیل مسایل مربوط به جریان آب در خاک را به ویژه در سطوح بزرگ مانند یک حوضه آبریز، مشکل می سازد. یک راه حل در برخورد با مسائل تغییرپذیری، استفاده از روش های مقیاس سازی می باشد. این تحقیق با هدف بررسی اثر تغییرپذیری های غیرخطی در سطوح بزرگ مانند یک حوضه آبریز بر کارایی روش های مقیاس سازی معادله ریچاردز در مدل سازی نفوذ انجام گرفت. در این مطالعه، روش واریک و همکاران با انتخاب توابع هیدرولیکی ون گنوختن برای مقیاس سازی معادله ریچاردز به کار گرفته شد و تغییرپذیری مقادیر n (توان توابع هیدرولیکی ون گنوختن) به عنوان تغییرپذیری غیرخطی مدنظر قرار گرفت. حوضه آبریز مرغملک از زیرحوضه های زاینده رود با مساحتی حدود 97 کیلومتر مربع مورد مطالعه قرار گرفت. به علاوه، 10 حوضه مجازی با درجه های مختلف از تغییرپذیری n که با روش تصادفی مونت کارلو ایجاد شدند، مورد ارزیابی قرار گرفتند. معادلات اصلی و مقیاس شده ریچاردز با استفاده از مدل HYDRUS-1D برای شرایط نفوذ با بار آبی ثابت و رطوبت اولیه یکنواخت حل شدند. نتایج نشان دادند که به طور کلی ضریب تغییرات مقادیر n در حوضه آبریز مرغملک (برابر با 57/2 درصد) به اندازه ای نیست که کارایی روش مقیاس سازی را برای مدل سازی جریان نفوذ زیر سوال ببرد. بر این اساس، در این حوضه، می توان به جای حل های منفرد در تک تک نقاط حوضه، با دقت مطلوبی از یک حل عمومی معادله ریچاردز استفاده کرد. نتایج ارزیابی ها در حوضه های مجازی نشان دادند که تغییرپذیری مقادیر n تاثیری قابل ملاحظه بر خطای بین حل های عمومی و منفرد دارد. بر اساس نتایج این تحقیق، می توان نتیجه گرفت که در حوضه هایی که در آن ها ضریب تغییرات مقادیر n از 3 درصد تجاوز نمی کند، روش های مقیاس سازی معادله ریچاردز می توانند با دقت مطلوبی به‌کار روند.
واژه های کلیدی: مقیاس سازی، معادله ریچاردز، نفوذ، تغییرپذیری غیرخطی، حوضه آبریز مرغملک
مرتضی صادقی؛ بیژن قهرمان
چکیده
چکیده
روش های مقیاس سازی که بر پایه نظریه محیط های متشابه می باشند، برای سهولت تشریح تغییرپذیری مکانی خاک ها به کار گرفته می شوند. برای شبیه سازی جریان در خاک های ناهمگن، مقیاس سازی توامان توابع هیدرولیکی خاک، شامل منحنی نگهداشت آب و تابع هدیت هیدرولیکی، با استفاده از یک سری فاکتور مقیاس بسیار مطلوب می باشد. در نظریه محیط های متشابه ...
بیشتر
چکیده
روش های مقیاس سازی که بر پایه نظریه محیط های متشابه می باشند، برای سهولت تشریح تغییرپذیری مکانی خاک ها به کار گرفته می شوند. برای شبیه سازی جریان در خاک های ناهمگن، مقیاس سازی توامان توابع هیدرولیکی خاک، شامل منحنی نگهداشت آب و تابع هدیت هیدرولیکی، با استفاده از یک سری فاکتور مقیاس بسیار مطلوب می باشد. در نظریه محیط های متشابه تصور می شود که مقیاس سازی توامان در دو محیط که در مقیاس میکروسکوپی دارای شباهت هندسی هستند، امکان پذیر است. در این مقاله ثابت می شود که اگرچه شباهت هندسی خاک ها شرط لازم برای برقراری نظریه محیط های متشابه می باشد، ولی در برخورد با واقعیت کافی نمی باشد. نشان داده می شود که به علاوه باید مقادیر Kshm2 (β=) در همه خاک های متشابه برابر باشند (که Ks هدایت هیدرولیکی اشباع و hm مکش میانه منحنی نگهداشت می باشد). برای بررسی مبانی ارائه شده، روش تولی و همکاران (13) که نظریه محیط های متشابه را برای خاک های متشابه کوزوگی و هاپمنس (4) با مقادیر برابر از σ (انحراف معیار توزیع لوگ-نرمال مکش در منحنی نگهداشت) به کار می گیرد، اختیار شد. همچنین این روش تعمیم داده شد به گونه ای که بتواند برای شرایطی که مقادیر β برابر نیستند نیز توابع هیدرولیکی خاک های متشابه را به خوبی مقیاس کند. توصیفات نظری ارائه شده با 26 خاک از پایگاه UNSODA آزمون شدند. این خاک ها بر اساس برابر بودن مقادیر σشان در شش گروه خاک متشابه طبقه بندی شدند. همان طور که انتظار می رفت، با کاربرد روش تولی و همکاران، در هر گروه آن خاک هایی که مقدار β در آن ها با دیگر خاک های گروه اختلاف زیادی داشت، نتوانستند به خوبی مقیاس شوند. همچنین نتایج نشان داد که روش پیشنهادی می تواند عملکرد مقیاس سازی روش تولی و همکاران را بهبود زیادی بخشد. نشان داده شد که عملکرد روش پیشنهادی به مقادیر β وابستگی ندارد و وجود شباهت هندسی خاک ها تنها شرط برای آن می باشد.
واژههای کلیدی: محیط های متشابه، مقیاس سازی توامان، منحنی نگهداشت، تابع هدیت هیدرولیکی
مرتضی صادقی؛ محمدرضا گهردوست منفرد؛ بیژن قهرمان
چکیده
چکیده
برای تخمین تغییرپذیری مکانی توابع هیدرولیکی خاک، روش های مقیاس سازی توسعه یافتند و به گستردگی به کار رفته اند. از این میان، روش های دارای پایه فیزیکی به دلیل امکان تخمین فاکتورهای مقیاس از روی ویژگی های فیزیکی خاک، مطلوب تر یافت شده اند. در این مقاله، یک روش جدید و دارای پایه فیزیکی برای مقیاس سازی تابع هدایت هیدرولیکی خاک شرح ...
بیشتر
چکیده
برای تخمین تغییرپذیری مکانی توابع هیدرولیکی خاک، روش های مقیاس سازی توسعه یافتند و به گستردگی به کار رفته اند. از این میان، روش های دارای پایه فیزیکی به دلیل امکان تخمین فاکتورهای مقیاس از روی ویژگی های فیزیکی خاک، مطلوب تر یافت شده اند. در این مقاله، یک روش جدید و دارای پایه فیزیکی برای مقیاس سازی تابع هدایت هیدرولیکی خاک شرح داده شده است. در این روش، استفاده از عامل مویینگی موثر (hcM) برای مقیاس سازی محور مکش آب خاک در تابع هدایت هیدرولیکی پیشنهاد شده است. با این روش، داده های مربوط به همه خاک های طبیعی، از شن تا رس، می توانند با یک منحنی نمایی یکتا، به عنوان منحنی مرجع، نمایش داده شوند. این روش با 396 سری از داده های هدایت هیدرولیکی، شامل همه کلاس های بافتی خاک، برگرفته از پایگاه UNSODA، صحت سنجی گردید. برای تعیین hcM از برازش مدل های بروکس-کوری و گاردنر-فیلیپ و نیز از یک روش مستقل از مدل استفاده گردید. نتایج یک عملکرد قابل قبول را برای روش پیشنهادی نشان دادند. چنانکه از برازش مدل های بروکس-کوری و گاردنر-فیلیپ و از روش مستقل از مدل، مقادیر میانگین خطای مطلق هدایت هیدرولیکی نسبی بین داده های مقیاس شده و منحنی مرجع به ترتیب برابر با 019/0، 056/0 و 059/0 به دست آمد. در این روش، توانایی برازش مدل های مذکور را می توان به عنوان تنها محدودیت برای مقیاس‌سازی برشمرد. چنانکه مدل های مذکور بتوانند با دقت بالایی به داده های هدایت هیدرولیکی برازش داده شوند، عملکرد مقیاس سازی بالا خواهد بود و برعکس.
واژه های کلیدی: مقیاس سازی، هدایت هیدرولیکی غیراشباع خاک، عامل مویینگی مؤثر، منحنی مرجع نمایی یکتا
مرتضی صادقی؛ بیژن قهرمان؛ کامران داوری
چکیده
چکیده
در سال های اخیر محققین زیادی برای تخمین توابع هیدرولیکی خاک (از جمله منحنی مشخصه رطوبتی و تابع هدایت هیدرولیکی) از روی منحنی توزیع اندازه ذرات 4(PSD) خاک کوشیده اند. در این گونه مطالعات یک مدل ریاضی برای نمایش PSD خاک ضروری به نظر می رسد، به گونه ای که بتواند برازش دقیقی به داده های مشاهده شده PSD داشته باشد. تا کنون چندین مدل ریاضی برای ...
بیشتر
چکیده
در سال های اخیر محققین زیادی برای تخمین توابع هیدرولیکی خاک (از جمله منحنی مشخصه رطوبتی و تابع هدایت هیدرولیکی) از روی منحنی توزیع اندازه ذرات 4(PSD) خاک کوشیده اند. در این گونه مطالعات یک مدل ریاضی برای نمایش PSD خاک ضروری به نظر می رسد، به گونه ای که بتواند برازش دقیقی به داده های مشاهده شده PSD داشته باشد. تا کنون چندین مدل ریاضی برای این مورد هر کدام با مزایا و معایبی ارائه شده اند. دقت برازش هر مدل به داده های مشاهده شده PSD با تعداد پارامترهای آن مدل رابطه مستقیم دارد. اما تخمین پارامترهای مدل های چندپارامتری که دارای مفهوم ریاضی و فیزیکی نمی باشند، خود یک مسأله در این مدل ها می باشد. در این میان مدل توزیع لوگ-نرمال5 دو پارامتری که پارامترهای آن دارای مفهوم ریاضی می باشند، اساس کار محققین زیادی قرار گرفته است. در این تحقیق نشان داده شده است که مدل توزیع لوگ-نرمال دو پارامتری نمی تواند نمایش دقیقی برای PSD همه کلاس های بافت خاک داشته باشد. به عنوان یک جایگزین، در این تحقیق مدل توزیع گامای6 دوپارامتری برای نمایش دقیق تر PSD خاک پیشنهاد شده است به گونه ای که دو پارامتر این مدل نیز دارای مفهومی ریاضی و به راحتی قابل محاسبه می باشند. مقایسه دقت این دو مدل در نمایش PSD با برازش به داده های مشاهده شده تعداد 461 نمونه خاک پایگاه داده7 UNSODA مورد بررسی قرار گرفته است. بهبود دقت نمایش PSD توسط مدل توزیع گاما نسبت به مدل توزیع لوگ-نرمال کاملاً مشهود بوده است. بر مبنای عامل ضریب برازش (R2) در تعداد 362 خاک و بر مبنای عامل ریشه میانگین مربعات خطا 8(RMSE) در تعداد 323 خاک از مجموع 461 خاک بررسی شده، مدل توزیع گاما نمایش دقیق تری از PSD نسبت به مدل توزیع لوگ-نرمال داشته است. نتایج آزمونt نشان داد که مقادیر R2 مدل گاما در سطح اعتماد 1% به طور معنی‌داری بزرگتر از مقادیر مربوط به مدل لوگ-نرمال بود. همچنین اختلاف معنی داری در سطح 5% بین مقادیر RMSE حاصل از دو مدل نشان داده شد. بنابراین به طور کلی این طور نتیجه گیری می شود که مدل گامای دو پارامتری در نمایش منحنی توزیع اندازه ذرات خاک بر مدل لوگ-نرمال دو پارامتری برتری دارد.
واژههای کلیدی: منحنی توزیع اندازه ذرات خاک (PSD)، توزیع لوگ-نرمال، توزیع گاما، UNSODA
مرتضی صادقی؛ بیژن قهرمان؛ کامران داوری
چکیده
چکیده
نرخ و دوام جریان رو به پایین رطوبت خاک طی فرآیند توزیع مجدد، میزان ذخیره موثر آب در خاک را در هر زمان تعیین می کند. این امر به ویژه در مناطق خشک که گیاهان مجبورند برای مدت زمان زیادی وابسته به میزان رطوبت باقی مانده در منطقه ریشه باشند، بسیار مهم است. در این تحقیق، یک روش جدید برای مقیاس سازی فرآیند توزیع مجدد بر پایه مدل توزیع ...
بیشتر
چکیده
نرخ و دوام جریان رو به پایین رطوبت خاک طی فرآیند توزیع مجدد، میزان ذخیره موثر آب در خاک را در هر زمان تعیین می کند. این امر به ویژه در مناطق خشک که گیاهان مجبورند برای مدت زمان زیادی وابسته به میزان رطوبت باقی مانده در منطقه ریشه باشند، بسیار مهم است. در این تحقیق، یک روش جدید برای مقیاس سازی فرآیند توزیع مجدد بر پایه مدل توزیع مجدد گرین‌امپت ارایه شده است. با استفاده از نتایج مقیاس شده حل عددی معادله عمومی جریان موسوم به معادله ریچاردز، یک معادله تجربی برای تخمین نیمرخ رطوبت خاک در فاز توزیع مجدد به دست آمده است. از ویژگی های بارز معادله تجربی ارایه شده، قبول تأثیر پس ماند در منحنی رطوبتی بر فرآیند توزیع مجدد می باشد. به منظور صحت سنجی معادله پیشنهادی، نتایج آن با نتایج حل عددی معادله ریچاردز برای یازده کلاس بافت خاک (در محدوده شن تا رس) مقایسه گردید. خطای حاصل از مقایسه برای هر یازده کلاس بافت خاک و برای گستره زیادی از شرایط اولیه ناچیز بود. اگرچه در شرایطی که عمق جبهه خیس شده اولیه و یا میزان رطوبت اولیه خاک پیش از نفوذ زیاد بود، در نتایج مدل پیشنهادی نسبت به حل عددی کمی انحراف دیده می‌شد. بدین ترتیب مدلی ارایه شده است که بتواند با سادگی کاربرد مدل های تحلیلی و دقت مدل های عددی، میزان رطوبت خاک را در هر عمق و هر زمان در طول فاز توزیع مجدد، تخمین بزند.
واژه های کلیدی: مقیاس سازی، نیمرخ رطوبت خاک، توزیع مجدد، گرین-امپت
