مقیاس سازی و پیش بینی نیمرخ رطوبت خاک در فاز توزیع مجدد

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

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 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

عنوان مقاله [English]

Scaling and prediction of soil moisture profile during redistribution phase

نویسندگان [English]

  • M .S
  • B .GH
  • K .D
چکیده [English]

Abstract
The rate and duration of downward flow during redistribution process determines the effective soil water storage at any time. This property is vitally important, particularly in arid and semi-arid regions where plants must rely for long periods of time on the remained soil water of the root zone. In this study a new approach for scaling of soil moisture redistribution process based on the Green-Ampt redistribution theory was developed. Using the scaled results of numerical solution of the general flow (Richards’ equation), an empirical equation for predicting the soil moisture profile during redistribution process was derived. An important advantage of the empirical equation is adopting the effect of hysteresis in soil retention curve on redistribution process. To validate the proposed empirical equation, its outputs were compared with those of Richards’ solution for 11 soil textural classes (from sand to clay). The comparison showed negligible amount of error for all of the 11 soil textural classes and for a wide range of initial conditions. However, some deviations from results of Richards’ solution were observed under high initial infiltrated water depth and/or high initial soil water content. Therefore, a model which can estimate the soil moisture content at any depth and time during redistribution phase with accuracy of numerical models and simplicity in application of analytical models was obtained.

Key words: Scaling, Soil moisture profile, Redistribution phase, Green and Ampt equation, Richards’ equation