مقیاس سازی توامان توابع نگهداشت آب و هدایت هیدرولیکی خاک

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

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 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

عنوان مقاله [English]

Simultaneous Scaling of Soil Water Retention and Hydraulic Conductivity Functions

نویسندگان [English]

  • M. Sadeghi
  • B. Ghahraman
چکیده [English]

Abstract
Scaling methods, which are based on similar media theory, are used to simplify the statistic description of soil spatial variations. To simulate the water flow in heterogeneous soils, simultaneous scaling of soil hydraulic functions, including soil water retention and unsaturated hydraulic conductivity functions, is highly desirable. In the similar media theory, the simultaneous scaling is expected for geometrically similar soils. In this paper, it is indicated that although the geometric similarity is a necessity, it is not sufficient for validation of the similar media theory in the reality. It is shown that, in addition, the values of Kshm2 (β) must be identical in all similar soils (where Ks is the saturated hydraulic conductivity and hm is the median suction head in the water retention curve). To evaluate the theory, method of Tuli et al. (13) was used which applies the similar media theory to the similar soils of Kosugi and Hopmans (4) with identical σ (standard deviation in the log-normal hydraulic models). The method was also generalized such that it can well scale the soil hydraulic functions of the similar soils even where the β values are not identical. The theoretical descriptions were tested by data of 26 soils from UNSODA database. The soils were classified into six groups of similar soils based on the equality of their σ. As it was expected, the method of Tuli et al. did not perform well in the groups in which β values were significantly different. The results also showed that the proposed method can considerably improve the performance of the method of Tuli et al. It was indicated that the performance of the proposed method do not depend on β values and the geometric similarity is the only condition for that.

Keywords: Similar media, Simultaneous scaling, Retention curve, Hydraulic conductivity function