ضرایب مدل‌های نفوذ فیلیپ، کاستیاکف و کاستیاکف اصلاح شده بر مبنای جرم مخصوص ظاهری و رطوبت اولیه خاک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

چکیده

ضرایب مدل­های نفوذ اغلب از طریق برازش داده‌های تجربی بصورت نفوذ تجمعی و زمان نفوذ تعیین می‌گرددو توجهی به دو پارامتر مهم در نفوذ یعنی جرم مخصوص ظاهری(Db) و مقدار رطوبت اولیه (W0) نمی‌شود. در یک زمان مشخص مقدار نفوذ تجمعی نه تنها به زمان بلکه به دو ویژگی یاد شده نیز بستگی دارد. هدف از این تحقیق ارزیابی میزان وابستگی ضرایب مدل‌های نفوذ، فیلیپ، کاستیاکف و کاستیاکوف اصلاح شده به Db و W0 و نیز ارزیابی دقت تخمین نفوذ تجمعی سه مدل با وارد کردن دو متغیرمذکور در آنها است. برای این منظور ستونهای خاک به قطر23 و طول 80 سانتی­‌متر با جرم مخصوص ظاهری بین 11/1 تا 42/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب و با  سه رطوبت وزنی اولیه 6/10، 1/13 و 7/14 درصد در آزمایشگاه تهیه شدند. در مرحله اول داده‌های نفوذ تجمعی و زمان به مدل‌های فیلیپ, کاستیاکف و کاستیاکف اصلاح شده برازش وضرایب هر مدل مشخص گردید.سپس ضرایب حاصله بعنوان متغیر وابسته و Db و W0 بعنوان متغیر مستقل منظور و رابطه رگراسیونی هر ضریب با دو متغیر یاد شده تعیین شد. در مرحله بعدی با جایگذاری ضرایب برحسب W0 و Db ، مدل‌های تخمین نفوذ تجمعی (IP) بعنوان تابعی از آن دو متغیرو زمان بدست آمدند. جهت ارزیابی اعتبار هر مدل مقادیرIP محاسبه شده با مقادیر نظیر I (اندازه‌گیری شده) از طریق ضریب تبیین (R2) و جذر میانگین مربع انحراف(RMSD) مقایسه شدند. نتایج نشان داد که در هر سه مدل وابستگی ضرایب به تغییرات Db به مراتب بیشتر از تبعیت آنهااز W0 بود. قرار دادن ضرایب در مدلها برحسب Db و W0علی‌رغم ایجاد پیچیدگی در ظاهر مدلها باعث افزایش دقت تخمینی آنها برای نفوذ تجمعی شد. در این راستا مدل کاستیاکف دارای بالاترین R2 و کمترین RMSD گردید و دقیقتر از دو مدل فیلیپ و کوستیاکوف اصلاح شده توانست در ترکیب مختلفی از Db و W0نفوذ تجمعی را برآورد کند.      

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Coeficients of Kostiakov, Modified Kostiakov and Philip Infiltration Models on the Basis of Soil Bulk Density and Initial Water Content

نویسندگان [English]

  • MR Neyshabouri
  • A Fakhery-Fard
  • D Farsadizade
  • N Sadeghian
  • J Kheiry
چکیده [English]

Determining of the coefficients in infiltration models often is accomplished by fitting experimental data (cumulative infiltration and time) to the models; the two important soil parameters, soil  bulk density (Db), and Initial water content (W0) are overlooked. In the current study it was aimed to find out to what extent the coefficients in Kostiakov, modified Kostiakov and Philip infiltration models would depond on Db and W0 and by entering those two variables into the models how much the predicting accuracy may be improved. For this purpose soil columns using PVC tubes with 23 cm in diameter and 80 cm length were prepared with four Db ranging from 1.11 to 1.42 gcm-3 and three W0 of 0.106, 0.131 and 0.147 gg-1. Infiltration tests were run with each combination of Db and W0  with two replicates, and the cumulative infiltratoion (I) were recorded at various times (t). Constant presure head of 2.1 cm water was maintained on the soil surfuce during all tests until approaching steady infiltration rate when tests were terminated. At the first step of data analysis, I and tdata were fitted to Kostiakov, modified Kostiakov and Philip models and their coefficients were computed. Then, the coefficients were regressed against Db and W0 and the regression equations were constructed. An the second step by applying those equations, the coefficients in the models were substitueted in terms of Db and W0 and cumulative infiltration, (Ip) were predicted by using three variables of t, Db and W0. Comparing the corresponding set of I and Ip through computing linear correlation coefficient (R) and root mean square deviation (RMSD) was the final step of data analysis. Results indicated that the dependence of the coefficients of these models on Db was quite greater than on W0. Entering Db and W0 into the models inspite of making them relatively complicated, resulted in better prediction of cumulative infiltration at most combinations of Db and W0. In this respect Kostiakov model with Db and W0 entered to it, produced more accurate prediction comparing to Philip and modified Kostiakov models. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bulk Density
  • Cumulative infiltration
  • Initial water content
  • Infiltration models
علیزاده ا، 1380، اصول هیدرولوژی کاربردی، انتشارات آستان قدس رضوی.
لطفی صدیق ا، 1368. بررسی نفوذ آب باران در خاک خشک تا مرحله اشباع خاک، دانش کشاورزی جلد 1، شماره 1 و 2 صفحات 41-68.
Allen, JB and HJ Brand. 1968. How cracks and initial moisture content affect infiltration in Sharkey clay. Agric Engin 49:589-594.
Child, JI, WW Wallender and JW Hopmans. 1993. Spatial and seasonal variation of furrow infiltration. J. Irrig.and Drain. Engin. ASCE.119:74-90.
Clausnitzer V, JW Hopmans, and JL Staw. 1998. Parameter uncertainty analysis of common infiltration models. Soil Sci Soc Am J  62: 1477-1487.
Fattah, HA and SK Upadhyaya. 1996. Effect of soil crust and compaction on infiltration in a Yolo loam soil. Am Soc Agric Engin 39:79-84.
Fitzgerald, PD, GF Cossens and DS Richards. 1971. Infiltration and soil properties. J Hydrol 10:120-126.
Ghildlyal, BP and RP Tripathi. 1987. Soil Physics. Wiley Eastern Limited. New Delhi. pp. 345-380.
Gumbs, FA and BP Warkentin. 1972. The effect of bulk density and initial water content on infiltration in dry soils. Soil Sci Soc Am Proc  36: 720- 724.
Hillel, D. 1998. Environmental soil physics. Acad. Press. UK.
Jury, W and R Horton.  2004. Soil Physics. John Wiley & Sons Inc., London.
Miller, DE and  WH Gardner. 1962. Water infiltration into stratified soils. Soil Sci Soc Am Proc. 26: 115- 119.
Nasseri, A, MR Neyshabouri, A Fakherifard , M Mogaddam and AH Nazem . 2004. Field-     measured furrow infiltration function. Turk. J Agric 28:93-99.
Radcliffe, DE and TC Rasmussen. 2000. Soil water movement. In : M E. Summmer(ed).     Handbook of Soil  Science, CRC Press. Inc.
Sakai, K, SK Upadhyaya  and M Sime. 1992. Variability of a double ring infiltration test. Trans. ASAE. 35:1221-1226.
Taylor, SA and GL Ashcroft. 1972. Physical edaphology : The physics of irrigated and      nonirrigated soils. Freeman, WH, and Company, San fransisco, USA