تعیین ضرایب برخی مدل‌های نفوذ آب در دو خاک آهکی منطقه باجگاه در استان فارس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1- دانشیار بخش علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

2 2- دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد بخش علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

3 3- دانشیار بخش علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

4 4- استاد بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

چکیده

نفوذ آب به خاک در چرخه آب نقش مهمی داشته و سبب شده پژوهشگران به­دنبال ارائه مدل مناسبی برای بیان کمی آن باشند. در این پژوهش، عملکرد مدل­های نفوذ کوستیاکوف-لوییز، کوستیاکوف، فیلیپ، هورتون و حفاظت خاک آمریکا در برآورد نفوذ تجمعی اندازه­گیری شده با استوانه­های مضاعف در دو خاک آهکی متفاوت از منطقه باجگاه استان فارسبررسی شد. ضرایب مدل­ها به­روش کمینه ­مجموع­ مربعات ­خطا تعیین شد. جهت بررسی صحت عملکرد مدل­ها از میانگین­ خطا، ریشه­­ میانگین­ خطا، شاخص ویلموت، درصد کارآیی مدل، شاخص­میانگین­ درصد ­خطا و ضریب ­تبیین استفاده شد. مدل کوستیاکوف-لوییز با ضریب تبیین 998/0 تا 999/0 بهترین مدل در برآورد میزان نفوذ تجمعی در هر دو خاک بود. مدل­های کوستیاکوف-لوییز و حفاظت خاک آمریکا با میانگین خطای 0019/0 تا 064/0 جزء مدل­های بیش­برآوردکننده و مدل­های فیلیپ، کوستیاکوف و هورتونبا میانگین خطای 0033/0- تا 0377/0-جزء مدل­های کم برآوردکننده بودند. به­طور کلی نتایج نشان داد استفاده از مدل­ها (و به­ویژه مدل کوستیاکوف-لوییز) در خاک درشت­بافتمورد مطالعه در مقایسه با خاک ریزبافت و در ابتدای نفوذ منجر به نتایج دقیق­تریمی­شود که این موضوع می­تواند در مدل­سازی نفوذ در خاک­های آهکی مورد توجه قرار گیرد. البته پیشنهاد می­شود آزمایش در طیف وسیع­تری از بافت و شرایط مختلف خاک انجام و بر اساس نتایج حاصل در هر خاک تصمیم­های مدیریتی متناسب­ با شرایط خاک اتخاذ شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Determining Coefficients of Some Water Infiltration Models in Two Calcareous Soils of Bajgah Region in Fars Province

نویسندگان [English]

  • A Sameni 1
  • M Pakjo 2
  • AA Mousavi 3
  • AA Kamkar Haghighi 4
چکیده [English]

Water infiltration into soil plays key role in water cycle and its importance forced researchers to introduce appropriate models for its quantitative study. In the present study, the Kostiakov-Lewis, Kostiakov, Philip, Horton, and SCS models were evaluated for estimating measured cumulative infiltration by double rings in two different calcareous soils of Bajgah region in Fars province. Coefficients of the aforementioned models were determined by the least sum of squared error method. Mean of error (ME), root mean error (RME), Willmot,s  index of agreement (W), efficiency factor (EF) of model, index of mean error percentage (MEp < /em>) and determination coefficient (R2) were used for evaluation of the models efficiency. The Kostiakov-Lewis with R2 of 0.998 -0.999 was the most suitable model in estimation of the cumulative infiltration in the studied soils. The Kostiakov-Lewis and SCS with mean errors of 0.0019 to 0.064 overestimated, while Philip, Kostiakov and Hortonwith mean errors of -0.0033 to -0.0377 underestimated the infiltration. In general, results indicated that using the models (specifically Kostiakov-Lewis) in the studied coarse textured soil in comparison to fine textured soils for short times after beginning of infiltration had more accurate results. This matter should be considered in infiltration modeling in calcareous soils. Of course, it is recommended that the experiments be done in wider ranges of soil textures and conditions and by taking into consideration the circumstances of each soil, appropriate managerial decisions be taken.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Calcareous soil
  • Double rings
  • Infiltration models
  • Soil texture
  • Sum of square error
ابطحی ع، کریمیان ن و صلحی م، 1370. گزارش مطالعات خاک­شناسی نیمه­تفضیلی اراضی باجگاه – استان فارس. انتشارات دانشگاه شیراز. 73 صفحه.
پرچمی­عراقی ف، میر­لطیفی م، قربانی ش و مهدیان م، 1389. ارزیابی مدل­های نفوذ آب به خاک در برخی کلاس­های بافتی و کاربری­های اراضی. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، جلد 2، صفحه­های 193 تا 205.
محمدی م و رفاهی ح، 1384. تخمین پارامترهای معادلات نفوذ توسط خصوصیات فیزیکی خاک. مجله علوم کشاورزی ایران، جلد 36، شماره 6، صفحه­های 1391 تا 1398.
نشاط ع و پاره­کار م، 1384. گزارش طرح تحقیقاتی مقایسه روش­های تعیین سرعت نفوذ عمودی آب در خاک همراه با ارائه نرم­افزار کامپیوتری. 118 صفحه.
Argyrokastriti I and Kerkides P, 2003. A note to the variable sorptivity infiltration equation. Water Res Manage 17: 133-145.
Babalola OA, Adesodun JK, Olasantan FO and Adekunle AF, 2012. Responses of some soil biological, chemical and physical properties to short-term compost amendment. Int J Soil Sci 7: 28-38.
Bellocchi G‚ Fila G and Donatelli M, 2002. An indicator of solar radiation model performance based on a fuzzy expert system. Agron J 94: 1222-1233.
Bhardwaj A and Singh R, 1992. Development of a portable simulator infiltrometer for infiltration‚ runoff and erosion studies. Agric Water Manage 22(4): 235-248.
Brady NC and Weil RR, 2008. The Nature and Properties of Soils. 14th Ed., Prentice Hall, New Jersey, USA. 965 P.
Chowdary VM, Damodhara MR, and Jaiswal CS, 2006. Study of infiltration process under different experimental conditions. Agric Water Manage 83: 69-78.
Emadi M, Emadi M, Baghernejad M, Fathi H, and Saffari M, 2008. Effect of land use change on selected soil physical and chemical properties in North Highlands of Iran. J App Sci 8: 496-502.
Ghorbani Dashtaki S‚ Homaee M and Kouchakzadeh M, 2010. Derivation and validation of pedotransfer functions for estimating soil water retention curve using a variety of soil data. Soil Use Manage 26: 68-74.
Ghorbani Dashtaki S‚ Homaee M‚ Mahdian MH and Kouchakzadeh M, 2009. Site-dependence performance of infiltration models. Water Res Manage 23: 1573-1650.
Haverkamp R‚ Rendon L and Vachaud G, 1987. Infiltration equations and their applicability for predictive use. Pp. 142-152. In: Fok Y. (ed.). International Conference on Infiltration Development and Application, 6- 8 January, Honolulu, Hawaii, USA.
Holzapfel EA‚ Jara J‚ Zuniga Marino MA‚ Paredes J and Billib M, 2004. Infiltration parameters for furrow irrigation. Agric Water Manage 68: 19-32.
Lai J and Ren L, 2007. Assessing the size dependency of measured hydraulic conductivity using double-ring infiltrometers and numerical simulation. Soil Sci Soc Am J 71: 1667-1675.
Mazloom H and Fooladmand H, 2013. Evaluation and determination of the coefficients of infiltration models in Marvdasht region, Fars province. Inter J Adv Biol Biomed Res 1(8): 822-829.
Mishra SK‚ Tyagi JV and Singh VP, 2003. Comparison of infiltration models. Hydrol Process 17: 2629-2652.
Moosavi AA and Sepaskhah AR, 2012. Spatial variability of physico-chemical properties and hydraulic characteristics of a gravelly calcareous soil. Arch Agron Soil Sci 58: 631-656.
Mukheibir P, 2008. Water resources management strategies for adaptation to climate-induced impacts in South Africa. Water Res Manage 22: 1259-1276.
Parlange JY and Haverkamp R, 1989. Infiltration and pounding time. Chapter 3, Pp. 95–126. In: Morel-Seytoux H.J. (ed.) Unsaturated Flow in Hydrologic Modeling, Theory and Practice. Kluwer Academic Publishers, Boston, USA.
Philip JR. 1957. The theory of infiltration: 1. The infiltration equation and its solution. Soil Sci 83: 345–357.
Rawls WJ, 1993. Infiltration and soil water movement. Chapter 5, Pp. 5.1- 5.51. In: Maidment D.R. (ed.). Handbook of Hydrology. McGraw-Hill, New York, USA.
Sadeghzadeh K‚ Shirmohamadi AH, Montans J and Felton G 2007. Evaluation of infiltration models in contaminated landscape. J Environ Sci Health 42(7): 983-988.
Sepaskhah AR and Afshar-Chamanabad H, 2002. Determination of infiltration rate for every-other furrow irrigation. Biosys Eng 82(4): 479-484.
Shukla MK‚ Lal R‚ Ownes LB and Unkefer P, 2003. Land use and management impacts on infiltration characteristics of soils in north Appalachian of Ohio. Soil Science 168(3): 167-177.
Sy NL, 2006. Modeling the infiltration process with a multi-layer perceptron artificial neural network. Hydrol Sci J 51(1): 3-20.
Turner ER, 2006. Comparison of infiltration equations and their field validation with rainfall simulation. M.Sc. Thesis, University of Maryland, USA. 202 p.
Walsh E and McDonnell KP, 2012. The influence of measurement methodology on soil infiltration rate. Int J Soil Sci 7: 168-176.
Zolfaghari AA, Mirzaee S, and Gorji M, 2012. Comparison of different models for estimating cumulative infiltration. Int J Soil Sci 7: 1-8.