تاثیر وزن‌دهی مناسب داده‌های منحنی رطوبتی خاک در تجزیه‌های حداقل مربعات

Authors

  • حسین خیرفام گروه علوم محیط‌زیست، پژوهشکده مطالعات دریاچه ارومیه، دانشگاه ارومیه.
Abstract:

سابقه و هدف: برآورد دقیق پارامترهای هیدرولیکی خاک اهمیتی کلیدی در شبیه سازی انتقال آب، املاح و آلاینده ها، مدیریت آب مزرعه، مدیریت تولید و حفاظت خاک و آب دارد. پارامترهای مدل منحنی رطوبتی، عموماً با برازش تابع رگرسیون غیرخطی منحنی رطوبتی بر نقطه-داده های اندازه گیری شده توسط روش حداقل مربعات به دست می آیند. با این حال، واریانس داده های منحنی رطوبتی در محدوده مقادیر مختلف رطوبت با یکدیگر متفاوت است. از این‌رو، برخلاف "دنبالۀ تر" منحنی رطوبتی، ممکن است روش رایج رگرسیون غیروزندار در برآورد "دنبالۀ خشک" منحنی کارایی کافی نداشته باشد. این در حالی است ‌که برخی فرآیندهای مهم در خاک، از قبیل باز-توزیع رطوبت یا انتقال آلاینده ها در خاک، در مقادیر رطوبتی کم در خاک و متناظر با مکشهای زیاد منحنی رخ میدهند. بنابراین، در برازش توابع مختلف هیدرولیکی بر منحنی رطوبتی خاک، تعیین وزنهای مناسب برای نقاط مختلف میتواند دقت برآورد پارامترهای منحنی رطوبتی را در محدوده رطوبتهای کم‌مقدار افزایش دهد. لذا هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر وزن دهی نقطه-داده های منحنی رطوبتی در افزایش دقت برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک بود. مواد و روشها: برای انجام این پژوهش، نمونه های دست نخورده از عمق 20 سانتی‌متری خاک با شش تکرار جمع آوری شد. منحنی رطوبتی نمونه های خاک در مکش های صفر تا 15000 سانتیمتر اندازه گیری شد. برازش معادله منحنی رطوبتی ون-گنوختن بر داده های اندازه گیری شده h(θ) و برآورد پارامترهای هیدرولیکی آن در برنامه RETC، با روش رگرسیون متداول حداقل مربعات غیروزندار و همچنین روش رگرسیون حداقل مربعات وزندار انجام شد. بدین منظور، با ایجاد وزنهایی به‌صورت معکوس واریانس مقادیر اندازه گیری شده رطوبت حجمی در شش تکرار، تأثیر خطای برآورد منحنی در مقادیر رطوبت پایین نیز با وزن بزرگتری در برازش رگرسیون در نظر گرفته شد. در نهایت دقت رگرسیون غیروزندار و وزندار در برازش مدل منحنی رطوبتی بر داده های اندازه گیری شده با استفاده از معیارهای آماری مقایسه گردید و روش میانگین گیری مناسب پارامترهای هیدرولیکی معرفی شد. یافته ها: مقایسه مقادیر بهینه پارامترهای هیدرولیکی بدست آمده از برازش مدل منحنی رطوبتی ون-گنوختن به دو روش رگرسیون غیروزندار و وزندار نشان داد که میانگین مقادیر پارامترهای رطوبت باقیمانده (Ɵr)، رطوبت اشباع (Ɵs) و ضریب α (عکس مکش ورود هوا) در روش وزندار کمتر از روش غیروزندار بود، در حالیکه، پارامتر n در روش وزندار بیش‌تر از روش غیروزندار به دست آمد. استخراج منحنی رطوبتی خاک بر اساس پارامترهای هیدرولیکی برآورد شده به دو روش غیروزندار و وزندار نشان داد که با وجود این‌که روش وزندار منجر به افزایش خطا (NRMSE) در برآورد منحنی رطوبتی و کاهش همبستگی بین مقادیر رطوبت برآوردی و مشاهداتی شد، دقت برآورد (نزدیکی مقادیر اندازه گیری شده و برآورد شده) را در مقادیر رطوبت کم (مکش زیاد) افزایش و درصد خطای نقطه ای را در مقادیر رطوبت کم نسبت به روش غیروزندار تا مقدار زیادی کاهش داد. مقایسه دو روش میانگین گیری از پارامترهای هیدرولیکی خاک در تکرارهای انجام شده (میانگین‌گیری از پارامترهای هیدرولیکی (روش I) و میانگین گیری از مقادیر رطوبت حجمی در مکش های مختلف و برآورد پارامترهای هیدرولیکی (روش II)) نشان داد که خطای روش II در هر دو روش غیروزندار و وزندار، کم‌تر از روش I بود. با این حال، درصد خطای نقطه ای در برآورد منحنی رطوبتی در مقادیر رطوبت کم در روش I کم‌تر از روش II بوده و روش I منجر به کاهش چشم گیر درصد خطا در روش وزندار شد. نتیجه گیری: اختصاص وزن مناسب به نقطه-داده های منحنی رطوبتی، سبب بهبود برازش منحنی در دنبالۀ خشک منحنی رطوبتی گردید که اهمیت زیادی در شبیه سازی فرآیندهایی از قبیل باز-توزیع رطوبت یا انتقال آلاینده ها در خاک به‌ویژه در شرایط خشک و نیمه-خشک دارد.

Upgrade to premium to download articles

Sign up to access the full text

Already have an account?login

similar resources

تعیین مدل مناسب در تخمین منحنی مشخصه رطوبتی (Swcc) در شرایط مختلف رطوبتی خاک رسی متراکم

خاکهای رسی در محل‌های دفن زباله به صورت متراکم و به منظور کاهش آلودگی کاربرد دارند. با توجه به اینکه غالباً لاینرهای رسی متراکم غیراشباع می‌باشند، تخمین ویژگی‌های هیدرولیکی غیراشباع از جمله منحنی رطوبتی ضروری است. در این پژوهش، منحنی مشخصه رطوبتی(SWCC) خاک رسی در شرایط رطوبتی متفاوت (خشک، بهینه، مرطوب) و تراکم‌های متفاوت(کاهش، استاندارد، اصلاح شده) با استفاده از دستگاه صفحات فشاری به دست آمد. سپ...

full text

مقیاس‌سازی منحنی رطوبتی بروکس-کوری با استفاده از حداقل داده

اندازه‌گیری منحنی رطوبتی در آزمایشگاه زمان­بر و پرهزینه می­باشد. به این دلیل پژوهش­گران روش­هایی را برای کاهش اندازه­گیری­ها ارائه کرده­اند. یکی از این روش­ها، مقیاس­سازی است. هدف از این تحقیق مقیاس­سازی منحنی رطوبتی به‌دست‌آمده با استفاده از مدل بروکس-کوری برای تمامی کلاس­های بافتی خاک است. در این روش به یک منحنی مرجع و مقدار رطوبت در یک مکش خاص مورد نیاز است. فاکتور مقیاس در این روش برابر با ...

full text

پیش‌بینی منحنی مشخصه رطوبتی با استفاده از منحنی دانه‌بندی خاک

منحنی مشخصة رطوبتی خاک یکی از مهم­ترین خصوصیات خاک در تعیین ویژگی‌های هیدرولیکی از جمله هدایت هیدرولیکی غیر اشباع است.  از آنجا ­که اندازه‌گیری این ویژگی اجتناب­ناپذیر است تلاش محققان همواره بر آن بوده تا با روش‌های غیرمستقیم، مانند توابع انتقالی و روابط تجربی، دستیابی به این ویژگی خاک را آسان سازند.  در این مطالعه با توجه به ارتباط تنگاتنگ بین منحنی مشخصة رطوبتی و منحنی دانه‌بندی خاک و با استف...

full text

کارایی مدل‌های برآورد دامنه رطوبتی با حداقل محدودیت در خاک

دامنه­ای از رطوبت حجمی خاک که در آن، محدودیت­ها برای رشد گیاه در ارتباط با پتانسیل آب، تهویه و مقاومت مکانیکی خاک در کمترین مقدار خود باشد، دامنه رطوبتی با حداقل محدودیت (LLWR) نامیده می­شود. اندازه­گیری LLWR به طور تجربی به هزینه و زمان زیادی نیاز دارد. به کارگیری توابع تبدیلی ((PTF می­تواند بر آورد آن را تسریع کند. درباره صحت و قابلیت اعتماد تخمین PTF­های توسعه یافته برای خصوصیات هیدرولیکی خا...

full text

مقایسه روش‎های فرکتالی و رزتا در تخمین منحنی رطوبتی خاک

مدل ونگنوختن اغلب برای توصیف منحنی رطوبتی خاک‎ استفاده می‎شود. هدف از این تحقیق، ارزیابی روشی برای تعیین پارامترهای m و α مدل ونگنوختن برای 100 نمونه خاک از استان گیلان با استفاده از بعد فرکتال منحنی رطوبتی است. دو روش که توسط لینهارد و همکاران و ونگنوختن برای تخمین m از شاخص توزیع اندازه منافذ مدل بروکز و کوری پیشنهاد شده بود، به‎کار رفت. در هر دو روش از رابطه بین شاخص توزیع اندازه منافذ مدل ب...

full text

My Resources

Save resource for easier access later

Save to my library Already added to my library

{@ msg_add @}


Journal title

volume 26  issue 5

pages  95- 112

publication date 2019-12-22

By following a journal you will be notified via email when a new issue of this journal is published.

Hosted on Doprax cloud platform doprax.com

copyright © 2015-2023