ارزیابی برخی معادلات نفوذ آب در خاک در کاربری‌های مختلف در حوزه آبخیز کجور

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس

2 - دانشیار سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی

چکیده

مطالعه نفوذ به عنوان یکی از اجزای چرخه­ آب به منظور مدیریت و برنامه­ریزی پروژه­های آبی ضروری می­باشد. از آن­جا که اندازه­گیری نفوذ در عرصه هزینه­بر و مستلزم صرف زمان زیاد است، لذا از مدل­های مختلف برای برآورد مقدار نفوذ استفاده می­شود که هر مدل در شرایط خاص، برازش مناسبی را با داده­های تجربی از خود نشان می­دهد. انتخاب مدل مناسب در مدیریت منابع آب حائر اهمیت می­باشد. از این­رو، در این تحقیق، ابتدا با استفاده از استوانه مضاعف در چهار کاربری جنگل، باغ، کشاورزی و اراضی ساحلی، اقدام به اندازه­گیری نفوذ شد و در مرحله بعد، مدل­های نفوذ سازمان حفاظت خاک آمریکا SCS، فیلیپ، کوستیاکف، گرین­ و­آمپ و هورتون با استفاده از شاخص­های ضریب تبیین (R2)، معیار کفایت ناش-ساتکلیف (NSSS)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)،  و میانگین خطا (ME) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مدل­ کوستیاکوف در هر چهار کاربری با بالاتر بودن R2، معیار کفایت ناش-ساتکلیف و RMSE کمتر، بهترین برازش را با داده­های تجربی داشته است. ضمن آن­که مقادیر ME بیانگر این بوده که مدل­ کوستیاکوف در کاربری باغ، مقادیر را بیشتر از مقدار واقعی ارزیابی کرده است و در سایر کاربری­ها، مدل کم­برآوردگر بوده است. در حالی­که مدل­ نفوذ سازمان حفاظت خاک آمریکا SCS در تمام کاربری­ها دارای کم­برآوردی بوده و از این حیث عملکرد پایدارتری نسبت به سایر مدل­ها از خود نشان داده است. در مجموع، مدل کوستیاکوف در تمام کاربری­ها در رتبه نخست قرار گرفت و پس از آن مدل­های سازمان حفاظت خاک آمریکا SCS، فیلیپ، گرین­و­آمپ و هورتون در رده­های بعدی قرار گرفتند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Some Infiltration Models for Different Land Uses in Kojour Watershed

نویسندگان [English]

  • Maedeh Kavousi 1
  • mehdi vatankhah
  • Mohammad Vafakhah 2
2 Associate Professor, Agricultural Research, Education and Extension Organization
چکیده [English]

Infiltration study as a component of hydrological cycle is necessary for water projects management and planning. Because infiltration rate measurement is very time-consuming and costly in field, therefore various models are used for the infiltration rate estimation; however each model, in certain circumstances may show the best fitness for experimental data. Choice of suitable model is important in water resources management, thus in this research, first, infiltration rate measured in four land uses including forest, garden, agriculture and seacoast using double ring infilterometer, and then infiltration models of American soil conservation service (SCS), Philip, Kostiakov, Green-Ampt and Horton used and thus evaluated by coefficient of determination (R2), Nash-Sutcliffe sufficiency score (NSSS), root mean squared error (RMSE) and mean error (ME). The results showed that Kostiakov model had the best fitness to experimental data with maximum of R2 and NSSS and minimum of RMSE in all land uses. Also, ME values showed that Kostiakov model in garden land use, overestimated the infiltration rate, but in other land uses, model had underestimates. Besides, SCS model in all land uses estimated the infiltration rate less than real values and thus showed stable function than the other models. Totally, Kostiakov model, for all land uses, was placed at the first rank and SCS, Philip, Green-Ampt and Horton were placed in next ranks, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • SCS Infiltration Model
  • Philip Model
  • Kostiakov Model
  • Green-Ampt Model
  • Horton Model
  • Infiltration
  • Koujor Watershed
  1. اداره کل منابع طبیعی نوشهر. 1381. طرح جنگلداری کجور، سری 3 آغوزچال. آبخیز 46. وزارت جهاد کشاورزی. سازمان جنگل­ها و مراتع کشور. 379ص.
  2. پرچمی­عراقی، ف.، س.م. میرلطیفی، ش. قربانی­دشتکی و م.ح. مهدیان. 1389. ارزیابی برخی مدل­های نفوذ آب به خاک در برخی کلاس­های بافتی خاک و کاربری­های اراضی. آبیاری و زهکشی ایران. 193-205 (2)4
  3. قربانی دشتکی، ش.، م. همایی و م.ح. مهدیان. 1388. برآورد پارامترهای نفوذ آب به خاک با استفاده از شبکه­های عصبی مصنوعی . آب و خاک. 185-198 (1) 23
  4. محمدی، م.ح. و ح. رفاهی. 1384. تخمین پارامترهای معادلات نفوذ توسط خصوصیات فیزیکی خاک. علوم کشاورزی ایران. 1391-1398 (6) 36
  5. ملکی، ع.، م. بهزاد و م. برومندنسب. 1383. تعیین ضرایب معادله‌های نفوذ و ارزیابی آن‌ها در اراضی نیشکر جنوب اهواز (واحد امیرکبیر). کشاورزی(ویژه نامه مهندسی علوم آب). 27-46 31.
  6. موسوی، س.ب.، م.ر. نیشابوری و و. فیضی­اصل. 1384. نفوذپذیری و تعیین ضرایب معادلات نفوذ با روش های استوانه مضاعف، بارانساز مصنوعی و آبپاش. دانش کشاورزی. 79-91 (1) 15.
  7. نشاط، ع. و م. پاره­کار. 1386. مقایسه روش­های تعیین سرعت نفوذ عمودی آب در خاک. علوم کشاورزی و منابع طبیعی. 186-195 (3) 14.
    1. Chahinian, N., R. Moussa, P. Andrieux and M. Voltz, 2005. Comparison of infiltration models to simulate flood events at the field scale.  Journal of Hydrology. 306:191-214.
    2. Mishra, S., J. Tyagi and V. Singh. 2003. Comparison of infiltration models. Hydrological Processes. 17:2629–2652.
10. Oku, E.E., A.N. Essoka and S.I. Oshunsanya. 2005. Determination of infiltration characteristics and suitability of Kostiakov and Philip infiltration models in predicting infiltration into soils under different treatments. Global Journal of Pure and Applied Sciences.11(3):323-326.

11. Sy, N.L. 2006. Modeling the infiltration process with a multi-layer perceptron artificial neural network.  Hydrol. Sci. J., 51(1): 3–20.

12. Turner, E.R. 2006. Comparison of infiltration equations and their field validation with rainfall simulation. MSc. thesis. University of Maryland. USA. 202 pp.

Yukuan, W., F. Bin, X. Pei, W. Daojie, W. Xiantuo and W. Yongqiang. 2007. Validation of three infiltration models on purple soil under simulated rainfall. Progress in Natural Sciense. 1002-0071(9):1059-1066