تخمین خصوصیات رطوبتی خاک در مقیاس حوضه آبریز، به عنوان متغیرهای ورودی مدل‌سازی هیدرولوژیکی با استفاده از نقشه‌های کوچک مقیاس خاکشناسی

نویسندگان

1 آبیاری و زهکشی ، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاوری، دانشگاه فردوسی مشهد

2 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاوری، دانشگاه فردوسی مشهد

4 استاد گروه مهندسی عمران،دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

5 دانشکده عمران، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران

چکیده

یکی از اطلاعات بسیار مهم، به عنوان ورودی در مدل­سازی فرایندهای هیدرولوژیکی، اطلاعات مربوط به خصوصیات رطوبتی خاک و بخصوص کل نگهداشت قابل دسترس در سطح حوضه آبریز، می­باشد. این پژوهش با هدف ارائه روشی برای تخمین نسبی این کمیت­ها می­باشد. بر این اساس در ابتدا تحقیق، تعیین و استخراج کلاس­های بافت خاک روش USDA، از روی  نقشه ملی خاکشناسی ایران که دارای کلاس بافت خاک به روش کمیسیون انجمن اروپا ([1]CEC) است « این روش «CEC» دارای 6 کلاس بافتی با کدهای 0 تا 5 می­باشد»، صورت گرفت. در ادامه از این کلاس­های بافت (کلاس­های بافت روش USDA) برای تخمین و در نتیجه تهیه نقشه مقادیر گنجایش زراعی و نقطه پژمردگی (برای سراسر کشور) استفاده شده است. در این راستا نتایج نشان داد که در حالت کلی متوسط دامنه تغییرات رطوبتی خاک در کلاس‌های بافت به روش CEC ، برای نقطه پژمردگی دائم بیش از مقادیر گنجایش زراعی است، بطوریکه این تغییرات برای نقطه پژمردگی دائم از متوسط 77/6 تا 9/10 و برای مقادیر گنجایش زراعی از 03/6 تا 3/9 درصد، دارای تغییرات می‌باشد. همچنین در این تحقیق منطبق بر نظر کارشناسی و بهره­گیری از منابع علمی اقدام به بررسی اثر متقابل بین تاثیر کاربری اراضی و شیب حوضه در جهت تخمین اطلاعات و در نتیجه نقشه عمق موثر نگهداشت رطوبتی لایه سطحی خاک گردید. در این راستا به منظور ارزیابی کاربردی بودن و بررسی میزان تطابق رویکرد مورد نظر با فیزیک حاکم بر حوضه­های آبریز، اقدام به بهره­گیری از آن (نقشه عمق موثر لایه سطحی نگهداشت رطوبتی خاک) به همراه نقشه­های خصوصیات رطوبتی گنجایش زراعی و نقطه پژمردگی دائم که از نقشه ملی خاکشناسی (مرحله اول تحقیق) حاصل شده بود، در جهت برآورد و تهیه نقشه کل رطوبت قابل دسترس در محدوده­های مطالعاتی رخ، نیشابور، عطائیه، قلعه میدان و سبزوار به عنوان مناطق موردی انتخابی جهت مطالعه، بهره گرفته شد. نتایج بدست آمده نشان دهنده این است که نقشه حاصله  متناسب با فیزیک حاکم بر محدوده­های مورد مطالعه در جهت رسیدن به کل رطوبت قابل دسترس می­باشد و نقش اثر متقابل شیب حوضه، کاربری اراضی موجود در آن، و همچنین تاثیر میزان
 
رطوبت گنجایش زراعی و نقطه پژمردگی دائم که از نقشه خاکشناسی استخراج شده بود، بر میزان کل رطوبت قابل دسترس بخوبی مشهود است. بر این اساس با توجه به یکپارچه و جامع بودن نقشه خصوصیات رطوبتی (گنجایش زراعی و پژمردگی دائم) برای کل کشور، این مقادیر می­تواند به عنوان یک دامنه اولیه از این خصوصیات به همراه رویکرد ارائه شده در برآورد عمق موثر نگهداشت رطوبتی لایه سطحی خاک، در مدل­سازی­های هیدرولوژیکی­ بخصوص آگاهی یافتن از مقدار کمی پدیده نفوذ، توان نگهداشت رطوبتی قابل دسترس برای لایه سطحی خاک، برآورد مولفه‌های بیلان و ..در راستای جلوگیری از تخریب اراضی و مدیریت منابع خاک و آب، مورد استفاده قرار بگیرد.



[1] Commission of the European Communities

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimating the properties of soil water at the basin scale, as inputs, the hydrological modeling using small-scale soil maps

نویسندگان [English]

  • Saeed Emamifar 1
  • kamran Davari 2
  • Hussain Ansari 3
  • Bijan Ghahraman 3
  • Seyed Mahmoud Hosseini 4
  • Mohsen Naseri 5
1 PhD student Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad
2 Associate Professor, Water engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
3 Associate Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad
4 Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad,
چکیده [English]

 
One of the crucial information, as input in modeling of hydrological processes, is relevant to soil moisture and especially the retention characteristic information available at catchment scale. This paper presents a method to relative approximation of these quantities shown. Accordingly, at the beginning, Determination and extraction of soil texture class's USDA method by Using soil texture class proposed by the Commission of the European Communities (CEC) (these method «CEC» has the 6 texture classes with codes 0 to 5) Was conducted. In continuation of these texture classes (texture classes USDA method) to estimate and AS a result in mapping the amount of field capacity and wilting point (for the whole country) is used. In these respect, the results showed that in general, the average range of soil moisture variations in texture classes by CEC method, for permanent wilting point is exceeded field capacity So that the changes for permanent wilting point than the average 6.77 to 10.9 and for the field capacity of 6.03 to 9.3 percent Is has the variations. Also in this study, according to expert opinion and utilizing scientific resources attempted to investigate the interaction between the effects of land use and slope of watershed in order to assess the information and the resulting the depth map of the surface layer of soil moisture retention. In this direction to assess and evaluate the applicability of the approach taken comply with the physics of the catchment, attempted to utilizing it (Effective depth map of the surface layer the soil moisture retention)along with wetting properties Maps of field capacity and permanent wilting point that was achieved the National Soil Map (the first stage of the research), In order to estimate and prepare a map of available moisture in areas of study there, Nishapur, Attaiyeh, Qaleh Meydan and Sabzevar as the regions chosen for study were used. The results indicate that the resulting map is proportional to the physics of the studied areas in order to achieve total available water and the role of the interaction basin slope, land use And well as the impact the moisture field capacity and permanent wilting point that was extracted from the soil map On Total available water is well evident. Accordingly, due to the integrated and comprehensive characteristics of moisture maps(field capacity and permanent wilting) for the whole country, this amount could be used as a primary domain of soil moisture characterized along with the method described in the effective depth of surface soil moisture retention on Hydrological modeling, particularly Understanding the phenomenon of a small amount of influence and power of water retention in the soil, the estimated components of water balance, etc. in order to prevent land degradation and soil and water resources management, to be used.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : soil texture
  • soil map
  • the expert opinion
  • total available water

احسانی، ع.،  ح. ارزانی، م. فرحپور، ح. احمدی، م. جعفری و م. اکبرزاده. 1391. برآورد تبخیر و تعرق با استفاده از اطلاعات آب و هوایی، خصوصیات گیاه (مرتع) و خاک به کمک برنامه نرم‌افزار Cropwat 8.0 (مطالعه موردی: منطقه استپی استان مرکزی ایران، ایستگاه رودشور). فصلنامه علمی پژوهشی تحقیقات مرتع و بیابان ایران. جلد 19. شماره 1. صفحه 1-16

اسفندیارپور بروجنی، ع.، م. ه. فرپور و ا. کمال. 1۳۹۰. بررسی کارایی دو سامانه ی رده بندی آمریکایی و جهانی در ارتباط با طبقه بندی خاک‌های شور استان کرمان.  نشریه ی آب و خاک  )علوم و صنایع کشاورزی).
) ۲(۲۵ .۱۱۷۱-۱۱۵۸

بای­بوردی، م. 1387. خاک، پیدایش و رده­بندی (رده­بندی خاک­های ایران). انتشارات دانشگاه تهران. 680 ص

مقیمی، ه.1390. آب شناسی کاربردی، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه پیام نور. 265 ص

نجفی، م. ۱۳۸۱.  سامانه­های هیدرولوژیکی (مدل سازی بارندگی‐ رواناب). جلد اول. چاپ اول. انتشارات دانشگاه تهران. 578.ص

Allen .R. G, L. S. Pereira, D. Raes and M. Smith. 1998. Crop evapotranspiration. Guidelines for computing crop water requirements. In: FAO irrigation and drainage paper.no 56. FAO. Roma. Italy

Baker, L.  And D. Ellison.  2008. Optimisation of pedotransfer functions using an artificial neural network ensemble method. Geoderma, 144:212-224

Botula, Y. D., W. M. Cornelis, G. Baert, and E. Van Ranst. 2012.  Evaluation of pedotransfer functions for predicting water retention of soils in Lower Congo (D. R. Congo).  Agricultural Water Management, 111:1–12

 

 

Bouma, J. and J. A. J. Van Lanen. 1987. Transfer functions and threshold values: From soil characteristics to land qualities. 106-110. In: P. K. J. Beck et al. (Ed.), Quantified land evaluation. Proc. Worksh. ISS and SSSA,

Commission of the European Communities .1985. Soil Map of the European Communities, scale 1,000,000. Directorate for Agriculture. Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg

Merdun, H., O. Cinar, R. Meral and M. Apan. 2006. Comparison of artificial neural network and regression pedotransfer functions for prediction of soil water retention and saturated hydraulic conductivity. Soil & Tillage Research, 90:108–116

Mukheibir. P. 2008. Water resources management strategies for adaptation to climate-induced impacts in South frica. Water Resour Manage 22:1259–1276.

Saxton.K. E. and W. J. Rawls. 2006. Soil water characteristic estimates by texture and organic matter for hydrologic solution. Soil Science Society of America Journal 70 (5): 1569-1578

Schaap, M. G., F. J. Leij and M. Th. Van Genuchten. 1999. A bootstrap-neural network approach to predict soil hydraulic parameters. In: van Genuchten, M.Th. F.J. Leij and L. Wu (Eds.), Proc. Int. Workshop

Soil Survey Division Staff. 1993. Soil survey manual, volume Handbook 18, chapter 3. Soil Conservation Service. U.S. Department of Agriculture

Soil Survey Staff. 1999. Soil taxonomy: A basic of soil classification for making and nterpreting soil surveys (2nd Edition, U.S.Department of Agricultuer Handbook 436,870pp

     Soil Survey Staff. 2010. Keys to Soil Taxonomy.11th ed., NRCS, and USDA, USA the Netherlands.

Van Genuchten, M. TH. F. J. Leij and S. R. Yates. 1991. The RETC code for quantifying the hydraulic functions of unsaturated soils. U.S. Salinity Labroratory. Department of agriculture, Agricultural research service. Riverside, California.

Vereecken, H., J. Maes, J. Feyen and P. Darius. 1989. Estimating the soil moisture retention characteristic from texture, bulk density, and carbon content. Soil Sci. 6: 389-402. Washington, DC. 27 Apr. –2 May. 1986. Int. Inst. Aeroospace Surv. Earth Sci. Publ. No. 6. ITC Publ., Enschede,