مقایسه روش‌های اصلاح شده خطی‌سازی تجمعی (CL) و خطی‌سازی مشتقی (DL) با الگوریتم اصلی آزمایش نفوذ بیرکن (BESTslope) برای تعیین هدایت هیدرولیکی اشباع

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آبیاری و زهکشی، دانشکده آب و خاک، دانشگاه

2 گروه آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل

3 گروه آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، ایران

چکیده

آزمایش نفوذ تک­استوانه­ای بیرکن، روشی ساده و ارزان برای تخمین خصوصیات هیدرولیکی خاک می­باشد که در سال‌های اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. هدف از پژوهش حاضر مقایسه فرم اصلاح شده روش­های خطی‌سازی تجمعی (CL) و خطی­سازی مشتقی (DL) با الگوریتم اصلی تحلیل آزمایش نفوذ بیرکن (BESTslope) در برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع (Ks) و برآورد مقدار پارامتر ثابت α (نسبت نیروی ثقل به کاپیلاری) در مدل­های اصلاح شده CL و DL است. برای این منظور تعداد 113 آزمایش نفوذ بیرکن در مزرعه تحقیقاتی سد سیستان انجام شد. مقادیر منفی Ks تخمین زده شده توسط الگوریتم BESTslope از مجموع کل نتایج حذف شد و در نهایت تعداد 101 آزمایش برای مقایسه روش­های مورد نظر انتخاب گردید. براساس نتایج به­دست آمده، مقدار  Ksدر مدل­های خطی CL و DL در اکثر آزمایشات بیرکن منفی به­دست آمد، لیکن در فرم اصلاح شده دو مدل خطی ، تمامی مقادیرKs مثبت به­دست آمد. نتایج نشان داد که مقادیر برآورد شده Ks توسط فرم اصلاح شده DL با 8135/0=ωr2 (مقدار ضریب تعیین وزنی) در مقایسه با فرم اصلاح شده CL با 7506/0=ωr2 به نتایج روش BESTslope نزدیک­تر بود. از طرفی اختلاف مقادیر Ks محاسبه شده توسط الگوریتم BESTslope با مدل­های CL و DL با افزایش درصد رس به­طور کلی روند کاهشی داشت. همچنین مقدار α محاسبه شده برای بافت لوم و لوم ماسه­ای در فرم اصلاح شده مدل DL (019/0=α) در مقایسه با مدلCL (023/0=α) به نتایج تحقیقات گذشته در بافت مشابه، نزدیک­تر بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of modified CL and DL methods with the main Beerkan infiltration experiment algorithm (BESTslope) for determining saturated hydraulic conductivity

نویسندگان [English]

  • Tarokh Ahmady 1
  • Peyman Afrasiab 2
  • Masoomeh Delbari 3
1 PhD student , University of Zabol
2 Associate Professor, University of Zabol
3 Associate Professor, University of Zabol
چکیده [English]

The Beerkan single ring infiltration experiment is a simple and inexpensive method for estimating soil hydraulic properties and is gaining scientist's attention in recent years. The purpose of present study was to compare the performance of modified forms of CL (cumulative linearization) and DL (derivative linearization) methods with the main Beerkan algorithm (i.e. BESTslope) in estimating saturated hydraulic conductivity (Ks) and the value of α (i.e. the ratio of gravity force to the capillary force) in the modified forms of CL and DL. For this purpose a number of 113 Beerkan infiltration experiments were carried out in Sistan Dam' research field. The negative values of Ks estimated by the BESTslope algorithm were eliminated and the 101 remaining experiments were selected for final analysis. According to the results, Ks values estimated by DL and CL were negative in most Beerkan experiments while the modified DL and CL methods resulted in positive values in all cases. The results were compared using a weighted coefficient of determination (ωr2). According to the results, the Ks values estimated by the modified DL were more similar to those obtained by BESTslope algorithm (ωr2=0.8135) when compared to those obtained by the CL method (ωr2=0.7506). Besides, the difference between Ks values estimated by BESTslope algorithm and the modified DL or CL methods decreased as the percentage of clay increased. The calculated value of α in modified DL (α=0.019) was more similar to that reported previous studies (in similar soil texture, i.e. loam and sandy loam) than that obtained in CL model (α=0.023).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Beerkan infiltration experiment
  • Sorptivity
  • Gravity force
  • Capillary force
  • Saturated hydraulic conductivity

 

ع.، موسوی، م.، خالدیان، ح.، اسدی، م. ع. گلی و م. نوروزی. 1394. برآورد و تحلیل ویژگی‌های هیدرولیکی خاک از طریق آزمایش نفوذ بیرکن. مجله تحقیقات آب و خاک 46 :107-95.

Bagarello, V., S. Di Prima, M. Iovino and G. Provenzano, 2014a. Estimating field-saturated soil hydraulic conductivity by a simplified Beerkan infiltration experiment. Hydrology Process. 28: 1095–1103

Bagarello, V., S. Di Prima and M. Iovino . 2014b. Comparing alternative algorithms to analyze the Beerkan infiltration experiment. Soil Science Society of America. 78: 724–736.

Braud, I., D., De Condappa, J. M., Sora, R., Haverkamp, R., Angulo- Jaramillo, S. Galle, and M. Vauclin, (2005) Use of scaled forms of the infiltration equation for the estimation of unsaturated soil hydraulics properties (the Beerkan method). European Journal of Soil Science, 56, 361–374.

S, Di Prima. 2013. Automatic analysis of multiple Beerkan infiltration experiments for soil hydraulic characterization. CIGR Inter-regional Conference on Land and Water Challenges. Bari (Italy). 10–14 September.

Di Prima, S., L. Lassabatere, V.  Bagarello, M. Iovino and R.  Angulo-Jaramillo (2016) testing a new automated single ring infiltrometer for Beerkan infiltration experiments. Geoderma 262: 20–34.

Elrick D. E. and W. D. Reynolds . 1992. Methods for analyzing constant-head well permeameter data. Soil Science Society of America. 56: 320–323

Gardner W. R . 1958. some steady-state solutions of the unsaturated moisture flow equation with application to evaporation from a water table. Soil Science. 85: 228–232.

Gee G. W and D. Or . 2002. 2.4 Particle-size analysis. In: Dane, J.H., Topp, G.C. (Eds.), Methods of soil analysis. Part 4, Physical methods. : SSSA Book Series. 5. Soil Science Society of America. Inc. Madison. WI. pp. 255–293.

Haverkamp. R., P. J., Ross K. R. J Smetten and J. Y Parlange . 1994. Three-dimensional analysis of infiltration from the disc infiltrometer : 2.Physically based infiltration equation. Water Resource. 30: 2931–2935.

Haverkamp R, J. L. Arru´ e, J. P. Vandervaere, I. Braud, G. Boulet, J. P. Laurent, A. Taha, P. J. Ross and R. Angulo-Jaramillo . 1996. Hydrological and thermal behaviour of the vadose zone in the area of Barrax and Tomelloso (Spain): Experimental study, analysis and modeling Project UE n8 EV5C-CT 92 00 90

Krause, P., D. P. Boyle and F. Base . 2005. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model. Advances in Geosciences. 5:89-97.

Lassabatere. L., R., Angulo-Jaramillo, J. M, Soria Ugalde, R., I. Cuenca Braud and R. Haverkamp . 2006. Beerkan estimation of soil transfer parameters through infiltration experiments. Soil Sci. Soc. Am. 70: 521–532.

Lassabatere, L., R. Angulo-Jaramillo, D. Yilmaz and T. Winiarski . 2013. BEST method: characterization of soil unsaturated hydraulic properties. In: Caicedo, et al. (Eds.), Advances in Unsaturated Soils. CRC Press.

Mubarak I, J.C, Mailhol R, Angulo-Jaramillo P, Ruelle P Boivin and M Khaledian (2009) temporal variability in soil hydraulic properties under drip irrigation. Geoderma 150:158–165.

Mubarak, I., R., Angulo-Jaramillo, J. C, Mailhol, P, Ruelle M. Khaledian, and M. Vauclin (2010) Spatial analysis of soil surface hydraulic properties: is infiltration method dependent? Agricultural Water Manage. 97: 1517–1526.

Reynolds. W. D., and D. E. Elrick . 1990. Ponded infiltration from a single ring: I. Analysis of steady flow. Soil Science Society of America. 54:1233–1241.

Reynolds, W. D. and D. E. Elrick . 2002.  3.4.1.1 Principles and parameter definitions. In Methods of Soil Analysis, Part 4, Physical Methods, Dane JH, Topp GC (eds). SSSA Book Series, No. 5. Soil Sci. Soc. Am. Madison Wisconsin, USA: 797–801.

Vandervaere J. P., M. Vauclin and D. E. Elrick. 2000. Transient flow from tension infiltrometers: I. The two-parameter equation. Soil Science Society of America. 64: 1263–1272.

Wu, L., L. Pan, J. Mitchell, and B. Sanden . 1999. Measuring saturated hydraulic conductivity using a generalized solution for single-ring infiltrometers. Soil Science Society of America. 63:788–792.

Wooding R. A . 1968. Steady infiltration from a shallow circular pond. Water resource 4:1259-1273

Xu, X., G. Kiely and G. Lewis . 2009. Estimation and analysis of soil hydraulic properties through infiltration experiments: comparison of BEST and DL fitting methods. Soil Use Manage. 25:354–361.

Xu X, C. Lewis, W. Liu, J. D. Albertson, and G. Kiely. 2012. Analysis of single-ring infiltrometer data for soil hydraulic properties estimation: Comparison of BEST and Wu methods. Agriculture Water Manage. 107:34–41.

Yilmaz, D., L. Lassabatere, R. Angulo-Jaramillo, D. Deneele and M. Legret. 2010. Hydrodynamic characterization of basic oxygen furnace slag through an adapted BEST method. Vadose Zone. 9:107–116.