پاورپوینت مروری بر مدل های نفوذ و کاربرد آنها در پژوهش های مختلف

عنوان سمینار:

مروری بر مدلهای نفوذ و کاربرد آنها در پژوهشهای مختلف

بحران آبی که امروزه مطرح است به دلیل کمبود آب نیست بلکه بیشتر به دلیل عدم مدیریت صحیح منابع آبی است.
عمده ترین مصرف کننده آب در ایران، بخش کشاورزی با مصرف بیش از 90 درصد منابع می باشد.
در بین روشهای ابیاری، آبیاری سطحی قدیمی ترین و در عین حال رایج ترین شیوه آبیاری در سراسر دنیا است.
عدم یکنواختی و راندمان پایین در روشهای آبیاری سطحی سبب هدر رفت آب و افزایش مصرف آب میگردد.
افزایش کارایی این روش با اجرای روشهای مدیریتی بهینه مانند انتخاب صحیح دبی ورودی و زمان قطع جریان امکان پذیر است.
جهت بهبود اجرای آبیاری سطحی و جلوگیری از هدررفت آب ، تخمین مناسب ضرائب نفوذ آب در خاک ضروری است.

مقدمه

مهمترین مشخصه فیزیکی خاک از نظر کشاورزی نفوذ است. وارد شدن آب به داخل خاک را نفوذ گویند.
میزان نفوذ به عواملی مانندخصوصیات فیزیکی خاک، مقدار آب اولیه خاک، شدت بارندگی یا مقدارآب آبیاری، شیب و زبری سطح زمین، درصد و نوع پوشش گیاهی و کیفیت آب بستگی دارد.
نفوذ از پارامترهای مهم در طراحی سیستمهای آبیاری، مطالعات هیدرولوژی، طراحی و اجرای پروژه های زهکشی و کنترل فرسایش خاک در حوضه های آبخیز می باشد.
بنابراین، ارزیابی دقیق نفوذ پذیری ضروری است و باید مورد توجه قرار گیرد.
نفوذ

روشهای اندازه گیری به دو روش مستقیم و غیر مستقیم تقسیم بندی میشوند در روش مستقیم از کرت های کوچک آزمایشی، روش ورودی و خروجی جریان و استوانه های مضاعف استفاده میشود اما این روشها برای مناطق با وسعت زیاد هزینه بردار و وقتگیر می باشند به همین دلیل از روشهای غیر مسقیم و معادلات تجربی و فیزیکی استفاده میشود.
روشهای اندازه گیری میزان نفوذ
مدلهای تجربی:
کوستیاکوف(1932)
هورتون(1940)
کوستیاکف- لوئیس(1984)
سازمان حفاظت خاک آمریکا (SCS)
مدلهای فیزیکی:
گرین- امپت(1911)
فیلیپ(1967)

مدلهای تجربی و فیزیکی نفوذ آب در خاک

مروری بر پژوهشهای انجام شده
در زمینه نفوذ

ضمن تعیین ضرایب مدلهای نفوذ گرین آمپت، فیلیپ، کوستیاکف، کوستیاکف اصلاح شده و هورتون، مقادیر حاصل از این مدلها را با داده های تجربی مقایسه کرده و نتایج نشان داد که مدل تجربی کوستیاکف بهترین برازش را با داده های تجربی بدست آمده در خاک منطقه نشان داده است.
موسوی و همکاران (1384)
در مطالعه ای ضرایب پنج معادله نفوذ کوستیاکوف، گرین امپ، هورتن، SCS و فیلیپ مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل کوستیاکوف مناسب ترین مدل برای برآورد نفوذ تجمعی و سرعت نفوذ در کلیه شرایط است. اما برای برآورد نفوذ تجمعی در دراز مدت مدلهای فیلیپ و SCS مناسبتر است.
نشاط و پاره کار (1386)
در پژوهشی به ارزیابی عملکرد مدلهای نفوذ در 210 نقطه از مناطق مختلف کشور با تنوع آب و هوایی و رژیم های رطوبتی و حرارتی مختلف پرداختند. نتایج نشان داد که که مـدل هـای کوستیاکوف-لوییس، هورتـون، کوسـتیاکوف،scs ، فیلیـپ و گـرین امپت به ترتیـب، در رده هـای نخـست تـا شـشم ارزیـابی قرارگرفتنـد .
پرچمی و همکاران (1389)
طی پژوهشی برای تعیین مدل نفوذ مناسب برای اراضی نیشکر جنوب اهواز، مدلهای نفوذ را مورد ارزیابی قرار دادند و ضرایب آنها را با استفاده از 12 سری داده صحرایی تعیین نمودند. نتایج بدست آمده نشان داد که مدل scs از کارآیی بالایی برخوردار است.
ملکی و همکاران (1383)
پژوهش های داخلی انجام شده:

عملکرد هفت معادله نفوذ را در برآورد نفوذ اندازه گیری شده با استوانه های مضاعف در چهار کلاس بافت خاک متفاوت واقع در پنج استان را بررسی و گزارش کردند که معادله کوستیاکف اصلاح شده و scs در تمامی خاکهای مورد مطالعه به ترتیب مناسبترین و نامناسبترین معادله ها می باشند.
ذوالفقاری و همکاران
(1391)
طی پژوهشی به ارزیابی برخی معادلات نفوذ آب در خاک در کاربریهای مختلف در حوزه آبخیز کجور پرداختند. آنها با استفاده از استوانه های مضاعف در چهار کاربری جنگل، باغ، کشاورزی و اراضی ساحلی اقدام به اندازه گیری نفوذ کرده و نتایج نشان داد که مدل کاستیاکوف در هر چهار کاربری بهترین برازش را با داده های تجربی دارد.
کاوسی و همکاران
(1392)
در پژوهشی به مقایسه مدلهای نفوذپذیری در حوزه آبخیز دشتی با استفاده از نتایج آزمایش های استوانه های مضاعف پرداختند. نتایج نشان داد که مدلهای فلیپ، کوستیاکوف و SCS برای حوضه مورد مطالعه تناسب بیشتری داشته است.
موحد زاده و واقفی
(1393)
طی پژوهشی ارتباط بین تغییر کاربری اراضی و میزان نفوذپذیری خاک را در حوزه آبخیز جنگلی نکارود بررسی نمودند. نتایج آنها نشان داد که بیشترین دامنه نفوذ متعلق به کاربری جنگل و کمترین آن متعلق به کاربری کشاورزی بوده و همچنین مدل نفوذ هورتون برای محاسبه میزان نفوذ، مناسب میباشد.
محمدی و همکاران
(1390)

طی پژوهشی دقت معادلات نفوذ در اندازه گیری نفوذ تجمعی را در خاک شخم خورده و شخم نخورده شالیزارهای مرکز ترویج و توسعه تکنولوژی هراز مورد ارزیابی قرار دادند و نتایج به دست امده را با استوانه مضاعف مقایسه کردند نتایج نشان دادکه مدل scs دقیقترین روش بوده است.
بیات و همکاران(1395)
طی پژوهشی دقت معادلات نفوذ را در دو نوع بافت خاک لوم شنی و لوم رسی را نسبت به استوانه مضاعف مورد ارزیابی قرار دادند و گزارش نمودند که در خاک لوم شنی مدل فیلیپ و در خاک لوم رسی مدل هورتون بهترین مدل، می باشند.
 
علی نیا و همکارن
(1397)
به ارزیابی کارآیی معادلات نفوذ با کاربرد آبهای شور و سدیمی مختلف در دو خاک لوم رسی و لوم شنی پرداختند. در پایان معادله نفوذ کاستیاکوف- لوئیس و scs به ترتیب بهترین و بدترین معادله در خاکهای موردمطالعه و تیمارهای کیفیت آب مورد استفاده شناسایی شدند.
ثامنی و همکاران
( 1393 )
طی پژوهشی دقت پنج مدل هورتون کوستیاکف، فیلیپ، گرین-آمپت و scs را در حوضه آبخیز سپیدار با استفاده از استوانه های مضاعف مورد ارزیابی قرار دادند و نتایج نشان داد که مدل های کوستیاکف و فیلیپ بیشترین دقت را داشته اند.
قاسمی و همکاران(1396)

طی پژوهش در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه مریلند عملکرد مدلهای هورتون گرین امپت، هولتان، کوستیاکوف و فیلیپ را مورد ارزیابی قرار داد و بیان کرد که مدل گرین امپت بهترین مدل در برآورد نفوذپذیری می باشد.
Turner (2006)
عملکرد مدلهای نفوذ را برای برآورد میزان نفوذ تجمعی اندازه گیری شده با استوانه های مضاعف در سه خاک مختلف در ایالت تگزاس آمریکا بررسی نمودند و به این نتیجه رسیدند که مدل هورتون نسبت به سایر مدلها برتری دارد.
Duan et al (2011)
طی پژوهشی به مقایسه چهار معادله مختلف نفوذ در توصیف پدیده نفوذ در جویچه های آبیاری پرداختند. نتایج این تحقیق نشان داد که معادله نفوذکوستیاکوف لووئیس، رابطه بین نفوذ تجمعی و زمان را بهتر از سایر معادلات نفوذ بیان میکند.
Zhang et al (2012)
طی پژوهشی در حوزه آبخیز خاراکپور هند، پس از بررسی کارایی مدلهای مختلف نفوذ، تغییرپذیری مکانی پارامترهای مدل مناسب را با استفاده از داده های مربوط به تعداد 24 آزمایش نفوذسنجی کمّی نمودند. مدل فیلیپ بهترین برازش را با دادههای مشاهداتی داشته است.
Machiwal et al
(2006)
پژوهش های خارجی انجام شده:

نتایج
نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که مدلهای نفوذ در شرایط های مختلف دارای عملکرد متفاوتی هستند.
فرآیند نفوذ آب به خاک، دارای ویژگی تغییرپذیری است که از یک نقطه به نقطه دیگر و همچنین از یک منطقه به منطقه دیگر میتواند اختلاف هایی داشته باشد.
مدلهای تجربی (کوستیاکوف لوئیس و هورتون و scs) نسبت به مدلهای فیزیکی (فیلیپ و گرین آمپت) دارای دقت و کاربرد بیشتری بوده اند.
بیشتر بودن تعداد ضرایب در معادلات تجربی دلیل برتری آنها نسبت به معادلات فیزیکی است.
وجود شرایط مرزی و اولیه برای حل معادله ریچاردز و همگن فرض کردن سبب کم یا بیش برآوردی مقدار نفوذ در معادلات فیزیکی می گردد.
تغییرات در شرایط حاکم بر حوضه های مورد مطالعه ، تفاوت در کاربریها، تفاوت در خصوصیات خاک مانند بافت و ساختمان خاک، درصد ماده آلی خاک ، تفاوت در شرایط اولیه و مرزی جریان آب در خاک، تفاوت در شیوه اندازه گیریهای نفوذ سبب متفاوت بودن نتایج حاصل از معادلات نفوذ در مناطق مطالعاتی مختف گردیده است.
در اندازه گیری نفوذ آب به خاک بررسی تاثیر رطوبت اولیه خاک، بار آبی روی سطح خاک و ویژگیهای شیمیایی خاک ضروری است زیرا ضرایب معادلات نفوذ و در نتیجه کارآیی آبیاری تحت تاثیر این پارامترها قرار دارند.
به طور کلی با در نظر گرفتن شرایط منطقه مطالعاتی می توان از هرکدام از معادلات نفوذ تجربی و فیزیکی جهت برآورد مقدار نفوذ آب استفاده کرد و با آگاهی از مقدار نفوذ آب در پروژه های ابیاری از هدررفت آب جلوگیری به عمل آورد.

 
بیات ورکشی، م. زارع ابیانه، ح. قدمی فیروزآبادی،ع و کرمی، ر.1395. بهینه سازی ضرایب مدل های نفوذ آب به خاک در زمین های مرکز ترویج و توسعه تکنولوژی هراز، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز سال هشتم، شماره 16، صفحه 100-90.
پرچمی عراقی، ف.، س. م، میرلطیفی، ش، قربانی دشتکی. و م، مهدیان. 1389 . ارزیابی برخی مدلهای نفوذآب به خاک در برخی کلاسهای بافتی و کاربریهای اراضی. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، شماره 2، جلد4، صفحه 193-203.
ثامنی، ع.، م، پاکجو.، س. ع. ا، موسوی. و ع. ا. 1393 . ارزیابی چند رابطه نفوذ آب به خاک با . کاربرد آبهای شور و سدیمی. نشریه پژوهش آب در کشاورزی، جلد 28 ، شماره 2، صفحه408-395.
علی نیا، ا. پوررضا بیلندی، م و خاشعی سیوکی، ع. 1397. مشخصات نویسندگان مقاله ارزیابی و تعیین پارامترهای چند مدل نفوذ آب در خاک، هفتمین کنفرانس ملی مدیریت منابع آب ایران، یزد. صفجحه10-1.
قاسمی، م و شهریور، م. ۱۳۹۶. ارزیابی مدل های نفوذپذیری به منظور تعیین مناسبترین روش برآورد نفوذپذیری در حوزه آبخیز سپیدار، دومین کنفرانس ملی هیدرولوژی ایران، صفحه 20-12.
کاووسی ، س.م. ، م. وفاخواه و م.ح. مهدیان 1392. ارزیابی برخی از مدلهای نفوذ آب در مصارف مختلف اراضی در حوزه آبخیز کجور. مجله آبیاری و مهندسی آب ، صفحه 13-1.
محمد کنگرانی،ح . خلیلی زاده،م و حلی ساز،ا. 1390 .بررسی ارتباط میان تغییر کاریری اراضی و نرخ نفوذپذیری خاک وتاثیر آن در قوع سیل سال 1378 در حوزه آبخیز جنگلی نکارود، نشریه جغرافیای طبیعی، دوره چهارم، شماره11، صفحه 85-77.
واقفی،م و موحدزاده،م. 1393. مطالعه و مقایسه مدلهای مختلف نفوذپذیری در حوضه مانددشتی با استفاده از نتایج آزمون حلقه دوتایی. مجله آبیاری و مهندسی آب صفحه 15-5.
 
Duan, R., C.B. Fedler., and J. Borrelli. 2011. Field evaluation of infiltration models in lawn Soil. Irrigation Science, 29: 379–389.
Machiwal D. Jha, M. K., Mal B.C., 2006. Modelling Infiltration and quantifying Spatial Soil Variability in a Wasteland of Kharagpur, India. Biosystems Engineering, vol. 95, No. 4, pp: 569–582.
Turner, E.R. (2006). Comparison of infiltration equations and their field validation with rainfall simulation. MSc. thesis, University of Maryland, USA. 202 pp.
Zhang, Y. Wu, P. Zhao, X. and Li, P. (2012). Evaluation and modelling of furrow infiltration for uncropped ridge–furrow tillage in Loess Plateau soils. Soil Research, 50(5), 360-370.

منابع

با تشکر از توجه شما
13