واسنجی و ارزیابی مدلهای مختلف نفوذ آب در خاک (مطالعه موردی: سه منطقه در غرب کشور)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه لرستان

2 دکترا- دانشگاه لرستان

3 استاد دانشگاه لرستان

چکیده

مدل‌های نفوذ آب به خاک نقش مهمی را در طراحی و ارزیابی سیستم‌های آبیاری سطحی ایفا می‌کنند. هدف از پژوهش حاضر، ارزیابی، مقایسه‌ و کالیبراسیون مدل‌های نفوذ آب در برخی از مناطق غرب کشور شامل مناطق داوود رشید و هونام در استان لرستان و کلات در استان ایلام است. مدل‌های نفوذ شامل مدل کاستیاکوف، کاستیاکوف اصلاح‌شده، ناول ، فیلیپ، هورتون و SCS بررسی شدند. برای ارزیابی دقت مدل‌ها شاخص‌های خطا سنجی شامل RMSE، MAE، MR، PE و R2 استفاده شدند. کالیبراسیون مدل‌ها با استفاده از Solver نرم‌افزار اکسل انجام شد. بررسی شاخص‌های ارزیابی نشان داد مدل نفوذ ناول با مقادیر متوسط RMSE، MAE، MR، PE و R2 به ترتیب برابر 0.0221، 0.0178، 999/0، 13/0و 9785/0 دارای عملکرد بهتری نسبت به پنج مدل دیگر در تمام محدوده مطالعاتی است. در طرف مقابل مدل SCS با مقادیر متوسط RMSE، MAE، MR، PE و R2 به ترتیب برابر ‏07/0، 0575/0، ‏07/1، 86/7 و 0.8021 دارای نامناسب‌ترین عملکرد بود. درحالی‌که تجزیه واریانس مدل‌های مختلف بیان‌گر عدم اختلاف معنی‌دار بین مقادیر محاسباتی و اندازه‌گیری شده بود. در بررسی منطقه‌ای این مدل‌ها، نیز مدل ناول مناسب‌ترین مدل برا هرسه منطقه داوود رشید، هونام و کلات انتخاب شد. بررسی عملکرد مدل‌ها در بافت‌های مختلف حاکی از حساسیت کمتر مدل‌های هورتون، ناول، کاستیاکوف و کاستیاکوف اصلاح‌شده نسبت به تغییرات بافت خاک و عملکرد بهتر مدل SCS در بافت‌های سنگین و عملکرد بهتر مدل‌ فیلیپ در بافت‌های سبک‌تر، بود. بنابراین می‌توان از مدل ناول در برآورد نفوذ تحت شرایط مختلف بافت خاک و همچنین در شرایط مشابه منطقه مطالعاتی استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Calibration and Evaluation of Different Soil Infiltration Models (Case study: Three Region in West of the Country)

نویسندگان [English]

  • yaser sabzevari 1
  • Abbas Parsaeii 2
  • Amirhamzeh Hahiabi 3
1 lorestan university
2 Lorestan University
3 Lorestan University
چکیده [English]

Soil infiltration models play an important role in the design and evaluation of surface irrigation systems. The purpose of this study was to evaluate, compare and calibrate water infiltration models in some areas of western Iran including Davood Rashid and Honam in Lorestan province and Kalat in Ilam province. Influence models including Kostiakov model, Modified Kostiakov model, Novel, Horton, SCS and Philip’s models were investigated. To evaluate the accuracy of the models, the calibration indices including RMSE, MAE, MR, PE and R2 were used. Model calibration was performed using Solver Excel software. Evaluation indices showed that Novel infiltration model with mean values of RMSE, MAE, MR, PE and R2 had 0.0221, 0.0178, 0.999, 0.13 and 0.9785 respectively. It performs better than the other five models in the whole study area. On the opposite side of the SCS model with mean values of RMSE, MAE, MR, PE and R2 were 0.07, 0.0575, 1.07, 7.86 and 0.8021, respectively. It was the most inappropriate performance. Whereas the analysis of variance of the models showed no significant difference between the calculated and measured values. In the regional study of these models, the Novell model was also chosen as the most suitable model for all three regions of Davoodershad, Honam and Kalat. Evaluation of model performance in different tissues indicates less sensitivity of modified Horton, Novel, Kostiakov and modified Kostiakov models to soil texture changes and better SCS model performance in heavy tissues and better model performance Philip was in lighter-textured textures. Therefore, Novell model can be used to estimate infiltration under different soil texture conditions as well as under similar conditions in the study area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Calibration
  • Novell
  • Permeability
  • Soil texture
ثامنی، ع.، پاکجو، م.، موسوی، س. و کامکار حقیقی، ع. ا. 1393. ارزیابی چند رابطه نفوذ آب به خاک با کاربرد آب­های شور و سدیمی. نشریه پژوهش آب در کشاورزی. 28 (2)، 395-408.
جوادی، ع.، مشعل، م. و ابراهیمیان، ح. 1393. تحلیل حساسیت معادلات نفوذ آب به خاک و ضرایب آنها نسبت به رطوبت اولیه و بار آبی. نشریه آب و خاک مشهد (علوم و صنایع کشاورزی). 28 (5)، 907-899.
جوادی، ع.، مصطفی­زاده­فرد، ب.، شایان­نژاد، م. و مصدقی، م.ر. 1396. ارزیابی معادلات نفوذ آب به خاک در شرایط تلفیق کیفیت آب آبیاری، رطوبت اولیه خاک و بار آبی ثابت، نشریه پژوهش آب در کشاورزی. 31 (3).
واعظی، ع.ر.، بهتری، م. و فرومدی، م. 1398. ارزیابی مدل­های نفوذ آب در خاک­های با بافت مختلف تحت مقادیر متفاوت محتوای رطوبت اولیه، اکوهیدرولوژی. 6 (3)، 717-707.
Pedretti, D., Barahona-Palomo, M., Bolster, D., Sanchez-Vila, X. and Fernandez-Garcia, D. 2012. A quick and inexpensive method to quantify spatially variable infiltration capacity for artificial recharge ponds using photographic images. Journal of Hydrology. Vol. 430, pp. 118-126.
Vand, A. S., Sihag, P., Singh, B. and Zand, M. 2018. Comparative evaluation of infiltration models. KSCE Journal of Civil Engineering. 22(10), 4173-4184.
Angelaki, A., Sakellariou-Makrantonaki, M., and Tzimopoulos, C. 2013. Theoretical and experimental research of cumulative infiltration. Transport in Porous Media. 100 (2), 247-257.
Yongyong, Z., Pute, W., Xining. Z. and Ping, L. 2012. Evaluation and modeling of  furrow  infiltration  for  uncropped  ridge–furrow  tillage  in  Loess  Plateau soils. Soil Research. 50: 360–370.
Zolfaghari, A., S. Mirzaee., and M. Gorji. 2012. Comparison of different models for estimating cumulative infiltration. International Soil Science. 7:108–115.
Mirzaee, S., Zolfaghari, A. A., Gorji, M., Dyck, M., Ghorbani Dashtaki, S. 2014. Evaluation of infiltration models with different numbers of fitting parameters in different soil texture classes. Archives of Agronomy and Soil Science. Vol. 60, No. 5, pp. 681-693.
Sihag, P., Tiwari, N. K., and Ranjan, S. 2017. Estimation and intercomparison of infiltration models. Water Science. 31 (1), 34-43.
Sihag, P., Singh, V.P., Angelaki, A., Kumar, V., Sepahvand, A. and Golia, E. 2019. Modeling ‎of infiltration using artificial intelligence techniques in semi-arid Iran. Hydrological Sciences ‎Journal. 64(13), pp.1647-1658.‎
Philips, J. R. 1957. The theory of infiltration: The infiltration equation and its solution.  Soil Science‎. 83 (5), 345-358.
Horton, R. E. 1941. An approach toward a physical interpretation of infiltration-capacity. Soil Science Society of America Journal. Vol. 5, No. C, pp. 399-417.
Kostiakov, A. N. 1932. On the dynamics of the coefficient of water-percolation  in  soils  and  on  the  necessity  for  studying  it  from  a dynamic point of view for purposes of amelioration. Trans. Vol. 6, pp. 17-21.
US Department of Agriculture, Natural Resources and Conservation Service. 1974. National Engineering Handbook. Section 15. Border Irrigation. National Technical Information Service, Washington, DC, Chapter 4.
Sy NL. 2006. Modelling the infiltration process with a multi-layer perceptron artificial neural network. Hydrological sciences journal.  ; 51(1):3-20