علوم آب و خاک

---

برآورد ویژگی‌های هیدرولیکی و پارامترهای انتقال املاح به روش حل معکوس، عمدتاً به تحلیل‌های یک بعدی در آزمایشگاه و با فرض شرایط ماندگار محدود شده است. علت این امر، هزینه زیاد و دشواری‌های اندازه‌گیری، جمع آوری و توصیف تغییرات زمانی و مکانی داده‌های مزرعه‌ای می‌باشد. در این مقاله، ویژگی‌های هیدرولیکی و پارامترهای انتقال املاح از آزمایش‌های مزرعه‌ای با آبیاری جویچه‌ای در شرایط دو بعدی و غیر ماندگار برآورد شده است. سه آزمایش در جویچه‌های با انتهای بسته و زمان آبیاری مشابه با مقادیر مختلف آب و املاح نفوذ یافته ناشی از عمق آب 6، 10، و 14 سانتی‌متر انجام گردیده است. دو آزمایش دیگر با مقادیر مشابه آب و املاح کاربردی و زمان آبیاری متفاوت در جویچه‌هایی با عمق آب 6 و 10 سانتی‌متر نیز انجام شد. هدایت آبی اشباع (K_s) و پارامترهای انتقال املاح در مدل تعادل فیزیکی جابه‌جایی- انتشار (CDE) و مدل غیر تعادلی روان - ساکن (MIM) به روش معکوس و با استفاده از الگوریتم شبیه سازی لونبرگ – مارکوارت و نرم افزار HYDRUS-2D بر آورد گردید. در حین بهینه سازی، داده‌های رطوبت خاک، نفوذ تجمعی و غلظت املاح در تابع هدف به کار رفت. مقادیر K_s بین 0996/0– 0389/0سانتی‌متر در دقیقه با ضریب تغییرات CV) 48) درصد متغیر بوده است. مقدار رطوبت ساکن برآورد شده (θ_im) کم و بیش در مقدار متوسط cm³cm^-3 0/025 ثابت ماند، در حالی‌که ضریب تبادل مرتبه اول (ω) بین min^-1 0/10 تا 52/19 تغییر نمود. ضریب انتشار پذیری طولی (D_L) بین 6/2 تا 8/32 سانتی‌متر و ضریب انتشار پذیری عرضی (D_T) بین 03/0 تا 20/2 سانتی‌متر متغیر بود. مقادیر D_L تا حدی به عمق آب و زمان کاربرد آب و املاح در جویچه‌ها وابسته بود اما چنین وابستگی برای مقادیر K_s و دیگر پارامترهای انتقال مشاهده نگردید. تطابق میان شدت نفوذ برآورد و اندازه‌گیری شده قابل قبول بوده است، در حالی که مقدار رطوبت خاک بیشتر از مقدار واقعی و غلظت املاح کمتر از مقدار واقعی برآورد گردید. تفاوت میان مقادیر برآورد شده غلظت املاح توسط مدل‌های انتقال CDE و MIM نسبتاً اندک بوده است. این نکته و هم‌چنین مقدار پارامترهای بهینه شده نشانگر آن است که داده‌های مشاهده‌ای به قدر کافی با استفاده از مدل ساده CDE قابل تخمین بوده و رطوبت ساکن نقش مهمی در فرایند انتقال ایفا نمی‌نماید.

---

مدل سازی جریان آب و انتقال مواد محلول در محیط‌های متخلخل دارای اشباع‌شدگی متغیر نیازمند اطلاعات تکمیلی و دقیق خصوصیات هیدرولیکی خاک می‌باشد. خصوصیات هیدرولیکی که در این مطالعه با استفاده از حل معکوس تعیین شده‌اند هدایت هیدرولیکی غیر‌اشباع K(h) و تابع نگهداشت آب θ(h) می‌باشد. در روش حل معکوس فرض می‌شود که K(h) و θ(h) را همانند پارامترهای انتقال به‌صورت هم‌زمان و با استفاده از داده‌های جریان ناپایدار و به‌کارگیری آنها در حل معکوس معادلات حاکم بر جریان و انتقال مواد تعیین کرد. به‌منظور دستیابی به‌نتایجی واحد، قابل شناسایی و پایدار در موقعیت‌ها و شرایط مختلف آزمایشی، آزمایش عددی جدید توزیع مجدد مورد ارزیابی و استفاده قرار گرفت. برای مطالعه شکل تابع هدف در حالت کمترین مقدار آن، سطوح پاسخ برای پارامترهای تخمینی تهیه شد. حساسیت خروجی‌های مدل نسبت به تغییر پارامترهای ورودی نیز محاسبه و تحلیل شد. نتایج آزمایش توزیع مجدد نشان می‌دهد زمانی‌که متغیرهای خروجی‌های مدل به‌اندازه کافی به پارامترهای بهینه‌ شده حساس نیست عدم یگانگی جواب افزایش می‌یابد. مقادیر تخمینی پارامترها به بزرگی خطای داده‌های اندازه‌گیری شده حساس است. در این آزمایش، تخمین پارامتر بر‌اساس داده‌های بار فشار حل یگانه‌ای را در اختیار قرار می‌دهد. به‌دلیل جریان ترجیحی در نمونه، مشاهدات کشش‌سنجی می‌تواند نتایج اشتباهی برای حل معکوس مساله مورد نظر ارائه دهد. استفاده از اطلاعات هدایت هیدرولیکی می‌تواند یگانگی جواب را بیشتر کرده و خطای تخمین پارامترهای تجربی α و n را کاهش ‌دهد. آنالیز حساسیت می‌تواند ابزار مفیدی برای تعیین زمان بهینه و توزیع موقعیت نقاط مشاهداتی در آزمایش باشد.

---

رطوبت خاک از پارامتر‌های اصلی ورودی در بسیاری از مدل‌های پایش و پیش‌بینی عملکرد محصولات زراعی است. توانایی مدل‌های ریاضی، بهره‌برداری درست از آب‌های شور و انتخاب گزینه‌های مدیریتی را امکان‌پذیر نموده است. هدف این مطالعه، بررسی کارایی مدل D2HYDRUS- در شبیه‌سازی رطوبت حجمی خاک تحت شرایط میدانی برای خاکی با بافت سنگین ناهمگن بود. سه حجم آبیاری 10، 15 و20 لیتر و سه سطح شوری آب 279/1، 5/2 و 5 (¹dSm^-) در سه تکرار در یک سامانه آبیاری قطره‌ای نواری اعمال شد. به‌منظور پایش رطوبت، نیم‌رخ خاک تا عمق 40 سانتی‌متری حفر و دیواره عمود بر نوار آبیاری قطره‌ای شبکه‌بندی شد. رطوبت حجمی توسط رطوبت‌سنج (TDR) مدل B1K3X6050 MiniTrase kit اندازه‌گیری و مقادیر رطوبت حجمی مشاهده‌ای و شبیه‌سازی، توسط آماره‌های nRMSE و CRM مقایسه شدند. نتایج نشان داد که میانگین توزیع رطوبت توسط آبیاری با شوری‌های مختلف در محدوده ظرفیت زراعی است. مقادیر nRMSE برای تکرار‌های مختلف از 91/0 تا 07/2 درصد متغیر بود. براساس مقادیر nRMSE، شبیه‌سازی رطوبت در رده‌ی عالی طبقه‌بندی شد. شاخص CRM نیز در محدوده 0080/0- تا 0170/0 به‌دست آمد که مقدار بسیار کمی است. نتایج این دو آماره نشان‌دهنده توانمندی بالای مدل در شبیه‌سازی رطوبت حجمی خاک با استفاده از برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک به روش حل معکوس می‌باشد.