تخمین ضرایب هیدرودینامیکی نفوذ آب در خاک با استفاده از بهینه‌سازی معادلات نفوذ SCS و Horton

نویسندگان

1 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین

3 دانشیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین

doi
10.22059/ijswr.2018.256348.667893
چکیده

تعیین ضرایب معادله­های نفوذ با دقت مناسب، یکی از مسائل مهم در برنامه‌ریزی‌های آبیاری است. معمولاً برای تعیین این ضرایب از روش آزمایش استوانه­های مضاعف استفاده می­شود که این روش تنها بُعد هیدرواستاتیکی و نقطه­ای نفوذ را در برمی‌گیرد. در این تحقیق، از جویچه‌ای با مقطع سهمی شکل، طول 50 متر، عمق متوسط 12 سانتی­متر و شیب 02/0 به‌منظور شبیه‌سازی یک نهر آبیاری استفاده شد. سه آزمایش با بازه­های طولی 7/4، 20 و 40 متر و دبی ورودی 02/0± 6/0 لیتر بر ثانیه با سه تکرار انجام شد. از این میان برای هریک از بازه‌های طولی، یک آزمایش‌ با حداقل خطای اندازه­گیری انتخاب شد. برای تعیین ضرایب معادلات نفوذ، پس از برداشت هیدروگراف­های ورودی و خروجی آبراهه با استفاده از فلوم اندازه­گیری جریان، هیدروگراف­های خروجی از روش­های هیدرولیکی ماسکینگام-کونژ، اینرسی صفر و موج سینماتیک روندیابی شدند.در نهایت مقادیر دبی نفوذ با توجه به سطح مقطع متوسط جریان در بازه طولی موردبررسی و لحاظ کردن معادلات نفوذ SCS و هورتون تعیین شدند. هیدروگراف­های محاسباتی از اختلاف بین هیدروگراف­های خروجی روندیابی شده و دبی‌های نفوذ به‌دست‌آمد. در نهایت با استفاده از روش حداقل مربعات (LSM) برای هیدروگراف­های خروجی مشاهداتی و محاسباتی، تابع هدف استخراج ‌گردید. نتایج نشان داد  که مقدار متوسط خطای نسبی بین هیدروگراف­های خروجی مشاهداتی و محاسباتی از روش ارائه‌شده کمتر از 5 درصد است. با افزایش طول بازه مورد بررسی، مقادیر دبی نفوذ به دلیل کاهش هد استاتیکی آب، کاهش می‌یابند. راندمان مدل بر اساس معیار نش-ساتکلیف در تمامی طول­ها بیش از 90 درصد بود که دلالت بر این دارد که  استفاده هم‌زمان از معادله هورتون و روش روندیابی اینرسی صفر بهترین نتایج را ارائه می‌کند.