اثر جهت شيب بر ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي خاك و مدل¬سازي حركت آب در خاك با استفاده از نرم¬افزارHYDRUS-1D

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

خاكشناسي

دكتري

هيدروپدولوژي به‌عنوان شاخه‌اي جديد از علم با تلفيق علوم هيدرولوژي و پدولوژي سعي در بررسي و شناخت بهتر پديده¬ها و فرايندهاي خاك و محيط پيرامون آن دارد. بنابراين اين پژوهش به‌منظور بررسي درجاي اثر جهت شيب و اقليم خرد بر ويژگي‌هاي فيزيكي، شيميايي و هيدروليكي خاك و مدل‌سازي جريان آب در خاك طراحي و اجرا شد. با در نظرگرفتن اين مسئله و تغييرات زماني ويژگي‌هاي اقليمي و فيزيكي و شيميايي خاك، پژوهش حاضر در يك سايت با كاربري جنگل راش در گوتينگن آلمان در قالب چهار مطالعه انجام شد. در مطالعه اول فاكتورهاي اقليمي شامل تشعشع، سرعت باد، جهت باد و ميزان بارندگي، دماي هوا، رطوبت نسبي هوا و ريزش مستقيم، و ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي خاك شامل مقدار رطوبت حجمي، پتانسيل ماتريك، دما، pH، كربن آلي محلول (DOC)، و غلظت آهن، آلومينيوم و سيليسيوم محلول به مدت دو سال (از ابتداي جولاي 2017 تا آخر جون 2019) بر روي دو جهت شيب روبه شمال و جنوب اندازه‌گيري شدند. نتايج به‌دست¬آمده نشان¬دهنده معني‌داربودن اثر جهت شيب بر شاخص‌هاي اقليمي و ويژگي¬هاي فيزيكي و شيميايي خاك بود. مقدار رطوبت خاك روي شيب روبه شمال بيش¬تر از شيب روبه جنوب بود كه با توجه به اثر جهت شيب بر اقليم خرد قابل انتظار بود. اما برخلاف انتظار، با وجود مقدار رطوبت خاك بيش¬تر، پتانسيل ماتريك خاك بر روي شيب روبه شمال نسبت به شيب روبه جنوب كم¬تر (منفي¬تر) بود. اين يافته با توجه به كم¬تربودن حجم منافذ درشت و بيش-تربودن درصد رس خاك در شيب روبه شمال و نقش بارز رس در نگهداشت آب خاك قابل توجيه است. بر روي شيب روبه شمال، pH وDOC كم¬تر از شيب روبه جنوب بود، ولي غلظت آلومينيوم، آهن و سيليسيم محلول خاك بيش¬تر از شيب روبه جنوب بود. در مطالعه دوم اثر جهت شيب بر برآورد پارامترهاي هيدروليكي خاك بررسي شد. با توجه به شاخص‌هاي خطا و ضريب تبيين محاسبه¬شده، برآورد پارامترهاي هيدروليكي خاك (پارامترهاي مدل ون¬گنوختن-معلم) با نرم¬افزار HYDRUS-1D در شيب رو به شمال بهتر از شيب رو به جنوب بود. بررسي منحني¬هاي مشخصه رطوبتي خاك در دوره¬هاي خشك اول و مرطوب دوم نشان¬دهنده حلقه¬هاي پسماند باز در تمامي اعماق بود، و بيش¬ترين و كم¬ترين تغييرات زماني به ترتيب مربوط به پارامترهاي رطوبت باقي¬مانده (r) و رطوبت اشباع (s) بود. در مطالعه سوم تحليل حساسيت مدل¬سازي جريان آب در خاك در دو جهت شيب و در دوره‌هاي مرطوب و خشك انجام شد. نتايج تحليل حساسيت مدل در دو جهت شيب و در دوره‌هاي مرطوب وخشك نشان داد كه در تمامي حالت‌هاي بررسي¬شده، بيش¬ترين ضريب حساسيت مدل مربوط به شدت جريان آب و سپس پتانسيل ماتريك و مقدار رطوبت خاك است. حساسيت مدل روي شيب روبه جنوب، بيش¬تر از شيب روبه شمال بود و در هر دو جهت شيب حساسيت برآورد شدت جريان آب و پتانسيل ماتريك در دوره‌ خشك بيش¬تر از دوره مرطوب بود. در هر دو جهت شيب و هر دو دوره مرطوب و خشك، شدت جريان آب بيش¬ترين حساسيت را عمدتاً نسبت به پارامتر شكل (n) و كم¬ترين حساسيت را نسبت به پارامترهاي l و θr نشان داد. مطالعه چهارم با هدف مدل‌سازي مقدار رطوبت و پتانسيل ماتريك خاك در دو جهت شيب و دوره‌هاي مرطوب و خشك با استفاده از رويكردهاي مختلف برآورد پارامترهاي هيدروليكي خاك انجام شد. نتايج اين مطالعه نشان داد كه نرم¬افزار HYDRUS-1D به طور رضايت‌بخشي مقدار رطوبت و پتانسيل ماتريك خاك را در هر دو جهت شيب شبيه‌سازي مي‌نمايد. اعتبارسنجي مدل در هر دو دوره خشك و مرطوب براي شيب رو به شمال بهتر از شيب رو به جنوب بود كه با توجه به غيرخطي¬بودن بسيار زياد توابع هيدروليكي خاك و جريان غيراشباع آب در شرايط خشك و محدوديت‌هاي مدل ون¬گنوختن-معلم در مدل¬سازي با HYDRUS-1D در محدوده خشك قابل توجيه است. همچنين، ساير محدوديت‌هاي مدل‌سازي مانند ناديده گرفتن تعرق و تبخير سطحي مي‌تواند بر نتايج مدل‌سازي تأثير بگذارد.

228295

فيزيك خاك

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان