تعیین مشخصات خاک های غیر اشباع به منظور بررسی رفتار این گونه خاک ها، مستلزم انجام آزمایشات نسبتا وقت گیر و پر هزینه است. در اغلب موارد، تخمین این پارامترها به صورت غیر مستقیم از دقت کافی برخوردار است. منحنی مشخصه آب - خاک (SWCC) در تخمین رفتار خاک های غیر اشباع، اهمیت و کاربردی ویژه دارد. این منحنی که بیان گر رابطه بین مکش خاک و رطوبت موجود در آن است، با انجام آزمایشات تجربی یا به کمک برخی مشخصات خاک قابل تخمین و پیش بینی است. تخمین این منحنی با استفاده از مشخصات خاک نسبت به روش های تجربی و آزمایشگاهی ساده تر بوده و هزینه های کم تری در بر دارد. از طرف دیگر طبق تحقیقات به عمل آمده، در روش های آزمایشگاهی نیز احتمال بروز خطاهای قابل ملاحظه وجود دارد. در این نوشتار روابطی برای تخمین منحنی SWCC با استفاده از پارامترهای مشخصه های خاک و بر مبنای معادله پیشنهادی ون گنشتاین ارایه شده است. این روابط با بررسی آماری نتایج آزمایشات تعیین مکش بر روی حدود 60 نوع خاک مختلف به دست آمده است. برای تعیین میزان دقت و کارایی روش پیشنهادی، مقایسه هایی بین نتایج آزمایشگاهی موجود و نتایج حاصل از این روش صورت گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از روابط پیشنهادی و نتایج آزمایشات تجربی نشان دهنده تطابق خوب منحنی های تخمینی در اغلب موارد بوده است.

تعیین مشخصات خاک های غیر اشباع برای بررسی رفتار اینگونه خاک ها مستلزم انجام آزمایش های نسبتا وقت گیر و پرهزینه است. در اغلب موارد، تخمین این پارامترها به صورت غیر مستقیم از دقت کافی برخوردار است. منحنی مشخصه آب- خاک (SWCC) در تخمین رفتار خاک های غیر اشباع، اهمیت و کاربرد ویژه ای دارد. این منحنی که بیانگر رابطه بین مکش و رطوبت موجود در خاک است، با انجام آزمایش های تجربی و یا به کمک برخی مشخصات خاک قابل تخمین و پیش بینی است. تخمین این منحنی با استفاده از مشخصات خاک نسبت به روش های تجربی و آزمایشگاهی ساده تر و کم هزینه تر است. از طرف دیگر طبق تحقیقات، در روش های آزمایشگاهی نیز احتمال بروز خطاهای قابل ملاحظه وجود دارد.در این مقاله روابطی برای تخمین منحنی SWCC با استفاده از پارامترهای مشخصه خاک و بر مبنای معادله پیشنهادی ون گنشتاین ارایه شده است. این روابط با بررسی آماری نتایج آزمایش های تعیین مکش بر روی حدود 60 نوع خاک مختلف بدست آمده است. برای تعیین میزان دقت و کارآیی روش پیشنهادی، نتایج آزمایشگاهی با نتایج حاصل از این روش مقایسه شده است. این مقایسه نشان دهنده تطابق خوب منحنی های تخمینی در اغلب موارد است.

به دست آوردن منحنی مشخصه آب خاک در آزمایشگاه وقت گیر بوده و همراه با خطاست. به این دلیل پژوهندگان زیادی در دنیا سعی کرده اند روش هایی ارایه دهند که به کمک آنها بتوان منحنی مشخصه را به نحو آسان تری به دست آورد. یکی از این روش ها استفاده از منحنی دانه بندی و چگالی ظاهری خاک می باشد. در این روش، منحنی دانه بندی را به چند قطعه بر مبنای اندازه ذرات تقسیم کرده و با توجه به میانگین شعاع ذرات و درصد ذرات بزرگ تر از هر اندازه و روابط موجود می توان منحنی مشخصه آب خاک را به دست آورد. در این روش از پارامتری به نام a (عامل مقیاس) استفاده می شود که مقداری است ثابت و یا از روش های خطی و لجستیک به دست می آید. مقدار میانگین a برای خاک های با بافت رس، رس سیلتی و لوم شنی به ترتیب برابر 1.159، 1.229 و 1.494، برای دو بافت لوم 1.391 و 1.393 و برای دو بافت لوم رسی سیلتی برابر 1.253 و 1.254 به دست آمد. در بسیاری از مواقع منحنی دانه بندی خاک مورد نظر به طور کامل وجود ندارد و تنها درصد ذرات رس، سیلت و شن خاک در اختیار می باشد. در این صورت، نخست منحنی دانه بندی خاک تخمین زده شده و سپس با استفاده از آن منحنی مشخصه آب خاک به دست می آید. در این پژوهش از اطلاعات درصد ذرات مختلف خاک و چگالی ظاهری هفت خاک مختلف استفاده و منحنی مشخصه خاک های فوق به روش های لجستیک و خطی تخمین زده شد و با نتایج اندازه گیری شده مقایسه گردید. برای تخمین منحنی دانه بندی خاک های فوق نیز از دو مقدار حد انتهایی شعاع ذرات خاک برابر 125 و 999 میکرومتر استفاده شد. نتایج نشان داد که استفاده از شعاع 999 میکرومتر برای تخمین مشخصه مناسب تر می باشد. علاوه بر آن، در بافت های رس، رس سیلتی و لوم رسی سیلتی معادله خطی و در بافت های لوم و لوم شنی معادله لجستیک برای تعیین a مناسب تر است.

یک روش برای تخمین منحنی مشخصه آب خاک بر پایه استفاده از منحنی دانه بندی و چگالی ظاهری خاک استوار می باشد. در این روش، منحنی دانه بندی را به چند قطعه بر مبنای اندازه ذرات تقسیم کرده و با توجه به میانگین شعاع ذرات و درصد ذرات بزرگ تر از هر اندازه و روابط موجود می توان منحنی مشخصه آب خاک را به دست آورد. در این روش از یک پارامتر مقیاس به نام a استفاده می شود که می تواند مقداری ثابت فرض شود و یا از روش های خطی و لجستیک به دست آید. از طرف دیگر، در بسیاری از مواقع منحنی دانه بندی خاک مورد نظر به طور کامل وجود ندارد و تنها درصد ذرات رس، سیلت و شن خاک در اختیار می باشد. در این صورت، ابتدا منحنی دانه بندی خاک تخمین زده شده و سپس منحنی مشخصه آب خاک به دست می آید. بر اساس نتایج به دست آمده قبلی استفاده از حد انتهایی شعاع 999 میکرومتر برای تخمین منحنی دانه بندی مناسب تر از شعاع 125 میکرومتر می باشد. هم چنین ضرایبی اصلاحی برای تخمین منحنی دانه بندی برای شعاع های 1 تا 20 میکرومتر به دست آمده است. در این پژوهش از اطلاعات درصد ذرات و چگالی ظاهری 19 خاک مختلف از مجموعه آنسودا استفاده گردید و منحنی مشخصه خاک های فوق به روش های لجستیک و خطی و بر اساس تخمین منحنی دانه بندی به روش اولیه و روش اصلاح شده تخمین زده شد و با نتایج اندازه گیری شده مقایسه گردید. نتایج نشان داد که در اغلب خاک ها استفاده از ترکیب روش لجستیک و منحنی دانه بندی اصلاح شده برای تخمین منحنی دانه بندی مناسب تر از سایر حالت ها می باشد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

برای مدل کردن حرکت آب در خاک، توابع هیدرولیکی مانند منحنی مشخصه آب خاک لازم است. در بین مدل های مختلف برای منحنی مشخصه آب خاک، مدل وان گنوختن یکی از مناسب ترین آنها است. هدف این پژوهش ارایه روابطی بین عوامل مدل وان گنوختن و ویژگی های فیزیکی خاک بوده تا از روی آنها بتوان منحنی مشخصه آب خاک را تخمین زد. منحنی مشخصه آب خاک برای 54 نمونه خاک در دستگاه سلول فشاری به همراه تجزیه مکانیکی به روش هیدرومتری، چگالی ظاهری خاک و درصد ماده آلی خاک تعیین شد. روابط بین عوامل وان گنوختن، m و hp (مکش آب خاک در نقطه عطف منحنی مشخصه آب خاک) و ویژگی های فیزیکی خاک به وسیله رگرسیون چندگانه به دست آمد. نتایج نشان داد که این روابط رگرسیون ممکن است با دقت قابل قبولی، برای تخمین منحنی مشخصه آب خاک از روی درصد شن، چگالی ظاهری و درصد ماده آلی خاک به کار برده شوند. روابط رگرسیون ارایه شده منحنی مشخصه آب خاک را برای سه خاک دیگر با دفت قابل قبولی تخمین زد.

اندازه گیری منحنی مشخصه آب خاک در آزمایشگاه و مزرعه پرهزینه، وقت گیر و مشکل است. از آنجا که این منحنی برای مطالعه حرکت آب در بخش غیراشباع خاک ضروری است، لذا استفاده از روش های برآوردی آن متداول می باشد. مدل تک پارامتری (Gregson et al. (1987) بر اساس شکل لگاریتمی منحنی مشخصه آب خاک ارائه شده است. این مدل دارای دو ضریب می باشد که بین آن ها یک همبستگی منفی وجود دارد و همچنین دارای یک پارامتر مجهول است. در این پژوهش برای برآورد پارامتر مجهول مدل از چگالی ظاهری و انحراف معیار هندسی ذرات خاک استفاده شد. برای این منظور از داده های اندازه گیری شده منحنی مشخصه 160 خاک آنسودا و 32 خاک استان فارس استفاده شد و چهار حالت مختلف درنظر گرفته شد: الف) واسنجی نتایج برای گروه های بافتی مختلف و ارزیابی نتایج در هر گروه بافتی با خاک های مستقل. ب) واسنجی نتایج برای خاک های آنسودا و ارزیابی نتایج برای خاک های استان فارس. ج) واسنجی نتایج برای خاک های استان فارس و ارزیابی نتایج برای خاک های آنسودا. د) واسنجی نتایج برای حدود 80 درصد کل داده ها و ارزیابی نتایج برای حدود 20 درصد باقی مانده داده ها. نتایج به دست آمده در حالت اول نشان دهنده دقت مناسب برآورد منحنی مشخصه برای گروه های بافتی مختلف بود. همچنین مقایسه نتایج حالت های دوم تا چهارم نشان داد که مناسب ترین حالت برآورد منحنی مشخصه برمبنای واسنجی نتایج با استفاده از خاک های آنسودا می باشد.

پارامترهای هیدرولیکی خاک (منحنی مشخصه آب خاک) برای تعیین حرکت آب و املاح در خاک از پایه های اساسی است که اندازه گیری مستقیم این ویژگی ها زمانبر و هزینه بر است. برای حل این مشکل روش های غیر مستقیم ارائه شده است که یکی از این روش ها تحلیل فراکتالی است. مدل (Pore- Solid Fractal (PSF توسط پژوهشگران زیادی برای مدل سازی ساختار خاک و تابع نگهداری آب- خاک بکار برده شده است. مدل PSF یک بیان عمومی برای تابع نگهداری آب- خاک است که بصورت های خاص دیگری هم توسط پژوهشگران دیگر ارائه شده است. هدف این تحقیق ارزیابی تابع عمومی PSF بر اساس بعد فراکتالی با داده های مکش- آب خاک و مقایسه آن با مدل های بروکس – کوری و تایلر – ویت کرافت می باشد. در این تحقیق با استفاده از داد ه های آزمایشگاهی اندازه گیری شده که از منابع منتشر شده بدست آمد، منحنی مشخصه آب خاک برای خاک های مورد بررسی با تابع PSF، حالت های خاص آن (بروکس – کوری و تیلر – ویت کرافت) بدست آمد. برای درک صحت نتایج بدست آمده، مقایسه ای بین رطوبت های پیش بینی شده از مدل های مورد بررسی و رطوبت های اندازه گیری شده برای خاک هایی از بانک UNSODA صورت گرفت. نتایج نشان داد که برای خاک های مورد بررسی تابع تیلر- ویت کرافت در مقایسه با تابع PSF و تابع بروکس-کوری تطابق بهتری را نشان می دهد. برای محاسبه مکش ورود هوا (h min) و رطوبت اشباع خاک (qs) نیز استفاده از هر کدام از معادلات PSF، و تیلر - ویت کرافت، و بروکس - کوری تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند. اما برای محاسبه بعد فراکتال (D) استفاده از معادله تیلر - ویت کرافت توصیه می شود. با استفاده از پارامترهای زود یافت خاک مدل های ساده تجربی به صورت رابطه ای میان میانگین هندسی (dg) و انحراف معیار هندسی (sg) ذرات خاک با و h min qs D و بدست آمد. سپس به کمک آن برای خاک هایی از بانک UNSODA، معادله منحنی مشخصه تخمین زده شد. بدون توجه به بافت خاک تمامی رطوبت های حجمی پیش بینی و اندازه گیری شده با خط یک به یک مقایسه شدند. نتایج نشان داد که تفاوت معنی داری بین رطوبت پیش بینی شده (qp) و اندازه گیری شده (qm) با خط یک به یک وجود ندارد. بنابراین بنظر می رسد که مدل های ساده تجربی ارائه شده قادر است منحنی مشخصه آب خاک را با دقت قابل قبولی تخمین بزند.