کاربرد روش GLUEدر برآورد عدم قطعیت پارامترهای آلفا و n در منحنی رطوبتی خاک

Abstract

سابقه و هدف: منحنی رطوبتی خاک یک مفهوم کلیدی در فرآیند مدل‌سازی مطالعات فیزیکی و هیدرولوژی خاک است که نقش تعیین کننده‌ای در مدیریت آب و خاک دارد. از طرفی، دقت مدل‌های مورد استفاده در توصیف منحنی رطوبتی خاک متاثر از روند تغییرات پارامترهای آن است. تجزیه و تحلیل میزان عدم‌قطعیت پارامترهای هیدرولیکی منحنی رطوبتی خاک در فرآیند مدل‌سازی، تعیین پارامترهای ورودی مدل‌ها و ارزیابی میزان عملکرد مدل‌ها نقش بسزائی دارد. از این‌رو هدف از این مطالعه ارزیابی کاربرد روش شبیه‌سازی GLUE که یک روش شبیه‌سازی مبتنی بر روش مونت‌کارلو است، در برآورد میزان عدم قطعیت متغیرهای آلفا و n در سه مدل ون‌گنوختن، ون‌گنوختن- معلم و ون‌گنوختن- ‌بوردین با ثابت فرض نمودن سایر پارامترهای منحنی رطوبتی خاک، می‌باشد. مواد و روش‌ها: ابتدا از دو نمونه خاک غالب مزرعه دانشگاه شهید باهنر کرمان نمونه‌برداری صورت گرفت و سپس با استفاده از داده‌های حاصل از دستگاه صفحه فشاری و نرم‌افزار RETC، منحنی رطوبتی خاک برای هر دو نمونه خاک (کلاس بافتی شن لومی و لوم رس سیلتی) بر پایه هر سه مدل مذکور، رسم و پارامترهای منحنی رطوبتی آنها استخراج شد، سپس با استفاده از روش GLUE، میزان عدم قطعیت پارامترهای آلفا و n در هر سه مدل بررسی شد. همچنین در ادامه براساس عملکرد GLUE میزان عدم‌قطعیت ذاتی هر یک از سه مدل برای هر کدام از کلاس‌های بافتی مورد مطالعه، تحت بررسی قرار گرفت. یافته‌ها: نمودار پسین برای هریک از پارامترهای هیدرولیکی مورد مطالعه برای هر سه مدل مذکور در هر کلاس بافتی بدست آمد، محدوده اطمینان 95 درصد از شبیه‌سازی نقاط منحنی رطوبتی خاک نیز برای هر سه مدل در هر دو کلاس بافتی به عنوان خروجی اصلی این تحقیق حاصل شد. برای کمّی‌سازی میزان عدم‌قطعیت مدل‌ها 4 شاخص ارزیابی عدم‌قطعیت محاسبه و بررسی گردید. برپایه شاخص‌های ارزیابی بهترین مدل برای بافت لوم رس سیلتی و شن لومی به ترتیب مدل ون‌گنوختن-معلم (71/85= PCI ، 2013/0 d-factor=، 079/0 S=، 4642/0 T=) و مدل ون‌گنوختن (75/28= PCI ، 0766/0 d-factor= ، 6453/0 S=، 1034/1 T=) می‌باشد. نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از نمودارهای توزیع پسین نشان داد که متغیرهای هیدرولیکی آلفا و n در روند واسنجی از قابلیت شناسایی کمتری برخوردار بوده و نمی‌توان دامنه بهینه برای آن‌ها تعیین نمود، از این‌رو این دو متغیر نقش عمده‌ای در عدم‌قطعیت منحنی رطوبتی خاک دارند. همچنین بررسی عدم‌قطعیت هر سه مدل نشان داد که روش GLUE به‌خوبی توانسته است نقاط منحنی رطوبتی خاک را برآورد نماید به‌طوری که منحنی رطوبتی حاصل از نرم‌افزار RETC برای هر سه مدل در هر دو کلاس بافتی در محدوده اطمینان 95 درصد قرار گرفت. قرار گرفتن حدود 85 درصد از نقاط منحنی رطوبتی خاک برای بافت لوم رسی سیلتی در محدوده اطمینان 95 درصد، بیانگر توانایی بالای روش GLUE است.