نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای آبیاری و زهکشی دانشگاه شهید چمران اهواز.

2 استاد دانشکده مهندسی علوم آب، گروه آبیاری و زهکشی دانشگاه شهید چمران اهواز.

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان.

چکیده

     به طور کلی جریان های ترجیحی در خاک در خلل و فرج درشت خاک رخ می­دهند. این جریان ها می توانند حجم زیادی از آب به همراه هر نوع آلاینده را در مدت زمان کوتاهی به منابع آب زیر زمینی منتقل کنند. این مساله خود باعث آلودگی منابع آب و خاک خواهد شد و از نظر زیست محیطی و بهداشتی بر زندگی جانداران تأثیر گذار خواهد بود. در این پژوهش نحوه حرکت آب در خلل و فرج درشت خاک با استفاده از یک مدل فیزیکی در آزمایشگاه بررسی شد. همچنین این حرکت با استفاده از مدل موج کینماتیک- انتشار[1] که یک معادله دیفرانسیل غیر خطی درجه دو می باشد و بهینه کردن ضرایب آن ارزیابی شد. ابتدا ضرایب مدل با استفاده از روش بهینه سازی تراکم ذرات[2]  به­دست آمدند و سپس مدل با استفاده از داده های آزمایشگاهی مربوط به هیدروگراف حاصل از بارندگی و گذار آب از مسیر های ترجیحی مدل فیزیکی که از انتهای ستون خاک برداشت شده بود، مورد صحت سنجی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد که مدل عددی به کار رفته تطابق بسیار خوبی با مشاهدات آزمایشگاهی دارد و این تطابق در شدت های کمتر بارندگی بیشتر است. از آنجایی که در این مدل، سازوکار انتشار لحاظ شده است و اثر انتشار با افزایش شدت های ورودی به تدریج از بین می رود، این اثر در سرعت های پایین تر بهتر می تواند در روند پیش بینی بهتر دخالت نماید. به طور کلی این مدل می تواند راهی باشد تا بتوان مقدار و روند پیشروی جریان­های ترجیحی و آلاینده­های همراه آن را پیش­بینی نمود تا در برنامه­ریزی­های مدیریتی محیط زیستی نسبت به اتخاذ تصمیم­های مناسب اقدام کرد.



[1] -Kinematic–dispersive wave


[2] -Particle swarm optimization

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimization and Parameter Estimation of KDW Model for Numerical Simulating of Preferential Water Flow in Soil

نویسندگان [English]

  • Mostafa Moradzadeh 1
  • Hadi Moazed 2
  • Saeed Boroomandnasab 2
  • Mohammadreza Khaledian 3

چکیده [English]

     Generally soil preferential flow occurs through soil macropores. These flows can transport a large amount of water and any type of pollutant to groundwater in a short time. This issue causes the water and soil pollution and in terms of environmental and health, affect the lives of animal and human. In this study the movement of water in preferential routes in the soil was investigated using a physical model. Also this movement was evaluated using Kinematic–Dispersive Wave (KDW) model which is a second degree non-linear partial differential equation and optimization of its coefficients. At first, the model coefficients were obtained using Particle Swarm Optimization (PSO) method. After that, the model was validated using experimental observation of rainfall hydrograph which was passed through the preferential routes of physical model and was recorded from the bottom of soil column. The results showed that the numerical model has very good agreement with experimental observations, and this prediction is better in lower rainfall intensity. Since dispersive mechanism was applied in this model and the effect of dispersive is disappeared graduatly with increase of input rainfall intensity, this effect in lower velocities causes the model to predict much better the observation. Consequently, this model can be a way to predict the preferential water flow and contaminant in soil to be eligible to make a reasonable decision in environmental management planning.

کلیدواژه‌ها [English]

  • KDW model
  • Preferential water flow
  • Numerical simulation
  • Optimization
  • Physical model