شبیه‌سازی عددی پارامترهای هیدرولیکی اشباع و غیر اشباع خاک در شرایط دو و سه بعدی و مقایسه با دیسک تنشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی آب پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی

چکیده

     اهمیت تعیین مشخصات هیدرولیکی خاک­های غیر اشباع در انتقال املاح و جریان آب همواره مورد توجه مهندسان علوم خاک قرار گرفته است. از جمله این مشخصات هدایت هیدرولیکی است که باید در مکش­های مختلف تعیین گردد. هدایت هیدرولیکی غیر اشباع به دست آمده از دیسک تنشی به صورت سنتی از تحلیل وودینگ در حالت پایدار محاسبه می­شود. تخمین پارامترهای هیدرولیکی با حل عددی معادله­های جریان و بهینه­سازی پارامتر­ها به روش حل معکوس یکی از روش­های مرسوم است که دقت آن بستگی به نوع خاک دارد. در این تحقیق هدایت هیدرولیکی در شرایط مختلف رطوبتی (اشباع و غیر اشباع) در پنج مکش 20، 15، 10، 5 و صفر سانتی­متر با دیسک تنشی بر روی چهار نمونه استوانه­ای شکل خاک سیلتی رسی با قطر 56 و ارتفاع 75 سانتی­متر اندازه­گیریشد. سپس نتایج حاصل از دیسک تنشی و حل معکوس مقایسه شدند. حل معکوس و شبیه­سازی جریان با مدل هایدروس دو و سه بعدی با روش ون­گنختون-­ معلم انجام شد. بهینه ­سازی بر اساس داده­های زمان، نفوذ تجمعی و پارامترهای هدایت هیدرولیکی اشباع و α به دست آمده از تحلیل داده­های دیسک تنشی انجام گردید. از نتایج بهینه سازی در شرایط دو بعدی برای اجرای برنامه در حالت سه بعدی استفاده شد. مقادیر میانگین خطای استاندارد پارامترهای θr، n و Lبهینه شده به ترتیب 011/0، 078/0 و 117/0 به دست آمد. نتایج تحقیق نشان ­داد هدایت هیدرولیکی غیر اشباع بدست آمده از مدل همواره کمتر از مقادیر اندازه­گیری شده به وسیله­ دیسک تنشی می­باشد، هر چند در مکش­های کم مطابقت بهتری (خطای کمتری) در مقایسه با مکش­های بالاتر نشان می­دهند. همچنین کمترین و بیشترین مقدار خطا در شبیه­سازی هدایت هیدرولیکی غیر اشباع در مکش­های 5 و 20 سانتی­متربه ترتیب برابر با 50/6و 0/6 درصدبه دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

2D/3D Numerical Simulation of Saturated and Unsaturated Soil Characteristics and Comparison with Tension Disc

نویسندگان [English]

  • Rasiul Ghobadian
  • Bahman Farhadi
  • Ramin Maleki
  • Milad Farmanifard
چکیده [English]

     Importance of determining unsaturated soils hydraulic properties in solute transport and water flow is always regarded by soil science engineers. Among these properties is the hydraulic conductivity that should be determined at different suction. Unsaturated hydraulic conductivity is estimated using the traditional Wooding analysis at steady state condition for tension disc. Estimating of hydraulic parameters using numerical solution of flow equations and the parameter optimization with inverse solution method is one of the conventional methods that its accuracy is dependent on soil type.In this study, saturated and unsaturated hydraulic conductivity was measured in 5 suctions 20, 15, 10, 5 and 0 cm from experiment tension disc on four samples of cylindrical clay soil with diameter of 56 cm and height of 75 cm. Then, the results of tension disc were compared with inverse solution. TheHydrus 2D/3D model was used for inverse solution with Van Genuchten-Mualem method. Optimization process was done based time, cumulative infiltration data, saturated hydraulic conductivity and α parameters obtained from the analysis of the tension disc. Then the optimizedparameters in 2D were used for 3D model simulation. The average standard error of optimized θr, n and L was obtained 0.011, 0.078 and 0.117, respectively. The results showed that the unsaturated hydraulic conductivity obtained from the model is less than the values ​​measured by tension disc. However, the low suctionsindicated betteragreement than higher suctions. Additionally, the maximum and minimum value ofsimulation error ofunsaturated hydraulic conductivity was found in suctions 5 and 20 cm equal to 6.50% and 60.0%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tension disc
  • Inverse solution
  • Hydraulic conductivity
  • Optimization
  • Hydrus model