عنوان پایان‌نامه
تخمین پارامترهای هیدرولیکی و املاح خاک در سیستم زهکشی زیرزمینی با استفاده از مدل‌سازی معکوس
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-آبیاری وزهکشی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 6020;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64500
- تاریخ دفاع
- ۳۰ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- امیر صداقت دوست
- استاد راهنما
- عبدالمجید لیاقت, حامد ابراهیمیان طالشی
- چکیده
- در حال حاضر به دلیل محدودیت زمانی و مکانی مزارع آزمایشی استفاده از مدلهای شبیهسازی برای ارزیابی عملکرد سیستمهای زهکشی زیرمینی رواج پیدا کرده است. از آنجایی که دقت شبیهسازی این مدلها به دقت پارامترهای ورودی آن وابسته است، هدف از این پژوهش کاربرد روش مدل‌سازی معکوس در برآورد خصوصیات هیدرولیکی خاک و املاح در سیستمهای زهکشی زیرزمینی و مقایسه آن با روشهای رایج است. این مطالعه در دو منطقه کشت و صنعت امیرکبیر و امام خمینی صورت گرفت. برای شبیهسازی عملکرد سیستم زهکشی زیرزمینی از مدل SWAP استفاده شد. کارایی دو الگوریتم بهینهسازی مارکوارت-لونبرگ و ژنتیک برای کمینه کردن توابع هدفی که شامل اختلاف بین مقادیر اندازهگیری و شبیهسازی شدهی دبی و شوری زهاب و نوسانات سطح ایستابی به صورت جداگانه و ترکیب با یکدیگر بود، با توجه به فرض یکنواخت و غیریکنواخت بودن خاک مقایسه شد. نتایج این پژوهش نشان داد که روشهای رایج تعیین خصوصیات خاک نتوانستند عملکرد سیستم زهکشی را با دقت مناسبی برآورد کنند. آنالیز حساسیت مدل SWAP حاکی از این بود که پارامترهای هیدرولیکی رطوبت اشباع (?s) ، پارامترهای شکل (n و ?)، هدایت هیدرولیکی افقی (Kh) و لایه غیرقابل نفوذ (D) بیشترین تاثیر را در شبیهسازی شرایط زهکشی زیرزمینی داشتند. تعیین این پارامترها توسط توابع هدف مختلف نشان داد که در واحد امیرکبیر استفاده از دو داده دبی و شوری زهاب در تعیین خصوصیات هیدرولیکی خاک بهترین نتایج را در شبیهسازی عملکرد سیستم زهکشی از خود نشان دادند. دقت محاسبات در هر دو فرض خاک یکنواخت و غیریکنواخت تفاوت محسوسی را نشان نداد. در واحد امام خمینی دو تابع هدف مبتنی بر شوری زهاب و سطح ایستابی و همچنین تابع هدف مبتنی بر دبی و شوری زهاب و سطح ایستابی خصوصیات هیدرولیکی خاک را به گونهای برآورد کردند که عملکرد سیستم زهکشی با دقت بسیار خوبی شبیهسازی شد. در هر دو منطقه الگوریتم ژنتیک کارایی بیشتری نسبت به الگوریتم مارکوارت-لونبرگ از خود نشان داد. در پایان تابع هدف مبتنی بر دبی و شوری زهاب با فرض خاک یکنواخت در واحد امیرکبیر و توابع هدف مبتنی بر شوری زهاب و سطح ایستابی و همچنین دبی و شوری زهاب و نوسانات سطح ایستابی هر دو با فرض یکنواخت در واحد امام خمینی به عنوان مناسبترین توابع هدف در تعیین خصوصیات هیدرولیکی خاک توصیه شد.
- Abstract
- Due to the time and spatial limitations of drainage pilots, simulation models have been extensively applied for evaluating subsurface drainage systems. Since the accuracy of simulation models depend on the accuracy of model inputs, the aim of this study is to access inverse modeling in estimating soil hydraulic and transport parameters in subsurface drainage systems and compare it to conventional methods. This study was conducted in Amirkabir and Emam Khomeini subsurface drainage pilots. SWAP model was used for simulating the outputs of subsurface drainage systems. The performance of two optimization methods including Marquaret-Levenberg and Genetic Algorithm is evaluated for minimizing objective functions which are based on the dicrepencies between measured and simulated values of drainage discharge, salinity of drainage water and water table depth with regard to homogeneous and heterogeneous hypothesis of soil profile. Results revealed that conventional methods cannot simulate the performance of subsurface drainage systems accurately. Sensitivity analysis of SWAP model showed that saturated water content (?s), shape parameters of van Genuchten equation (n and ?), lateral hydraulic conductivity (Kh) and depth to impermeable layer (D) are the most sensitive parameters in simulating subsurface drainage outputs. In Amirkabir study area, the objective function which is based on drainage discharge and salinity of drainage water is the most appropriate one which can determine soil hydraulic parameters. In Emam Khomeini study area, the objective function which includes salinity of drainage water and water table depth and also the objective function which is based on the combination of drainage discharge, salinity of drainage water and water table depth are successful in obtaining soil hydraulic properties that can simulate the outputs of drainage systems accurately. In both study areas, Genetic Algorithm is more appropriate than Marquaret-Levenberg optimization method. The two different hypothesis of soil profile do not make any significant differences in the final results.
