تخمین ضرایب هیدرودینامیکی نفوذ آب در خاک با استفاده از بهینه‌سازی معادلات نفوذ Scs و Horton

تعیین ضرایب معادله های نفوذ با دقت مناسب، یکی از مسائل مهم در برنامه‌ریزی‌های آبیاری است. معمولاً برای تعیین این ضرایب از روش آزمایش استوانه های مضاعف استفاده می شود که این روش تنها بُعد هیدرواستاتیکی و نقطه ای نفوذ را در برمی‌گیرد. در این تحقیق، از جویچه‌ای با مقطع سهمی شکل، طول 50 متر، عمق متوسط 12 سانتی متر و شیب 0.02 به‌منظور شبیه‌سازی یک نهر آبیاری استفاده شد. سه آزمایش با بازه های طولی 4.7، 20 و 40 متر و دبی ورودی 0.02± 0.6 لیتر بر ثانیه با سه تکرار انجام شد. از این میان برای هریک از بازه‌های طولی، یک آزمایش‌ با حداقل خطای اندازه گیری انتخاب شد. برای تعیین ضرایب معادلات نفوذ، پس از برداشت هیدروگراف های ورودی و خروجی آبراهه با استفاده از فلوم اندازه گیری جریان، هیدروگراف های خروجی از روش های هیدرولیکی ماسکینگامکونژ، اینرسی صفر و موج سینماتیک روندیابی شدند.در نهایت مقادیر دبی نفوذ با توجه به سطح مقطع متوسط جریان در بازه طولی موردبررسی و لحاظ کردن معادلات نفوذ scs و هورتون تعیین شدند. هیدروگراف های محاسباتی از اختلاف بین هیدروگراف های خروجی روندیابی شده و دبی‌های نفوذ به‌دست‌آمد. در نهایت با استفاده از روش حداقل مربعات (lsm) برای هیدروگراف های خروجی مشاهداتی و محاسباتی، تابع هدف استخراج ‌گردید. نتایج نشان داد  که مقدار متوسط خطای نسبی بین هیدروگراف های خروجی مشاهداتی و محاسباتی از روش ارائه‌شده کمتر از 5 درصد است. با افزایش طول بازه مورد بررسی، مقادیر دبی نفوذ به دلیل کاهش هد استاتیکی آب، کاهش می‌یابند. راندمان مدل بر اساس معیار نشساتکلیف در تمامی طول ها بیش از 90 درصد بود که دلالت بر این دارد که  استفاده هم‌زمان از معادله هورتون و روش روندیابی اینرسی صفر بهترین نتایج را ارائه می‌کند.

Estimation of Hydrodynamic Infiltration Coefficients Using Optimization of SCS & Horton Equations

Determination of infiltration equations coefficients with proper accuracy is one of the important issues in irrigation planning. For determination of these coefficients, doublering test method is usually used which only involves the point and hydrostatic dimension of infiltration. In this research, a parabolic shape furrow was used for simulation of an irrigation furrow with 50 m length, 12 cm depth, and 0.20 m/m bed slope. Three experiments were performed with lengths of 4.7, 20 and 40 m, and inflow of 0.6±0.02 lit/s with three replicates. For each length, a test with the minimum measurement error was selected. To determine the infiltration equations coefficients, input and output hydrographs were measured using flow measurement flume and the output hydrographs were routed by MuskingumCunje, Zeroinertia and kinematic wave methods. Finally, the infiltration discharge values were obtained by considering the SCS and Horton infiltration equations and the average flow area in the proposed furrows. Computational hydrographs were obtained from the difference between routed output hydrographs and infiltration discharges. Finally, the objective function was derived using the least square method (LSM) for observational and computational output hydrographs. The results indicated that the mean value of the relative error between the observed and optimized output hydrographs of the proposed method is less than 5 percent. By increasing the length interval, the amounts of infiltration discharges decrease due to the reduction of  static head water. The efficiency of the model for all lengths was more than 90 percent based on the NashSutcliff criterion which indicates that the simultaneous use of the Horton equation and the zeroinertia method provides the best results.