بهبود کارایی مدل تولر-اُر برای منحنی مشخصه آب خاک با بهینه‌سازی پارامترهای توزیع اندازۀ منافذ خاک

مدل‌های زیادی برای توصیف منحنی مشخصه خاک تا به امروز توسعه یافته است که عموما بر پایه فرض هندسه منافذ به صورت مجموعه ای از لوله های موئین استوانه ای شکل می باشد. در مدل‌های بر پایه لوله های موئین، فرض بر آنست که 1 در یک رطوبت مشخص، قسمتی از منافذ به صورت کامل اشباع بوده، در حالی که منافذ با اندازه بزرگتر کاملا خشک می باشند، 2 در این مدل‌ها، اثر سطح ویژه و نیروهای جذب سطحی نادیده گرفته می شود. مدل تولراُر از معدود مدل‌های فیزیکی  است که هر دو جزء نیروهای موئینگی و جذب سطحی را در یک هندسه جدید متشکل از یک منفذ مرکزی و شکاف های متصل به آن برای منافذ خاک، توصیف می کند. با این حال، مدل اصلی تولراُر از دقت مناسبی در ناحیه رطوبتی های میانی برخوردار نیست که علت عمده آن، محدودیت عمده تابع احتمالاتی بکار رفته برای توصیف منافذ خاک می باشد. در پژوهش حاضر نسخه بهبود یافته ای از مدل تولراُر بر مبنای حل عددی ارائه می گردد که دارای قابلیت استفاده از توزیع گاما با ضریب شکل اختیاری و توزیع ویبال می باشد. نتایج بدست آمده از مدل بهینه شده برای چهار خاک با بافت متفاوت، حاکی از بهبود قابل توجه در نسخه جدید نسبت به مدل اولیه تولراُر به ویژه در رطوبت های میانی است که در این ناحیه مدل اولیه تولراُر از دقت مناسبی برخوردار نمی باشد. همچنین نسخه بهبود یافته از یک الگوریتم بهینه سازی سراسری استفاده می کند که جواب های نهایی منحصر به فرد و مستقل از حدس اولیه می باشد.

Performance Enhancement of the TullerOr model for Soil Water Characteristic Curve Via Optimization of The Soil Pore Size Distribution Parameters

Models to explain water characteristic curve and liquid distribution in partially saturated porous media are abundant, mostly based on the “bundle of cylindrical capillaries” (BCC) representation of porespace geometry. The assumptions in the BCC model are that 1 certain pore sizes are completely filled by liquid whereas larger pores are completely empty at a given saturation level and 2 the surface area and adsorbed liquid films are ignored. TullerOr (TO) model is among the few physicalbased models that considers both the capillary and adsorption phenomena via introducing a new pore space geometry with angular central pores attached to slitshape pores. However, the original TO model fails to describe experimental data in the intermediate saturation range because of the limited flexibility of the probability distribution invested for describing the pore size space. In this study a new enhanced form of TO model was proposed which is based on the numerical solution and is capable of using Gamma distribution for pore size distribution with arbitrary shape factor and |Weibull distribution. The results obtained from the optimized model for soils with different textures showed significant improvement compared to the original model, especially in midrange saturations whereas the original TO model shows low accuracy. The new enhanced version also includes a global search algorithm for fitting the TO model that provides unique set of fitting parameters that are independent of initial guesses.