استفاده از مدل فازی مقیاس‌شده برای شبیه‌سازی نفوذ آب به خاک

بررسی فرآیند نفوذ آب به خاک جزء مراحل اصلی و مهم از حرکت آب در خاک است و از این رو مورد توجه پژوهشگران مختلف قرار گرفته است. با استفاده از تئوری مجموعه‌های فازی می‌توان نفوذ آب به خاک را با در نظر گرفتن تغیرپذیری و عدم قطعیت در پارامترهای موثر شبیه‌سازی کرد. در این پژوهش، مدل فازی مقیاس‌شده برای شبیه‌سازی نفوذ آب به خاک غیراشباع ارائه شده است. برای این منظور، مقیاس‌سازی معادله ریچاردز به گونه‌ای انجام شد تا بتوان شبکه آموزشی فازی و متعاقب آن دسته قواعد فازی را برای گستره وسیع‌تری از خاک‌ها بدست آورد. استخراج قواعد فازی با استفاده از شبکه‌های آموزشی بزرگ ساخته شده از حل عددی معادله ریچاردز مقیاس ‌شده انجام شد. مدل فازی مقیاس‌شده برای شرایط مرزی مشخص قادر به شبیه‌سازی جریان برای تمامی خاک‌ها با مقدار پارامتر شکل (n) مشخص می‌باشد. مقایسه نتایج مدل فازی و حل عددی معادله ریچاردز نشان داد که مدل فازی به خوبی امکان شبیه‌سازی نفوذ آب در خاک غیراشباع را فراهم می‌کند (مقدار nrmse بین 3% تا 4.5%) و مدل فازی مقیاس‌شده قادر به شبیه‌سازی گستره وسیعی از خاک‌های مختلف با مقدار پارامتر شکل (n) مشخص می‌باشد (مقدار nrmse بین 1.2% تا 1.5%). مدل فازی مقیاس‌شده به گونه‌ای اصلاح شد تا بتواند با یک سری دستورات فازی برای محدوده متغییری از پارامتر شکل (n) نیز کارامد باشد.

Using a Scaled Fuzzy Model for Simulating Soil Water Infiltration

Investigation of water infiltration process in soil is an important step in soil water movement and, therefore, of interest to different researchers. Fuzzy set theory can be used to simulate soil water infiltration by considering variability and uncertainty in the effective parameters. In this research, a scaled fuzzy model for simulating water infiltration in unsaturated soil is presented. For this purpose, the Richard’s equation was scaled to obtain the fuzzy training network and subsequent fuzzy rules for a wider range of soils. The fuzzy rules were extracted using large training networks made from numerical solution of scaled Richard’s equation. The scaled fuzzy model for the specified boundary conditions is able to simulate the flow for all soils with the specified shape parameter (n) value. Comparison of the results of the fuzzy model and the numerical solution of the Richard’s equation showed that the fuzzy model can well simulate water infiltration in unsaturated soils (NRMSE value between 3% and 4.5%) and the scaled fuzzy model is capable of simulating a wide range of different soils with the same shape parameter (n) (NRMSE value between 1.2% and 1.5%). The scaled fuzzy model was modified to fit a series of fuzzy rules for a range of shape parameter (n) variable.