تخمین پارامترهای هیدرولیکی خاک‌های دارای اشباع‌شدگی متغیر به‌‌روش مدل سازی معکوس و بهره‌گیری از داده‌های توزیع مجدد رطوبت

مدل سازی جریان آب و انتقال مواد محلول در محیط های متخلخل دارای اشباع شدگی متغیر نیازمند اطلاعات تکمیلی و دقیق خصوصیات هیدرولیکی خاک می باشد. خصوصیات هیدرولیکی که در این مطالعه با استفاده از حل معکوس تعیین شده اند هدایت هیدرولیکی غیر اشباع k(h) و تابع نگهداشت آب θ(h) می باشد. در روش حل معکوس فرض می شود که k(h) و θ(h) را همانند پارامترهای انتقال به صورت هم زمان و با استفاده از داده های جریان ناپایدار و به کارگیری آنها در حل معکوس معادلات حاکم بر جریان و انتقال مواد تعیین کرد. به منظور دستیابی به نتایجی واحد، قابل شناسایی و پایدار در موقعیت ها و شرایط مختلف آزمایشی، آزمایش عددی جدید توزیع مجدد مورد ارزیابی و استفاده قرار گرفت. برای مطالعه شکل تابع هدف در حالت کمترین مقدار آن، سطوح پاسخ برای پارامترهای تخمینی تهیه شد. حساسیت خروجی های مدل نسبت به تغییر پارامترهای ورودی نیز محاسبه و تحلیل شد. نتایج آزمایش توزیع مجدد نشان می دهد زمانی که متغیرهای خروجی های مدل به اندازه کافی به پارامترهای بهینه شده حساس نیست عدم یگانگی جواب افزایش می یابد. مقادیر تخمینی پارامترها به بزرگی خطای داده های اندازه گیری شده حساس است. در این آزمایش، تخمین پارامتر بر اساس داده های بار فشار حل یگانه ای را در اختیار قرار می دهد. به دلیل جریان ترجیحی در نمونه، مشاهدات کشش سنجی می تواند نتایج اشتباهی برای حل معکوس مساله مورد نظر ارائه دهد. استفاده از اطلاعات هدایت هیدرولیکی می تواند یگانگی جواب را بیشتر کرده و خطای تخمین پارامترهای تجربی α و n را کاهش دهد. آنالیز حساسیت می تواند ابزار مفیدی برای تعیین زمان بهینه و توزیع موقعیت نقاط مشاهداتی در آزمایش باشد.

Estimation Variably Saturated Soil Hydraulic Parameters via Inverse Modeling and using Redistribution Experiment Data

Modeling of flow and transport processes in variably saturated porous media requires detailed knowledge of the soil hydraulic properties. The hydraulic properties to be determined by the inverse problem solution are the unsaturated hydraulic conductivity K(h) and the water retention curve theta (h). The inverse modeling approach assumes that both theta (h) and K(h) as well as transport parameters can be determined simultaneously from transient flow data by numerical inversion of the governing flow and transport equations. In order to find answers to the questions of uniqueness, identifiability and stability of different experimental setups, a new numerical experiment of redistribution was carried out. To study the shape of the objective function near its minimum, response surfaces for the estimated parameters were generated. The sensitivity of model outputs with respect to changes in input parameters was also computed and analyzed. Results of the redistribution experiment suggest that the nonuniqueness increases when the model output variables are not sensitive enough to the optimized parameters. As expected, the estimated values of parameters were sensitive to the magnitude of error in the measured data. In this experiment, the parameter estimation based on the pressure head observations provides unique solution. Due to preferential flow in the sle, tensiometric observations may provide poor results for inverse problem solution. Taking into account information about saturated hydraulic conductivity, Ks improved the likelihood of uniqueness and reduced the errors in parameter estimation of the shape parameters (alpha , n). It was found that the sensitivity analysis could be a useful tool to design the optimal time and location distribution of experimental observations.