Προσδιορισμός υδραυλικών ιδιοτήτων σε καλλιεργημένο και ακαλλιέργητο έδαφος

Abstract

Η συγκεκριμένη μελέτη έχει ως στόχο τον προσδιορισμό των υδραυλικών ιδιοτήτων του εδάφους σε καλλιεργημένο και ακαλλιέργητο έδαφος, από δεδομένα που προέκυψαν με τη χρήση διηθητομέτρου μικρού δίσκου εφαρμογής αρνητικής πίεσης. Ειδικότερα, χρησιμοποιούμε το λογισμικό DISC, για την ανάλυση των αποτελεσμάτων διηθητομέτρου δίσκου, με βάση τη μεθοδολογία που προτάθηκε από τους Šimůnek and van Genuchten (1997). H μέθοδος απαιτεί τη γνώση της καμπύλης αθροιστικής διήθησης και των αρχικών και τελικών τιμών περιεκτικότητας του εδάφους σε νερό, προκειμένου να βελτιστοποιηθούν οι υδραυλικές παράμετροι με παράλληλη προσαρμογή των δεδομένων διηθητομέτρου. Ουσιαστικά, η διαδικασία αυτή εκτίμησης των παραμέτρων συνδυάζει τον αλγόριθμο βελτιστοποίησης παραμέτρων του Levenberg – Marquardt (μέθοδος ελαχίστων τετραγώνων) και το απλοποιημένο μοντέλο HYDRUS – 2D, προκειμένου για την αριθμητική επίλυση της εξίσωσης του Richards στην περίπτωση της τρισδιάστατης και με αξονική συμμετρία διήθησης. Όλη η διαδικασία επίλυσης του «αντίστροφου προβλήματος» περιγράφεται στην εργασία των Šimůnek and van Genuchten (1997) και εμπεριέχεται στο λογισμικό DISC. Η συγκεκριμένη διαδικασία επίλυσης δεν απετέλεσε αντικείμενο της παρούσας μελέτης. Συγχρόνως, εφαρμόζεται μία μέθοδος προσδιορισμού της υδραυλικής αγωγιμότητας στον κορεσμό, Ks, που χρησιμοποιεί δεδομένα πειραμάτων με το διηθητόμετρο δίσκου για διάφορες τιμές αρνητικής πίεσης στην επιφάνεια του εδάφους και μία μέθοδος που συνδυάζει τις τιμές των α, n της εξίσωσης του van Genuchten, που προκύπτουν από τη χρήση λογισμικού DISC, με τη μέθοδο του Zhang (1997). Οι προκύπτουσες τιμές της Κs, με βάση τις μεθόδους αυτές, παρουσιάζονται συγκριτικά με τις αντίστοιχες τιμές της Κs που προκύπτουν από την εφαρμογή του λογισμικού DISC για τα ίδια πειράματα και εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα.

This study was conducted to estimate the soil hydraulic properties using field measured tension disc infiltrometer data for cultivated and uncultivated soil. A computer software package, DISC, was further used to analyze tension disc infiltrometer data based on the methodology suggested by Šimůnek and van Genuchten (1997). The method uses knowledge of the cumulative infiltration curve and the initial and final water contents to optimize soil hydraulic parameters by fitting measured data. In fact, this parameter estimation procedure combines the Levenberg – Marquardt nonlinear parameter optimization method, involving weighted least squares, with the model HYDRUS – 2D, which solve the governing flow Richard΄s equation for the three – dimensional (axisymmetric) infiltration. The “inverse problem” of parameter identification is described by Šimůnek and van Genuchten (1997) and is inhered in the DISC software. This way of solution was not part of our study. Thus far, one parameter estimation procedure was used in order to evaluate the saturated hydraulic conductivity, Ks, based on tension disk infiltrometer experiments in which, supply pressure heads were applied and another method which combines the values a, n of van Genuchten equation, achieved by using DISC software, with Zhang’s method (1997). The estimated values of the saturated hydraulic conductivity, Ks, which were obtained by the proposed procedures, were compared with the estimated values of Ks by using DISC software for the same experiments, as useful assumptions are concluded.