تفکیک ویژگی های موثر خاک بر منحنی مشخصه رطوبتی با استفاده از درخت تصمیم گیری

تکنیک های محاسباتی نرم در دهه های اخیر به طور وسیعی در تحقیقات علمی و مسایل مهندسی مطالعه و به کار برده شده اند. از آنجایی که اندازه گیری ویژگی های هیدرولیکی با روش های مستقیم آزمایشگاهی دشوار، زمانبر و هزینه بر است و روش های جایگزینی را می طلبد که بتوان با صرف هزینه و زمان کمتری آن را از روی داده های زودیافت خاک برآورد نمود. روش های ناپارامتریک از روش های نوین برآورد ویژگی های هیدرولیکی خاک همانند منحنی مشخصه رطوبتی خاک می باشند. این پژوهش به منظور مطالعه کارایی روش ناپارامتریک درخت تصمیم گیری برای تفکیک ویژگی های موثر در تخمین پارامترهای منحنی مشخصه رطوبتی خاک انجام شد.

مواد و روش ها: 

بدین منظور، 72 نمونه خاک از مناطق مختلف زیرحوزه مرغملک واقع در شهرستان شهرکرد از عمق 0- 20 سانتی متری جمع آوری و برخی ویژگی ها مانند پ هاش، شوری، رطوبت اشباع، کربنات کلسیم معادل، ماده آلی، فراوانی نسبی ذرات، چگالی، میانگین وزنی قطر خاکدانه خشک و مرطوب، میانگین هندسی و انحراف معیار هندسی قطر ذرات خاک اندازه گیری شدند. هم چنین، منحنی مشخصه رطوبتی در مکش های صفر، 1، 3، 5 ،10، 30، 50، 500،100، 1000، 1500 کیلو-پاسکال تعیین گردید و بر مدل ون گنوختن برازش داده شد. متغیرهای ورودی در دو سناریو (سناریو اول: پ هاش، EC، درصد شن و رس، ماده آلی، کربنات کلسیم، میانگین وزنی قطر خاکدانه خشک و مرطوب، چگالی و رطوبت اشباع و سناریو دوم: پ-هاش،EC، میانگین هندسی قطر ذرات، انحراف معیار هندسی قطر ذرات، ماده آلی، کربنات کلسیم، میانگین وزنی قطر خاکدانه خشک و مرطوب، چگالی و رطوبت اشباع) به نرم افزار MATLAB معرفی و به وسیله درخت تصمیم گیری و تخمین گرهای خطای اعتبار سنجی متقاطع و بازجایگزینی مدل سازی شدند. معیارهای ارزیابی در مدل سازی شامل ضریب تبیین، جذر میانگین مربعات خطا و درصد میانگین مربعات خطا بود.

یافته ها: 

نتایج به دست آمده از مدل سازی با درخت تصمیم گیری نشان داد که مهم ترین عامل موثر بر رطوبت در مکش نقطه پژمردگی (PWP) رطوبت اشباع و رس می باشند. در هر دو سناریو متغیر هدف PWP بیشترین میزان همبستگی (به ترتیب (88/0) و (91/0)) و کمترین میزان خطا را بین سایر متغیرها داشت، و پس از آن ظرفیت زراعی دارای بیشترین میزان همبستگی (86/0) در سناریو دوم بود. متغیر هدف nنیز بیشترین میزان خطا وα کمترین همبستگی را در دو سناریو داشت. به طور کلی سناریو دوم با جایگزینی میانگین هندسی و انحراف معیار قطر ذرات با درصد رس و شن عملکرد بهتری نسبت به سناریو اول داشت. آنالیز حساسیت نشان داد که رطوبت PWP به پ هاش و چگالی، کربنات کلسیم و ماده آلی و رطوبت ظرفیت زراعی (FC) به انحراف معیار هندسی و میانگین وزنی قطر خاکدانه مرطوب بیشترین حساسیت را داشتند.

نتیجه گیری: 

به طور کلی مدل سازی در هر دو سناریو موفق بود، اما با جایگزینی میانگین هندسی و انحراف معیار قطر ذرات به جای درصد رس و شن عملکرد بهتری در برآورد متغیرهای منحنی مشخصه رطوبتی در سناریو دوم به وجود آمد.