عملکرد الگوریتم تفاضلی در برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک

منحنی رطوبتی خاک یکی از مهم ترین شاخص های هیدرولیکی خاک است که علاوه بر تعیین مقدار رطوبت خاک در نقاط ظرفیت زراعی وپژمردگی خاک، نقش موثری در کاربرد مدل های آب خاک در مطالعه روابط خاک-گیاه- آب دارد. از سوی دیگر برای شناخت بهترو درک نقش آن، مدل های مختلف برای بیان این منحنی به صورت ریاضی ارائه شده است که میزان کارائی بودن این مدل ها به دقت برآورد پارامترهای تعریف شده در ساختار مدل ها بستگی دارد. در این تحقیق روند عملکرد دو الگوریتم فرابتکاری، الگوریتم تکامل تفاضلی و بهینه ساز ازدحام ذرات، دربرآرود پارامترهای هیدرولیکی منحنی رطوبتی خاک برپایه مدل ون گنوختن و مدل بروکز- کوری در چهار کلاس بافتی؛ لوم رس شنی، لوم شنی، لوم و سیلت لوم مطالعه شد. همچنین عملکرد الگوریتم های فرابتکاری نسبت به نرم افزار RETC که دارای الگوریتم محلی غیر خطی حداقل مربعات است، مورد ارزیابی قرار گرفت. از این رو، در سطح مزرعه کشاورزی دانشگاه بیرجند از چهار کلاس بافتی غالب، 20 نقطه به طور تصادفی انتخاب و نمونه برداری صورت گرفت. با استفاده از جعبه شن و صفحات فشاری در دامنه مکش صفر تا 15000 سانتی متر آب، مقدار رطوبت خاک اندازه گیری شد. نتایج حاصل در جهت برآرود پارامترهای هیدرولیکی برپایه دو مدل ون گنوختن (vG) و بروکز-کوری (BC) با استفاده از الگوریتم های فرابتکاری و RETC پرداخته شد. از دو شاخص آماری RMSE و R2 برای مقایسه نتایج حاصل بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که کمترین مقدار شاخص RMSE حاصل عملکرد الگوریتم تکامل تفاضلی در مدل vG؛ 0008/0، 0005/0، 0004/0 و 0006/0 و در مدل BC؛006/0، 006/0، 005/0 و 0005/0 به ترتیب درکلاس بافتی لوم رس شنی، لوم شنی، لوم و سیلت لوم حاصل شد. همچنین بیشترین و کمترین مقدار دو شاخص آماری RMSE و R2 در همه کلاس های بافتی خاک در عملکرد RETC مشاهده گردید. نتایج حاصل از این تحقیق بیانگر عملکرد ضعیف الگوریتم های محلی در حل مسائل چند متغیره ای است. از سوی دیگر بیانگر قابلیت الگوریتم های فرابتکاری در حل مسائل چند متغیره که دارای روابط نمایی هستند. از این رو، الگوریتم های فرابتکاری می تواند یک گزینه مناسب در حل مدل های هیدرولیکی خاک در جهت برآورد پارامترهای منحنی رطوبتی خاک باشد.