کاربرد روش GLUE در برآورد عدم قطعیت پارامترهای آلفا و n در منحنی رطوبتی خاک

منحنی رطوبتی خاک یک مفهوم کلیدی در فرآیند مدل سازی مطالعات فیزیکی و هیدرولوژی خاک است که نقش تعیین کننده ای در مدیریت آب و خاک دارد. از طرفی، دقت مدل های مورد استفاده در توصیف منحنی رطوبتی خاک متاثر از روند تغییرات پارامترهای آن است. تجزیه و تحلیل میزان عدم قطعیت پارامترهای هیدرولیکی منحنی رطوبتی خاک در فرآیند مدل سازی، تعیین پارامترهای ورودی مدل ها و ارزیابی میزان عملکرد مدل ها نقش بسزایی دارد. از این رو هدف از این مطالعه ارزیابی کاربرد روش شبیه سازی GLUE که یک روش شبیه سازی مبتنی بر روش مونت کارلو است، در برآورد میزان عدم قطعیت متغیرهای آلفا و n در سه مدل ون گنوختن، ون گنوختن- معلم و ون گنوختن- بوردین با ثابت فرض نمودن سایر پارامترهای منحنی رطوبتی خاک، می باشد.

ابتدا از دو نمونه خاک غالب مزرعه دانشگاه شهید باهنر کرمان نمونه برداری صورت گرفت و سپس با استفاده از داده های حاصل از دستگاه صفحه فشاری و نرم افزار RETC، منحنی رطوبتی خاک برای هر دو نمونه خاک (کلاس بافتی شن لومی و لوم رس سیلتی) بر پایه هر سه مدل مذکور، رسم و پارامترهای منحنی رطوبتی آنها استخراج شد، سپس با استفاده از روش GLUE، میزان عدم قطعیت پارامترهای آلفا و n در هر سه مدل بررسی شد. همچنین در ادامه براساس عملکرد GLUE میزان عدم قطعیت ذاتی هر یک از سه مدل برای هر کدام از کلاس های بافتی مورد مطالعه، تحت بررسی قرار گرفت.

نمودار پسین برای هریک از پارامترهای هیدرولیکی مورد مطالعه برای هر سه مدل مذکور در هر کلاس بافتی بدست آمد، محدوده اطمینان 95 درصد از شبیه سازی نقاط منحنی رطوبتی خاک نیز برای هر سه مدل در هر دو کلاس بافتی به عنوان خروجی اصلی این تحقیق حاصل شد. برای کمی سازی میزان عدم قطعیت مدل ها 4 شاخص ارزیابی عدم قطعیت محاسبه و بررسی گردید. برپایه شاخص های ارزیابی بهترین مدل برای بافت لوم رس سیلتی و شن لومی به ترتیب مدل ون گنوختن-معلم (71/85= PCI ، 2013/0 d-factor=، 079/0 S=، 4642/0 T=) و مدل ون گنوختن (75/28= PCI ، 0766/0 d-factor= ، 6453/0 S=، 1034/1 T=) می باشد.

نتایج حاصل از نمودارهای توزیع پسین نشان داد که متغیرهای هیدرولیکی آلفا و n در روند واسنجی از قابلیت شناسایی کمتری برخوردار بوده و نمی توان دامنه بهینه برای آن ها تعیین نمود، از این رو این دو متغیر نقش عمده ای در عدم قطعیت منحنی رطوبتی خاک دارند. همچنین بررسی عدم قطعیت هر سه مدل نشان داد که روش GLUE به خوبی توانسته است نقاط منحنی رطوبتی خاک را برآورد نماید به طوری که منحنی رطوبتی حاصل از نرم افزار RETC برای هر سه مدل در هر دو کلاس بافتی در محدوده اطمینان 95 درصد قرار گرفت. قرار گرفتن حدود 85 درصد از نقاط منحنی رطوبتی خاک برای بافت لوم رسی سیلتی در محدوده اطمینان 95 درصد، بیانگر توانایی بالای روش GLUE است.