عملکرد الگوریتم تفاضلی در برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استاد/ گروه مهندسی آب، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانش‌آموختة دکتری/ گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

3 دانشیار/ گروه مهندسی آب، و محقق گروه خشکسالی و تغییرات اقلیمی، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

4 دانشیار/ گروه مهندسی طبیعت، دانشکدة محیط زیست و منابع طبیعی، دانشکدة کشاورزی شیروان، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

چکیده

منحنی رطوبتی خاک یکی از مهم‌ترین شاخص‌های هیدرولیکی خاک است که علاوه بر تعیین مقدار رطوبت خاک در نقاط ظرفیت زراعی وپژمردگی خاک، نقش موثری در کاربرد مدل‌های آب خاک در مطالعه روابط خاک-گیاه- آب دارد. از سوی دیگر برای شناخت بهترو درک نقش آن، مدل‌های مختلف برای بیان این منحنی به‌صورت ریاضی ارائه شده است که میزان کارائی بودن این مدل‌ها به دقت برآورد پارامترهای تعریف‌شده در ساختار مدل‌ها بستگی دارد. در این تحقیق روند عملکرد دو الگوریتم فرابتکاری، الگوریتم تکامل تفاضلی و بهینه‌ساز ازدحام ذرات، دربرآرود پارامترهای هیدرولیکی منحنی رطوبتی خاک برپایه مدل ون‌گنوختن و مدل بروکز- کوری در چهار کلاس بافتی؛ لوم رس شنی، لوم شنی، لوم و سیلت لوم مطالعه شد. همچنین عملکرد الگوریتم‌های فرابتکاری نسبت به نرم‌افزار RETC که دارای الگوریتم محلی غیر‌خطی حداقل مربعات است، مورد ارزیابی قرار گرفت. از این‌رو، در سطح مزرعه کشاورزی دانشگاه بیرجند از چهار کلاس بافتی غالب، 20 نقطه به‌طور تصادفی انتخاب و نمونه‌برداری صورت گرفت. با استفاده از جعبه شن و صفحات فشاری در دامنه مکش صفر تا 15000 سانتی‌متر آب، مقدار رطوبت خاک اندازه‌گیری شد. نتایج حاصل در جهت برآرود پارامترهای هیدرولیکی برپایه دو مدل ون‌گنوختن (vG) و بروکز-کوری (BC) با استفاده از الگوریتم‌های فرابتکاری و RETC پرداخته شد. از دو شاخص آماری RMSE و R2 برای مقایسه نتایج حاصل بهره گرفته‌شد. 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 به‌ترتیب 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 کلاس‌های بافتی خاک در عملکرد RETC مشاهده گردید. نتایج حاصل از این تحقیق بیانگر عملکرد ضعیف الگوریتم‌های محلی در حل مسائل چند متغیره‌ای است. از سوی دیگر بیانگر قابلیت الگوریتم‌های فرابتکاری در حل مسائل چند متغیره که دارای روابط نمایی هستند. از این‌رو، الگوریتم‌های فرابتکاری می‌تواند یک گزینه مناسب در حل مدل‌های هیدرولیکی خاک در جهت برآورد پارامترهای منحنی رطوبتی خاک باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مدل سازی و مدیریت آب و خاک
دوره 4، شماره 1
فروردین 1403
صفحه 36-51

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 20 دی 1401
  • تاریخ بازنگری: 09 بهمن 1401
  • تاریخ پذیرش: 13 بهمن 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار