Investigation of hydraulic properties of unsaturated water flow in organic forest floor by Inverse method

مجيد, هماپور گورابجيري and علي, رسول¬زاده and سيد علي اکبر, موسوي and اباذر, اسمعلي عوری (2009) Investigation of hydraulic properties of unsaturated water flow in organic forest floor by Inverse method. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
M.Homapoor.pdf

Download (1MB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

In a forested catchment, a forest floor consisting of leaf litters plays porous media role on top of mineral soil. Hydraulic properties of forest floor were unknown to some extent and could not be measured like mineral soil. The objective of this study was estimation of hydraulic properties of forest floor using inverse method. Inverse method was based on Levenberg-Marquardt optimization algorithm to estimate hydraulic properties of forest floor media along with forward model (HydroGeoSphere) as a numerical code. Commonly used functions incorporated in the HydroGeoSphere are those presented by van Genuchten (1980) and Brooks & Corey (1964). Undisturbed forest floor samples were collected using polyethylene cylinders (18.1 cm in inner diameter and about 5.84 cm in the height) from broad-leaved (beech and others), needle-leaved (coniferous) and mixed-stand (coniferous and broad-leaved) trees at three replication in a completely random design in Guilan Province. For having a greater capacity to hold water in samples and for decreasing error, the samples were piled up to make long columns of 40.88 cm in the height. Artificial rainfall experiments were conducted on top of the columns and free drainage was measured from the bottom of columns in the laboratory. The inverse model was used to estimate the saturated hydraulic conductivity (Ks), saturated water content (θs), and soil water retention function parameters of van Genuchten as well as Brooks & Corey (α, β, and θr ) which were unknown parameters in the unsaturated porous media (calibration period). Correlation of parameters, sensitivities, parameter standard error was obtained for evaluation of parameters estimation uncertainty. In validation period, HydroGeoSphere was run alone to simulate free drainage using estimated hydraulic propertied obtained from calibration period to test the predictive capability of the calibrated models. The results showed that inverse method was effective to characterize unsaturated water flow in forest floor. Statistical criteria showed that the Richards' equation along with van Genuchten's retention function mimics free drainage better than Brooks & Corey's retention function.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: بررسي وي‍‍ژگي¬هاي هيدروليكي جريان غيراشباع آب در بقاياي بستر جنگل به روش معكوس
Persian Abstract: در یک حوزه آبخیز¬ جنگلی، بقایای کف جنگل شامل لاشبرگ¬ها بوده و نقش محیط متخلخل قبل از خاک معدنی را بازی می¬کند. خصوصیات هیدرولیکی بقایای کف جنگل تا حدودی ناشناخته بوده و نمی¬توان با روش¬های متداول برای خاک، آنها را اندازه¬گیری نمود. هدف از این تحقیق برآورد خصوصیات هیدرولیکی بقایای کف جنگل با استفاده از روش معکوس می¬باشد. روش معکوس استفاده شده در اين تحقيق، بر اساس الگوريتم بهينه¬سازي لونبرگ- مارکوارت بوده و براي تخمين ويژگي¬هاي هيدروليکي لاشبرگ¬های کف جنگل، همراه با مدل پيشرو هايدروژئوسفر، بعنوان کد عددي استفاده گردید. توابع هيدورليکی مورد استفاده در کد هايدروژئوسفر، معادلات ارائه شده توسط وان¬گنوختن (1980) و بروکز و کوري (1964) می¬باشد. نمونه¬ها¬ی دست¬نخورده از لاشبرگ¬ها با استفاده از استوانه¬های پلی¬اتیلن (1/18 سانتیمتر قطر داخلی و 84/5 سانتیمتر ارتفاع) به صورت سه تیمار لاشبرگ پهن¬برگ، مخلوط و سوزنی¬برگ و سه تکرار به صورت تصادفي از جنگل¬های غرب استان گیلان برداشت شدند. برای افزایش ظرفیت نگهداری آب در نمونه لاشبرگ و کاهش خطا در اندازه¬گیری، نمونه¬های لاشبرگ روی یکدیگر متصل شده و ستونی از لاشبرگ به ارتفاع 88/40 سانتی¬متر تشکیل گردید. مدل معکوس براي تخمين هدايت هيدروليکي اشباع ( )، رطوبت اشباع ( ) و پارامتر¬هاي منحني مشخصه آبِ خاک وان¬گنوختن و بروکز و کوري ( ، و ) که پارامتر¬هاي مجهول در محيط متخلخل غيراشباع مي¬باشند، استفاده گرديد (مرحله واسنجي). همبستگي، حساسيت و خطای استاندارد پارامتر¬ها، براي ارزيابي عدم اطمينان پارامتر¬هاي تخميني بدست آمد. در مرحله اعتبارسنجی، به منظور سنجش اعتبار مدل، کد هايدروژئوسفر بدون استفاده از مدل معکوس، با بکارگيری مشخصات هيدروليکی تخمين زده شده در مرحله واسنجی، اجرا شد. نتایج نشان داد که حل معکوس، روش مؤثری برای مدل کردن حرکت آب در لاشبرگ کف جنگل می¬باشد. محک¬های آماري نشان دادند، در شرايط زهکشي آزاد مشابه، معادله ريچاردز همراه با معادلات منحني مشخصه آبِ خاک و هدايت هيدروليکی غير اشباع وان¬گنوختن نسبت به بروکز و کوري، برای مدل کردن حرکت آب در لاشبرگ¬ها کارآمدتر مي¬باشد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
دكتر علي, رسول¬زادهUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
دكتر سيد علي اکبر, موسويUNSPECIFIED
دکتر اباذر, اسمعلي عوریUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Soil Engineering
Divisions > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Soil Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Soil Engineering
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Soil Engineering
Date Deposited: 02 Jul 2019 05:51
Last Modified: 02 Jul 2019 05:51
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/7234

Actions (login required)

View Item View Item