41 سال سوم شماره يازدهم بهار 931 تاثير بافت خاک بر دقت روش انعکاسسنجي حوزه زماني در برآورد رطوبت خاک 1 4 9 1 1 مجتبي کشاورزي حسن آباد امير حسين ناطمي سيد علي اشرف صدرلديني محمد رضا نيشابوري ابوالفضل ناصري احمد فاخري فرد مقاله برگرفته از پايان نامه تاريخ دريافت: 3/3/1 تاريخ پذيرش: 3/3/1 چکيده رطوبت موجود در خاک به عنوان يکي از فاکتورهاي مهم مديريتي در کشاورزي با استفاده از روشه يا برآورد ميشود. يکي از جديدترين و سريعترين روشه يا مستقيم و غيرمستقيم غيرمستقيم که اندازهگيري ثابت ديالکتريک خاک با توجه به سرعت انتشار امواج الکترومغناطيسي در آن اساس اين روش است روش انعکاس سنجي حوزه زماني )TDR( است. TDR ميان در اين روابط تجربي متعددي بين ثابت ديالکتريک دستگاه و رطوبت حجمي منتشر شده که اين معادالت بدون در نظر گرفتن تمامي خصوصيات خاک هستند. هدف از اين تحقيق بررسي تاثير بافت خاک بر روي دقت اندازهگيري رطوبت حجمي توسط دستگاه است. آزمايش بر روي پنج نوع بافت )شني لوم شني لومي لوم شني رسي و لوم رسي( در سه تکرار و در قالب طرح کامال تصادفي شد. انجام به منظور ارزيا يب و واسنجي نتايج حاصل از دستگاه TDR رطوبت خاک به اندازهگيري شد. همچنين با استفاده از مقادير تخمين زده شده ثابت ديالکتريک توسط دستگاه TDR روش مدله يا وزني نيز تاپ و همکاران )4891( و ترکيبي با مقادير رطوبت TDR مقايسه شد. نتايج نشان داد که دقت مقادير رطوبت حجمي بدست آمده از دستگاه TDR با سنگين شدن بافت خاک کاهش مييابد بطوريکه ميزان درصد خطاي نسبي )RE( در بافته يا شني لوم شني لومي لوم شني رسي و لوم رسي بترتيب برابر با 8/40 9/10 9/8 1/10 و 44/1 بوده است. مقايسه رطوبت در مدلها نشان داد که در کليه بافتها مدل تاپ و همکاران )4891( بيشترين ضريب همبستگي را با رطوبت TDR داشته و همچنين دقت مدل تاپ بيشتر از مدل ترکيبي است. در نهايت روابط واسنجي شدهاي با ضريب همبستگي باال بين رطوبت اندازهگيري شده به روش وزني و TDR ارائه شد. واژههاي کليدي: انعکاس سنجي حوزه زماني ثابت ديالکتريک رطوبت خاک مدل ترکيبي.TDR 1 کارشناسي ارشد آبياري و زهکشي گروه مهندسي آب دانشگاه تبريز تبريز ايران M.Keshrz6@Gmil.com 18490808190 دانشيار گروه مهندسي آب دانشگاه تبريز تبريز ايران 3 استاد گروه خاک شناسي دانشگاه تبريز تبريز ايران 4 دانشيار مرکز تحقيقات کشاورزي و منابع طبيعي تهران ايران
سال سوم شماره يازدهم بهار 931 40 مقدمه اگر چه رطوبت خاک سهم ناچيزي از مقدار آب موجود در جهان را تشکيل ميدهد اما تقريبا همه فرايندهاي هيدرولوژي اتفاق افتاده در خاک را کنترل کرده به طوري که فرايند بارش را به دو قسمت رواناب و ذخيره زيرزميني تفکيک ميکند. رطوبت خاک همچنين اجزاء انرژي قابل دسترس در قسمت گرماي نهان و آشکار سطح زمين که شامل دو )محسوس( ميباشد را در مبادله با اتمسفر تنظيم ميکند از اين رو رطوبت خاک بر روي تبخير و تعرق و در ادامه بر روي موفقيت کشاورزي تاثير ميگذارد. درصد رطوبت به عنوان يک واژۀ کليدي در مطالعات محيطي کشاورزي مورد استفاده قرار ميگيرد هيدرولوژي علم هواشناسي و سيلبراستين و همکاران 4888 واکر (. 4888 روش هاي مختلفي براي که دارند وجود خاک رطوبت تعيين و پرکاربردترين دقيقترين آنها روش وزني است. به طورکلي اندازهگيري رطوبت ميگيرد. دو به يکي غيرمستقيم و مستقيم روش صورت از روشهاي اندازهگيري حجمي رطوبت تکنيک ديالکتريک است اين تکنيک رطوبت موجود در خاک را با اندازهگيري ثابت ديالکتريک )k( خاک که 0 سرعت حرکت امواج يا پالس هاي الکترومغناطيسي در خاک است نشان ميدهد. اين روش براي اولين بار توسط تاپ )4891( بر روي چندين نوع بافت خاک مورد آزمايش قرار گرفت. آنها يک رابطه واسنجي شده چند جملهاي را براي خاکهاي معدني و آلي ارائه دادند. ر يو در ايران تاکنون تحقيقات محدودي درباره واسنجي دستگاه TDR صورت گرفته است که ميتوان به تحقيقات سلطاني محمدي )4091( بر روي تأثير بافت خاک در شرايط خاکهاي استان خوزستان و ساالري )4090( بر نتايج تأثير شوري خاک در مکشهاي مختلف اشاره کرد. اين تحقيقات حاصل از افزايش با که داد نشان ميزان رس و افزايش شوري ( بيش از پنج دسي زيمنس بر متر( صحت دستگاه در برآورد رطوبت حجمي خاک مييابد. کاهش تحقيق آزمايشگاهي به منظور ژاکوبسن و اسچونينگ )4880( در يک واسنجي بافت خاک و چگالي ظاهري روي منحني نمونههاي خاک در پنج و تأثير TDR از واسنجي منطقه در دانمارک استفاده کردند. نمونههاي خاک در محدوده خاک شن تا خاک شن رسي لومي با جرم مخصوص ظاهري ( b ρ( 0 41 4/00 تا 41 0 4/00 کيلوگرم بر مترمکعب بود. در نهايت رابطهاي را سه درجه به صورت زير بين رطوبت حجمي و ثابت ديالکتريک ظاهري براي واسنجي ارائه کردند: 3.4110 11.4 10 3.7 10 4 b 4 3.4510 17.110 7.3610 6 4 % cly 47.7 10 % OM %= OM درصد وزني ماده آلي اندازهگيري شده در خاک 3 )4( ε= ثابت دي الکتريک حاک نادلر و همکاران )4884( با مطالعه آزمايشگاهي بر روي ستونهايي از خاک رابطه زير را براي تخمين رطوبت حجمي ارائه دادند: 75 367k 1.3 0.15 3 )( اولسزوک و همکاران )111( معادالت واسنجي را 6 براي انواع پيت در دره بيبرزا واقع در هلند انجام دادند. در اين تحقيق از نمونههاي دست نخورده استفاده شد. هدف از اين تحقيق تعيين سهم چگالي ظاهري براي توابعي است که ثابت ديالکتريک را به رطوبت حجمي براي انواع مختلف پيت با درصدهاي مختلف ماده آلي ارتباط ميدهد. آنها نشان دادند که چگالي ظاهري به طور اساسي بر رابطه بين ثابت ديالکتريک و رطوبت حجمي در خاکهاي پيت تأثير دارد. آنها رابطه) 0 ( را براي اين خاکهاپيشنهاد کردند. در اين رابطه چگالي ظاهري را به عنوان يک عبارت مؤثر بر منحني کاليبراسيون ارائه دادند. پايين مقدار رطوبت را به خوبي تخمين ميزند k b )0( در تحقيقات مختلف مشخص شده که اين دستگاه عليرغم مزيتهاي فراوانش در بعضي شرايط و خاکها )رسي سنگين بافت خاکهاي حاوي مواد آلي و شور( مقدار رطوبت خاک را به طور دقيق اندازهگيري نميکند. TDR استفاده وسيعي براي تعيين رطوبت خاک دارد. به 5 - Pulse 6- Bibrez
46 سال سوم شماره يازدهم بهار 931 دليل تفاوت در چگالي ظاهري و سطح ويژه رابطه بين ثابت ديالکتريک و رطوبت حجمي در خاکهاي آلي نسبت به خاکهاي معدني متفاوت است )پومپانن و همکاران 110( لذا در اين پژوهش اثر بافت خاک را به دليل اختالف در سطح ويژه ذرات خاک روي دقت رطوبت تخمين زده شده با استفاده از روش انعکاس سنجي حوزه زماني بررسي شد زماني تعيين براي ميزان بافتهاي دقت مدل هاي انعکاس سنجي حوزه تصحيح ضريب ارايه و مختلف مناسب در صورت لزوم از اهداف اصلي اين تحقيق است. عليرغم مشکالت در تعيين رطوبت به روش وزني اين روش به عنوان روشي استاندارد براي چنين واسنجيهايي است. مواد وروش ها با توجه به اينکه روش انعکاس سنجي حوزه زماني بر پايه ارسال امواج الکترومغناطيسي در طول کابل و دريافت موج بازتابيده شده استوار است لذا سرعت انتشار امواج الکترومغناطيسي در امتداد يک ميله به طول کابل توسط موج برگشت و رفت زمان بر اساس L گيرنده دستگاه TDR تعيين شد و با توجه به وجود رابطه معکوس بين ثابت ديالکتريک و سرعت انتشار امواج مقدار ثابت ديالکتريک با استفاده از رابطه زير بدست ميآيد. c b ( ) ct l )1( که در آن c: سرعت انتشار موج الکترومغناطيسي در خالء) 41 0 9 ثانيه/متر( l: طول ميله )متر( : سرعت انتشار موج الکترومغناطيسي در ميله )ثانيه/متر( t: زمان رفت و برگشت پالس عبوري از ميله )ثانيه( مي باشند. و دو روش عمده براي بيان رابطه بين ثابت ديالکتريک رطوبت است تجربي حجمي که بر خاک اساس وجود رابطه دارد. روش رياضي اول سادهاي روشي بر دادههاي اندازهگيري شده برازش داده شده است. نمونهاي از اين روش که به مدل تاپ و همکاران )4891( معروف است به صورت زير بيان گرديده است: 5.3 10 5.5 10 4 6 4.3 10 3 b.910 b b )0( θ که در آن: مترمکعب( ε b ثابت رطوبت حجمي ثابت دي ر شو الکتريک خاک خاک بر حسب )مترمکعب/ است. دوم که پايه فيزيکي دارد بر اساس ترکيبي از استوار خاک دهنده تشکيل فاز سه ديالکتريک است. اين مدل تحت عنوان مدل ترکيبي ناميده ميشود و و دابسون توسط همکاران )4890( و همکاران و راس )4881( ارائه شده است. طبق اين روش ثابت ديالکتريک حجم خاک به صورت زير بيان ميگردد: b s 1 w )6( که در آن η: تخلخل خاک )مترمکعب/مترمکعب( ε: w ε s ε به ترتيب ثابت ديالکتريک هوا خاک و آب مي باشند. β: پارامترهندسي است که به نحوه قرار گيري پروب دستگاه در خاک بستگي دارد و محدوده تغييرات آن بين 4 )پروب موازي با اليه هاي خاک( و 4- )حالت عمودي( است. مقدار اين پارامتر را ميتوان براي يک محيط دو فازي برابر با نيم در نظر گرفت. سطح ويژه ذرات خاک از مهمترين عواملي است که در اندازهگيري ثابت ديالکتريک در خاک تأثير ميگذارد. وجود اين خصوصيت باعث افزايش يونهاي جذب شده بر روي کلوئيدهاي خاک و در نتيجه افزايش اليه دوگانه ميشود )با توجه به اينکه توزيع يوني مجاور يک سطح باردار ميتواند به صورت يک محيط پخشيده بار و يا به صورت يک اليه متراکم از بار پيوندي به انضمام يک محيط پخشيده بار باشد بار سطح و زير اليههاي متراکم و پخشيده يونهاي با بار مخالف تشکيل حالتي را ميدهد که به طور معمول اليه دو گانه ناميده ميشود(. گوي
سال سوم شماره يازدهم بهار 931 40 )4841( و چاپمن )4840( رابطهاي را بين عکس ضخامت d اليه دو گانه 1/ )0( و ضريب ثابت ديالکتريک ارائه دادند: 1000e N A i i i d ( kt Z M ) که درآن: :N A عدد آووگادرو ( 0 41 )6/1 : ظرفيت يون i بر حسب موالر Z i M: i غلظت يون i بر حسب موالر ε: ثابت دي الکتريک -0 :k ثابت بولتزمن ( 41 )4/09 T: دماي مطلق بر حسب کلوين )89( با توجه به آن که افزايش سطح ويژه ذرات کاهش اليه دوگانه را به همراه دارد. اندازهگيري رطوبت با استفاده از دستگاه TDR مدل )6050X1 TRASE انجام شد. 6 موج بر هاي استفاده شده از نوع دفني دو شاخهاي با طول سانتيمتر 40 بودند. اين دستگاه داراي سه پنجره اندازهگيري رطوبت با طول موجهاي 1 11 و 41 نانوثانيه ميباشد که اندازهگيري رطوبت در هر يک از اين پنجرهها انجام گرفت. بافته يا آزمايشات با خاک نوع با پنج شني لوم شني لومي لوم شني رسي و لوم رسي و در سه تکرار در قالب طرح کامال تصادفي توسط نرمافزار استفاده SAS در انجام جدول) 4 ( شد. خصوصيات است شده آورده مورد خاکهاي نمونههاي خاک مورد نظر در گلدانهاي پالستيکي به قطر و ارتفاع 0 سانتيمتر با تراکم يکسان ريخته شدند. در مرحله بعدي گلدانها اشباع شده و سپس در روزهاي متوالي )هر روز مرتبه( دستگاه اندازهگيري بطور و TDR رطوبت مستقيم هر خاک با روش گلدان وزني بوسيله صورت گرفت. الزم به ذکر است که رطوبت حجمي مورد نظر با ضرب رطوبت وزني در مقدار جرم مخصوص ظاهري خاک ثبت مي شد. در هر بار اندازهگيري با دستگاه مقادير ثابت ديالکتريک رطوبت خاک براساس نيز مدل ثبت تاپ گرديد. مقادير به ثابت منظور تعيين ديالکتريک اندازهگيري شده براي هر قرائت رطوبت در مدل قرار داده شد و براي استفاده از مدل ترکيبي الزم است که مقادير ثابت ديالکتريک خاک خشک آب و هوا مشخص باشد. با بررسي تحقيقات مختلف مقادير 94 4 و 1 به ترتيب براي ثابت ديالکتريک هوا آب در نظر گرفته شد ( باالنيس 4898(. به منظور ارزيابي هر يک از مدلها در تخمين رطوبت حجمي خاک پارامترهاي جذر متوسط مربع خطا RMSE تعيين گرديد و خطاي نسبي RE )9( با استفاده از روابط زير RMSE RE n i n i n di TDR / n 100 )8( که در آن ها: :RMSE مترمکعب( ريشه ميانگين مربعات خطا )مترمکعب / :RE خطاي di مطلق اختالف بين رطوبت حجمي اندازهگيري شده و روش TDR در هر رطوبت n: تعداد کل نمونهها θ: رطوبت حجمي )مترمکعب/مترمکعب( θ V اندازهگيري شده به روش وزني : متوسط رطوبت حجمي اندازهگيري شده به روش وزني )مترمکعب/مترمکعب( :θ TDR رطوبت اندازه گيري شده با )مترمکعب/مترمکعب( ميباشد. جدول )(: برخي خصوصيات فيزيکي بافت خاک مورد مطالعه TDR و شيميايي خاکهاي PH EC (µs/cm) جرم ) 3 (gr/cm مخصوص حقيقي 0/0 801 / 0 شني 0/0 4881 / 60 لوم 0/0 111 / لوم شني 16 9/14 4901 / لوم شني رسي 0 9/0 111 / لوم رسي 40 6 - Weguide
49 سال سوم شماره يازدهم بهار 931 نتايج و بحث.4 مقايسه دقت برآورد رطوبت حجمي با پنجرههاي 41 1 و 11 نانو ثانيه نتايج حاصل نشان داد که در کليه بافتها مقادير رطوبتي اندازهگيري شده در پنجره اندازهگيري نانو 41 ثانيه از دقت باالتري برخوردار است. اختالف بين نتايج در دو پنجره 41 و 1 نانوثانيه زياد نبود که اين تفاوت را ميتوان به علت خطاي ابزار دانست اما در محاسبات از پنجرههايي استفاده شد که داراي بيشترين دقت بوده است. پنجره اندازهگيري نانو 11 ثانيه در هر پنج بافت داراي خطاي باالتري بود. علت باال بودن خطا را ميتوان به عدم نطبيق طول زمان رفت و برگشتي موج اندازه گيري شده توسط دستگاه به طول پنجره اندازهگيري شده نسبت داد. سلطاني محمدي )4091( در تحقيق خود نتيجه گرفت که بهترين پنجره برداشت در بافتهاي لوم رسي و رس سيلتي با موج بر دفني به طول 1 سانتيمتر پنجره 1 نانو ثانيه و براي بافتهاي شن ريز شن لومي لوم شني و لوم سيلتي پنجره 41 نانو ثانيه است. همچنين کمالي و مهديان )4091( نتيجه گرفتند که بهترين پنجره برداشت با طول پروب 1 سانتيمتر پنجره 41 نانو ثانيه است. از پنجره 11 نانو ثانيه براي اندازهگيري زمان بازتاب در موج برهاي با طول زياد استفاده ميشود. و با توجه به اينکه براي موج برهاي با طول 40 يا 01 سانتيمتري پنجره 41 نانو ثانيه دقت بااليي دارد لذا اين دستگاه در کارخانه براساس اين پنجره تنظيم ميشود. نتايج حاصل از مقايسه بين رطوبت اندازهگيري شده توسط ابن پنجرهها در جدول) ( ميشود مقادير نشان داده شده است. و RE داراي کمترين مقدار است. RMSE همانطور که مشاهده 41 در پنجره. نانوثانيه مقايسه رطوبت حجمي اندازهگيري شده به روش وزني و دستگاه TDR در هر پنج بافت براي مقايسه رطوبت حجمي اندازهگيري شده با استفاده از TDR و روش وزني پنج بافت مورد نظر از ميانگين مقادير رطوبتي استفاده شد. در بافت شني و لوم شني تقريبا در کل محدوده رطوبتي اندازهگيري شده رطوبت سنج TDR رطوبت را بيشتر از رطوبت وزني تخمين ميزند الزم به ذکر است که اختالف بين اين دو کل مقدار با کاهش رطوبت خاک کاهش مييابد اختالف بين اين مقادير بين 1/0 ا يل 4 درصد ميباشد. در بافت لوم در رطوبتهاي باال )تقريبا باالي 48 درصد( رطوبتسنج TDR رطوبت را بيشتر از رطوبت وزني تخمين ميزند و با کاهش رطوبت دستگاه تخمين کمتري نسبت به روش وزني نشان ميدهد. اختالف بين اين دو روش در بافت لوم در حدود 4- درصد ميباشد. در خاکهاي با بافت سنگين )لوم شني رسي لوم رسي( در کل محدوده رطوبتي دستگاه رطوبت را بيشتر از روش وزني تخمين ميزند. اين اختالف در بافتهاي سنگين به بيش از 0 درصد نيز ميرسيد. به طور کلي ميتوان گفت که با سنگين شدن بافت خاک و افزايش درصد رس خاک سطح ويژه ذرات موجود در نمونه خاک افزايش يافته که اين موضوع به ترتيب باعث کاهش اليه دوگانه حجم خاک و افزايش ثابت ديالکتريک و در نتيجه افزايش رطوبت اندازهگيري شده خواهد شد که مقايسه پارامترهاي RMSE و RE در جدول) 0 ( نيز اين موضوع را تاييد ميکند. همانطور که مشاهده ميشود اين مقادير با سنگين شدن بافت خاک افزايش مييابند. البته نوع رس در اينجا مورد بررسي قرار نگرفته است. 0. تحليل آماري نتايج بدست آمده رطوبت حجمي توسط دستگاه TDR نتايج آناليز واريانس در سطح 0 درصد براي کليه تيمارها نشان داد که که بين واريانس و ميانگين تيمارهاي مختلف در هر پنج بافت تفاوت معنيداري وجود ندارد 1/10( > )p )جدول 0 (. جدول )9(: نتايج تجزيه واريانس در پنج بافت MS RMSE RE درجه آزادي منابع تغيير 1/1108 011/00 1 بافت خاک 1/111190 /69 بلوک 1/111169 9/8 09 اشتباه يا 11 حوزه انعکاسسنجي دقت معادلهه بررسي زماني.1 با برازش دادههاي رطوبتي مدلها و ثابت ديالکتريک دستگاه و مقايسه آن با رطوبت حجمي به دست آمده از روش وزني مشخص شد که مقادير برآورد شده با مدل
سال سوم شماره يازدهم بهار 931 48 تاپ و همکاران )4891( در کليه بافتها به ترتيب با TDR در بافتهاي شني و لوم ش ين ضرايب همبستگي 1/81 1/81 1/866 1/88 و 1/80 از دقت و همبستگي بيشتري نسبت به مدل ترکيبي )4881( با ضرايب همبستگي 1/84 1/881 1/884 1/840 و 1/800 برخوردار است. اين مقايسه براي هر پنج نوع بافت خاک در شکل) 4 ( نشان داده شده است. مالحظه ميگردد که با سنگين شدن بافت )افزايش درصد رس( اختالف بين مقادير اندازهگيري شده با نتايج حاصل از هر سه مدل افزايش مييابد. در هر پنج بافت مدل ترکيبي رطوبت را بيشتر از TDR برآورد ميکند. اختالف بين مقادير برآورد شده با مدل تاپ و اندازهگيري شده با دو از در حدود يک درصد است و در بافتهاي لوم لوم شني رسي و لوم رسي بيشتر محاسبه با درصد است. پارامترهاي مربعات خطا RMSE و خطاي نسبي RE ريشه متوسط با استفاده از معادالت )7( و )8( و مقايسه آنها مشاهده شد که مدل تاپ نسبت به مدل ترکيبي از دقت باالتري در تخمين رطوبت خاک برخوردار است. بطور کلي ميتوان گفت که با سنگين تر شدن بافت خاک دقت مدل تاپ و ترکيبي در تخمين رطوبت حجمي کاهش مييابد. جدول) 1 (: مقادير RE و RMSE براي مقايسه پنجرهه يا اندازهگيري 1 و 4 نانو ثانيه MS RMSE RE منابع تغيير درجه آزادي 1/1108 011/00 1 بافت خاک 1/111190 /69 بلوک 1/111169 9/8 09 اشتباه 11 کل جدول) 9 (: مقادير RE و RMSE حاصل از مقايسه رطوبت اندازهگيري شده توسط TDR و مقادير تخمين زده شده توسط مدلها نوع خاک مدل ترکيبي TDR مدل تاپ RE% RMSE RE% RMSE RE% RMSE 6/44 1/ 140 / 89 1/ 119 1/ 10 1/ شني 141 41/06 1/ 109 9/ 48 1/ 11 9/ 84 1/ لوم شني 10 41/60 1/ 110 0/ 09 1/ 10 9/ 11 1/ 19 لوم 40/14 1/ 100 0/ 61 1/ 101 8/ 40 1/ لوم شني رسي 100 40/00 1/ 161 8/ 9 1/ 106 44/ 11 1/ لوم رسي 111
1 سال سوم شماره يازدهم بهار 931 شکل) (: مقايسه رطوبت حجمي اندازه گيري شده با مقادير تخمين زده شده توسط مدل هاي تاپ ترکيبي و معادله کاليبره TDRبراي خاک هاي مختلف الف( شني ب( لوم شني پ( لوم ت( لوم شني رسي ث( لوم رسي با برازش دادهه يا رطوبت تخمين زده شده توسط دستگاه TDR و ثابت ديالکتريک براي هر پنح نوع بافت خاک در اين تحقيق معادالت درجه سهاي به صورت = TDR θ A ε 3 +B ε بدست آمد. +C ε +D )جدول 1 (. الزم به ذکر است که علت استفاده معادالت چند جملهاي درجه سه ضريب همبستگي بااليي است که محققين مختلف در تحققيقات خود به آن دست يافتهاند. همچنين روابطي بين رطوبته يا اندازهگيري شده به روش وزني و مقادير تخمين زده شده رطوبت توسط دستگاه TDR برازش داده شد که معادالت آنها در جدول) 0 ( آورده شده است.
سال سوم شماره يازدهم بهار 931 4 جدول) 1 (: ضرايب رگرسيو ين بافت خاک شني لوم شني لوم لوم شني رسي لوم رسي C B A خطوط برازش يافته بر منحني رطوبتي TDR و ثابت ديالکتريک در بافت ه يا R 0.99 0.98 0.97 0.95 0.94 D -1/400-1/10-1/41 1/144 1/40 1/888 1/888 1/889 1/880 1/119-1/11-1/110-1/11-1/11110 1/1114-0 0 41-0 0 41-0 1 41-6 8 41-0 0 41 خاک جدول) 5 (: معادالت خط برازش يافته بر منحني حاصل از رطوبت تخمين زده شده با دستگاه TDR و رطوبت حجمي در بافت ه يا خاک R 1/890 1/ 988 1/800 1/801 1/880 بافت خاک معادله خط =1/860θ TDR θ =1/900θ TDR θ +1/110 +1/146 θ =1/810θ TDR -1/11 θ =1/804θ TDR -1/144-1/118 =4/18θ TDR θ شني لوم شني لوم لوم شني رسي لوم رسي نتيجه گيري نتايج نشان داد که با افزايش رس در خاک به علت افزايش سطح ويژه خاک و در نتيجه کاهش اليه مرزي ثابت ديالکتريک افزايش يافته که در اثر آن ميزان دقت دستگاه با کاهش چشمگيري همراه بوده است که اين ميزان خطا در کليه بافتها در رطوبته يا پايين بيشتر از رطوبته يا باال ميباشد. همچنين در بافته يا سنگين در کل محدوده رطوبتي دستگاه TDR رطوبت را بيشتر از روش وزني نشان ميدهد ولي در بافته يا سبک در رطوبته يا باال اين اتفاق ميافتد. مدل تاپ بهتر از مدل ترکيبي در هر پنج نوع بافت خاک توانسته رطوبت را تخمين بزند. مدل تاپ و مدل ترکيبي در خاکهاي با بافت سبکتر داراي بيشترين رطوبت در هر بافت دستگاه دقت بيشتري اندازهگيري ميکند دقت بوده اند و نيز با کاهش TDR رطوبت خاک را با مقايسه نتايج حاصل از اندازهگيري با نتايج تخمين زده شده از سه مدل مختلف نشان ميدهد که در هر پنج نوع بافت خاک بطور تقريب مقادير تخمين زده شده بيشتر از مقادير اندازهگيري شده اين تحقيق ميباشد. در معادالتي براي تخمين رطوبت واقعي خاک بر اساس رطوبت قرائت شده از دستگاه و ثابت ديالکتريک تخمين زده شده ارائه گرديد.
سال سوم شماره يازدهم بهار 931 4. ساالري ا. 4090. بررسي اثر شوري بر واسنجي دستگاه TDR در مکشهاي مختلف خاک. پاياننامه کارشناسي ارشد منابع دانشگاه شهيد چمران اهواز دانشکده مهندسي علوم آب گروه آبياري و زهکشي.. سلطاني محمدي ا. 4091. تاثير بافت خاک روي واسنجي TDR براي اندازهگيري رطوبت در شرايط خاکهاي خوزستان. پاياننامه کارشناسي ارشد گروه آبياري و زهکشي دانشکده مهندسي علوم آب دانشگاه شهيد چمران اهواز 48 ص. 3. Blnis, C.A. 1989. Adnced Engineering Electromgnetics. John Wiley & Sons, Inc., New York. 4. Chpmn, d. l. 1913. Contribution to the theory of electrocpillrity, philos. Mg. 3(6): 475-481. 5. Dobson, M.C., F.T. Ulby, M.T. Hllikinen, nd M. A. El-Ryes. 1985. Microwe dielectric behiour of wet soil. Prt II: Dielectric mixing models. Institution of Electricl nd Electronic Engineers Trnsctions on Geosciexce nd Remote Sensing. 3:35-46. 6. Grdner W. 1986. Wter content methods of soil nlysis. Prt 1. Physicl nd minerlogicl Methods. Americn Society of Agronomy, Inc., Mdison, WI, Agronomy Monogrphs. 9:493-544. 7. Gouy, g. 1910. Sur l constitution de l chrge electrique l surfce dun electrolyte. Ann. Phys. (pris). [i]9: 457-468. 8. Jcobsen, O. H. nd Schjonning, P. 1993. A lbortory clibrtion of time domin reflectometry for soil wter mesurement including effects of bulk density nd texture. Hydrology Journl. 151: 147-157. 9. Oleszczuk, R., Brndyk, T., Gntowski, T., nd Sztyowicz, J. 004. Clibrtion of TDR for moisture determintion in pet deposits. Int. Agrophysics. 18: 145-151. 10. Pumpnen, J. nd Luesniemi, H. 005. Clibrtion of time domin reflectometry for forest soil humus lyers. Borel Enironment Res. 10: 589.595. 11. Roth, K., Schulin, R., Fluhler, H. nd Attinger, W. 1990. Clibrtion of TDR for wter content mesurement using composite dielectric pproch. Wter Resour Res. 6(10): 67 73. 1. Silberstein, R. P., Sipln, M. nd Wyllie, A. 1999. On the lidtion of coupled wter nd energy blnce model t smll ctchment scles. Journl of Hydrology. 0: 149 168. 13. Topp, G.C., Dis, J.L., nd A. P.Annn. 1980. Electromgnetic determintion of soil wter content: Mesurment in coxil trnsmission lines. Wter Resources Reserch 16:574-58. 14. Wlker, J. P. 1999. Estimting soil moisture profile dynmics from ner-surfce soil moisture mesurements nd stndrd meteorologicl dt. Ph.D thesis. The Uniersity of Newcstle: New South Wles, Austrli.
سال سوم شماره يازدهم بهار 931 0 Effect of Soil Texture on ccurcy of Time Domin Reflectometry methods for Mesurement of Soil Moisture Content Mojtb Keshrzi 1, Amir Hosin Nzemi, Syed Ali Ashrf Sdrdini, Mohmd Rez Nyshbori 3, Abolfzl Nseri 4 Abstrct Soil moisture s n importnt fctor in griculturl mngement which is mesured or estimted using direct nd indirect methods. Time domin reflectometry (TDR) method is One of the newest nd fstest wys to mesure the soil dielectric constnt, indirectly which is bsed on the mesurement of soil dielectric constnt regrding the elocity of the electromgnetic wes propgtion. In this pper, seerl experimentl reltions between dielectric constnts nd olumetric wter content he been presented, but ll soil properties is not considered in these methods. The min purpose of this reserch is the inestigtion of the effect of soil texture on the ccurcy of olumetric wter content mesurement by use of TDR system. The experiments he been crried out on 5 types of texture (sndy, sndy lom, lom, sndy cly lom nd cly lom) in three repetitions under quite rndom conditions. In ddition to ssessment of soil moisture using TDR, soil olumetric wter content hs been mesured in direct (weight) method. Also, Estimted Vlues of soil moisture by the TDR system were compred with topp et l (1980) nd mixed models. The results showed tht the olumetric wter content lues obtined from TDR system decresed with The heier soil texture, As the percent reltie error (RE) in textures sndy, sndy lom, lom, sndy cly lom nd cly lom he been Respectiely equl to 4.07, 8.9, 8.03, 9.13 nd 11.4. comprision of estimted moisture using models showed tht in ll textures, topp et l (1980) models hd the highest Correltion coefficient nd lso The ccurcy of topp models is more of mixed models. Finlly, Reltions he been clibrted with high correltion (R ) between weight nd TDR moisture mesurements were presented. keywords: Time Domin Reflectometry, Dielectric Constnt, Soil Moisture, Soil Texture, Mixed model. 1 Msc. Student, Deprtment of Irrigtion nd Reclmtion, Tbriz Uniersity, Tbriz, Irn Associte Professor, Deprtment of Irrigtion nd Reclmtion, Tbriz Uniersity, Tbriz, Irn 3 Professor, Deprtment of Soil Science, Tbriz Uniersity, Tbriz, Irn 4 Assistnt Professor, Agriculturl nd Nturl Resource Institute of Azrbyjne shrghi, Tbriz, Irn