Scaling and Fractal Concepts in Saturated Hydraulic Conductivity: Comparison of Some Models

Document Type: Full Article

Authors

1 Department of Irrigation, Ferdowsi University of Mashhad, I.R. Iran

2 Department of Soil Science, Shirvan Agriculture College, Shirvan, I.R. Iran

Abstract

Measurement of soil saturated hydraulic conductivity, Ks, is normally affected by flow patterns such as macro pore; however, most current techniques do  not differentiate flow types, causing major problems in describing water and chemical flows within the soil matrix. This study compares eight models for scaling Ks and predicted matrix and macro pore Ks, using a database composed of 50 datasets. The database includes data regarding Ks, soil bulk density, particle size distribution, with textures ranging from sandy loam to clay. The results showed that among the models tested, the Saxton and Kozeny Carman models performed best for estimating soil Ks using scaling techniques. In contrast, Campbell and Cosby models were not suitable for similar Ks scaling method. Generally, Saxton, Kozeny Carman, Poulsen Saxton, Vereecken, and the Brakensiek models gave the best estimation of soil Ks. Furthermore, all models had smaller estimation deviations for loam soils than for clay loam soils. The results also showed that a sample with the average characteristics of all samples should be taken as a reference point when scaling Ks is used. Overally, the Saxton and Kozeny Carman models are recommended for scaling Ks. The performance of a simple fractal model was not suitable neither for matrix nor for macro pore hydraulic conductivity.

Keywords


Article Title [Persian]

مفاهیم مقیاس بندی و فرکتال در هدایت هیدرولیکی اشباع خاک: مقایسه چند مدل

Authors [Persian]

  • بیژن قهرمان 1
  • سمیرا امیدی 1
  • اصغر خوشنود یزدی 2
1 بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، جمهوری اسلامی ایران
2 بخش خاکشناسی، دانشکده کشاورزی شیروان، جمهوری اسلامی ایران
Abstract [Persian]

در این مقاله هشت مدل برای مقیاس کردن هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، Ks، و Ks ماتریکس و منافذ درشت خاک با استفاده از اطلاعات در ۵۰ نقطه انجام شده است. این اطلاعات شامل Ks ، چگالی ظاهری خاک، توزیع اندازه ذرات، و با محدوده بافتی لوم تا لوم رس بود. نتایج نشان داد که با استفاده از اصول مقیاس بندی، مدل­های ساکستون و کوزنی کارمن بهترین عملکرد را در برآورد Ks داشتند. از طرف دیگر، مدل­های کمبل و کازبای در مقیاس سازی Ks موفق نبودند. به طور کلی، مدل­های ساکستون، کوزنی کارمن، پائولسن ساکستون، وریکن، و براکنزیک منجر به بهترین برآورد برای Ks خاک گشتند. در مقایسه با خاک­های لوم رسی، خاک­های لومی در تمامی مدل­ها انحراف کمتری داشتند. همچنین نتایج نشان داد که در مقیاس­سازی Ks نمونه­ای که از میانگین تمامی خاک­ها استفاده شود، می­تواند به عنوان نقطه مرجع انتخاب گردد. در نتیجه برای مقیاس کردن Ks، مدل­های ساکستون و کوزنی کارمن پیشنهاد می­شود. کارایی مدل ساده فرکتال برای هیچکدام از هدایت هیدرولیکی ماتریکس و منافذ درشت مناسب نبود.

Keywords [Persian]

  • فرکتال
  • مقیاس سازی
  • منافذ درشت
  • هدایت هیدرولیکی اشباع