Using Hydrus-1D software to predict cumulative infiltration values for different soil textures

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Four soil samples with varying textures (clay loam, clay, sandy clay loam, and silty loam) were collected from different locations in Nineveh Governorate, northern Iraq. Four different models were used to calculate air-entry values, including Lenhard (Ψe), Cornelis (Ψe1), Van Genuchten (Ψe2), and a modified model proposed in this study (Ψe.m) and a modified model proposed in this study (α). These values, which represent the inverse of the air-entry value (α), serve as inputs for the Hydrus-1D program. It is a difficult standard to measure and requires time and work to estimate. These models were used in the Brooks and Corey model (1964) to predict accumulated infiltration. It is expressed in the following formulas (IΨe, IΨe1, IΨe2, IΨem). As a new method in predicting accumulated infiltration values by using the Hydrus-1D program and comparing it with infiltration values measured in the laboratory and field. This a novel scientific enhances the program's functionality and updates input data to minimize errors.

The results demonstrated that cumulative infiltration predicted by Hydrus-1D using hydraulic functions (,,) and the two constants in V.G model (α, n,) gave close values to the measured values. A high level of agreement was also observed between the predicted accumulated infiltration values (IΨe, IΨe1, IΨe2, IΨem) and the measured values when the same program was used, relying on the air-entry values of (Ψe, Ψe1, Ψe2, Ψe.m) as an alternative to the (α) value. The modified value in this study (Ψe.m) gave the best results to predict accumulated infiltration values when used in the Hydrus-1D program. We recommend adopting this modified value (Ψe.m) in Hydrus-1D to predict soil hydraulic properties.

About the authors

Faris A. Al-Wazzan

Department of Soil Science and Water Resources,
College of Agriculture and Forestry, University of Mosul

Author for correspondence.
Email: Dr.farisakram@uomosul.edu.iq
Iraq, Mosul, Iraq

References

  1. Simunek, J., Neumann, L.E., & Cook, F.J. (2011). Implementation of quadratic upstream interpolation schemes for solute transport into HYDRUS-1D. Environmental Modeling and Software, 26(11), 1298-1308. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2011.05.010
  2. Rezaei, M., Seuntjens, P., Shahidi, R., Joris, I., Boenne, W., Al-Barri, B., & Cornelis, W.M. (2016). The relevance of in situ and laboratory characterization of sandy soil hydraulic properties for soil water simulations. Journal of Hydrology, 534, 251-265. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.12.062
  3. Kasel, D., Bradford, S.A., Simunek, J., Heggen, M., Vereecken, H., & Klumpp, E. (2013). Transport and retention of multi-walled carbon nanotubes in saturated porous media: Effects of input concentration and grain size. Water Research, 47(2), 933-944. https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.11.019
  4. Dabach, S., Lazarovitch, N., Simunek, J., & Shani, U. (2013). Numerical investigation of irrigation scheduling based on soil water status. Irrigation Science, 31(1), 27-36. https://link.springer.com/article/10.1007/s00271-011-0289-x EDN: https://elibrary.ru/qgiygv
  5. Esam, M., AL-Qassab, S.A., & AL-Wazzan, F.A. (2022). Using inverse modeling by HYDRUS-1D to predict some soil hydraulic parameters from soil water evaporation. Colombia Forestal, 25, 21-35. https://doi.org/10.14483/2256201X.18157
  6. Mustafa, B.M., & Al-Wazzan, F.A. (2022). The variation of some soil physical properties by using water with different salinities. Int. J. Agricult. Stat. Sci., 18(1), 2099-2110. https://connectjournals.com/pages/articledetails/toc036676
  7. Al-Wazzan, F.A., & Sarbast, A.M. (2022). Effects of conservation and conventional tillage on some soil hydraulic properties. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 1060, 012002. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1060/1/012002 EDN: https://elibrary.ru/yyyyzs
  8. Philip, J.R. (1957a). The theory of infiltration. 1: The infiltration equation and its solution. Soil Sci., 83, 345-357. https://journals.lww.com/soilsci/Citation/1957/05000/THE_THEORY_OF_INFILTRATION_1_THE_INFILTRATION.2.aspx
  9. Klute, A. (1986). Methods of soil analysis part 1: Physical and mineralogical methods (2nd ed.). Agronomy Monograph No.9. Madison, WI: ASA-SSSA. https://doi.org/10.2136/sssabookser5.1.2ed
  10. Parr, J.F., & Bertrand, A.R. (1960). Water infiltration into soils. Adv. In Agron, 12, 311-363. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(08)60086-3
  11. Lenhard, R., Parker, J.C., & Mishra, S. (1989). On the correspondence between Brooks-Corey and van Genuchten model. J. Irrig. Drain. E., 115, 744-751. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(1989)115:4(744)
  12. Cornelis, V.M., Khlosi, M., Hartmann, R., van Meirvenne, M., & Devos, B. (2005). Comparison on unimodal analytical expression for soil water retention curve. Soil Sci. Soc. Am. J., 69, 1902-1911. https://journals.lww.com/soilsci/abstract/2012/06000/entropy_characterization_of_soil_pore_systems.1.aspx
  13. van Genuchten, M.Th. (1980). A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soil. Soil Sci. Soc. Am. J., 44, 892-898. https://doi.org/10.2136/sssaj1980.036159950
  14. Philip, J.R. (1957b). The theory of infiltration. 2: The profile of infinity. Soil Sci., 83, 345-448. https://journals.lww.com/soilsci/Citation/1957/06000/The_Theory_of_Infiltration__2__the_Profile_of.3.aspx
  15. Hillel, D. (1980). Applications of soil physics. Academic press, New York.
  16. Ritter, A., Hupet, F., Munoz-Carpena, R., Lambot, S., & Vanclooster, M. (2003). Using inverse method for estimating soil hydraulic properties from field data as an alternative to direct methods. Agricultural Water Management, 59, 77-96. https://doi.org/10.1016/S0378-3774(02)00160-9 EDN: https://elibrary.ru/bfwujr
  17. Hachimi, M., Maslouhi, A., Tamoh, K., & Qanza, H. (2019). Estimation of soil hydraulic properties of basin Loukkos (Morocco) by inverse modeling. KSCE Journal of Civil Engineering, 23(3), 1407-1419. https://doi.org/10.1007/s12205-019-0628-7
  18. Dexter, A.R., & Richard, G.R. (2009). Tillage of soil in relation to their bimodal pore size distributions. Soil Tillage Res., 103, 113-118. https://doi.org/10.1016/j.still.2008.10.001
  19. Schaap, M.G., Leij, F.J., & van Genuchten, M.Th. (2001). Rosetta: a computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarch pedotransfer functions. Journal of Hydrology, 251(3-4), 163-176. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(01)00466-8 EDN: https://elibrary.ru/arbjnj
  20. Simunek, J., Angulo-Jaramillo, R., Schaap, M.G., Martinus, J.V., & Van Genuchten, Th. (1998). Using an inverse method to estimate the hydraulic properties of crusted soil from tension-disc infiltrometer data. Geoderma, 86, 61-81. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(98)00035-4 EDN: https://elibrary.ru/absmkd
  21. Vogel, T., van Genuchten, M.Th., & Cislerova, M. (2001). Effect of the shape of the soil hydraulic functions near saturation on variably-saturated flow predictions. Advances in Water Resources, 24, 133-144. https://doi.org/10.1016/S0309-1708(00)00037-3
  22. Mualem, Y. (1976). A new model predicting the hydraulic of unsaturated porous media. Water Resour. Res., 12(3), 513-522. https://doi.org/10.1029/WR012i003p00513
  23. Brooks, R.H., & Corey, A.T. (1964). Hydraulic properties of porous media. Hydrology paper No.3. Civil Engineering Department, Colorado State University, Fort Collins. https://api.mountainscholar.org/server/api/core/bitstreams/f7532f39-5f13-4e4b-a3c0-dd9523ba5219/content

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».