علوم آب و خاک

آثار سیاست پرداخت یارانه به سیستم‌های آبیاری قطره‌ای در دو حالت تحویل حجمی و غیرحجمی در آبخوان نجف‌آباد

علی یوسفی

هدف این پژوهش، ارزیابی آثار سیاست پرداخت یارانه برای تبدیل شیوه آبیاری غرقابی به قطره ای در آبخوان نجف آباد با توجه به روش تحویل آب به کشاورز است. به منظور بررسی اثر مشوق های اقتصادی در تصمیم گیری کشاورز برای انتخاب نوع تکنولوژی آبیاری، الگوی کشت، آب کاربردی و آب مصرفی، یک مدل برنامه ریزی ریاضی مثبت در محدوده مطالعاتی دهستان گرکن شمالی به عنوان بخشی از آبخوان نجف آباد، توسعه داده شد. داده های مورد نیاز این مدل به سه شیوۀ پیمایشی، استفاده از گزارش های ثبتی و نظرات خبرگان، جمع آوری شد. نتایج نشان داد که با کاهش هزینه های مالی تبدیل آبیاری غرقابی به قطره ای، کشاورزان تمایل به سرمایه گذاری در این فناوری دارند. در سناریوی تخصیص آب به شیوه فعلی، همگام با افزایش یارانه اجرای آبیاری تحت فشار، مجموع آب مصرفی محصولاتی که از سیستم آبیاری قطره ای استفاده می کنند؛ 28 درصد افزایش می یابد که 19 درصد از این افزایش میزان آبی است که تا قبل از سیاست پرداخت یارانه ها مصرف نمی شده و مابقی آن مربوط به کاهش سطح کشت زمین های غرقابی است. بدین ترتیب با کاهش هزینه های بهره برداری، درآمد خالص مزارع به دلیل بهبود عملکرد و توسعه سطح زیر کشت افزایش می یابد که خود باعث بالا رفتن میزان مصرف آب می شود، این در حالی است که میزان آب کاربردی ثابت است. در سناریوی تحویل حجمی آب، با افزایش یارانه ها، درآمد خالص مزارع بدون توسعه سطح زیر کشت و تنها به دلیل بهبود عملکرد، افزایش می یابد. بنابراین، تنها در شرایط تحویل حجمی آب، پرداخت یارانه باعث افزایش راندمان آبیاری هم در سطح مزرعه و هم در سطح منطقه می شود و به عنوان سیاستی به منظور مقابله با شرایط خشکسالی، اثربخش است.

مطالعه آزمایشگاهی پارامترهای هیدرولیکی شیب‌شکن قائم مجهز به صفحات مشبک افقی با فواصل نسبی متفاوت

رسول دانشفراز

هدف از تحقیق حاضر بررسی و مقایسه نتایج آزمایشگاهی استهلاک انرژی و طول شیب شکن قائم مجهز به صفحات مشبک افقی با نتایج حوضچه های آرامش استاندارد نوع یک، دو، سه و چهار شیب شکن قائم ساده است. بدین منظور تعداد 64 آزمایش مختلف روی شیب شکن قائم مجهز به صفحه مشبک افقی در فواصل نسبی 0، 0/25، 0/5 و 0/75 از لبه شیب شکن، با تخلخل 40 و 50 درصدی صفحات مشبک و ارتفاع 20 سانتی متری انجام شد. نتایج نشان داد که در تمامی آزمایش ها و در یک دبی ثابت، افزایش فاصله صفحه مشبک از لبه شیب شکن، تأثیری زیادی بر استهلاک انرژی جریان ندارد. به طور متوسط استهلاک انرژی پایین دست برای مطالعه حاضر در مقایسه با شیب شکن قائم ساده به میزان بیش از 20 درصد افزایش یافته است که می تواند جایگزین مناسبی برای حوضچه آرامش پایین دست باشد. در میان مدل های تحقیق حاضر، بیشترین کاهش طول نسبی شیب شکن توسط مدل شیب شکن قائم با صفحه مشبک افقی با فاصله نسبی 0/75 اتفاق افتاد. به طور میانگین هنگام استفاده از صفحات مشبک افقی در چهار فاصله نسبی از لبه شیب شکن نیز نسبت به شیب شکن قائم مجهز به حوضچه آرامش استاندارد بیش از 73 درصد از طول نسبی شیب شکن کاسته می شود.

ارزیابی آلایندگی فلزات سنگین در رسوبات پهنه جزر و مدی دلتای مهران در خلیج فارس

مهرداد پسندی

غلظت و آلایندگی فلزات سنگین در رسوبات دانه ریز بخش جزر و مدی دلتای مهران واقع در خلیج فارس که جنگل های مانگرو رشد کرده اند و ارتباط غلظت این عناصر با عوامل فیزیکوشیمیایی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور از رسوبات سطحی پهنه جزر و مدی دلتای مهران نمونه برداری شد و دانه بندی، میزان کربنات کلسیم، مواد آلی، pH/Eh و فلزات سنگین در رده گل رسوبات تعیین شد. وجود کربنات کلسیم بالا در رسوبات عامل مؤثر در میزان فراوانی عناصر منگنز، کادمیوم و سرب است. رس و مواد آلی به صورت جذب سطحی در فراوانی غلظت عناصر روی و مس نقش داشته اند و اکسی- هیدرواکسیدهای آهن نیز به صورت جذبی در میزان غلظت عناصرکبالت، کروم و نیکل تأثیرگذار بوده است. بر اساس شاخص غنی شدگی (EF)، میانگین غنی شدگی عناصر در رسوبات مورد مطالعه از زیاد به کم به صورت کروم، نیکل، کادمیوم، روی، منگنز، سرب، کبالت و مس است. بر اساس شاخص انباشت آلودگی (PLI)، هیچکدام از عناصر در رسوبات دلتا اعم از رسوبات درون مانگرو و رسوبات خارج از مانگرو در طبقه بندی آلوده قرار ندارند. بر اساس شاخص زمین انباشتگی (Igeo) عناصر در اکثر نمونه ها غیرآلوده بوده و فقط فلزات کادمیوم، کروم، نیکل در تعدادی نمونه ها آلودگی کمی نشان می دهند. لذا در حال حاضر تهدیدی متأثر از آلودگی عناصر بالقوه سمی مورد بررسی با منشأ طبیعی و انسان زاد متوجه محیط زیست مانگرو و دلتای مهران نیست.

پهنه‌بندی فضایی بارش سالانۀ ایران با استفاده از مدل عصبی مصنوعی - فازی ANFIS-FCM

علی شاهبایی کوتنایی

بارش یکی از مهم ترین فراسنج های آب و هوایی است که چگونگی پراکنش و مقادیر آن در نواحی مختلف، برایند روابط پیچیدۀ خطی و غیرخطی بین عناصر جوی – فرایندهای اقلیمی و ساختار فضایی محیط سطح زمین است. طبقه بندی داده ها و قرارگیری آنها در پهنه های کوچک و متجانس می تواند در بهبود درک این روابط پیچیده و نتایج حاصل از آنها مؤثر باشد. در پژوهش حاضر با استفاده از داده های بارش سالانۀ 3423 ایستگاه همدیدی، اقلیم شناسی و باران سنجی ایران در دورۀ 1961 – 2015 و داده های ارتفاع، شیب، جهت شیب و تراکم ایستگاهی تلاش شد تا چگونگی پراکنش بارش کشور در ارتباط با عوامل محیطی پهنه بندی شده و مورد تحلیل قرار گیرد. بدین منظور بعد از استاندارد سازی و آماده سازی ماتریس داده ها، تعداد بهینۀ خوشه ها مشخص و مجموعۀ داده ها به مدل شبکه عصبی– فازی (ANFIS-FCM) وارد شد. بررسی نتایج نشان داد که مقادیر شاخص های و MAE به ترتیب 0/76 و 0/23 بوده که حاکی از دقت مناسب مدل است. همچنین مشخص شد در پهنه های چهارگانۀ خروجی مدل، عوامل محیطی از اثرگذاری بالایی در پراکنش فضایی فراسنج بارش برخوردار هستند. در پهنه های اول و سوم، ترکیب عوامل ارتفاع و شیب زیاد به همراه مجاورت جغرافیایی با سامانه های بارشی، موجب شده متوسط مقدار بارش سالانه در این پهنه ها به ترتیب 318 و 181 میلی متر باشد؛ در حالی که با تضعیف نقش عوامل محیطی در خوشه های دوم و چهارم، متوسط بارش سالانه به حدود 100 میلی متر کاهش یافته است.

بررسی تأثیر اصلاح‌کننده‌های خاک و بارش بر مقدار عناصر پرمصرف خاک در بازه‌های زمانی متفاوت

لیلا غلامی

تغییرات غلظت عناصر غذایی خاک می تواند در مدیریت بهینه مصرف کود را مشخص کرده و از آلوده شدن محیط زیست و منابع آبی جلوگیری کند. این پژوهش با هدف تعیین تغییرات غلظت عناصر پرمصرف خاک نیتروژن، فسفر و پتاسیم با کاربرد اصلاح کننده های پلی وینیل استات، بقایای لوبیاروغنی و ترکیب پلی وینیل استات + بقایای لوبیاروغنی در دوره های زمانی یک، دو و چهار ماهه انجام شد. نتایج نشان داد که کاربرد اصلاح کننده های خاک تأثیر متفاوتی بر تغییرات نیتروژن، فسفر و پتاسیم خاک داشتند. بیشترین مقدار نیتروژن مربوط به تیمار بقایای لوبیاروغنی در بازه زمانی چهار ماه قبل از شبیه سازی (با مقدار 44/62 درصد) و کمترین مقدار نیتروژن در تیمار پلی وینیل استات در بازه زمانی یک ماه (با مقدار 1/92- درصد) است. کمترین مقدار فسفر بعد از کاربرد اصلاح کننده ها در تیمار بقایای لوبیاروغنی با مقدار 50 درصد در بازه زمانی یک ماه قبل از شبیه سازی بارندگی، با مقدار (0/95 درصد) اندازه گیری شد. بیشترین مقدار پتاسیم مربوط به تیمار پلی وینیل استات در بازه زمانی چهار ماه قبل از شبیه سازی (189/35 درصد) و کمترین مقدار در تیمار ترکیب بقایای لوبیاروغنی + پلی وینیل استات در بازه زمانی یک ماه بعد از شبیه سازی (40/66 درصد) بود. بنابراین کاربرد اصلاح کننده ها می تواند در دوره های زمانی متفاوت اثرات متفاوتی بر تغییرات عناصر پرمصرف خاک داشته باشد.

الگوی توزیع ریشه و جذب آب در خاک‌های مطبق

فرزانه زارعی

الگوی توزیع ریشه در خاک های لایه ای یکی از موضوعات قابل توجه در محاسبۀ آب قابل نگهداری خاک و مدیریت و برنامه ریزی آبیاری به شمار می رود. هدف از پژوهش حاضر، تعیین الگوی توزیع ریشه گیاه سویا در نیمرخ خاک های مطبق و همچنین تأثیر آن بر جذب آب انجام شده است. پژوهش در قالب طرح کاملاً تصادفی با 15 تیمار مختلف متشکل از سه نوع بافت خاک (سبک، سنگین، متوسط) در چهار تکرار انجام گرفت. پایش الگوی توزیع ریشه توسط نمونه برداری از ستون های دارای ریشه در پایان دوره رشد گیاه سویا صورت گرفت. پس از مقایسه تیمارها از نظر رشد گیاه مشاهده شد که وجود لایه های خاک با بافت متوسط موجب توسعه و رشد بهتر گیاه شده است. در حالت کلی، چگالی طولی ریشه با افزایش عمق خاک کاهش می یافت، به جز در مواردی که لایه بندی خاک وجود داشت و چگالی طولی ریشه به ترتیب مقابل قرار گرفت: چگالی طولی ریشه متعلق به لایه های دارای بافت متوسط≥ بافت سنگین ≥ بافت سبک بود. میزان سرعت جذب آب توسط ریشه در لایه های شنی بیشترین مقدار، در رس متوسط و در بافت لومی کمترین مقدار را دارا بود. همچنین سرعت جذب آب توسط ریشه در سه لایه موجود در تیمار ها نیز، به صورت معناداری با افزایش عمق افزایش یافت. درنتیجه می توان گفت الگوی توزیع ریشه و رشد گیاه به صورت معنی داری تحت تأثیر بافت خاک و لایه بندی آن قرار دارد.

شبیه‌سازی و تخمین دبی جریان در فلوم‌های SMBF به کمک مدل‌های محاسبات نرم

بابک شاهی نژاد

در پژوهش حاضر، دبی جریان در فلوم های حاوی نیم استوانه های جانبی (SMBF) تحت شرایط آزاد و مستغرق با استفاده از مدل های ماشین بردار پشتیان (SVM)، رگرسیون انطباقی چندمتغیره اسپلاین (MARS) و مدل شبکه عصبی مصنوعی چندلایه (MLPNN)، شبیه سازی و تخمین زده شد. در حالت جریان آزاد از پارامترهای بی بعد مستخرج از آنالیز ابعادی شامل نسبت عمق جریان در بالادست به عرض گلوگاه و نسبت انقباض (عرض گلوگاه به عرض کانال) و در حالت مستغرق علاوه بر این دو پارامتر از پارامترهای عمق پایاب به عرض گلوگاه و عمق پایاب به عمق بالادست به عنوان ورودی و از فرم بی بعد دبی جریان به عنوان خروجی مدل ها استفاده شد. نتایج نشان داد که در حالت جریان آزاد در مرحله صحت سنجی مدل MARS با شاخص های آماری 0/985= R2، 0/008=RMSE، % 0/87=MAPE و مدل SVM با شاخص های آماری 0/971=R2، 0/0012=RMSE، % 1/376=MAPE و مدل MLPNN با شاخص های آماری 0/973= R2، 0/011=RMSE، % 1/304=MAPE دبی جریان را شبیه سازی و پیش بینی کرده¬اند. در حالت مستغرق شاخص های آماری مدل MARS توسعه داده شده عبارت از 0/978= R2، 0/018=RMSE، % 3/6=MAPE و شاخص های آماری مدل SVM عبارت از 0/988= R2، 0/014=RMSE، % 4/2=MAPE و شاخص های آماری مدل MLPNN عبارت از 0/966= R2، 0/022=RMSE و % 5/7=MAPE هستند. در توسعه مدل های SVM و MLPNN به ترتیب از توابع کرنل شعاعی و تانژانت هایپربولیک استفاده شد.

توسعه معادلات تجربی تخمین ضریب تشت تبخیر در منطقه فسا

محمد جواد امیری

روش تشت تبخیر کلاس A یکی از روش های بسیار رایج تخمین تبخیر– تعرق مرجع (ET0)است که به دلیل سادگی، هزینه به نسبت کم و توانایی تخمین تبخیر- تعرق روزانه، به طور گسترده در جهان استفاده می شود. در این تحقیق کارایی 8 معادله تجربی شامل آلن و پروئیت ، کوئنکا، اشنایدر، اشنایدر اصلاح شده، پرییرا و همکاران، اورنگ، راگووانشی و والندر و فائو 56 در برآورد ضریب تشت تبخیر کلاس A و تبخیر - تعرق گیاه مرجع در ایستگاه فسا واقع در استان فارس مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور ضریب تشت محاسبه شده از معادلات فوق با ضریب تشت اندازه‏گیری شده که از نسبت تبخیر - تعرق به دست ‏آمده از روش فائو- پنمن- مانتیث به میزان تبخیر از تشت به دست آمد، مقایسه شد. نتایج نشان داد تمامی معادلات تجربی دارای دقت بسیار پایینی در برآورد ضریب تشت تبخیر هستند (0/25;0/3> R²). نتایج مقایسه بین ET0 به دست آمده از معادلات تجربی با ET0 به دست آمده از معادله پنمن- مانتیث- فائو نشان داد که معادله فائو 56 دارای بهترین عملکرد است (0/3=NRMASE;0/72=R²). به منظور افزایش دقت معادلات تجربی ضریب تشت تبخیر، این معادلات با داده های هواشناسی 8 ساله (1386-1394) ایستگاه هواشناسی فسا تصحیح شده و با داده های مستقل 2 ساله (1394-1396) اعتبارسنجی شد. نتایج نشان داد که دقت همه معادلات تجربی افزایش یافته و معادله کوئنکا با 0/16 = NRMASE و 0/63 = R2 به عنوان مناسب‏ترین معادله برای تخمین ضریب تشت و تبخیر- تعرق مرجع (0/18=NRMASE;0/85=R²). برای منطقه فسا انتخاب شد. آنالیز حساسیت نشان داد که به ترتیب داده های سرعت باد (U)، رطوبت نسبی (RH)، فاصله تشت از پوشش گیاهی (F)، شیب منحنی فشار بخار اشباع (∆)، ساعت آفتابی (n)، و فشار هوا (P) بیشترین تأثیر را در تخمین ضریب تشت تبخیر دارد. با استناد به نتایج آماری و تحلیل حساسیت، معادله ای برای برآورد ضریب تشت در منطقه فسا و سایر مناطق دارای اقلیم یکسان با آن منطقه استخراج شد.

فاصله بهینه نوار در آبیاری قطره‌ای نواری و کارآیی مصرف آب گندم در بافت خاک لومی‌رسی‌سیلتی

مسعود فرزام نیا

به منظور تعیین بهترین فاصله نوار تیپ در زراعت گندم از نظر عملکرد و اجزای آن و کارآیی مصرف آب و بررسی روند تغییرات شوری خاک در یک خاک با بافت لومی رسی سیلتی، آزمایشی به صورت طرح بلو ک های کامل تصادفی با 4 تیمار (فاصله نوار 45 (A)، 60 (B) و 75 (C) سانتی متر و تیمار شاهد، آبیاری کرتی (D)) در سه تکرار طی سال های 1396 تا 1398 در منطقۀ مهیار استان اصفهان اجرا شد. حجم آب آبیاری در هر دور آبیاری برای تیمارهای A، B و C یکسان بود و در تیمار D میزان حجم آب آبیاری در هر دور مشابه روش زارع بود. بر اساس نتایج تجزیه واریانس مرکب، اثر تیمارها بر عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیکی در سطح یک درصد و بر کارآیی مصرف آب و شاخص برداشت در سطح پنج درصد معنی دار بود. میانگین کارآیی مصرف آب در تیمارهای A، B، C و D به ترتیب 0/79، 0/79، 0/73 و 0/78 کیلوگرم بر مترمکعب بود که تیمارهای A، B و D در گروه برتر و تیمار C در رتبه بعدی قرار گرفتند. نتایج مذکور و بررسی روند شوری خاک در انتهای فصل نسبت به ابتدای فصل در تیمارهای آزمایش نشان داد روش آبیاری کرتی نسبت به روش آبیاری تیپ کارآمدتر است. بر اساس نتایج، فواصل نوار 45 و 60 سانتی متر از لحاظ کارآیی مصرف آب و عملکرد نسبت به فاصله نوار 75 سانتی متر در گروه بالاتری قرار گرفتند، از طرفی میزان مصرف نوار، حجم عملیات اجرایی داخل مزرعه و همچنین بقایای نوار به جا مانده در مزرعه، در فاصله نوار 45 نسبت به فاصله نوار 60 سانتی متر بیشتر است که از لحاظ اقتصاد کشاورز و مسائل زیست محیطی حائز اهمیت است، بنابراین اگر ملزم به استفاده روش آبیاری تیپ در زراعت گندم باشیم، فاصله نوار 60 سانتی متر برای بافت خاک لومی رسی سیلتی توصیه می شود.

تحلیل مکانی نمایه‌های حدی دما تحت تأثیر تغییر اقلیم مبتنی بر داده‌های CORDEX و روش توسعه‌یافته تصحیح اُریبی در ایران

فرشاد فتحیان

در این پژوهش، روند تغییرات مکانی نمایه های حدی دما مرتبط با بخش های سلامت و کشاورزی شامل تعداد روزهای یخبندان، تعداد روزهای تابستانی، تعداد روزهای یخی، تعداد شب های حاره ای، طول فصل رویش، دامنه تغییرات شبانه روزی دما، طول مدت سرما و طول مدت گرما برای 54 ایستگاه همدیدی در سرتاسر ایران برای دوره های مشاهداتی (2005-1976) و آینده (2054-2025) بررسی شدند. بدین منظور، داده های دمای کمینه و بیشینه 3 مدل اقلیمی منطقه ای به نام های CCSM4، MPI-ESM-MR و NORESM1-ME پروژه CORDEX تحت دو سناریو RCP4.5 و RCP8.5 با استفاده از روش توسعه یافته تصحیح اُریبی چند مقیاسه برای هر ایستگاه ریزمقیاس نمایی شدند. سپس، روند و تغییرات نمایه های حدی دما با استفاده از روش های مَن-کِندال و شیب خط روند شِن بررسی شدند. نتایج بررسی ها نشان داد که نمایه های گرم همانند تعداد روزهای تابستانی و تعداد روزهای حاره ای در بیشتر ایستگاه ها برای هر دو دوره مشاهداتی و آینده روند مثبتی داشته اند. در مقابل، نمایه های سرد مانند تعداد روزهای یخبندان در بیشتر ایستگاه ها روند کاهشی داشته اند. نتایج نمایه های طول مدت گرما و سرما نشان داد که بیشتر ایستگاه ها برای هر دو دوره زمانی فاقد روند هستند. طول فصل رویش در بیش از 60 درصد ایستگاه ها (45 درصد معنی دار) که بیشتر در نواحی شمالی، شمال غربی و غرب واقع شده کشور افزایش یافته است. بر اساس نتایج به دست آمده می توان دریافت که بدون درنظر گرفتن اقدامات سازگاری با شرایط اقلیمی، برخی از نقاط کشور ممکن است در آینده با خطر سلامت و قابلیت سکونت و کشاورزی محدود مواجه شوند.

بررسی عملکرد مونولایرها بر کاهش تبخیر از سطح آب با درنظر گرفتن پارامترهای هواشناسی

جواد ظهیری

سدهای مخزنی در کنار تمامی مزایای که برای بشر داشته اند، مشکلاتی را نیز به همراه داشته است. یکی از مهم ترین این مشکلات در معرض قرار دادن سطح وسیعی از آب در مجاورت هوا است که باعث هدررفت مقدار زیادی آب بر اثر تبخیر می شود. یکی از روش های کاهش تبخیر از سطح آب، استفاده از روش های شیمیایی بوده که کاربرد الکل های سنگین از آن جمله به حساب می آیند. در این تحقیق از سه امولسیون اکتادکانول، هگزادکانول و ترکیب اکتادکانول و هگزادکانول به همراه بریج- 35 (دودسیل پلی اتیلن اکسید اتر) در کنار دو روش فیزیکی سایبان و توپ های شناور برای بررسی عملکرد امولسیون های مختلف استفاده شد. از آنالیز واریانس یک طرفه برای مقایسه میانگین تبخیر در روش های مختلف شیمیایی و فیزیکی و آنالیز واریانس دو طرفه برای بررسی اثرات اصلی و متقابل پارامترهای مختلف هواشناسی بر میزان تبخیر استفاده شد. مقایسه میانگین تبخیر در روش های مختلف نشان می دهد که دو روش فیزیکی سایبان و توپ های شناور عملکرد بهتری نسبت به روش های شیمیایی داشته و در بین روش های شیمیایی نیز روش اکتادکانول از عملکرد بهتری نسبت به دو مونولایر دیگر برخوردار بوده است. نتایج آنالیز واریانس یک طرفه نشان داد که از میان روش های شیمیایی مورد استفاده، تنها روش اکتادکانول با توپ های شناور در سطح احتمال 99 درصد (0/01> P) فاقد اختلاف معنادار است. از طرفی آنالیز واریانس دوطرفه نشان داد که دمای هوا و درصد رطوبت نسبی بیشترین تأثیر را روی میزان تبخیر داشته اند. بررسی تأثیر سطوح مختلف پارامترهای هواشناسی روی عملکرد روش های کاهش تبخیر نشان داد که در دماهای کم، مونولایر اکتادکانول عملکرد ضعیف تری را نسبت به دو روش فیزیکی کاهش تبخیر دارا بوده ولی با افزایش دما عملکرد آن بهبود پیدا کرده است. همچنین این مونولایر، در سرعت های باد کم، از عملکرد مناسبی در مقایسه با روش های فیزیکی برخوردار بوده ولی با افزایش سرعت باد، عملکرد آن به شدت تحت تأثیر قرار گرفته و کارایی آن کاهش می یابد، به گونه ای که در دماهای بیشتر از 37 درجه سانتی گراد، تغییر سرعت باد از 3/5 متر بر ثانیه به بیشتر از 8/7 متر بر ثانیه باعث افزایش بیش از 50 درصد میزان تبخیر شده است. تأثیر مونولایرها و روش های فیزیکی کاهش تبخیر بر ویژگی های کیفی آب از جمله اکسیژن محلول از اهمیت زیادی برخوردار است که بایستی در تحقیقات آینده بیشتر به آن پرداخته شود.

تحلیل روند و نقاط تغییر در سری‌های زمانی دبی جریان حوزه آبخیز گرگانرود

واحدبردی شیخ

تحلیل روند دبی جریان اطلاعات عملی برای مدیریت بهتر منابع آب در آستانه تغییر اقلیم فراهم می کند. بنابراین در این پژوهش تغییرات آورد حوزه آبخیز گرگانرود طی سه دهه اخیر مورد بررسی قرار گرفته است. از روش من- کندال برای آشکارسازی روند و روش های پتیت، نرمال استاندارد و بویشند برای شناسایی نقاط تغییر ناگهانی در سری های زمانی دبی در هشت ایستگاه آق قلا، گالیکش، گنبد، حاجی قوشان، نوده، رامیان، سدگرگان (وشمگیر) و تمر استفاده شده است. آزمون من- کندال وجود روند معنی دار (سطح 5 درصد) منفی (کاهش جریان) را در مقیاس روزانه و سالانه در همه ایستگاه ها نشان داد. در مقیاس ماهانه شدیدترین روند منفی در ایستگاه های آق قلا، گالیکش، گنبد، حاجی قوشان و رامیان مربوط به ماه تیر بود ولی در دو ایستگاه نوده و تمر به ترتیب مربوط به ماه های مرداد و بهمن بود. در مقیاس فصلی در همه ایستگاه ها روند کاهشی مشاهده شد ولی این روند در برخی فصل ها معنی دار نبود. از طرفی نتایج حاصل از تحلیل نقاط تغییر در دبی نشان داد که نقاط تغییر در داده های مورد استفاده در این مطالعه بیشتر از نوع کاهشی و در مواردی نیز افزایشی و در برخی از ایستگاه ها اصلا نقاط تغییری شناسایی نشده است. بنابراین تعداد تغییرات کاهشی در ایستگاه های هیدرومتری مورد مطالعه، به طور معنی دار بیشتر از تغییرات افزایشی بوده و بیشتر در بازه زمانی سال های 1997-1993 و 2007-2005 به ترتیب در سه و چهار ایستگاه نیز قابل مشاهده است. درصورتی که بیشترین تغییرات افزایشی در بین ایستگاه ها مربوط به ایستگاه آق قلا در سال 2017 با مقدار دبی 234 مترمکعب برثانیه است. بررسی جریان دهه های گذشته حوزه آبخیز گرگانرود تغییرات شدید جریان را چه به صورت تدریجی و چه ناگهانی نشان می دهد که این تغییرات بیشتر در جهت کاهش دبی رودخانه است. روند نزولی به دست آمده در مقادیر دبی در مقیاس های زمانی مختلف برای تمام ایستگاه های هیدرومتری حوزه آبخیز گرگانرود که در آینده به دلیل تغییرات جهانی اقلیم شدیدتر نیز خواهد شد از یک سو و افزایش نیاز آبی منطقه برای مصارف مختلف در آینده به دلیل رشد جمعیت و همچنین گسترش صنایع می تواند به عنوان هشدار جدی برای سیاستگزاران، برنامه ریزان و مدیران محلی قلمداد شود تا با برنامه ریزی های صحیح از بروز احتمالی بحران آب در منطقه در آینده جلوگیری کنند.

مدل‌سازی سیل‌خیزی حوزه آبخیز مروست تحت تأثیر تغییرات اقلیمی و الگوی کشت

مهدی حیات زاده

از آنجا که تغییر کاربری اراضی و همچنین تغییر متغیرهای اقلیمی از جمله افزایش دما بر بسیاری از فرایندهای طبیعی نظیر فرسایش خاک و تولید رسوب، سیلاب و تخریب خصوصیات فیزیکی و شمیایی خاک اثر می گذارد، بنابراین نیاز است تا جنبه های مختلف اثر این تغییرات، در مطالعات و تصمیم گیری ها مورد توجه قرار گیرد. در تحقیق حاضر به منظور آگاهی از میزان اثرگذاری تغییر اقلیم و شرایط مدیریت کشت بر میزان سیل خیزی، اقدام به آزمون و تحلیل سناریوهای منطقی بر اساس پیشینه حوزه آبخیز مروست با استفاده از مدل مفهومی SWAT شد. در این راستا پس از واسنجی مدل، اقدام به آزمون دو سناریوی مذکور شد. سناریوی اول در زمینه مدیریت زارعی و تبدیل باغات به اراضی کشاورزی و سناریوی دوم افزایش 0/5 درجه ای دما با ثابت فرض کردن سایر شرایط درنظر گرفته شده است. نتایج واسنجی و اعتبارسنجی مدل با آزمون نش- ساتکلیف به ترتیب 0/66 و 0/68 نشان از کارایی قابل قبول مدل در محدوده مورد مطالعه دارد. در ادامه نتایج به کارگیری دو سناریوی تغییر کاربری اراضی و گرمایش نشان از تأثیر 30 درصدی سناریوی اقلیمی با افزایش متوسط دبی ماهانه به میزان 3/72 مترمکعب بر ثانیه حاکی از افزایش سیل خیزی حوضه به ویژه در سال های اخیر دارد. از طرفی سناریوی تغییر کاربری اراضی باغی به کشاورزی در دو حالت 20 درصد و 50 درصد تغییر کاربری باعث افزایش متوسط دبی ماهانه به ترتیب به میزان 1/26 و 1/5 مترمکعب بر ثانیه و به عبارتی 10 و 12 درصد به سیل خیزی حوضه اضافه شد. نتایج حاکی از آن است که در مناطق مشابه منطقه مورد مطالعه که در منطقه اقلیمی خشک واقع شده است، افزایش احتمالی دما می تواند اثر قابل ملاحظه ای را بر سیل خیزی حوضه داشته باشد. البته تأثیر غیرمستقیم عامل انسانی نیز به صورت افزایش گازهای گلخانه ای بر افزایش سیل خیزی حوضه را نباید نادیده گرفت.

تأثیر مالچ رسی بر پایه رس بنتونایت در تثبیت طوفان گرد و غبار در منطقه بحرانی سجزی (شرق اصفهان)

احمد جلالیان

یکی از مهم ترین بحران های زیست محیطی در مناطق خشک، نیمه خشک، نیمه مرطوب و حتی مرطوب پدیده مخرب بیابان زایی و در مناطق خشک و نیمه خشک فرسایش بادی است. برای رفع این مشکل که در بخش عمده ای از کشور ایران وجود دارد، نیاز به استفاده از روشی محیط زیست دوست و اقتصادی است. در این پژوهش برای اولین بار در کشور و شاید در دنیا در منطقه بحرانی سجزی در وسعت 65 هکتار، از رس بنتونیت کلسیم دار استفاده شد. آزمایش ها بر روی سله تشکیل شده در سطوح مالچ پاشی شده با مالچ رسی با ماندگاری بیش از یک سال انجام شد. نتایج نشان داد که فرسایش بادی با پارامترهای میانگین وزنی و هندسی قطر خاکدانه، خاکدانه های بزرگ تر از 0/25 میلی متر، مقاومت برشی و مقاومت فروروی همبستگی منفی و معنی داری دارد. از طرف دیگر نتایج آزمایش های نفوذپذیری با استفاده از روش استوانه مضاعف و توسط سه مدل (کاستیاکوف، هورتون و فیلیپ) نشان داد که در نمونه های مالچ پاشی شده و شاهد، کمترین میانگین مربعات خطا(SSE) و بیشترین ضریب تبیین(R²) مربوط به مدل کاستیاکوف است که بیانگر برتری این مدل در مقایسه با مدل های هورتون و فیلیپ بود. همچنین شدت فرسایش بادی به صورت درجا و با استفاده از یک دستگاه تونل باد قابل حمل در 20 نقطه از منطقه سجزی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که مالچ پاشی بیشتر از 95 درصد از فرسایش خاک را کنترل کرده است.

تغییرپذیری فراوانی و شدت خشکسالی در ایران با استفاده از شاخص استاندارد شده بارش-تبخیرتعرق

حمید نظری پور

^{در این پژوهش، تغییرپذیری دهه ای فراوانی و شدت خشکسالی در گستره ایران بررسی شده است. برای این منظور از داده های شبکه ای مقیاس یک ماهه از شاخص استاندارد شده بارش- تبخیرتعرق در دوره 2015-1956 استفاده شده است. بر اساس آستانه های قراردادی رایج، مشخصه های فراوانی و شدت خشکسالی برای تک تک پیکسل ها محاسبه و مبنای تحلیل وضعیت خشکسالی قرار گرفته است. سپس، فراوانی طبقات شدت خشکسالی محاسبه و روند آن با استفاده از آزمون ناپارامتریک من- کندال بررسی شده است. یافته های پژوهش بیانگر تنوع فضایی زمانی الگوهای شدت خشکسالی در گستره ایران است. فراوانی خشکسالی های خفیف از جنوب به شمال و از شرق به غرب کاهشی بوده؛ در حالی که فراوانی رخداد خشکسالی های شدیدتر از شمال به جنوب و از غرب به شرق افزایشی است. فراوانی بیشینه از رخداد خشکسالی های خفیف و متوسط به ترتیب روی بخش میانی و پایانی ناهموارهای های زاگرس بوده؛ درحالی که فراوانی بیشینه رخداد خشکسالی های شدید و بسیار شدید روی مناطق بیابانی مرکزی، شرقی و جنوب شرقی است. فراوانی خشکسالی های خفیف در جنوب شرق، شمال غرب و شمال شرق بین 5 تا 40 درصد افزایش یافته است. درحالی که فراوانی خشکسالی های شدیدتر، در غالب گستره ایران بین 10 تا 20 درصد افزایش داشته است. تغییر فراوانی طبقات شدیدتر خشکسالی ها در حوضه آبریز فلات مرکزی و همچنین خلیج فارس- دریای عمان بارزتر است. روند شدت خشکسالی همزمان با رژیم بارش غالب گستره ایران، کاهشی (تشدید خشکسالی) است. روند افزایشی معنی دار در شدت خشکسالی (تشدید ترسالی) تنها در جنوب شرق ایران همزمان با رژیم بارش موسمی مشاهده می شود. با وجود این، نواحی خشک و فراخشک جنوب شرق ایران متأثر از فراوانی و شدت خشکسالی، دارای درجه آسیب پذیری بالا هستند.}

کاربرد شبکه عصبی GMDH در پایش شوری خاک دشت ساوه با استفاده از شاخص‌های طیفی و توپوگرافی

محمود اکبری

در سال های اخیر از روش های غیرمستقیم نظیر سنجش از دور و داده کاوی برای برآورد شوری خاک زمین های کشاورزی استفاده می شود. در این تحقیق، هدایت الکتریکی 94 نمونه خاک از 0 تا 100 سانتی متر با استفاده از تکنیک ابرمکعب در دشت ساوه، اندازه گیری شد. تعداد 23 نوع داده ورودی در قالب دو دسته توپوگرافی و طیفی استفاده شدند. پارامترهای سطح زمین مانند شاخص رطوبت توپوگرافیک (TWI)، شاخص طبقه بندی زمین برای مناطق پست (TCI)، شاخص قدرت جریان (STP)، مدل رقومی ارتفاع (DEM) و طول شیب (LS) با استفاده از نرم افزارهای Arc-GIS و SAGA به عنوان ورودی های توپوگرافی لحاظ شدند. همچنین شاخص های مکانی شوری و پوشش گیاهی از تصاویر لندست 8 استخراج شدند و به عنوان ورودی های طیفی درنظر گرفته شدند. به منظور مدل سازی شوری از شبکه عصبی GMDH با نسبت 70 درصد برای آموزش و 30 درصد برای صحت سنجی استفاده شد. نتایج اندازه گیری نشان داد مقادیر شوری خاک بین 0/1 تا 18 با میانگین 5 و انحراف معیار 4/7 دسی زیمنس بر متر بودند. نتایج مدل سازی نیز نشان داد پارامترهای آماری R2، MBE وNRMSE در مرحله آموزش به ترتیب 0/80، 0/06 و 42/1 درصد بودند. همین مقادیر در مرحله صحت سنجی به ترتیب 0/79، 0/13 و 48/7 درصد بودند. بنابراین استفاده از شاخص های طیفی، توپوگرافی و شبکه عصبی GMDH، در مدل سازی شوری خاک، کارایی مناسبی دارد.

مدل‌سازی تغییرات زمانی و مکانی سطح ایستابی آبخوان دشت صحنه - بیستون با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی

کورش شیرانی

آب زیرزمینی یکی از منابع مهم آبی به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک جهان مانند ایران بوده و در سال های اخیر به دلیل برداشت های بی رویه به شدت رو به کاهش رفته است. هدف این پژوهش تعیین بهترین مدل درون یابی و بررسی تغییرات زمانی و مکانی سطح آب زیرزمینی در دشت صحنه - بیستون استان کرمانشاه طی سه دهه بین سال های 1370 تا 1399 است. بدین منظور نخست چهار نیم تغییرنمای گوسی، خطی، کروی و توانی برای مشاهدات به دست آمد. در مرحله بعد بهترین نیم تغییرنما و روش میان یابی از بین روش های مورد بررسی برای پهنه بندی سطح آب زیرزمینی در منطقه انتخاب شد. به منظور ارزیابی و تعیین مناسب ترین نیم تغییرنما و روش میان یابی برای پهنه بندی، کمترین مقدار مجموع معیارهای خطای RMSE، MBE، MAE و بیشترین مقدار ضریب تعیین (R²) بین مشاهدات و برآوردها در هر سه دهه و میانگین کل دوره محاسبه و درنظر گرفته شد. نتایج نشان داد که روش کریجینگ معمولی با وریوگرام گوسی بهترین روش برای میان یابی عمق سطح آب زیرزمینی در دشت صحنه – بیستون است. اختلاف بین حداقل و حداکثر سطح ایستابی آب زیرزمینی بر مبنای چاه های مشاهده ای و مدل پهنه بندی به ترتیب بین 1279 تا 1372 متر و 1289 تا 1409 متر در دوره مورد بررسی است و با نزدیکی به نواحی مرکزی و جنوبی، سطح آب زیرزمینی در عمق بیشتری قرار می گیرد. بیشترین میزان کاهش و افزایش تغییرات سطح آب زیرزمینی در طول سه دهه نسبت به همدیگر به ترتیب ۱۲ و ۱۹ متر بوده است. همچنین تغییرات سطح آب زیرزمینی در طی این سه دهه نشان می دهد سطح تراز آب زیرزمینی در هر دو دهه دوم و سوم نسبت به دهه اول و دهه سوم نسبت به دهه دوم در بیشتر از 50 درصد منطقه افزایش یافته است. این موضوع می تواند ناشی از ترسالی و مدیریت بهینه برداشت آب زیرزمینی در این سال ها باشد. بنابراین نتایج پایش تغییرات آب زیرزمینی در سه دهه اخیر کمک مؤثری برای کارشناسان و بهره برداران در برنامه ریزی و مدیریت بهینه آب زیرزمینی به منظور توسعه پایدار منابع آبی را به همراه دارد.

ارزیابی مدل ترکیبی ANFIS - GWO در پیش‌بینی تراز آب‌ زیرزمینی دشت زرندیه ساوه

کیومرث ابراهیمی

در این تحقیق تدقیق شبکه عصبی فازی (ANFIS) در ترکیب با الگوریتم گرگ خاکستری (GWO-ANFIS) برای اولین بار در پیش بینی تراز آب زیرزمینی با کاربرد داده های چاپ نشدۀ مشاهده ای 1397-1377 از آبخوان زرندیه ارزیابی شد. سه چاه مشاهده ای بصورت تصادفی برای تجزیه و تحلیل انتخاب شد. بررسی معیارهای ارزیابی نشان داد که از بین سناریوهای بکار رفته با کاربرد مدل ترکیبی، سناریوی D با ترکیب داده های ورودی، تراز آب زیرزمینی ماه قبل، بارش، دما و بهره برداری از آب زیرزمینی به عنوان سناریو بهینه مدل ترکیبی انتخاب شد. برای سناریو D، چاه مشاهده ای اوّل پارامترهای MAPE، RMSE، NASH به ترتیب مساوی 0/29، 0/47 متر و 0/99 به دست آمد. برای چاه مشاهده ای دوّم سناریوی C با ترکیب داده های ورودی، تراز آب زیرزمینی ماه قبل، بارش و بهره برداری از آب زیرزمینی به عنوان سناریو بهینه انتخاب شد و برای همان پارامترها مقادیر 0/20 ، 0/26 متر و 0/99 به دست آمد. برای چاه سوّم سناریوی A با داده های ورودی، تراز آب زیرزمینی ماه قبل به عنوان سناریو بهینه مدل ANFIS-GWO انتخاب شد و مقادیر همان پارامترها برای این سناریو برابر 0/29، 0/41 متر و 0/99 به دست آمد. بر اساس نتایج، الگوریتم گرگ خاکستری در آموزش مدل ANFIS توانست میانگین خطای پیش بینی را به مقدار 03/ 0 (RMSE) و 0/02 (MAPE) متر کاهش و مقدار میانگین NASH را به میزان 0/01 افزایش و سبب افزایش دقت پیش بینی ها شود.

تأثیر تغییر کاربری اراضی بر فاکتورهای کیفی خاک (مطالعه موردی استان خوزستان)

سیروس جعفری

تغییر فاکتورهای کیفی اراضی در تغییر کاربری دو سیستم کشت متداول خوزستان (منطقه دیمچه، سیستم کشت تناوبی و نیشکر و زراس جنگل و جنگل تراشی) بررسی شد. نتایج نشان داد با تغییر کاربری جنگل، کربن آلی از 0/93 به 0/55 درصد، ظرفیت تبادل کاتیونی از 19/6 به 13/3 سانتی¬مول بر کیلوگرم، نسبت کربن به نیتروژن (C/N) از 7/4 به 3/8 درصد، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها از 1/7 به 1/3 درصد و تنفس میکروبی از 0/11 به 0/06 میلی گرم دی¬اکسیدکربن بر گرم خاک در روز کاهش و در مقابل رس قابل انتشار از 6/4 به 3/19 درصد افزایش یافت. تجزیه به عامل برای خصوصیات نشان داد پنج عامل بیش از 90 درصد واریانس را در مقادیر FC،PWP ،AW ،AF توجیه کرد. در منطقه دیمچه، میانگین رطوبت حجمی ظرفیت زراعی از 31/3 به 27/3 درصد، آب قابل استفاده از 12/96 به 9/8 درصد، رس قابل انتشار از 56/1 به 12/3 درصد و جرم مخصوص ظاهری از 1/6 به 1/4 درصد کاهش، کربن آلی از 0/45 به 0/78 درصد، C/N از 6/3 به 10/0 درصد، تنفس میکروبی از 0/01 به 0/04 میلی‎گرم دی اکسیدکربن بر گرم خاک در روز و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها از 0/77 به 1/3 میلی متر افزایش یافت. پنج عامل FC،AW ،BD ،DC و OM بیش از 90 درصد واریانس را توجیه کرد.

تأثیر شدت بارش و شیب در زمان شروع رواناب خاک لوم‌شنی با استفاده از دستگاه شبیه‌ساز باران (مطالعه موردی: شهر سمنان)

حجت کرمی

رواناب با سپری¬شدن مدت زمانی پس از بارندگی شکل گرفته و تا حد زیادی وابسته به شدت بارندگی، رطوبت خاک و شیب است. یکی از سؤال¬های اساسی در مورد رواناب، زمان شروع ایجاد آن است. در این پژوهش با کمک دستگاه شبیه ساز بارش به بررسی آزمایشگاهی زمان شروع رواناب در خاک لوم¬شنی در شرایط مختلف پرداخته شد. پارامترهای شدت بارش (60، 80 و 100 میلی متر بر ساعت) و شیب (0 و 5 درصد) مورد ارزیابی قرار گرفتند. بارندگی بر روی سه نوع تیمار خاک کاملاً خشک (Sdry)، خاک خشکی که 24 ساعت قبل از آزمایش اشباع¬شده (S24hrlag) و خاک خشکی که 48 ساعت قبل از آزمایش اشباع¬شده (S48hrlag) ایجاد شد. در مجموع 18 آزمایش روی این خاک انجام شد. در پایان هر آزمایش، رطوبت خاک اندازه گیری شد. نتایج آزمایشگاهی با مدل عددی گرین– آمپت مقایسه شد. با توجه به نتایج آزمون همبستگی کندال و اسپیرمن هر چه شدت بارش بیشتر باشد، زمان شروع رواناب کمتر است. همچنین، در شیب 5 درصد برای هر سه نوع وضعیت خاک شروع رواناب در زمان سریع تری ایجاد می شود. همچنین، نتایج زمان شروع رواناب در خاک با 48 ساعت تأخیر در بارش نسبت به خاک با 24 ساعت تأخیر در بارش به حالت خاک خشک در تمامی شدت بارش ها و شیب ها نزدیک تر است. بنابراین، می توان این تحلیل را داشت که در آزمایش¬های مربوط به 24 ساعت تأخیر، زمان شروع رواناب کاهش پیدا می کند. درحالی که در آزمایش¬های با 48 ساعت تأخیر تفاوت زیادی با خاک کاملاً خشک نداشت. همچنین، نتایج روش گرین- آمپت با نتایج آزمایشگاهی نزدیک به هم است (R²=0.9775) و حداکثر اختلاف 4/8 دقیقه ای بین دو روش مذکور وجود دارد. پس می توان با روش گرین– آمپت برای محاسبه زمان شروع رواناب در خاک لوم¬شنی در حالت های مختلف شدت بارش و شیب بستر استفاده کرد.