علوم آب و خاک

شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی در شرایط مختلف زبری، شیب معکوس و پله مثبت انتهایی

ناهید پورعبدالله

پرش هیدرولیکی برای از بین بردن انرژی در پایین دست سازه های هیدرولیکی از جمله سرریزها، تندآب ها و دریچه ها مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش نتایج حاصل از اندازه گیری های آزمایشگاهی و همچنین شبیه سازی عددی پرش هیدرولیکی آزاد با استفاده از نرم افزار Flow 3D در 6 حالت مختلف شیب معکوس، بستر زبر و پله انتهایی با هم مقایسه شد. گفتنی است، برای شبیه سازی عددی از دو مدل آشفتگی k-ε و RNG استفاده شد. بر اساس نتایج، دقت شبیه سازی با کاربرد مدل RNG بیشتر از مدل k-ε بود. شاخص های آماری NRMSE، ME، NS و R2 برای مقایسه نتایج پروفیل سطح آب حاصل از کاربرد مدل RNG به ترتیب 4/34، 0/0052، 0/995 و 0/983 بدست آمد. همچنین مقدار این شاخص ها برای نتایج پروفیل سرعت با استفاده از مدل مذکور به ترتیب 14/92، 0/127، 0/982 و 0/962 محاسبه شد. بطور کلی میزان خطای حاصل از شبیه سازی پروفیل سطح آب و سرعت به ترتیب برابر 5/31 و 12/4 درصد بدست آمد. همچنین بیشینه خطای نتایج شبیه سازی عددی D2/D1، Lj/D2 و Lr/D1 به ترتیب برابر 12± ، 12± و 16± درصد بود. بنابراین استفاده از نرم افزار Flow-3D همراه با کاربرد مدل آشفتگی RNG برای شبیه سازی عددی پرش هیدرولیکی در شرایط مختلف پیشنهاد می شود.

پیش‌بینی و نقشه‌برداری کربن آلی خاک با استفاده از سنجش از دور و الگوریتم‌های یادگیری ماشین

ثریا بندک

کربن آلی خاک (SOC) که یکی از حیاتی ترین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک است، نقش مهمی در تولید پایدار کشاورزی دارد و از تخریب و فرسایش خاک جلوگیری می کند. داده کاوی و مدل سازی مکانی همراه با تکنیک های یادگیری ماشینی به منظور بررسی میزان کربن آلی خاک مبتنی بر داده های سنجش از دور به صورت گسترده مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این مطالعه بررسی تغییرات مقدار SOC با استفاده از تکنیک سنجش از دور در مقایسه با روش های نمونه برداری مزرعه ای در مناطقی از گنبد کاووس و جنگل نیلی آزادشهر است. نمونه های خاک به منظور اندازه گیری مقدار SOC در آزمایشگاه جمع آوری شد. داده ها به دو دسته 70 درصد برای واسنجی (آموزشی) و 30 درصد اعتبارسنجی (آزمون) دسته بندی شدند و از الگوریتم های یادگیری ماشین شامل جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، درخت تصمیم پیشرفته، و افزایش گرادیان اکسترمم برای برآورد و تهیه نقشه کربن آلی خاک استفاده شد. متغیر های کمکی پیش بینی کربن آلی خاک شامل باندها، شاخص های منتج از ماهواره لندست 8 و سنتینل 2، اقلیم و توپوگرافی است. نتایج نشان داد که استخراج مؤلفه های مربوط به باند ها همراه با محاسبه شاخص هایی مانند تفاوت پوشش گیاهی نرمال شده، شاخص خیسی، شاخص همواری دره به عنوان متغیر های کمکی نقش مهمی در برآورد صحیح تر مقدار ماده آلی خاک دارند. همچنین مقایسه رگرسیون های مختلف تخمین نشان داد، مدل جنگل تصادفی در ماهواره سنتینل 2 و مدل درخت تصمیم پیشرفته در لندست 8 به ترتیب با مقادیر ضریب تبیین، خطای جذر میانگین مربعات و میانگین خطای مطلق 0/64، 0/05 و 0/17 بهترین کارایی را نسبت به سایر رویکرد های استفاده شده در برآورد کربن آلی خاک سطحی در منطقه مطالعاتی ارائه کردند. نتایج این مطالعه بر قابلیت دادهای سنجش از دور و مدل یادگیری در تخمین مکانی کربن آلی خاک دلالت دارد و می تواند به عنوان روشی جایگزین برای روش های آزمایشگاهی در تعیین برخی ویژگی های خاک از جمله کربن آلی خاک مورد توجه قرار گیرد.

بهینه‌سازی زیست‌محیطی سطح زیر کشت محصولات شبکه آبیاری شهید چمران با روش پویایی سیستم

حامد نوذری

یکی از راهکارهای توسعه کشاورزی، استفاده مطلوب از شبکه های آبیاری و زهکشی است که منجر به بهره وری بیشتر و حفظ محیط زیست خواهد شد. در تحقیق حاضر به کمک روش تحلیل پویایی سیستم مدلی بسط داده شد تا بتواند با نظر گرفتن مسائل زیست محیطی، سطح زیر کشت محصولات زراعی شبکه آبیاری و زهکشی شهید چمران واقع در استان خوزستان را شبیه سازی کند. به منظور بررسی اعتبار مدل، از آزمون حدی و آنالیز حساسیت استفاده شد. نتایج نشان دهنده عملکرد مناسب مدل و وجود ارتباط منطقی بین پارامتر های آن بود. همچنین به منظور تعیین سطح زیر کشت بهینه محصولات زراعی شبکه شهید چمران، با اهداف محیط زیستی و کمینه کردن میزان نمک خروجی از زهکش ها، الگوی کشت محصولات این شبکه در دو حالت تغییر غیر پلکانی و تغییر پلکانی تعیین شد. نتایج نشان داد میزان نمک خروجی بهینه سازی شده از شبکه در هر دو حالت پلکانی و غیر پلکانی در مقایسه با وضع موجود در منطقه کاهش یافته است. مقدار نمک کل در وضع موجود، از سال 1392 تا 1396 به ترتیب برابر با 2799، 2649، 2749، 2298 و 2004 تن بر روز بوده است که پس از بهینه سازی، در حالت پلکانی 2739، 2546، 2644، 2223 و 1952 تن بر روز و در حالت غیرپلکانی 2363، 2309، 2481، 2151 و 1912 تن بر روز به دست آمد. نتایج نشان می دهد که حالت غیرپلکانی با توجه به محدودیت های در نظر گرفته شده برای آن، در کاهش نمک خروجی موفق تر از حالت پلکانی عمل کرده است. آنالیز نتایج نشان دهنده موفقیت مدل در بهینه سازی و دست یابی به اهداف مورد نظر بود. لذا می توان گفت، مدل حاضر در شبیه سازی و بهینه سازی شبکه آبیاری، الگوی کشت آن و تعریف سایر سناریوها از دقت خوبی برخوردار است.

اثرهای تغییر کاربری بر برخی ویژگی‌های حاصل‌خیزی و زیستی خاک در منطقه جنگلی یاسوج

حمیدرضا اولیایی

منابع خاکی از اجزای مهم زیست بوم بوده که کیفیت آن باید در نظر گرفته شود. از عوامل مهم اثرگذار بر کیفیت خاک ها، تغییر کاربری آنها است. پژوهش حاضر به منظور بررسی اثرهای تغییر کاربری اراضی و جنگل تراشی بر برخی ویژگی های حاصل خیزی و زیستی خاک در منطقه جنگلی یاسوج انجام شد. در این منطقه از چهار کاربری جنگل متراکم، جنگل تُنُک، اراضی جنگل تراشی شده (فرسایش یافته) و کشت دیم و در هر کاربری از دو کلاس شیب و در هر کاربری از 10 نقطه سطحی به صورت تصادفی نمونه برداری انجام شد. پانزده ویژگی حاصل خیزی و زیستی خاک با روش های متداول اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که کاربری های جنگل متراکم و اراضی فرسایش یافته، به ترتیب بهترین و بدترین شرایط را از نظر شاخص های اندازه گیری شده داشتند. در میان ویژگی های اندازه گیری شده مقادیر آلکالاین فسفات، تنفس برانگیخته، نیتروژن، تنفس پایه، اسید فسفاتاز، منگنز و روی به ترتیب بیشترین کاهش و مقادیر فسفر و پتاسیم کمترین کاهش را در تغییر کاربری از جنگل متراکم به اراضی فرسایش یافته داشتند. یافته ها نشان داد که تبدیل زیست بوم هایی چون جنگل ها بـه اراضـی زراعی و یا جنگل تراشی، با کاهش شدید شاخص های حاصل خیزی و زیستی خـاک همراه بوده و بنابراین برنامه های حفاظتی از این عرصه ها باید بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد.

تخمین زمانی و مکانی متغیرهای کیفیت منابع آب‌های زیرزمینی بر مبنای روش‌های هوشمند

علیرضا عمادی

منابع آب های زیرزمینی به عنوان یﮑﯽ از ﺿﺮوری ﺗﺮیﻦ نیازهای بشر ﻧﻘﺶ کلیدی در فرایندﻫﺎی اﻗﺘﺼﺎدی و ﺳﯿﺎﺳﯽ جوامع دارد. تغییرات اقلیمی و کاربری اراضی، کمیت و کیفیت منابع آب های زیرزمینی محدوده مطالعاتی تهران-کرج را با چالش های جدی مواجه کرده است. هدف اصلی در این مطالعه، توسعه روشی مبتنی بر مدل های هوشمند منفرد شامل روش های سامانه استنتاجی فازی- عصبی تطبیقی (ANFIS) و برنامه ریزی بیان ژن (GEP) و ترکیبی- موجک (WANFIS، WGEP) برای تخمین زمانی و مکانی متغیرهای سختی کل (TH)، کل مواد جامد محلول (TDS) و هدایت الکتریکی (EC) در منابع آب های زیرزمینی محدوده تهران-کرج در دوره آماری 17 ساله (1399-1383)، است. نتایج نشان داد که مدل های ترکیبی- موجک نسبت به مدل¬های منفرد در تخمین سه متغیر منتخب از عملکرد بیشتری برخوردار هستند. به طوری که درصد بهبود عملکرد مدل WANFIS نسبت به ANFIS و مدل WGEP نسبت به GEP با در نظر گرفتن شاخص ارزیابی ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) به ترتیب برای سه متغیر TH، TDS و EC (18/018, 23/713 درصد)، (12/581، 33/116 درصد) و (6/433، 12/995 درصد) به دست آمد. نتایج حاکی از انطباق بسیار زیاد مکانی و زمانی مقادیر تخمینی مدل WGEP با مقادیر مشاهداتی برای هر سه متغیر کیفی در محدوده تهران-کرج، است. نتایج نشان داد که غلظت متغیرهای کیفی منابع آب های زیرزمینی از شمال به سمت جنوب محدوده مطالعاتی در هر سه متغیر کیفی روند صعودی دارد. در مناطق شهری آلودگی های ناشی از فاضلاب و افزایش جمعیت و همچنین در مناطق کشاورزی استفاده از کودهای شیمیایی، نفوذ آنها به منابع آب های زیرزمینی و برداشت بی رویه از منابع آب های زیرزمینی باعث تشدید آلودگی آنها می شود. بنابراین، در محدوده مطالعاتی تهران-کرج تغییرات اقلیمی و نوع کاربری اراضی به شدت با وضعیت کیفیت منابع آب زیرزمینی رابطه مستقیم دارد.

تحلیل روند و نقاط تغییر در سری‌های زمانی تراز آب چاه‌های کم‌عمق و عمیق حوضه آبریز گرگانرود

واحدبردی شیخ

مطالعه کمی منابع آب زیرزمینی و پایش دقیق روند تغییرات آن طی گذر زمان، به ویژه در مناطقی که با محدودیت منابع آبی روبه رو هستند، امری ضروری برای سیاست گذاری و برنامه ریزی برای مدیریت صحیح و بهره برداری پایدار این منابع در آینده محسوب می شود. استان گلستان به عنوان یکی از استان های نیمه خشک ایران، به دلیل برداشت های بی رویه از سفره آب زیرزمینی در چند سال گذشته، با افت تراز و شوری آب زیرزمینی مواجه شده است. دشت گرگان با وسعت حدود 4727 کیلومترمربع، یکی از بزرگترین دشت های ایران و مهم ترین دشت استان گلستان از نظر تولید محصولات کشاورزی راهبردی مبتنی بر آبیاری است. در این دشت شبکه ای از پیزومترها و چاه های مشاهده ای وجود دارد که اندازه گیری مستمر ماهانه بیش از 30 سال را شامل می شوند. این پژوهش با هدف بررسی روند تغییرات تراز آب زیرزمینی در چاه های کم عمق (دوره 30 ساله (1368-1397)) و عمیق (دوره 22 ساله (1397-1376)) انجام شد. از روش من- کندال برای آشکارسازی روند و روش های پتیت، نرمال استاندارد و بویژاند برای شناسایی نقاط تغییر ناگهانی در سری های زمانی تراز آب زیرزمینی در 49 چاه کم عمق و 12 چاه عمیق استفاده شده است. نتایج این پژوهش نشان داد که تراز آب زیرزمینی در اکثر چاه های مورد مطالعه دارای روند معنی دار کاهشی در سطح معنی داری 5 درصد بودند. همچنین بیشترین مقدار افت آب زیرزمینی در نواحی جنوبی و جنوب غرب دشت است که علت آن را می توان علاوه بر برداشت زیاد آب از چاه ها به دلیل نزدیک بودن به مناطق شهری و برخی از شرایط محلی از قبیل نزدیکی چاه های این منطقه به ارتفاعات کوهستانی و قرارگیری آن ها در مرز ورودی آبخوان دانست. به همین ترتیب در میانه های دشت افت کاهش یافته و در نواحی شمالی و حاشیه دریای خزر میزان افت کم می شود. از جمله علل افت کم در ناحیه شمالی دشت را می توان نزدیکی به دریای خزر و سطح ایستابی بالا و در نتیجه نامناسب بودن کیفیت آب و زمین (شوری زیاد و حاصل خیزی کم) مرتبط دانست که باعث شده است، برداشت آب از این منطقه کمتر باشد.

تعیین سطح زیر کشت در شبکۀ آبیاری آبشار با استفاده از سنجش از دور

حامد یزدیان

اطلاع از انواع تغییرات پوشش گیاهی و فعالیت های انسانی در قسمت های مختلف، به عنوان اطلاعات پایه برای برنامه ریزی های مختلف، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. گردآوری اطلاعات در مورد تغییرات پیوسته پوشش گیاهی توسط روش های معمولی بسیار مشکل و پرهزینه است، از این رو استفاده از فناوری های نوین مثل سنجش از دور بسیار سودمند است. هدف از این پژوهش معرفی شاخص پوشش گیاهی مناسب و تعیین سطح زیر کشت شبکۀ آبشار است. از شاخص های پوشش گیاهی MSAVI، SAVI، EVI و NDVI از سال 2000 تا 2021 هر سال و به صورت ماهیانه مساحت ها در سامانه گوگل ارث انجین با استفاده از تصاویر ماهوارۀ لندست 7 سنجندۀ ETM+ محاسبه شد. همچنین شاخص خشکسالی SPI با استفاده از آمار بارش ایستگاه کوهرنگ در نرم افزار اکسل محاسبه شد. نتایج حاصل از مقایسه چهار شاخص نشان دهنده برتری و عملکرد برتر NDVI نسبت به سه شاخص دیگر برای تشخیص تغییرات پوشش گیاهی بود. سپس تغییرات سطوح زیر کشت محاسبه شد. نتایج نشان داد که روند توسعۀ کشاورزی در شبکه آبشار به صورت نزولی است و ارتباط مستقیمی با بارندگی و شاخص خشکسالی SPI دارد. همچنین نتایج نشان داد سال 2008 مقدار شاخص خشکسالی SPI برابر با 73/1- است که نشان دهندۀ خشکسالی شدید در منطقه است. مقایسۀ این نتایج با سطح زیر کشت نشان داد در این سال مقدار سطح زیرکشت 35721 هکتار و سال بعد از خشکسالی یعنی سال 2009 سطح زیر کشت 22950 هکتار است. بنابراین در سال 2008 کاهش بارندگی و کاهش شدید شاخص SPI وجود داشته است که منجر به کاهش شدیدی معادل 35 درصد در سطح زیرکشت در سال 2009 شده است.

ارزیابی قابلیت اراضی برای توسعه صنعتی با استفاده از روش ارزیابی چند معیاره و مفاهیم فازی (مطالعه موردی: زیرحوضه آبخیز پلاسجان)

سعید پورمنافی

توسعه صنعتی، برای ایجاد اشتغال و دستیابی به رفاه ضروری است. با وجود این، به دلیل اثرات مهم محیط زیستی این کاربری ها، ضروری است تا در مکان یابی استقرار آن ها، ملاحظات محیط زیستی مورد توجه قرار گیرد. در پژوهش حاضر، برای بررسی توان توسعه صنعتی در زیرحوضه آبی پلاسجان در حوضه آبی زاینده رود، از روش ارزیابی چند معیاره و ترکیب این روش با مفاهیم فازی استفاده شد. به این منظور، معیار های ارزیابی با مرور منابع و استفاده از نظر کارشناسان تعیین شدند. تمامی معیارها به روش فازی و با به کارگیری توابع متناسب استاندارد و سپس با استفاده از روش سلسله مراتبی وزن دهی شدند. نقشه کاربری و پوشش اراضی طبقه بندی ترکیبی تصاویر ماهواره ای، تهیه شد. سپس، معیارهای استاندارد شده، به صورت ترکیب خطی وزن دار با یکدیگر ترکیب، مدل قابلیت توسعه صنعتی برای این منطقه تهیه و به 5 طبقه قابلیت اراضی طبقه بندی شد. نتایج نشان داد، معیار ملاحظات محیط زیستی با 0/23 بیشترین و معیارهای زمین شناسی و بافت خاک با 0/06، کمترین وزن را به خود اختصاص داده اند. بر اساس نتایج به دست آمده در حالی که در زمان مطالعه، تنها ha 213 از منطقه به کاربری صنعت و معدن اختصاص داده شده، ha 2325 از منطقه، دارای قابلیت صنعتی خیلی زیاد است که نشان دهنده امکان توسعه کاربری صنعت در منطقه است. همچنین بیشترین طبقه قابلیت اراضی، مربوط به مناطق بدون قابلیت صنعتی با مساحت ha 246375 معادل 60 درصد از کل منطقه بود که نشان دهنده اهمیت نگهداری از کارکردهای مهم این منطقه در تامین آب و حفاظت از منابع اکولوژیک است.

برآورد رطوبت بحرانی و ضرایب تخلیه مجاز رطوبتی خاک در سه بافت غالب خاک زیر کشت گندم در استان خوزستان

فاطمه مسکینی ویشکایی

از روش های متداول مدیریت آبیاری در مزارع، استفاده از آب سهل الوصول و در ضریب تخلیه مجاز رطوبتی خاک است. این پژوهش با هدف تعیین ضرایب حساسیت گندم، رطوبت بحرانی و ضریب تخلیه مجاز رطوبتی خاک با روشی بر مبنای فیزیکی در سه بافت غالب خاک زیر کشت گندم در استان خوزستان انجام شد. تیمارها شامل آبیاری کامل و اعمال تنش آبی در سه سطح کم، متوسط و شدید بودند. بیشترین و کمترین ضریب حساسیت عملکرد گندم نسبت به شرایط رطوبتی خاک به ترتیب مربوط به خاک با بافت لوم رسی سیلتی (1/26=K_y) و لوم رسی (0/96=K_y) بود. مقدار رطوبت بحرانی خاک به ترتیب در خاک لومی (0/25cm³cm^-3 ) > لوم رسی سیلتی (0/23cm³cm^-3 ) > لوم رسی (0/22cm³cm^-3 ) دیده شد. با وجود بیشتر بودن رطوبت بحرانی در خاک لومی، بیشترین ضریب تخلیه مجاز رطوبتی نیز در خاک لوم (0/54) محاسبه شد. ضریب تخلیه مجاز رطوبتی در لوم رسی سیلتی و لوم رسی به ترتیب برابر 0/44 و 0/42 به دست آمد. نتایج نشان¬دهنده تأثیر هم¬زمان ویژگی های خاک و گیاه در سهولت دسترسی آب خاک برای گیاه است.

عوامل مؤثر بر پهنه‌بندی آلودگی خاک به فلزات سنگین در دشت سیرجان- استان کرمان

مهدی نادری خوراسگانی

آلودگی خاک به فلزات سنگین یکی از مهم ترین مسائلی است که سلامتی انسان را به طور مستقیم و غیرمستقیم تهدید می کند. این پژوهش با اهداف پهنه بندی گسترش برخی عناصر سنگین در خاک های بخشی از شهرستان سیرجان، استان کرمان، مطالعه اثر عوامل طبیعی بر توزیع عناصر سنگین و ارزیابی خطر اکولوژیک غلظت عناصر سنگین خاک انجام شد. طی یک فعالیت میدانی 120 نمونه مرکب خاک سطحی از عمق صفر تا 15 سانتی متری جمع آوری شدند. ویژگی¬های خاک ها نظیر اجزای بافت خاک، pH، هدایت الکتریکی، مواد آلی و غلظت کل عناصر سنگین (Cd،Zn،Cu،Fe و Pb) به روش های استاندارد اندازه گیری شدند. پهنه بندی اجزای بافت خاک و عناصر به روش کریجینگ معمولی انجام شد. نتایج، همبستگی مثبت و معنی داری را بین اجزای بافت خاک (رس، سیلت) و غلظت Cu و Fe کل خاک ها نشان داد. جهت باد غالب در منطقه و توزیع مکانی Cu،Fe و Zn به طور قوی احتمال اینکه منشأ این فلزات غبار باشد را تایید می کنند. نتایج نشان دادند که منابع سه عنصر Cu،Fe و Zn از منابع عناصر Cd و Pb متفاوت هستند. بیشترین غلظت های Cu،Fe و Zn در جنوب منطقه وجود داشت و غلظت ها در راستای خلاف جهت باد افزایش می یابند در حالی که بیشترین غلظت Cd و Pb در شمال منطقه مطالعاتی بود. شاخص ترکیبی آلودگی نمورو آشکار کرد که خاک های منطقه از نظر آلودگی به Cd پاک، آلودگی به Pb،Fe و Cu کم و آلودگی به Zn در حد متوسط است.

مقایسه کارایی هیدرولیکی سرریزهای غیر‌خطی قوسی در پلان با استفاده از شبکه‌های عصبی GEP و SVM

مهدی ماجدی اصل

سرریزهای غیرخطی ضمن دارا بودن مزیت های اقتصادی، قابلیت عبوردهی بیشتری را نسبت به سرریزهای خطی دارند. این سرریزها با افزایش طول تاج در یک عرض مشخص، در مقایسه با سرریزهای خطی راندمان دبی بیشتر با ارتفاع آزاد کمتر را در بالادست دارند. الگوریتم های هوشمند به دلیل توانایی زیاد در کشف رابطه های دقیق پیچیدۀ مخفی بین پارامترهای مستقل مؤثر و پارامتر وابسته و همچنین صرفه جویی مالی و زمانی، جایگاه بسیار ارزشمندی بین پژوهشگران پیدا کرده اند. در این پژوهش عملکرد الگوریتم های ماشین بردار پشتیبان (SVM) و برنامه ریزی بیان ژن (GEP) در پیش بینی ضریب دبی سرریزهای غیرخطی قوسی به کمک 243 سری دادۀ آزمایشگاهی برای سناریو اول و 247 سری داده آزمایشگاهی برای سناریو دوم بررسی شده است. پارامترهای هندسی و هیدرولیکی استفاده شده شامل بار آبی (HT/p)، ارتفاع سرریز (P)، نسبت بار آبی کل ، زاویه سیکل قوسی (Ɵ)، زاویه دیواره سیکل(α) و ضریب دبی (Cd) است. نتایج هوش مصنوعی نشان داد که ترکیب پارامترهای (H_T/p ،α ،Ɵ و Cd) به ترتیب در الگوریتم های GEP و SVM در مرحلۀ آموزش مربوط به سناریو اول (سرریز کنگره¬ای با زاویۀ دیوارۀ سیکل 6 درجه) به ترتیب برابر است با (0/9811=R2)، (RMSE=0/02120)، (DC=0/9807)، (R2=0/9896)، (RMSE=0/0189)، (DC=0/9871). (در سناریو دوم (سرریز کنگره ای با زاویۀ دیوارۀ سیکل 12 درجه) به ترتیب برابراست با (0/9770=R2)،(RMSE=0/0193)، (DC=0/9768) و (9908/0=R2)، (RMSE=0/0128)، (DC=0/9905) که در مقایسه با دیگر ترکیب ها منجر به بهینه ترین خروجی شده است که نشان دهنده دقت بسیار مطلوب هر دو الگوریتم در پیش بینی ضریب دبی سرریز غیرخطی قوسی است. نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که پارامتر مؤثر در تعیین ضریب دبی سرریز غیرخطی قوسی در GEP و هم در SVM پارامتر نسبت بار آبی کل (HT/p) است. مقایسه نتایج این پژوهش با سایر پژوهشگران نشان می دهد که شاخصه های ارزیابی برای الگوریتم های GEP و SVM پژوهش حاضر نسبت به سایر پژوهشگران برآورد بهتری دارند.

تأثیر کوتاه‌مدت جهت خاک‌ورزی و مقدار مصرف مالچ بر ویژگی‌های فیزیکی خاک در کشتزار دیم گندم

علی رضا واعظی

بهبود ویژگی های فیزیکی خاک و افزایش نگهداشت آب در خاک از راه کارهای مدیریتی در حفظ منابع آب و خاک و افزایش عملکرد محصول در کشتزارهای دیم گندم هستند. این پژوهش به منظور بررسی نقش جهت خاک ورزی و مقدار مصرف کاه و کلش گندم در بهبود برخی ویژگی های فیزیکی خاک در یکی از کشتزارهای دیم گندم در زنجان انجام شد. آزمایش مزرعه ای در دو جهت خاک ورزی: موازی شیب و روی خطوط تراز و پنج سطح کاه و کلش گندم (اختلاط بقایای گندم به مقدار صفر، 25، 50، 75 و 100 درصد پوشش سطح معادل با 6 تن در هکتار) در قالب طرح بلوک های کاملا تصادفی با سه تکرار اجرا شد. در مجموع 30 کرت به ابعاد 2 متر در 5 متر احداث شد. بر اساس نتایج، نفوذپذیری و محتوای رطوبتی خاک به شدت تحت تأثیر جهت خاک ورزی بودند؛ در حالی که اثرهای آن بر ظرفیت نگهداری خاک چشم گیر نبود. این ویژگی فیزیکی خاک تحت تأثیر ویژگی های ذاتی خاک از جمله توزیع اندازه ذرات بود. تغییر جهت خاک ورزی از موازی شیب به روی خطوط تراز موجب بهبود نفوذپذیری خاک (11 درصد) و محتوای رطوبتی (9درصد) شد. همه ویژگی های فیزیکی خاک تحت تأثیر مقدار مصرف کاه و کلش گندم قرار گرفتند. افزایش محتوای رطوبتی خاک در تیمارهای مالچ دهی شده همگام با افزایش ظرفیت نگهداری آب خاک و سرعت نفوذ آب بود. بیشترین مقدار رطوبت حجمی خاک در تیمار 100 درصد مالچ (10/62درصد) بود که نسبت به تیمار شاهد 11 درصد افزایش نشان داد. با این حال تفاوتی معنی دار بین تیمار 100 درصد مالچ و تیمار 75 درصد وجود نداشت. به طور کلی این مطالعه نشان داد، به کارگیری سطح 75 درصد مالچ کاه وکلش و خاک ورزی روی خطوط تراز در کشتزار های دیم به عنوان راه کار اساسی برای بهبود ویژگی های فیزیکی خاک و مهار هدررفت آب در کشتزار های دیم مناطق نیمه خشک است.

بررسی تأثیرات شکل و ابعاد دیواره‌های جداکننده دریچه‌های سد بر ایجاد گردابه در بالادست سدها

محمد حیدرنژاد

ایجاد ارتعاش و خوردگی در بدنه این دریچه ها و درنتیجه کاهش عمر و افزایش هزینه های بهره برداری سدها می شود. در همین راستا این پژوهش به بررسی این گردابه ها و نحوه تشکیل آنها پرداخت. نتایج نشان داد که علت تشکیل گردابه ها، دریچه یا دیواره جداکننده به تنهایی نیست، بلکه بسته بودن دریچه های کناری سبب ایجاد گردابه می شود. همچنین با افزایش عرض دریچه میزان ابعاد گردابه تشکیل شده کوچک تر می شود، به نحوی که با افزایش 200 درصدی ابعاد دریچه، به میزان 200 درصد ابعاد گردابه کوچک تر می شود. یکی دیگر از عوامل تأثیرگذار قطر دیواره جداکننده (دیواره نگهدارنده دریچه) است به نحوی که با افزایش قطر دیواره جداکننده میزان گردابه تشکیل شده بزرگ تر می شود به این صورت که با افزایش 150 درصدی قطر دیواره جداکننده به میزان 50 درصد ابعاد گردابه افزایش می یابد.

عملکرد تالاب مصنوعی کشت شده با نی و تیفا در بهبود اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی و شیمیایی فاضلاب تصفیه‌خانه فخب رشت

مریم نوابیان

و گیاه پالایی از فرایند های زیستی موجود در محیط زیست برای تصفیه فاضلاب بهره می برند. با توجه به تاثیرپذیری عملکرد تالاب مصنوعی دارای گیاه از کیفیت فاضلاب و عوامل اقلیمی، هدف این پژوهش ارزیابی عملکرد تالاب ترکیبی و زیرسطحی عمودی و افقی بر بهبود اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی (BOD) و شیمیایی (COD) فاضلاب تصفیه خانه شهر رشت در نظر گرفته شد. اثر دو گیاه نی و تیفا نیز بر عملکرد تصفیه بررسی شد. زمان ماند فاضلاب در تالاب ها از ماهانه در زمستان و هفتگی در بهار و تابستان متغیر بود. نتایج نشان داد که عملکرد تالاب ها در کاهش اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی بیشتر از اکسیژن مورد نیاز شیمیایی بود. گیاهان نی و تیفا عملکرد تالاب را بیش از 50 درصد بهبود دادند اما تفاوت معنی داری بین عملکرد دو گیاه مشاهده نشد. ترتیب کشت گیاهان بر میزان حذف اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی و شیمیایی مؤثر نبود. تالاب ترکیبی دو برابر بهتر از تالاب عمودی توانست کیفیت فاضلاب را ارتقاء دهد. مقایسه غلظت فاضلاب خروجی از تالاب ها با استانداردها نشان داد که فاضلاب خروجی از تالاب ترکیبی فقط برای مصرف کشاورزی قابل استفاده بود.

کاربرد آمار دایره‌ای در تحلیل فصلی زمان وقوع بارندگی‌های حدی در حوضه دریاچه ارومیه

رقیه صمدی

یکی از پارامترهای هیدرولوژیک تأثیرگذار در مدیریت سیستم های منابع آب، تغییر در مقدار و زمان وقوع بارندگی های حدی است. در این پژوهش تحلیل فصلی بودن زمان وقوع بارندگی های حدی حوضه دریاچه ارومیه با استفاده از داده های حدی بارش¬های روزانه 30 ایستگاه باران سنجی در دوره آماری 2018-1991 و کاربرد آمار دایره ای انجام شد. یکنواختی زمان وقوع رویدادهای حدی با روش های ریلیه و کایپر در سطوح 0/1، 0/05 و 0/01 مورد آزمون قرار گرفت. از تخمین گر شیب سن اصلاح شده برای تخمین شیب خط روند زمان وقوع رویدادهای حدی استفاده شد. یکنواختی در زمان وقوع رخدادهای حدی بارش در هر سه سطح توسط آزمون های یکنواختی رد شد. نتایج حاکی از وجود دو فصل قوی رخدادهای بارش های حدی شامل اواخر زمستان و اوایل بهار و دیگری فصل پاییز است. طبق نتایج، میانه شاخص قدرت فصلی رویدادها در حالت کلی برابر با 0/3 بود که پس از تفکیک کل سال به دو فصل متمایز، این رقم برای فصل بهار 0/82 و فصل پاییز 0/9 به دست آمد. قدرت فصلی فصل بهار در دو بخش غربی و شرقی دریاچه ارومیه مشابه بود، ولی در فصل پاییز بخش غربی دریاچه قوی تر از شرق آن دیده شد. در فصل بهار به طور میانگین در 40٪ ایستگاه ها، زمان وقوع رخدادها دارای روند منفی و %60 بقیه روند مثبت داشتند. این رقم برای فصل پاییز به ترتیب 77٪ برای روند نزولی و 27% برای روند صعودی حاصل شد.

برهمکنش شوری و بیوچار نیشکر بر گونه‌های کادمیم در دو خاک‌ شنی و رسی آلوده به کادمیم

حمیدرضا متقیان

علاوه بر توزیع عناصر در فاز جامد خاک، گونه های عناصر در محلول نیز به دلیل اینکه مهم ترین بخش تأمین کننده عناصر برای جذب ریشه است، اهمیت زیادی دارد. برای مطالعه کامل تر چرخه شیمیایی عناصر در خاک های شور تیمارشده با بیوچار مطالعه گونه بندی بسیار مفید است و راهکارهای عملی برای کاهش و یا تبدیل سمیت ناشی از عناصر سمی را در خاک های شور فراهم می نماید. بنابراین به منظور بررسی اثر بیوچار بر گونه بندی کادمیم در دو خاک آهکی شور ۱۵ میلی گرم بر کیلو گرم کادمیم از منبع کادمیم کلرید به نمونه خاک ها (۲0۰ گرم) اضافه و نمونه ها به مدت 3 هفته در دمای 2±۲۵ درجه سلسیوس در رطوبت 80 درصد ظرفیت مزرعه ای خوابانده شدند. سپس، 20 و 40 میلی مول بر کیلوگرم نمک سدیم کلرید (معادل 3/65 و 7/30 دسی زیمنس بر متر) به نمونه های خاک اضافه شد. در ادامه، 1 درصد (وزنی-وزنی) باگاس نیشکر و بیوچار دمای 400 درجه سلسیوس و بیوچار دمای 600 درجه سلسیوس در ۳ تکرار به نمونه خاک اضافه و به مدت ۳ ماه در دمای 2±۲۵ درجه سلسیوس در رطوبت 80 درصد ظرفیت زراعی در انکوباتور نگه داری شدند. پس از پایان دوره خوابانیدن، برای گونه بندی کادمیم در محلول خاک (با نسبت 2 به 1)، غلظت کاتیون ها و آنیون های محلول در نمونه های خاک اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که اثر متقابل شوری، بیوچار و خاک بر ⁺CdC1₂⁰،CdC1⁺،Cd² و ^-Cd(SO₄)₂² معنی دار بود. کاربرد بیوچار در خاک شنی موجب کاهش (0/05>p) غلظت گونه های ⁺CdSO₄⁰،CdC1₂⁰،CdC1 و ⁺CdOH نسبت به خاک شاهد شد. درحالی که در خاک رسی تفاوت معنی داری دیده نشد. همچنین در خاک شنی شوری ناشی از کلریدسدیم باعث افزایش غلظت گونه های ⁺CdCl و CdCl₂⁰ و کاهش گونه های CdSO₄⁰و ⁺CdOH نسبت به خاک شاهد شد (0/05>p). نتایج نشان داد که تأثیر بیوچار بر کاهش سمیت کادمیم در محلول در خاک شنی بیشتر از خاک رسی بود.

بررسی آزمایشگاهی اثر ابعاد هندسی تاج سرریز کلید پیانویی مستطیلی بر ضریب شدت جریان

علیرضا مسجدی

سرریز های کلید پیانویی سرریزهایی هستند که ظرفیت تخلیه دبی بالایی دارند. طراحی مناسب این سرریزها، مستلزم دقت کافی در پیش بینی نوع سرریزها است. در این پژوهش به منظور بررسی اثر طول و عرض نسبی تاج سرریز کلید پیانویی دو سیکل بر ضریب دبی، آزمایش هایی در یک فلوم آزمایشگاهی مستطیل شکل از جنس پلاکسی گلاس انجام گرفت. در این پژوهش با استفاده از سرریز کلید پیانویی مستطیلی با طول نسبی تاج 0/8، 1 و 1/2 و عرض نسبی تاج 0/2، 0/3 و 0/4 در 10 شدت جریان در کانال، ضریب شدت جریان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد با افزایش بار هیدرولیکی، ضریب شدت جریان ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. همچنین افزایش طول نسبی تاج به میزان 50 درصد باعث افزایش 43 درصد ضریب شدت جریان در سرریز می شود. افزایش عرض نسبی تاج سرریز به میزان 50 درصد باعث افزایش 25 درصد ضریب شدت جریان در سرریزها می شود. همچنین رابطه ای برای تعیین بیشینه عمق آب شستگی نسبی ارایه شد که ضریب همبستگی نتایج حاصل از این معادله با نتایج آزمایشگاهی حدود 0/90 است.

بررسی تولید رواناب و رسوب سطحی و تونلی در خاک شور و سدیمی تحت شیب‌های مختلف

مهدی پژوهش

آگاهی از میزان تغییرات رواناب و رسوب در شیب های مختلف می تواند در مدل سازی تولید رواناب و رسوب مفید واقع شود. از این رو این پژوهش با هدف بررسی تولید رواناب و رسوب سطحی و تونلی در خاک شور و سدیمی تحت شیب های مختلف انجام شد. برای انجام این پژوهش خاک شور و سدیمی جمع آوری و به آزمایشگاه منتقل شد. آزمایش ها روی خاک در یک مخزن مستطیل شکل در شیب های 5، 10 و 15 درصد و تحت باران شبیه سازی شده با شدت 30 میلی متر بر ساعت به مدت یک ساعت انجام شد. برای بررسی اثر شیب بر تولید رواناب و رسوب از روش تجزیه واریانس استفاده شد. مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون دانکن در سطح پنج درصد و با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 26 انجام شد. نتایج نشان داد که تفاوت معنی دار بین شیب ها از نظر رواناب (0/001>P) و رسوب (0/001>P) وجود داشت. در دقایق اولیه آزمایش به دلیل عدم وجود رطوبت در خاک مقدار رواناب کم بود اما با گذشت زمان بر مقدار آن اضافه شد که دلیل آن مسدود شدن منافذ خاک در اثر فرایند پراکندگی ذرات به واسطه وجود یون سدیم و کاهش نفوذ پذیری بود. همچنین در دقایق پایانی، جریان خروجی از تونل دیده شد که این جریان تنها در شیب 10 و 15 درصد اتفاق افتاد. مقدار رسوب نیز در دقایق اولیه کم بوده که دلیل آن را می توان کم بودن مقدار رواناب و عدم جابه جایی ذرات رسوب دانست، اما پس از گذشت زمان مقدار آن افزایش یافت که دلایل اصلی افزایش رسوب را می توان کاهش نفوذپذیری، افزایش رواناب و درنتیجه شسته شدن ذرات ریز از سطح خاک دانست.

پایش خشکسالی هیدرولوژیک بر مبنای محاسبه صحیح شاخص استاندارد جریان در حوضه کرخه

سحر قلی زاده طهرانی

خشکسالی یکی از مخرب ترین و مهم ترین پدیده های اقلیمی است که تأثیر آن معمولاً در مقیاس منطقه ای از اهمیت بیشتری برخوردار است. اهمیت این پدیده در حوضه کرخه به دلیل وسعت و نقش مهم آن در تأمین منابع آب کشور بارزتر است. در این پژوهش هدف پایش خشکسالی هیدرولوژیک با استفاده از محاسبه صحیح شاخص استاندارد جریان (SSI) در مقیاس زمانی یک ماهه براساس برازش توزیع آماری به داده های ماهانه و آزمون نکویی برازش برای هر ایستگاه هیدرومتری در حوضه کرخه در دوره آماری مشترک 30 سال (1365-1395) است. یافته های پژوهش بیانگر این است که برخلاف پژوهش های پیشین که فقط توزیع گاما را بر داده ها برازش داده و استفاده می کردند، توزیع پارتو تعمیم یافته در بیشتر ماه ها به عنوان مناسب ترین توزیع انتخاب شده است. سری های زمانی شاخص استاندارد جریان نشان دهنده وقوع ابرخشکسالی در سال های 1387 تا 1394 است. همچنین در برخی ایستگاه ها شاهد تأثیر چشمگیر احداث سازه های هیدرولیکی در بالادست حوضه بر دبی متوسط جریان بودیم. از طرفی نتایج پایش وضعیت خشکسالی به صورت ایستگاهی و سالانه نشان داد حوضه کرخه در سال های اخیر دچار خشکسالی هیدرولوژیک شده و روند خشکسالی رو به افزایش است.

عملکرد واحدهای زیست‌ماند در بازیابی چرخه هیدرولوژیک حوضه‌های متراکم شهری

سید مهدی هاشمی شاهدانی

شهرسازی سریع مسئول افزایش سطوح نفوذناپذیر و تولید رواناب بیشتر در حوضه های شهری است. حجم رواناب بیشتر در حوضه های شهری منجر به افزایش خطر سیل می شود. توسعه کم¬اثر (LID) از جمله روش های مدیریت رواناب است. واحد زیست ماند (BRC) یکی از روش های LID مبتنی بر نفوذ است که امکان بازیابی چرخه هیدرولوژیک قبل از توسعه را فراهم می کند. با این حال، عملکرد جامع هیدرولوژیک BRC می تواند بسته به محیط های مختلف شهری متفاوت باشد. در پژوهش حاضر، عملکرد هیدرولوژیک BRC از نظر کاهش رواناب و سیلاب در یک منطقه شهری متراکم در شرق تهران، ایران، مورد بررسی قرار گرفته است. مدل SWMM در ارزیابی عملکرد BRC استفاده شد. نتایج نشان داد که برای بارندگی با دوره های بازگشت 2 تا 50 ساله، BRC به ترتیب موجب نفوذ 2/15 تا 5/27 درصدی بارندگی در منطقه مورد مطالعه شد. همچنین برای بارندگی با دوره های بازگشت 2 تا 50 ساله، BRC موجب کاهش حجم کل رواناب به ترتیب به مقدار 76/2 تا 70/2 درصد و دبی اوج به مقدار 65/9 تا 36/4 درصد شد. پژوهش حاضر نشان می دهد که BRC می تواند با کاهش رواناب و افزایش نفوذ به بازیابی چرخه هیدرولوژیک طبیعی حوضه های شهری کمک کند.