علوم آب و خاک

---

رگبار شدید مورخ 16/3/1371 در شهر مشهد باعث وقوع سیلاب در سطح شهر و سه منطقه مسکونی نجفی، چهارچشمه و نودره شد. در جریان سیل ایجاد شده از این رگبار، که در نوع خود بی‌نظیر بود، 25 نفر جان خود را از دست دادند و خسارات مالی فراوانی وارد گردید. سه ایستگاه ثبات فرودگاه، دانشکده کشاورزی و سازمان آب در داخل شهر مشهد، و یک ایستگاه ثبات سد طرق در حومه این شهر توزیع زمانی رگبار فوق را ثبت کرده‌اند. اطلاعات مربوط به این بارندگی در 25 ایستگاه غیر ثبات دیگر نیز جمع‌آوری گردید. نتایج تحلیل این بارندگی نشان داد که اولاً، بیشترین شدت بارش مزبور در یک فاصله زمانی 15 دقیقه‌ای در ایستگاه دانشکده کشاورزی ‌112 میلی‌متر در ساعت بوده است.‌ ثانیاً، الگوی توزیع زمانی بارش در ایستگاه‌های ثبات مذکور تقریباً یکسان است، ثالثاً، این الگو با دیگر الگوهای باران‌های ثبت شده گذشته تقریباً مشابهت دارد. رابعاً، مقایسه حداکثر شدت بارش در یک فاصله زمانی 15 دقیقه‌ای با منحنی‌های شدت– مدت – فراوانی ایستگاه‌های ثبات، گویای دوره بازگشتی برابر 380 سال می‌باشد. بررسی انجام شده مشخص ساخت که گرچه باران با شدت زیاد نازل شده است، ولی تنها می‌توان آن را یک مشاهده استثنایی دانست.

---

داشتن شدت بـارندگی در دوره‌های بازگشت مختلف بـرای بسیاری از مدل‌های هیدرولوژی الزامی است. روابط شدت ـ مدت ـ فراوانی بارندگی از زمان‌های قدیم در نقاط مختلفی از جهان بررسی شده است. در حال حاضر جدیدترین اطلاعات منحنی‌های شدت ـ مدت ـ تناوب بارندگی در ایران، مربوط به 66 ایستگاه سازمان هواشناسی می‌باشد که در سال 1374 منتشر شده است. روابط جامع مقدار ـ مدت ـ تناوب بارندگی برای این اطلاعات به دست آمد. نتایج به‌دست آمده تغییرات محسوسی را نسبت به تحقیقات پیشین در ایران نشان داد. این امر می‌تواند مربوط به تغییر پارامترهای توابع توزیع احتمال سری زمانی شدت‌های بارندگی به دلیل افزایش طول دوره آمـاری باشد. هم‌چنین روابـطی برای برآورد مـقدار عددی باران ساعتی ده ساله برای ایران از روی پارامترهایی چون میانگین باران سالانه و میانگین حداکثر بارش روزانه ارائه شد. چنین رابطه‌ای برای کل ایستگاه‌ها و هم‌چنین برای تقسیم‌بندی‌های مختلفی از ایستگاه‌ها (بــر اساس مـقدار بــاران سالانه، بر اساس تقسیم‌بندی ظاهری اقلیمی) به‌ دست آمد. اعتبار کلیه روابط بر اساس 8 ایستگاه مستقل که توزیع مکانی مناسبی در کشور داشتند، بررسی و نشان داده شد که در صورت انتخاب محدوده مناسبی برای ایستگاه، دقت روابط قابل قبول خواهد بود. هم‌چنین نشان داده شد که روابط قبلی برای برآورد باران ساعتی ده ساله در ایران دیگر کارایی ندارد.

---

پژوهش‌های انجام شده در سطح جهان به طور عمده بیانگر افزایش تدریجی در دمای متوسط است. با این وجود گزارش‌هایی مبنی بر کاهش درجه حرارت نیز وجود دارد. در این پژوهش روند تغییرات دراز مدت دمای متوسط سالانه در 34 ایستگاه‌ سینوپتیک ایران (2 ایستگاه در اقلیم سرد و مرطوب، 14 ایستگاه در اقلیم معتدل و مرطوب، 11 ایستگاه در اقلیم استپی و 7 ایستگاه در اقلیم بیابانی- بر اساس اقلیم‌بندی کوپن) با دوره آماربرداری حداقل 30 ساله، به روش کمترین مربعات خطا و روش من- کندال مورد بررسی قرار گرفت (روش والد - وولفوویتز منجر به نتایج متفاوتی شد). نتایج نشان داد که در 59% ایستگاه‌ها تغییرات دما دارای روند مثبت و در 41% ایستگاه‌ها دارای روند منفی می‌باشد. با درنظر گرفتن سطح معنی‌داری، سه ناحیه روند مثبت، منفی و بدون روند در ایران تشخیص داده شد. به نظر نمی‌رسد که توزیع جغرافیایی این ایستگاه‌ها از یک الگوی مشخص تبعیت کنند. نتایج بررسی در دوره مشترک آماری (1968-1998) نشان داد که در 68% ایستگاه‌ها روند مثبت و در32% روند منفی حاکم است. توزیع جغرافیایی ایستگاه‌ها در این حالت با حالت قبل بعضاً تفاوت‌هایی را نشان می‌دهد و در این حالت نیز نمی‌توان الگوی جغرافیایی خاصی را بر آنها مترتب نمود. در این حالت و در سطح معنی‌داری 5 درصد، 44، 15 و 41 درصد از ایستگاه‌ها به ترتیب روند مثبت، منفی و بدون روند را از خود نشان دادند. با توجه به نتایج به دست آمده می‌توان گفت که بیشتر مناطق در سال‌های آتی با افزایش دما روبه‌رو خواهد بود. هرچند شیب خط روند دراز مدت دمای متوسط سالانه در برخی از ایستگاه‌های به لحاظ آماری معنی‌دار نشده است، ولی مثبت بودن این شیب بیانگر افزایش دماست.

---

به منظور تعیین توابع تولید گندم زمستانه رقم5/73 Cاز آب، آزمایشی در منطقه مشهد در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی شامل نه تیمار و در سه تکرار اجرا شد. تیمار اول بر اساس آبیاری در تمامی مراحل رشد گیاه (تیمار شاهد)، شش تیمار براساس قطع آب در مراحل شش‌گانه فصل رشد و دو تیمار باقی‌مانده نیز براساس کاهش یکسان میزان آب داده شده به میزان 20 و 60 درصد در طول فصل رشد نسبت به تیمار شاهد انتخاب شدند. به طور کلی تنش آبی سبب شد که مقادیر نفوذ عمقی به صورت منفی محاسبه شوند که این امر بیانگر استخراج آب از اعماق پایین‌تر از عمق ریشه گیاه بود. بر اساس نتایج به دست آمده‏‏‏‏، مدل‌های بر‌آورد عملکرد در واحد سطح دارای ضریب هم‌بستگی بالاتری نسبت به مدل‌های بر‌آورد عملکرد در واحد آب (بازده مصرف آب) بودند. ضرایب حساسیت به دست آمده نشان داد که مراحل دانه‌بندی و گل‌دهی گندم زمستانه به ترتیب حساس‌ترین مراحل فصل رشد به تنش رطوبتی می‌باشند. با مقایسه ضرایب حساسیت به دست آمده در پژوهش حاضر با مقادیر گزارش شده توسط سایر محققین اختلافاتی مشاهده شد که احتمالاً نوع واریته مورد استفاده، شرایط اقلیمی، شدت تنش اعمال شده و برخی عوامل ناشناخته ممکن است این اختلافات را توجیه کنند.

---

حوضه مورد بررسی در شمال شهر کرمانشاه قرار گرفته است.‏‏‏‏‏‎‏ مساحت حوضه 14348 هکتار، حداکثر ارتفاع آن 3300 و حداقل آن 1400 متر می‌باشد. بر اساس طبقه‌بندی اقلیمی به روش آمبرژه و دمارتن،‏‏‏‏‏‎‏ اقلیم حوضه از نوع مرطوب و پوشش زنده گیاه در آن از 25 تا 55 درصد متغیر است. بر اساس مطالعات قابلیت اراضی و خاک‌شناسی، چهار تیپ اصلی اراضی کوهستانی، تپه‌ای، آبرفت‌های باد بزنی ‌شکل سنگ‌ریزه‌دار و دشت‌های دامنه‌ای در حوضه مشخص شده‌اند. در این پژوهش لایه‌های مربوط به مدل‌های ( MPSIAC (Modified Pasific Southwest Inter Agency و ( EPM ( Erosion Potential Method  ابتدا در محیط نرم‌افزار Autocad اصلاح شدند و سپس با استفاده از نرم‌افزار Arc-Info برای لایه‌های اطلاعاتی توپولوژی ساخته شد. بعد از انجام این مراحل عملیات مدیریتی و انطباق لایه‌ها به وسیله نرم‌افزار Arc-Veiw انجام شد. بر اساس روش MPSIAC، میزان فرسایش سالانه حوضه 7/1002 m³/km² و بر اساس روش EPM این مقدار 2/1739 m³/km² به ‌دست آمد. هم‌چنین میزان رسوب سالانه در روش MPSIAC و EPM به ترتیب برابر با 8/307 m³/km² و 7/521 m³/km² محاسبه شد. کلاس فرسایشی مدل MPSIAC متوسط و کلاس فرسایشی مدل EPM در گروه شدید قرار گرفت که با مشاهدات صحرایی چندان منطبق نبود. با توجه به تحقیقات صورت گرفته مدل MPSIAC، نتایج بهتری را نسبت به مدل EPM ارائه می‌کند.  

---

هدف از این آزمایش بررسی کاربرد آزمایش گزینش (مرحله صفر روش رویه پاسخ) در تحلیل توأم تنش شوری و کم آبی گندم بهاره در منطقه مشهد و اشتقاق توابع تولید محصول است. آزمایش در سال زراعی 89-1388 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد. دو منبع آب با سطوح شوری بدون محدودیت شوری (شوری 5/0 دسی زیمنس بر متر) و با شوری 10 دسی زیمنس بر متر برای آبیاری انتخاب شدند. آزمایشی فاکتوریل با چهار متغیر، میزان آب آبیاری در مراحل مختلف رشد، بدون تکرار و در دو سطح از هر متغیر، 20 و 100 درصد نیاز آبی، انجام پذیرفت. نقاط مرکزی فضای آزمایشی با دو تکرار جهت برآورد انحنا در رویه پاسخ برازش داده شده اضافه شد. نتایج نشان داد که تأثیرگذار‌ترین متغیر در میزان محصول، میزان آب آبیاری در مرحله خوشه‌دهی و گل‌دهی بود. توابع تولید برازش داده شده با ضریب همبستگی 99/0 و 95/0 قادر به تخمین میزان محصول در کرت‌های آبیاری شده با آب شیرین و شور بودند. به طور کلی نتایج به‌دست آمده کارایی آزمایش گزینش را در تعیین اهمیت نسبی متغیرها و حذف متغیرهای کم تأثیر اثبات نمود.

---

مطالعه چگونگی کاربرد مدل‌های مفهومی هیدرولوژی در حوضه‌های آبریز امروزه از مهم‌ترین مسائل مورد توجه محققان می‌باشد. این مسأله به‌خصوص در مناطق خشک و نیمه‌خشک از اهمیت بیشتری برخوردار است چون فرآیندهای هیدرولوژی این مناطق پیچیده‌تر و واسنجی نیز مشکل‌تر خواهد بود. در این تحقیق مدل مفهومی و نیمه-توزیعی SWAT در حوضه نیمه‌خشک نیشابور با مساحت 9350 کیلومترمربع برای شبیه-سازی جریان در یک دوره 8 ساله مورد استفاده قرار گرفته است. در فرآیند مدل-سازی، حوضه آبریز نیشابور به 22 زیرحوضه و در نهایت به 146 واحد واکنش هیدرولوژیک (HRUs) تقسیم شد. برای واسنجی و تحلیل عدم قطعیت نیز از روش SUFI2 استفاده شده است. بررسی نتایج نشان داد که واسنجی و اعتبارسنجی مدل نسبتاً ضعیف به‌دست آمده است، که به سبب وجود عدم قطعیت در مدل مفهومی حوضه مانند احداث مخازن تغذیه مصنوعی، وقوع پدیده نشست زمین و شکاف در حوضه می‌باشد. هم‌چنین عامل مؤثر دیگر پیچیدگی سیستم هیدرولوژی در مناطق خشک و نیمه‌خشک است که مربوط به ساده‌سازی‌های این گونه مدل‌ها در شبیه‌سازی و تعامل پیچیده بین رواناب و جریان زیرسطحی در وقایع بارندگی با ارتفاع کم می‌باشد. به‌طور کلی به نظر می‌رسد که نمی‌توان از مدل‌های شبیه‌سازی توزیعی حوضه آبریز در مناطق خشک و نیمه‌خشک که دارای منابع متعدد عدم قطعیت می‌باشند و هم‌چنین عدم ورود آنها به مدل، انتظار زیادی داشت.

---

ارزیابی کمی تبخیر- تعرق در سطح منطقه‌ای، به منظور مدیریت منابع آب، تولید محصول و ارزیابی‌های زیست محیطی در مناطق فاریاب، ضروری است. در این مطالعه، برای تخمین ETo در استان خراسان شمالی با اقلیم خشک و نیمه‌خشک، به‌دلیل کمبود تعداد ایستگاه‌های سینوپتیک و نیز داده‌های ثبت شده هواشناسی، از 7 ایستگاه در استان‌های مجاور استفاده شد. تبخیر- تعرق گیاه مرجع با استفاده از 6 روش با نیاز به داده‌های کم شامل: تشت تبخیر کلاس A، هارگریوز- سامانی، پریستلی- تیلور، تورک، مکینک و روش پیشنهادی نشریه فائو 56 برای محاسبه تبخیر- تعرق در شرایط کمبود داده، به همراه روش استاندارد فائو- پنمن- مانتیث برای ارزیابی روش‌های بیان شده (به‌دلیل عدم وجود داده‌های لایسیمتری) محاسبه شد. به‌دلیل عدم توافق در مورد روش مناسب محاسبه ETo در ایستگاه‌های مورد بررسی، با استفاده از آزمون معنی‌داری خطوط رگرسیونی و در هر ماه از سال، یک معادله رگرسیونی خطی برای تبدیل بهترین روش محاسبه تبخیر- تعرق به روش استاندارد به‌دست آمد. ارزیابی این معادلات نشان‌دهنده دقت قابل قبول آنها در مقایسه با مطالعات انجام شده به‌ویژه در ماه‌های سرد سال (مقادیر MAE بین 3/0 تا 4/1 میلی‌متر در روز) است.

---

نفوذپذیری به‌عنوان فرایندی که انتقال و توزیع آب از سطح به نیم‌رخ خاک را انجام می‌دهد، بیشترین تأثیر را در راندمان و یکنواختی آبیاری دارد. استفاده از روش‌های مستقیم اندازه‌گیری نفوذ مانند روش موازنه حجم اولاً مستلزم صرف وقت، دقت و هزینه زیاد بوده و ثانیاً قبل از آماده‌سازی زمین و در زمان انجام مطالعات، استفاده از این روش میسر نیست. روش USDA-NRCSاصلاح‌شده برای تبدیل پارامترها به شرایط هیدرولیکی جدید کاربرد دارد. در این تحقیق، دقت روش USDA-NRCS اصلی و ‏USDA-NRCS اصلاح‌شده در برآورد پارامترهای معادله نفوذ سیستم‌های آبیاری شیاری مزارع نیشکر کشت و صنعت امیر‌کبیر اهواز، بررسی گردید. برای این‌منظور، پارامترهای نفوذ و متوسط نفوذ تجمعی 6 ساعته برای سیستم‌های آبیاری شیاری این منطقه به چهار روش USDA-NRCS اصلی، ‏USDA-NRCS اصلاح‌شده برای آبیاری شیاری، USDA-NRCS اصلاح‌شده برای آبیاری نواری و روش مستقیم‏‏ (ورودی- خروجی) برآورد شد و روش مستقیم مبنای مقایسه قرار گرفت. جهت تعیین مقدار خطای هر یک از مدل‌ها از چهار شاخص آماری متوسط خطای پیش بینی مدل (Er)، متوسط خطای نسبی (Ea)، توزیع نسبت به خط 45 درجه (λ) و ضریب تبیین (R) استفاده شد. بر طبق نتایج حاصل، روش USDA-NRCS اصلاح‌شده با لحاظ روابط مربوط به آبیاری نواری با متوسط مقادیر λ، R، Er و Ea به‌ترتیب برابر 95/0، 97، 6/5 و 7/6 درصد بهترین برآورد را از مقدار نفوذ تجمعی دارد.

---

سیستم زهکشی پلکانی، نوعی سیستم زهکشی زیرزمینی است که در آن خطوط زهکش مجاور هم، در دو عمق متفاوت نصب می­شوند. در مدلی که در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه فردوسی مشهد ساخته شد، از یک مخزن مکعب مستطیل به طول 2 متر و عرض و ارتفاع 1 متر از جنس آهن گالوانیزه استفاده گردید. در این مدل، دو ردیف زهکش با فاصله 20 سانتی‏متر از یکدیگر نصب گردید. زهکش‏ها از یک لوله سه جداره به قطر خارجی 16 میلی‏متر و از جنسPVC تهیه شدند. خاک  داخل مدل به­صورت سه لایه ریخته شد به طوری که یک لایه خاک کم نفوذ پذیربه ضخامت 20 سانتی‏متر و با هدایت هیدرولیکی 15/1 سانتی‏متر بر ساعت در بین دو  لایه خاک با نفوذپذیر به ضخامت­های30 سانتی‏متر برای لایه زیرین و 20 سانتی‏متر برای لایه بالایی با هدایت هیدرولیکی 55/1 سانتی‏متر بر ساعت قرار گرفت. تعدادی پیزومتر با فاصله 10 سانتی‏متر از یکدیگر در کف مدل نصب گردید. پس از تجهیز مدل به شیرهای قطع و وصل جریان زهکش‏ها، آزمایش­ها با یک آبیاری سنگین برای فواصل مختلف بین زهکش‏ها در اعماق 30 و 50 سانتی‏متر صورت پذیرفت و مقادیر ارتفاع سطح ایستابی به عنوان مقادیر مشاهده شده از مدل آزمایشگاهی استخراج گردید. نتایج نشان می­دهد در حالتی فاصله زه کش ها 25 سانتی‏متراست حداکثر ارتفاع سطح ایستابی با گذشت زمان به زهکش کم عمق نزدیک می شود و در مدت زمان حدود 24 ساعت به زهکش کم عمق می رسد و از آن زمان به بعد دبی زهکش کم عمق به صفر می رسیده و عملاً این زهکش از کار افتاده و تنها زهکش عمیق به کار خود ادامه می دهد. این مدت زمان برای حالتی که زهکش‏ها در فاصله 35 سانتی‏متری از یکدیگر قرار داشته باشند به 40 ساعت و برای فاصله های 60 و 75 سانتی‏متر به 48 ساعت افزایش می یابد. یافته ها با یک حل تحلیلی (آپادهیایا و چوهان، 2000) مقایسه و  تنها در محدوده کمی از پروفیل سطح ایستابی، که بیشتر منطقه بین دو زهکش را شامل می­شود، همخوانی داشته و با بیشتر شدن فاصله بین زهکش‏ها، زمان افت سطح ایستابی افزایش می­یابد. بیش ترین ناهماهنگی مربوط به شرایط مرزی در محل زهکش عمیق تر بود. چند معادله ی تجربی برای شرایط مرزی و برای زمان های مختلف پیشنهاد شد به طوری که همخوانی قابل قبول گردید. درستی چنین معادلاتی باید برای شرایط متفاوت دیگر بررسی شود.

---