علوم آب و خاک

انتخاب یک معادله زهکشی با دقت قابل‌قبول همواره چالش اصلی طراحان برای طراحی سامانه‌های زهکش زیر‌زمینی است. در این پژوهش برای تخمین شدت روزانه و تجمعی زهاب خروجی از مزرعه‌ای واقع در کشت و صنعت امام خمینی (ره) ، از هفت معادله جریان همگام زهکشی شامل معادلات هوخهات، ارنست، کرکهام و داگان که در سالیان گذشته بسط داده ‌شده‌اند و معادلات میشرا و سینگ هناین و یوسفی و همکاران که جدیداً توسعه یافتند، استفاده شد. نتایج ارزیابی عملکرد معادلات زهکشی نشان داد که معادله هوخهات با شاخص‌های آماری P-valu، RMSE،²R و درصد خطای براورد شدت تجمعی زهکشی به‌ترتیب برابر با 0/9501، 1/49 (میلی‌متر بر روز)، 0/80 و 0/19- درصد دارای بیشترین دقت در پیش‌بینی شدت‌جریان زهکشی و معادله ارنست با 0/1000، 2/46 (میلی‌متر بر روز)، 0/34 و 16/98 درصد، دارای کمترین دقت در پیش‌بینی شدت‌جریان زهکشی است. همچنین از بین معادلات جدیداً توسعه‌یافته، تنها معادله یوسفی و همکاران با دقت نسبتاً خوبی، شدت‌جریان خروجی از زهکش را پیش‌بینی کرد و در اولویت دوم بعد از معادله هوخهات قرار گرفت. سایر معادلات نیز عملکرد نامطلوبی را نشان دادند. از این‌رو، با انتخاب مناسب شدت‌جریان زهکشی، می‌توان معادله هوخهات را برای طراحی فاصله زهکش‌ها در خاک‌های با بافت متوسط تا سنگین نظیر کشت و صنعت‌های نیشکر خوزستان، پیشنهاد کرد.

در مزارعی که زهکش¬های زیرزمینی در عمق زیاد نصب شده¬اند نظیر کشت و صنعت¬های خوزستان، با مدیریت آب و کود در سطح مزرعه می¬توان، کارایی مصرف آب را افزایش و همچنین حجم زه¬آب خروجی و تلفات کودی و سایر آلاینده¬ها را کاهش داد. در این پژوهش از یک مدل جامع شبیه¬سازی چرخه آب و دینامیک نیتروژن در زمین¬های کشاورزی تحت پوشش سیستم¬های زهکشی با استفاده از رویکرد پویایی سیستم، برای شبیه¬سازی سناریوهای مختلف مدیریت آب آبیاری و کود استفاده شد. به‌منظور کاهش آب مصرفی و کاهش تلفات کود اوره در یکی از مزارع کشت و صنعت امام خمینی، پنج سناریوی مختلف مدل¬سازی شامل چهار سناریوی مدیریت آب آبیاری به میزان 5، 10، 15 و 20 درصد کاهش در مقدار آب آبیاری (I1، I2، I3 و I4) نسبت به وضعیت موجود آبیاری در این کشت و صنعت (I0)، و یک سناریوی مدیریت توأم آب و کود (20 درصد کاهش مقدار آب آبیاری و 210 کیلوگرم بر هکتار کود اوره، I4F) برای شبیه¬سازی و مقایسه حجم زه¬آب تولیدی، تلفات نیترات و آمونیوم توسط سیستم زهکشی و میزان نیتروژن باقیمانده در خاک اجرا شد. نتایج مدل¬سازی نشان داد که سناریو I4F، باعث کاهش شدت زهکشی تجمعی، تلفات تجمعی نیترات و آمونیوم زه‌آب، مجموع تلفات تجمعی نیترات و آمونیوم زه‌آب و تلفات تجمعی نیترات¬زدایی به‌ترتیب برابر با 31، 70، 71، 70، و 85 درصد می¬شود که علاوه بر آن¬که باعث صرفه¬جویی در آب و کود مصرفی می¬شود، باعث کاهش مؤثر در آلودگی محیط زیست می¬شود. بنابراین، سناریوی I4F (آبیاری به مقدار 2656 میلی¬متر برای شش ماه و 210 کیلوگرم بر هکتار کود اوره) برای نیشکر در کشت و صنعت نیشکر امام خمینی توصیه می¬شود.

امروزه در پی تغییر اقلیم و گرم‌شدن کره زمین و باتوجه‌به تغییراتی که در نوع بارش‌ها اتفاق افتاده و عموماً از برف به باران تبدیل شده، مشکلات مربوط به سیل و آبگرفتی به‌ویژه در مناطق شهری افزایش یافته و به دنبال آن توجه به مدل‌های شبیه‌سازی بارش – رواناب به‌منظور مدیریت، کاهش و حل این مشکلات نیز افزایش یافته‌است. در این پژوهش با استفاده از نرم‌افزار SewerGEMS، سناریو‌های مختلف با هدف عملکرد این مدل باتوجه‌به مساحت و تعداد زیر‌حوضه‌ها (2 و 8)، دوره‌های بازگشت مختلف (2 و ۵ساله) و همچنین مقایسه چهار روش محاسبه زمان تمرکز (SCSlag، Kirpich، Bransby Williams، Carter) برای شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب در شهر شهرکرد بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که با تغییر دوره بازگشت از 2 به 5 سال، دبی اوج تقریباً در همه سناریو‌ها افزایش یافته‌است. همچنین باتوجه‌به میزان خطای پیوستگی محاسبه‌شده، روش Kirpich در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر‌حوضه‌های بیشتر با مساحت‌های کوچکتر، ارجحیت دارد. برای سناریوی 2 زیر‌حوضه، 4 درصد برای دوره بازگشت ۲ ساله و 19 درصد برای دوره بازگشت ۵ ساله، میزان خطای پیوستگی محاسبه شده‌است. روش SCSlag در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر‌حوضه‌های کمتر با مساحت‌های بزرگتر، ارجحیت دارد. در سناریوی 8 زیر‌حوضه، 16درصد برای دوره بازگشت ۲ ساله و 11 درصد برای دوره بازگشت ۵ساله، محاسبه شده ‌است.

رواناب شهری به‌دلیل شهرنشینی و تغییرات آب‌وهوایی به‌عنوان یک مسئله جدی دارای اهمیت است و به این دلیل توجه به مدل‌های شبیه‌سازی بارش - رواناب برای مدیریت و کاهش پیامدهای ناگوار مهم است. در پژوهش حاضر با استفاده از نرم‌افزار SewerGEMS، حالت‌های مختلف برای بررسی عملکرد این نرم‌افزار بر اساس تعداد و مساحت زیرحوضه‌ها در دو حالت نه و هفده زیرحوضه و مدت بارندگی مختلف 6 و 12 ساعته و همچنین مقایسه عملکرد سه روش محاسبه زمان تمرکز (کرپیچ، برنس‌بای - ویلیامز، کارتر) به‌منظور شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب در شهر میناب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که میزان حجم کل رواناب تولیدی در حالت نه زیرحوضه، 4 درصد نسبت به حجم کل رواناب تولیدی در حالت هفده زیرحوضه بیشتر است. همچنین مقدار بیشینه دبی اوج رواناب در حالت نه زیرحوضه، 20 درصد نسبت به بیشینه دبی اوج رواناب در حالت هفده زیرحوضه بیشتر است. همچنین برای محاسبه زمان تمرکز از سه روش کرپیچ، برنس‌بای - ویلیامز و کارتر استفاده شد که نتایج نشان داد، میزان خطای پیوستگی نرم‌افزار در همه حالت‌ها برای روش برنس‌بای - ویلیامز کمتر از دو روش دیگر است و روش کارتر بیشترین خطای پیوستگی را دارد. اما از آنجایی که مقدار زمان تمرکز محاسبه شده از این روش در بعضی از زیرحوضه‌ها بیشتر از مدت بارندگی 6 ساعته است، بین داده‌های دبی اوج حاصل از روش کرپیچ و روش برنس‌بای – ویلیامز، آزمون t-Test انجام شد و باتوجه‌به اینکه داده‌های دو روش در سطح 95 (0/05 >p) درصد با یکدیگر اختلاف معناداری نداشته و همچنین روش کرپیچ برای محاسبه زمان تمرکز در حوضه‌های کوچک کاربرد خوبی دارد، برای محاسبه زمان تمرکز در حالت مقایسه بین دو حالت نه و هفده زیرحوضه از روش کرپیچ استفاده شد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده مشاهده شد که با ادغام زیرحوضه‌ها و کاهش تعداد آن‌ها از هفده به نه زیرحوضه و در نتیجه افزایش مساحت زیرحوضه‌ها، حجم کل رواناب تولیدی از حدود 123839 مترمکعب به 128446 مترمکعب و بیشینه دبی اوج رواناب از حدود 2/400 مترمکعب بر ثانیه به 2/884 مترمکعب بر ثانیه می‌رسد که نشان‌دهنده افزایش حجم کل رواناب تولیدی و بیشینه دبی اوج رواناب است.

خشکسالی یکی از مهم‌ترین بلاهای طبیعی است که آثار ناشی از آن در بخش‌های کشاورزی، اجتماعی، اقتصادی و منابع آب پدیدار می‌شود. برای پایش خشکسالی و آثار آن شاخص‌های مختلفی استفاده می‌شود. هدف از این مطالعه، پایش خشکسالی حوضه زاینده‌رود با شاخص‌های بارش استانداردشده (SPI)، شاخص استانداردشده بارش-تبخیرتعرق پتانسیل (SPEI)، شاخص تقاضای تبخیری (EDDI)، شاخص پالمر (PDSI) و شاخص خشکسالی شناسایی مجموع  (RDI) که همگی مبتنی بر تبخیر-تعرق پتانسیل بوده و پارامترهای بارش، دما، رطوبت نسبی، سرعت باد و تعداد ساعات آفتابی در محاسبه شاخص‌های یادشده دخیل هستند. پنج شاخص یادشده، در طول دوره‌ آماری 2023-1993 و در ایستگاه‌‌های هواشناسی اصفهان، شرق اصفهان، ‌کبوترآباد، داران، شهرضا، نجف‌آباد و مبارکه محاسبه و ارزیابی شد. بعد از محاسبه شاخص‌های یادشده و با استفاده از نقشه پهنه‌بندی اقلیمی، ایستگاه‌های مورد مطالعه از لحاظ این شاخص‌ها مقایسه شدند و تداوم دوره‌های خشک و تر و شدت وقوع ترسالی‌ها و خشکسالی‌ها بررسی شدند و سپس با مدل رویکرد تاپسیس (TOPSIS) بر اساس مقدار بارش، تبخیر-تعرق پتانسیل و ارتفاع ایستگاه وقوع شدت خشکسالی‌ها در سال‌های مختلف در ایستگاه‌های یادشده رتبه‌بندی شد. نتایج نشان داد که در ایستگاه‌هایی که اقلیم خشک (مانند اصفهان، شرق اصفهان و شهرضا) دارند، وقوع خشکسالی‌ (با توجه به رتبه بیشتر) در سال‌های متوالی بوده ‌‌است. نتایج مقایسه عملکرد شاخص‌ها در ایستگاه‌های یادشده با توجه به نقشه پهنه‌بندی، نشان داد که شدت وقوع خشکسالی‌ها و ترسالی‌ها در مناطقی که اقلیم خشک و نیمه‌خشک دارند، چندان چشمگیر نبوده؛ اما در مناطقی با اقلیم مرطوب، نوسانات شدت وقوع خشکسالی و ترسالی بسیار زیاد است. نتایج حاکی از آن است که دو شاخص  PDSI و EDDI برای ارزیابی خشکسالی در اقلیم خشک مناسب هستند.