علوم آب و خاک

گون پوشش گیاهی بسیاری از کوهستان‌های فلات ایران است و باتوجه‌به شکل بالشتی و سیستم ریشه‌دوانی عمیق، کنترل و نفوذ بارش‌های جوی را به درون خاک تسهیل و نقش عمده‌ای در ارائه خدمات اکوسیستمی ایفا می‌کند. از طرفی همبستگی اکوسیستم‌های گون‌زار (Astragalus habitats) با اقلیم‌های خشک و نیمه‌خشک، آن‌ها را در برابر تغییرات اقلیمی آسیب‌پذیر نموده‌است. در این مطالعه نقشه تولید رواناب بر پایه منحنی بادیکو تحت شرایط حال حاضر و آتی تغییر اقلیم (2050) با استفاده ازداده‌های اقلیمی و دمایی سایتChelsa (مدل گردش عمومی CanESM2) در نرم‌افزار TerrSet و با استفاده از نقشه‌های: زیرحوزه‌ها، بارش سالانه، تبخیر و تعرق پتانسیل سالانه، عمق خاک، آب قابل‌دسترس گیاه و نقشه "پوشش زمین _کاربری زمین" حال حاضر و آینده با ترکیبی از روش‌های میدانی و مدل‌های پراکنش گونه‌ای در مقیاس محلی حوزه آبخیز رودخانه شور دهاقان (زاگرس مرکزی) تهیه و درنهایت خسارت رواناب مازاد تولید‌شده در اثر تغییر اقلیم به روش هزینه جایگزین (Replacement cost method) برآورد شد. نتایج حاکی از افزایش حجم رواناب سالانه حوزه از70 میلیون مترمکعب در حال حاضر به 105 میلیون مترمکعب در شرایط تغییر اقلیم تحت سناریوی rcp26 سال 2050 بود. با احتساب هزینه 10 میلیون ریال به ازای کنترل 530 مترمکعب رواناب از طریق پروژه‌های متنوع آبخیزداری، جلوگیری از خسارات رواناب مازاد تولید‌شده، نیازمند اعتباری بالغ بر 660 میلیارد ریال بر اساس ارزش حال است. این مطالعه قابلیت نرم‌افزار TerrSet برای پیش‌بینی و تولید نقشه خدمت اکوسیستم تولید رواناب تحت تغییرات اقلیمی یا تغییرات کاربری اراضی و با هدف ارزش‌گذاری را در مقیاس محلی به اثبات رساند. همچنین ارزش‌گذاری فوق می‌تواند مبنای برنامه‌ریزی و تأمین اعتبار برای مطالعه و اجرای طرح‌های آبخیزداری با هدف مقابله با تهدیدات تغییر اقلیم باشد.

سرریزهای جانبی از سازه‌های هیدرولیکی هستند که در شبکه‌های آبیاری و زهکشی به‌منظور انحراف آب و یا تنظیم سطح آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. افزایش راندمان سرریزهای جانبی با هد ثابت، از جمله دغدغه پژوهشگران هیدرولیک در دهه گذشته بوده‌است. استفاده از شکل‌های مختلف تاج لبه تیز، کنگره‌ای، کلید پیانویی و همچنین افزایش طول سرریز با تغییر هندسه تاج مورد بررسی قرار گرفته ‌است. در پژوهش حاضر نوع جدیدی از سرریز جانبی به شکل مثلثی در دو حالت با لبه ساده و شیبدار در آزمایشگاه و تحت شرایط هیدرولیکی مختلف در شرایط جریان زیر بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته‌است. نتایج نشان داد که با شیبدار کردن لبه‌های سرریز جانبی مثلثی میزان ورتکس ایجاد شده در ورودی دهانه سرریز کاهش یافته و به این دلیل ضریب دبی و حجم جریان عبوری از سرریز نسبت به حالت عادی و مستطیلی به‌ترتیب به میزان حدود 27درصد و 48 درصد افزایش نشان می‌دهد. همچنین پس از تحلیل داده‌ها، معادله غیرخطی برای تخمین ضریب دبی با کمک پارامترهای بدون بعد نسبت عمق بالادست جریان به ارتفاع سرریز (y1/p) و عدد فرود بالادست جریان (Fr1) با دقت %15± و 0/134=NRMSE ارائه شد.

عوامل اقلیمی نقش بسیار اساسی در رشد و نمو گیاهان دارند و بنابراین بر کشاورزی مؤثرند. آستانه تحمل گیاهان در رابطه با هر یک از این عوامل محدود است. هرگونه تغییر در این عوامل می‌تواند به‌طور مستقیم و غیرمستقیم بر تولیدات کشاورزی اثرهای چشمگیری داشته باشد. دراین‌بین تنش دمایی از جمله مهم‌ترین پدیده‌های زیان‌بخش است که مشکلات بسیاری برای تولید محصول و عملکرد ایجاد می‌کند. در این پژوهش، به زمان وقوع تنش دمایی با دوره آماری ۴۴ساله (2023-1980) و بررسی وجود ارتباط بین دمای هوا با عملکرد و زیست‌توده پرداخته شد. بر اساس داده‌های هواشناسی، ماه‌های خرداد، تیر و مرداد گرم‌ترین ماه‌های سال شناخته شدند. از سوی دیگر بیشترین امواج گرمایی در تیر و مرداد در سال‌های 1997، 2014 و 2018 دیده شد که منجر به کاهش کیفیت محصول و یا ازبین‌رفتن گیاه شد. طبق نتایج مربوط به ارزیابی مدل، دقت مدل در شبیه‌سازی روز تا گلدهی و روز تا رسیدگی با استفاده از آماره‌های R2 (0/8 و 0/51) و NRMSE (15/36 و 7/12) تأیید شد. همچنین مدل عملکرد ماده خشک را برای مزارع مورد بررسی به‌ترتیب با 1/92، 5/65، 4/94، 1/58، 0/96 و 1/49 درصد انحراف شبیه‌سازی کرد که نشان داد، مدل عملکرد رضایت‌بخشی داشته و می‌توان از آن در برنامه‌ریزی‌های مربوط به تولید ذرت استفاده کرد. در ادامه رابطه بین دما با عملکرد و زیست‌توده بررسی شد که طبق نتایج، رابطه منفی و معنادار بین آن‌ها در سطح اطمینان 99% وجود داشت.

تمایل به حفاظت از محیط‌زیست و افزایش تقاضای شیوه‌‌های سبز در برخورد با معضلات زیست‌محیطی، پژوهشگرا‌‌ن را به سمت درنظرگرفتن روشی پایدار و مطمئن در تصفیه فاضلاب رنگرزی سوق می‌‌دهد. یکی از این روش‌‌ها، تصفیه با استفاده از فرایند انعقاد الکتریکی است. در این پژوهش، به‌منظور ارزیابی کارایی سیستم‌ انعقاد الکتریکی در تصفیه فاضلاب رنگرزی، یک رآکتور انعقاد الکتریکی ناپیوسته طراحی و تأثیر دو پارامتر فاصله بین الکترودها و زمان ماند بر راندمان حذف آلاینده‌ها بررسی شد. به‌منظور بررسی تأثیر فاصله الکترود، فاصله‌‌های 2، 5 و 7 سانتی‌متر در نظر گرفته شد و به‌منظور مشخص‌کردن تأثیر زمان ماند، آزمایش‌‌ها با زمان ماند 10، 15، 20، 25 و 30 دقیقه انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که بهترین فاصله بین الکترودها، 5 سانتی‌متر و بهترین زمان ماند، 20 دقیقه است که در این حالت، راندمان حذف TSS، COD، BOD، رنگ و کدورت به‌ترتیب 83، 85، 98، 98 و 93 درصد محاسبه شد. نتایج این پژوهش نشان می‌‌دهد که سیستم انعقاد الکتریکی پتانسیل زیادی در تصفیه فاضلاب رنگرزی دارد.

خشکسالی مخاطره‌ای است که می‌تواند تأثیرات گسترده‌ای بر تنوع زیستی، زیستگاه‌های گونه‌های وحشی و پایداری اکوسیستم داشته باشد. پژوهش حاضر به بررسی وضعیت خشکسالی در منطقه دهستان بناب پرداخته است. به این منظور از شاخص‌های طیفی تفاوت نرمال‌شده پوشش گیاهی (NDVI)، شاخص آب (NDWI)، شاخص رطوبت (NDMI)، شاخص گیاهی تنظیم‌شده خاک (MSAVI) و دمای سطح زمین (LST) در بازه زمانی 2013 تا 2024 استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد که مقدار بیشینه شاخص NDWI از 0/16 در سال 2013 به 0/14 در سال 2024 رسیده و این امر نشان از تشدید خشکسالی داشته است؛ لیکن وضعیت شاخص‌های NDVI و MSAVI که هر دو برای بررسی پوشش گیاهی به کار گرفته شده‌اند، با افزایش روبرو شده و مقدار بیشینه NDVI از 0/53 در سال 2013 به 0/58 در سال 2024 رسیده و این مقدار برای شاخص MSAVI برای سال‌های 2013 و 2024 به‌ترتیب معادل 0/69 و 0/73 بوده است. از بین شاخص‌های‌ یادشده تمامی شاخص‌ها به غیر از شاخص NDWI با شاخص LST دارای همبستگی منفی بوده و شاخص MSAVI با مقادیر ضریب پیرسون معادل 0/39- در سال 2013 از بیشترین همبستگی منفی برخوردار بوده است. نتایج یادشده با نتایج به‌دست‌آمده از مدل SVM نیز هم‌راستا بوده است. چنانجه در این مدل نیز دیده می‌شود که سطح زمین‌های بایر از 887 کیلومترمربع در سال 2013 به 851 کیلومترمربع در سال 2024 کاهش یافته است.

با بهره‌گیری از دمای سطح زمین، اطلاعات مهمی در زمینه تأثیر کاربری اراضی بر فرایندهای بیلان انرژی به دست می‌آید؛ بنابراین هدف از این پژوهش بررسی روند تغییرات LST در اثر تغییر کاربری اراضی دهستان گوراب است. برای مدل‌های طبقه‌بندی حداکثر احتمال (MLC) و ماشین بردار پشتیبانی (SVM)، چهار نوع کاربری پهنه‌های آبی، زمین بایر، زمین زراعی و جنگل از سال 2013 تا 2024 تعیین شد. بررسی‌ها نشان داد که وسعت پهنه‌های آبی در دوره خشک از 0/9 کیلومترمربع در سال 2013 به 0/4 کیلومترمربع در سال 2024 رسیده و 0/5 کیلومترمربع کاهش یافته است. در مقابل، وسعت پهنه جنگلی از 136/1 کیلومترمربع در دوره خشک سال 2013 به 147/2 کیلومترمربع در سال 2024 افزایش یافته است. مقادیر ضریب کاپا برای هر یک از مدل‌های SVM و MLC در دوره مرطوب سال 2021 به ترتیب معادل 53/94و 68/7 به دست آمد. بر این اساس دیده شد که مدل MLC از دقت بیشتری برخوردار است. برای انطباق شاخص‌های طیفی با مقادیر LST، مقادیر NDVI، NDSI و NDWI محاسبه شد. تغییرات کاربری زمین در بازه زمانی 2013 تا 2024 بر دمای سطح زمین تأثیر گذاشته و باعث نوسان دمایی از 11/5 درجه سانتی‌گراد تا 21/18 درجه سانتی‌گراد در فصل مرطوب و 31/81 تا 31/45 درجه سانتی‌گراد در فصل خشک شده است. بیشترین مقادیر LST متعلق به خاک بایر بوده و پهنه‌های آبی و پوشش گیاهی دارای کمترین مقادیر LST هستند. در بین شاخص‌های طیفی بیشترین همبستگی مثبت به میزان 0/64 متعلق به شاخص NDWI بوده و در سال 2024 دیده شد. بیشترین همبستگی منفی نیز به میزان 0/66- متعلق به شاخص NDVI در سال 2024 بوده است. در بازه زمانی 11 سال، مساحت پهنه‌های جنگلی 8/15 درصد افزایش و اراضی زراعی 33/5 درصد کاهش داشته‌اند. در این بین بیشترین تغییر متعلق به زمین‌های زراعی بوده و مساحت آن از 35/5 کیلومترمربع به 23/6 کیلومترمربع کاهش یافته است. 

یکی از چالش‌های اساسی در طراحی سرریزهای جانبی، افزایش راندمان تخلیه سرریز است که به‌صورت نسبت بدون بعد دبی عبوری از سرریز به دبی جریان ورودی تعریف می‌شود. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر صفحات جانبی هدایت‌کننده بر عملکرد هیدرولیکی سرریز جانبی همگرا انجام شد. برای این منظور، از نرم‌افزار FLOW-3D به منظور شبیه‌سازی جریان در حضور صفحات با زوایا، طول‌های نسبی (نسبت طول صفحه به عرض کانال بالادست) و موقعیت‌های مختلف نصب استفاده شد تا شرایط بهینه نصب صفحه از نظر هیدرولیکی شناسایی شود. پس از اعتبارسنجی مدل با داده‌های آزمایشگاهی، ۲۸ سناریو ارزیابی شد. نتایج نشان داد که نصب صفحات جانبی می‌تواند در شرایط مناسب، راندمان تخلیه را به طور قابل توجهی افزایش دهد. در این میان، ترکیب زاویه ۶۰ درجه (دافع) و طول نسبی 0/2، در موقعیت ابتدایی سرریز (X₁)، بهترین عملکرد را ارائه داد و راندمان را از مقدار پایه 62% در حالت شاهد (بدون صفحه جانبی) به 82% ارتقا داد. بررسی الگوی سرعت جریان نیز نشان داد که شکل‌گیری ناحیه کم‌سرعت در پایین‌دست صفحه، نقش کلیدی در هدایت مؤثر جریان به سمت سرریز ایفا می‌کند. به طور کلی، استفاده از صفحات جانبی می‌تواند به‌عنوان راهکاری ساده، کم‌هزینه و مؤثر برای بهبود عملکرد سرریزهای جانبی همگرا استفاده شود.