علوم آب و خاک

سرریزهای کلیدپیانویی جزء جدیدترین سرریزهای غیرخطی هستند که ضریب آبگذری بیشتری نسبت به سرریزهای مشابه دارند. این سازه‌های هیدرولیکی دارای فونداسیون سبک و ساده‌ای هستند که روی سدها و کانال‌های زهکشی طراحی و نصب می‌شوند. به‌دلیل راندمان زیاد این سرریزها، بررسی آبشستگی پایین‌دست آنها و راهکار برای کاهش مقدار آن در سال‌های اخیر، موردتوجه مهندسان قرار گرفته است. در این پژوهش سعی شده از یک سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع C، سه دبی و سه عمق پایاب استفاده شود. همچنین از دو مانع با ارتفاع‌های 02/0 و 04/0 متر در انتهای کلیدهای خروجی سرریز استفاده شد. نتایج نشان داد که وجود مانع، باعث کاهش آبشستگی در پنجه سرریز می‌شود. مقدار کاهش آبشستگی در پنجه سرریز و با ارتفاع مانع بزرگ‌تر، بیشتر از سرریز با ارتفاع مانع کوچک‌تر و در هر دو بیشتر از سرریز بدون مانع است. وجود مانع باعث کاهش بیشینه عمق آبشستگی و دورتر شدن فاصله بیشینه عمق آبشستگی از پنجه سرریز می‌شود. در سرریز با ارتفاع مانع 02/0 و 04/0 متر نسبت به سرریز بدون مانع، مقدار بیشینه عمق آبشستگی حدود 4/16 و 9/26 درصد کمتر و فاصله بیشینه عمق آبشستگی در آن‌ها نسبت به سرریز بدون مانع، حدود 7/8 و 1/19 درصد بیشتر است. شاخص آبشستگی در سرریزهای دارای مانع کمتر از سرریزهای بدون مانع است که می‌تواند خطر واژگونی سرریز را کاهش دهد. کمترین مقدار شاخص آبشستگی در سرریز با ارتفاع مانع 04/0 متر دیده شد که تقریباً 2/41 درصد کمتر از سرریز بدون مانع است.

در این مطالعه، یک مدل مفهومی مبتنی بر سیستم پویا برای بهینه‌سازی مدیریت آب، زمین و تولید محصولات کشاورزی (چای و برنج) در نواحی آبیاری شبکه آبیاری و زهکشی سفیدرود توسعه داده شد. به‌منظور شناخت رفتار شبکه و تهیه مدل شبیه‌سازی سیستم از یک مدل مفهومی مبتنی بر مدل پویایی سیستم استفاده شد که در محیط MATLAB/Simulink شبیه‌سازی مدل انجام شد. در ادامه با استفاده از روش بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک مدل بهینه‌سازی سیستم مورد مطالعه به‌صورت یک مدل چندهدفه توسعه داده شد و سپس با استفاده از روش وزن‌دهی توابع هدف، شرایط مختلف مدیریتی اجرا شد. نتایج نشان داد که انتخاب بهترین پاسخ از مدل‌های بهینه‌سازی چندهدفه به مقادیر وزنی توابع هدف وابسته است و با تغییر این مقادیر، تصمیم‌گیرندگان می‌توانند پاسخ‌های متنوعی برای مسائل پیچیده بهینه‌سازی ارائه دهند. مدل بهینه‌سازی با ترکیب وزنی مختلف، سطح زیر کشت و تخصیص آب را به‌گونه‌ای تعیین می‌کند که کمبود آب کمینه و عملکرد محصولات بیشینه شود. علاوه بر این، یافته‌ها حاکی از آن است که کانال‌های شبکه آبیاری نقش حیاتی در تأمین نیاز آبی دارند و تخصیص عادلانه آب برای جلوگیری از برداشت بی‌رویه و پیامدهای منفی مانند پیشروی آب شور و فرونشست زمین ضروری است. مطالعه نشان می‌دهد که بهترین راهکار به شرایط محلی و سیاست‌های تصمیم‌گیرندگان بستگی دارد. برای دستیابی به بیشترین سود اقتصادی و پاسخگویی به نیازهای آب، پیشنهاد می‌شود از ترکیب وزنی نزدیک به   استفاده شود. درنهایت، این مدل به مدیران و تصمیم‌گیرندگان کمک می‌کند تا با تغییر سطح زیر کشت و بهره‌برداری بهینه از منابع آب، کمترین میزان کمبود آبی را در منطقه ایجاد کنند.

گندم یکی از مهم‌ترین محصولات غذایی در سراسر جهان است. در زمینه بحران جهانی غذا و تغییرات آب‌وهوایی، پیش‌بینی دقیق تولید گندم برای توسعه کشاورزی دقیق از اهمیت زیادی برخوردار است. سنجش‌ازدور امکان پیش‌بینی غیرمستقیم تولید محصول را قبل از برداشت فراهم می‌کند. در این پژوهش به بررسی کاربرد روش‌های جنگل تصادفی و رگرسیون بردار پشتیبان در شبیه‌سازی تولید گندم در ده مزرعه انتخابی در دشت قزوین طی دوره 2020-2019 با استفاده از شاخص‌های گیاهی MSAVI ،NDVI و EVI پرداخته شده است. برای شاخص‌های گیاهی از ماهواره سنتینل2 استفاده شد. تولید ده مزرعه گندم از سازمان جهاد کشاورزی استان قزوین دریافت شد. به‌منظور ارزیابی داده‌های تولید گندم مشاهداتی و شبیه‌سازی‌شده با استفاده از روش‌های رگرسیون بردار پشتیبان و جنگل تصادفی از آماره‌های  RMSE ،MBE ،R² و  MAE ارزیابی شد. به‌منظور بررسی شبیه‌سازی تولید گندم با استفاده از شاخص‌های گیاهی، هفت روش (روش‌های یک تا سه هر شاخص به‌صورت جداگانه، در روش‌های چهار تا شش شاخص‌ها به‌صورت ترکیب دوتایی و در روش هفت اثر ترکیبی هر سه شاخص) تعریف شد. مدل رگرسیون بردار پشتیبان در همه روش‌ها به‌جز روش یک و چهار در مرحله آزمون با ضریب تبیین بیش از 0/98 و مقدار اندک RMSE تخمین مناسبی از تولید گندم داشته است. مدل جنگل تصادفی در همه روش‌ها به‌جز روش دو و شش در مرحله آزمون با احتمال معنی‌داری 95% (0/00=P-value) و ضریب تبیین بیش از 0/8 تخمین مناسبی از تولید گندم داشته است. به‌طورکلی، این پژوهش اهمیت و پتانسیل تکنیک‌های یادگیری ماشین را برای پیش‌بینی به‌موقع تولید محصول نشان می‌دهد که پایه محکمی برای امنیت غذایی در منطقه فراهم می‌کند.

ردپای آب یک ابزار تحلیلی است که دیدگاه بهتر و جامع‌تری از چگونگی ارتباط بین یک مصرف‌کننده یا تولیدکننده با مصرف آب شیرین ارائه می‌کند. با توجه به بحران آب در کشور و به‌خصوص استان اصفهان، هدف اصلی در این مطالعه، برآورد و مقایسه ردپای آب مستقیم و غیرمستقیم در برخی صنایع بزرگ شامل فولاد مبارکه، ذوب‌آهن، پالایشگاه و نیروگاه مستقر در حوضه آبریز زاینده‌رود است. بعد از تعیین اهداف مد نظر و زمینه‌های مورد مطالعه و نیز قابلیت دستیابی به داده‌های مد نظر، اطلاعات از صنایع منتخب جمع‌آوری شد. سپس از دو روش تجمیع کل زنجیره و حاصل جمع گام‌ها برای محاسبه ردپای آب در صنایع مورد مطالعه استفاده شد. با توجه به محاسبات انجام‌شده، مقدار ردپای آب به صورت مستقیم و غیرمستقیم در صنعت ذوب‌آهن، 9/196 مترمکعب به‌ازای یک تن فولاد در سال است که 4/026 مترمکعب آن مربوط به مصرف مستقیم و 5/17 مترمکعب آن مربوط به مصرف غیرمستقیم است. در پالایشگاه، برای تولید یک بشکه محصول (بنزین یا گازوئیل)، مقدار 18/80 لیتر آب به‌صورت مستقیم و غیرمستقیم مصرف می‌شود. همچنین ردپای آب مستقیم و غیرمستقیم در نیروگاه اسلام‌آباد برابر با 1198320 مترمکعب بر تراژول و یا به عبارتی 4/31 لیتر بر کیلووات‌ساعت است. نتایج این پژوهش نشان داد که میزان مصرف ردپای آب غیرمستقیم در صنایع مورد مطالعه، برابر و یا بیشتر از میزان مصرف آب مستقیم است و هر دو به یک اندازه اهمیت دارند. درنهایت گفتنی است که نتایج این پژوهش می‌تواند توسط تصمیم‌گیرندگان و سیاست‌گذاران در صنعت، از جمله صنایع ذوب‌آهن، پالایشگاه و نیروگاه برای مدیریت ردپای آب استفاده شود.

سرریزهای زیگزاگی با افزایش طول تاج در یک محدوده عرضی مشخص، موجب افزایش ظرفیت آبگذری سرریز می‏شوند. در این میان نباید از تأثیر افت هیدرولیکی در روند عملکرد هیدرولیکی سرریزها غافل شد و در همین راستا در پژوهش حاضر به‌منظور بررسی افت هیدرولیکی سرریزها و نیز ضریب آبگذری آن‌ها از یک فلوم آزمایشگاهی به طول 8 متر، عرض 0/6 متر و ارتفاع 0/6 متر استفاده شد. سرریزهای مورد استفاده در این پژوهش از نوع زیگزاگی با پلان قوسی و خطی بودند. آنالیز ابعادی به روش باکینگهام نشان داد که ضریب آبگذری (Cd) تابع پارامترهایی همچون نسبت هد هیدرولیکی (Ht/P)، فاکتور شکل سرریز (Sf)، نسبت افت هیدرولیکی (Hf/P) و عدد فرود (Fr) بوده است. نتایج نشان داد افزایش هد هیدرولیکی موجب کاهش ضریب آبگذری در سرریزها شده است. علاوه‌بر این شدت تداخل تیغه‌های عبوری جریان از روی سرریزها به‌تدریج و با افزایش هد هیدرولیکی موجب افزایش افت هیدرولیکی شده است. افزایش افت هیدرولیکی تا حد مشخصی از هد هیدرولیکی اتفاق افتاد و بعد از آن سیر کاهشی به خود گرفت. در این صورت می‌توان گفت نمودار افت هیدرولیکی برای سرریزهایی همچون ARCL روند سینوسی داشت. در نسبت هد هیدرولیکی 0/4، سرریز ARCL نسبت به سرریز APKW به میزان 227/7 درصد دارای افت هیدرولیکی بیشتری بود. در نسبت هد هیدرولیکی 0/6، سرریز RCL نسبت به سرریز PKW به میزان 200 درصد دارای افت هیدرولیکی بیشتری بود. روند تغییرات افت هیدرولیکی نسبت به افزایش عدد فرود در سرریزهای ARCL و RCL به‌صورت سینوسی بود. سرریز ARCL نسبت به دیگر سرریزها، به‌ازای افزایش عدد فرود دارای بیشترین افت هیدرولیکی بود. تمامی سرریزهایی که با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D مدل‌سازی شدند، دارای مقادیری (Cd و Hf/P) بیش از مقادیر حاصل از مدل‌سازی فیزیکی بودند و این از نظر فاکتور ایمنی دارای اهمیت است؛ علاوه‌بر آنکه میزان خطا در مدل‌سازی عددی بسته به پارامترها و شرایط مختلف متفاوت است، اما به‌طور متوسط در محدوده 10% تا 30% قرار داشت. مقدار خطا برای سرریزهای زیگزاگی در برخی موارد بیشتر از سرریزهای کلیدپیانویی بود.

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.

باتوجه به نیاز روزافزون به منابع آب و کاهش منابع آب سطحی، آگاهی از کیفیت منابع آب سطحی از نیازهای مهم در برنامه‌ریزی، توسعه و حفاظت از منابع آب به شمار می‌رود. این پژوهش با هدف مدل‌سازی شاخص کیفیت آب (ویژگی پرکاربرد تعیین کیفیت آب) به کمک مدل‌های یادگیری ماشین جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان در رودخانه زاینده‌رود انجام شده است. باتوجه به تعدد شاخص‌های کیفیت آب، در این پژوهش از شاخص NSFWQI استفاده شد. ابتدا این شاخص محاسبه و در ادامه، از داده‌های ورودی شامل ویژگی‌های کیفی آب 8 ایستگاه در یک دوره ۳۱ساله و شاخص کیفیت آب رودخانه‌ استفاده شد. در این پژوهش در مرحله آموزش 80 درصد داده‌ها و در مرحله ارزیابی 20 درصد باقی‌مانده استفاده شده و بر اساس نتایج معیارهای ارزیابی R²،  CRMو NRMSE مدل بهینه انتخاب شد. نتایج نشان داد در چهار ایستگاه الگوریتم ماشین بردار پشتیبان (-0/003122<0/982 ) و در چهار ایستگاه الگوریتم جنگل تصادفی (-0/001142<0/999) عملکرد بهتری نشان داد. همچنین نتایج نشان داد که برای صرفه‌جویی در زمان و هزینه، سری شماره 3 (شامل سه ویژگی هدایت الکتریکی، کل مواد جامد محلول و سختی کل) به‌منظور برآورد شاخص کیفیت آب بهترین ترکیب بوده است.

برنج به‌عنوان یکی از مهم‌ترین محصولات استراتژیک جهان، نقش حیاتی در تأمین امنیت غذایی دارد. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر روش‌های مختلف مدیریت تغذیه بر عملکرد و بهره‌وری آب در کشت خشکه‌کاری برنج (رقم عنبوری قرمز پاکوتاه) در ایستگاه تحقیقاتی شاوور خوزستان انجام شد. آزمایش به‌صورت طرح بلوک‌های کامل تصادفی با چهار تیمار شامل: 1) عرف زارع، 2) آزمون خاک، 3) آزمون خاک + تغذیه تکمیلی و 4) کاهش ۲۵ درصد کود شیمیایی + کودهای زیستی در سه تکرار اجرا شد. نتایج نشان داد که تیمارهای آزمون خاک + تغذیه تکمیلی (4270 کیلوگرم در هکتار) و کود زیستی با کاهش 25 درصد کود شیمیایی (4356 کیلوگرم در هکتار) به‌ترتیب 17 و 19/3 درصد افزایش عملکرد نسبت به عرف زارع (3651 کیلوگرم در هکتار) داشتند که بیشتر ناشی از افزایش تعداد خوشه در مترمربع (%14-10) و کارایی جذب عناصر غذایی بود. همچنین، تیمار کود زیستی با کاهش مصرف نهاده‌های شیمیایی، بیشترین بهره‌وری مصرف آب (0/25 کیلوگرم بر مترمکعب) و بهترین نسبت فایده به هزینه (23/25) را نشان داد. تحلیل اقتصادی تأیید کرد که ترکیب کودهای زیستی با کاهش 25 درصدی کودهای شیمیایی، علاوه بر حفظ عملکرد، هزینه‌ها را به‌طور معنی‌داری کاهش می‌دهد. یافته‌ها حاکی از آن است که تلفیق آزمون خاک با کودهای زیستی یا تغذیه مرحله‌ای، راهکاری مؤثر برای افزایش عملکرد، بهبود کارایی مصرف آب و کاهش وابستگی به نهاده‌های شیمیایی در کشت خشکه‌کاری برنج است. این روش‌ها به‌ویژه در مناطق کم‌آبی مانند خوزستان که با چالش شوری و محدودیت منابع آب مواجه‌اند، می‌توانند به عنوان الگویی پایدار برای کشاورزان توصیه شوند.

سیلاب یکی از پرتکرارترین و مخرب‌ترین بلایای طبیعی در جهان به شمار می‌رود که هر ساله خسارات گسترده‌ای به زیرساخت‌های انسانی و محیط‌زیست وارد می‌کند. هدف این پژوهش، ارزیابی خسارات مستقیم سیلاب با استفاده از مدل HEC-FIA در حوضه آبخیز سمیرم است. در گام نخست، نقشه‌های سیلاب حاصل از مدل HEC-RAS بر مبنای داده‌های مدل ارتفاع رقومی (DEM)، اطلاعات هیدرولوژیک و ضرایب زبری، در شرایط جریان یکنواخت و ناپایدار تولید شدند. سپس با تبدیل نقشه‌ها به فرمت قابل‌استفاده در نرم‌افزار HEC-FIA و تلفیق آن با داده‌های اقتصادی، کاربری اراضی و جمعیت، برآورد خسارات سیلاب انجام گرفت. پایگاه داده‌های اقتصادی شامل اطلاعات به‌روز‌شده مربوط به کاربری‌های کشاورزی، باغی، مسکونی و صنعتی بوده که بخشی از آن از طریق بازدیدهای میدانی تأمین شد. سیلاب رخ‌داده در تاریخ ۲۰ اسفند ۱۳۸۴ به‌عنوان سیلاب پایه انتخاب شد و تحلیل خسارات برای دوره‌های بازگشت مختلف انجام شد. نتایج نشان دادند که بیشترین خسارت به بخش کشاورزی وارد شده است. در سیلاب سال پایه، مجموع خسارات کشاورزی بیش از ۸۲۱ میلیارد ریال و خسارات ساختمانی حدود ۳ میلیارد ریال برآورد شد. همچنین، در دوره بازگشت ۱۰۰۰ساله، خسارات کشاورزی به ۱۴۲۷ میلیارد ریال و خسارات ساختمانی به ۴۴ میلیارد ریال رسید. روند کاهش خسارات در دوره‌های بازگشت کمتر نیز بررسی شد و نشان داد که در دوره‌های بازگشت ۱۰ساله و کمتر، بخش ساختمانی خسارتی متحمل نشده، اما بخش کشاورزی همچنان آسیب‌پذیر باقی مانده است. یافته‌ها بیانگر آن است که مدل HEC-FIA قابلیت زیادی در برآورد خسارات مستقیم سیلاب در سطوح مختلف مکانی و زمانی دارد و می‌تواند ابزاری کارآمد در تصمیم‌سازی‌های مدیریتی و برنامه‌ریزی مقابله با سیلاب باشد.

هدررفت خاک و تخریب فراوان ناشی از فرسایش خندقی همواره خسارات فراوانی به همراه داشته است. به دلیل اینکه اندازه گیری مستقیم میدانی و پایش فرسایش خندقی امری هزینه بر و زمان بر است، امکان تعیین میزان هدررفت خاک ناشی از فرسایش خندقی بسیار مشکل است. این پژوهش با هدف محاسبه حجم خاک ازدست‌رفته ناشی از فرسایش خندقی با استفاده از مدل های یادگیری ماشین در حوزه آبخیز آبگندی استان کهگیلویه و بویراحمد بر اساس مطالعات میدانی، انجام شده است. مدل های یادگیری ماشین عبارت‌اند از: جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنباط فازی عصبی تطبیقی. ازاین‌رو، موقعیت 68 خندق در منطقه ثبت و به منظور مدل سازی هدررفت خاک ناشی از خندق ها، لایه های رقومی عوامل تأثیرگذار بر گسترش خندق ها از جمله عوامل توپوگرافی، خاک شناسی، سنگ شناسی و هیدرولوژیک به عنوان متغیرهای مستقل تهیه شد. سپس حجم خاک ازدست‌رفته ناشی از فرسایش خندقی منطقه در تعدادی خندق معرف به صورت مستقیم به عنوان متغیر وابسته در عرصه اندازه گیری شد. خندق های اندازه گیری‌شده، به صورت تصادفی به دو گروه آموزش و اعتبارسنجی تقسیم شدند. نتایج مدل ها با استفاده از خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) و شاخص R2 ارزیابی شده و مدل ها با یکدیگر مقایسه شدند. بر اساس نتایج این مطالعه، فرسایش خندقی در حوضه آبگندی استان کهگیلویه و بویراحمد هر ساله رو به افزایش است و در شرایطی که میزان بارندگی و همچنین فراوانی بارش‌های سنگین (بیشتر از مقدار پنج میلی‌متر یا بیشتر) و دارای شدت زیادی باشد، میزان فرسایش و هدررفت خاک به طور مستقیم افزایش چشمگیر خواهد داشت. از میان مدل‌های یادگیری ماشین مورد استفاده در این پژوهش، مدل جنگل تصادفی به عنوان مدل برتر در زمینه پیش‌بینی هدررفت خاک ناشی از فرسایش خندقی انتخاب شد.

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 مواردی که در تعیین بازشدگی پل های رودخانه ای دارای اهمیّت زیادی است، عدم انسداد جریان در اثر کاهش مقطع عبوری سیلاب است. در این مقاله تعیین بازشدگی مورد نیاز برای عبور جریان رودخانه در محل پل با استفاده از مفهوم انرژی مخصوص و مدل‌سازی یک بعدی و سه بعدی جریان بررسی شده است. ابتدا با استفاده از مفهوم انرژی مخصوص، بیشینه پیش آمدگی خاکریزهای طرفین پل در رودخانه به‌گونه‌ای تعیین شد که باعث تغییر وضعیت جریان آب در بالادست پل نشود. ابعاد به‌دست‌آمده برای بازشدگی پل، به صورت عددی و در دو حالت یک بعدی و سه بعدی شبیه سازی شده و وضعیت جریان در محل پل و بالادست آن ارزیابی و مقایسه شد. نتایج نشان داد که مدل عددی یک بعدی مقدار برگشت آب را به طور متوسط 67 درصد بیشتر از مدل سه بعدی پیش بینی می کند. این درحالی است که بیشینه تنش برشی به‌دست‌آمده از مدل یک بعدی به طور متوسط 33 درصد کمتر از مدل سه بعدی است. اثر بیه پل بر مقدار برگشت آب و سایر متغیرهای هیدرولیکی جریان از جمله تنش برشی بستر و سرعتِ بیشینه با استفاده از مدل سه بعدی نیز بررسی شده است. در حالت بیه 40 درجه مقدار افزایش عمق آب، 19/2 درصد مقدار عمق نرمال به دست آمد.

اصلاح ویژگی های خاک از مسائل دارای اهمیت در علوم کشاورزی ‌و مهندسی است. به منظور بررسی تأثیر نانوذرات سیلیس بر ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی خاک، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایشی شامل نانوذرات سیلیس در سه سطح (0، 0/5 و 1 درصد وزنی) و دو نوع خاک با بافت لوم و لوم رسی بودند. نتایج آزمایش مقاومت برشی نشان داد افزودن نانوذرات سیلیس، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی ذرات را در هر دو خاک لومی و لوم رسی افزایش داده؛ اما حد مایع و شاخص خمیری در هر دو خاک کاهش یافت. در آزمایش تحکیم نیز ضریب تراکم‌پذیری در خاک لوم از 0/38 به 0/21 و در خاک لوم رسی از 0/42 به 0/23 و ضریب تورم در خاک لوم از 0/13 به 0/07 و در خاک لوم رسی از 0/18 به 0/08 کاهش یافت. به‌طور کلی، نتایج بیانگر تأثیر معنی‌دار نانوذرات سیلیس بر اصلاح مقاومت مکانیکی خاک‌، به‌ویژه در خاک لوم رسی با مقدار رس و سطح ویژه بیشتر بود؛ بنابراین می¬توان گفت که استفاده از نانوذرات سیلیس یک روش مؤثر در تثبیت خاک‌های مسئله‌دار است.

آلودگی خاک به فلزات یکی از مشکلات مهم و اساسی در اکوسیستم های خشکی به خصوص در داخل و نواحی اطراف صنعتی است که به طریق مختلف می­تواند سلامت انسان را تهدید کند. بر این اساس در مطالعه حاضر به ‌بررسی تجمع زیستی آلودگی فلزات سنگین در کرم‌خاکیEisenia fetida  در خاکهای اطراف کارخانه سیمان آبیک استان البرز پرداخته شد. به این منظور تعداد 60 نمونه خاک از عمق 20-0 سانتی‌متری در فواصل 500، 1000 و2000 و در جهت‌های شمال، جنوب، شرق و غرب برداشت شد. همچنین نمونه ­های کرم‌خاکی به‌صورت تصادفی در جهت‌های مختلف از این فواصل برداشت شد. به‌منظور سنجش فلزات سنگین در خاک و کرم‌خاکی روش هضم­ تر به‌کار گرفته ‌شد و به کمک دستگاه جذب اتمی غلظت فلزات سنگین Zn، Cu، Pb، Cr، Ni سنجش شدند. برای بررسی اثر فاصله و جهت از روش­های آماریOne-way ANOVA  و کروسکال والیس استفاده شد. همچنین برای ارزیابی توانایی کرم‌خاکی به‌عنوان شاخص زیستی از شاخص فاکتور تجمع زیستی (BAF) استفاده شد. بر اساس این پژوهش میانگین غلظت فلزات سنگین خاک در اطراف زمین‌های کارخانه سیمان آبیک برای  Zn، Cu، Pb، Cr، Ni به‌ترتیب 22/20، 10/19، 6/34، 7/63 و135/75 (میلی‌گرم بر کیلوگرم) و همچنین میانگین غلظت فلزات سنگین کرم‌خاکی در این منطقه برای فلزات Cr, Pb, Cu, Zn و Ni به ترتیب 57/51، 9/66، 5/18، 5/45 و 106/17 (میلی‌گرم بر کیلوگرم) به دست آمد و نتایج نشان داد که اثر فاصله تنها در مورد فلز نیکل معنی‌دار است (0/05(p< و اثر جهت برای همه فلزات سنگین به جز روی (0/05(p> معنی‌دار بود (0/05 (p< . همچنین روند کاهشی غلظت فلزات سنگین Zn، Cu و Pb با افزایش فاصله از کارخانه سیمان دیده شد که نشان‌دهنده‌ تاثیر کارخانه سیمان آبیک بر آلودگی فلزات سنگین در خاک کشاورزی اراضی اطراف آن است. بیشترین میزان شاخص تجمع زیستی (BAF) برای عنصر روی و بیشتر از 1 محاسبه شد که نشان‌دهنده تجمع زیستی روی در کرم‌خاکی است و می­توان نتیجه گرفت که کرم‌خاکی گونه شاخص زیستی مناسبی برای پایش آلودگی خاک به فلزات سنگین به ویژه روی است.

پژوهش حاضر با هدف مکان‌یابی بهینه حوضه‌های تغذیه مصنوعی آب‌های زیرزمینی در حوضه آبریز یزد - اردکان با مساحت 116765 هکتار به‌منظور مقابله با چالش‌های کمبود منابع آب، افت شدید سطح آب‌های زیرزمینی و بارندگی کمتر از mm100 انجام شد. مطالعه حاضر با تلفیق سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) و روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره (MCDM) انجام گرفت. 17 معیار مؤثر شامل ارتفاع، شیب، کاربری اراضی، زمین‌شناسی، خاکشناسی، اقلیم، فاصله از گسل و خطوط هم‌دما در محیط ArcGIS 10.5 تحلیل شد. وزن‌دهی معیارها با روش بهترین - بدترین (BWM) و تلفیق لایه‌ها با روش ترکیب خطی وزن‌دار (WLC) صورت گرفت. نتایج نشان داد معیارهای شیب (وزن 0/203)، ارتفاع (همبستگی >0/75) و کاربری اراضی (همبستگی ≈0/5) بیشترین تأثیر را در مطلوبیت مناطق دارند؛ درحالی‌که اقلیم و خطوط هم‌دما کم‌اثر بودند. نقشه نهایی مطلوبیت در مقیاسm 900×m900 متر نشان داد مناطق مرکزی و جنوبی دشت، شیب کمتر از 2% و سازندهای آبرفتی نفوذپذیر، به دلیل توپوگرافی مسطح و فاصله مناسب از گسل‌ها، اولویت بالاتری برای تغذیه مصنوعی دارند. تحلیل حساسیت، 8 معیار کلیدی با ضریب همبستگی >0/5 را شناسایی کرد و با حذف 53% از معیارهای غیرضروری، چارچوبی کارآمد برای مدیریت پایدار منابع آب ارائه شد. مطالعه حاضر علاوه بر کمک به افزایش سطح آب‌های زیرزمینی، بهبود حاصلخیزی خاک و حفظ اکوسیستم‌های محلی، راهکاری مؤثر برای مدیریت بحران آب در مناطق خشک ارائه می‌دهد.

کارایی بهره مندی از بارندگی بیانگر میزان عملکرد محصول نسبت به مقدار بارندگی سالانه است. مدیریت بهتر کشتزارهای دیم نیازمند بررسی تغییرات مکانی کارایی بهره مندی از بارندگی و عوامل مؤثر بر آن است. در این پژوهش 298 کشتزار دیم گندم در منطقه خدابنده در جنوب استان زنجان مورد مطالعه قرار گرفتند. کارایی بهره‌مندی از بارندگی از نسبت عملکرد دانه گندم به مقدار بارندگی به دست آمد. علاوه بر این، ویژگی های اقلیمی و ویژگی‌های فیزیکی (توزیع اندازه ذرات و نگهداری آب) و شیمیایی خاک ها (واکنش، شوری، ماده آلی، کربنات کلسیم معادل و غلظت عناصر غذایی پرمصرف و کم مصرف) در کشتزارها مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که کارایی بهره مندی از بارندگی در کشتزارها به طور میانگین 4/43 کیلوگرم در هکتار در میلی متر باران است. مقدار این ویژگی عمدتاً در بخش های شمال شرق و جنوب و غرب منطقه بیشتر است؛ درحالی‌که این مناطق از عملکرد دانه گندم نسبتآ کمتری برخوردارند. تحلیل زمین آماری نشان داد که تغییرات مکانی متوسطی برای عملکرد دانه گندم و کارایی بهره مندی از بارندگی در منطقه وجود دارد که تحت تأثیر متغیرهای اقلیمی (بارندگی و دما) و متغیرهای زمینی مانند ویژگی های خاک (توزیع اندازه ذرات، ماده آلی و نیتروژن) است. کشتزارهای برخوردار از ذرات ریزدانه و از محتوای ماده آلی و نیتروژن بیشتر، توانایی بهره مندی بیشتری از آب باران دارند. برای افزایش کارایی بهره مندی از بارندگی در کشتزارهای دیم علاوه بر اصلاح جهت شخم (روی خطوط تراز)، استفاده از خاکورزی حفاظتی برای بهبود محتوای ماده آلی و در نتیجه باروری خاک ضروری است.

پایش پهنه‌های آبی در مناطق نیمه‌خشک برای مدیریت منابع آب حیاتی است، اما انتخاب شاخص طیفی بهینه و سنجنده مناسب همچنان چالش‌برانگیز باقی مانده است. این پژوهش با هدف ارزیابی تطبیقی کارایی نُه شاخص طیفی آب در دو سنجنده لندست-۸ و سنتینل-۲ برای تعیین ترکیب بهینه شاخص - سنجنده در پایش کوتاه‌مدت (با تمرکز بر دقت مکانی زیاد و تغییرات فصلی) و بلندمدت (با تمرکز بر روندهای سالانه و پوشش زمانی گسترده) پهنه آبی سد گلستان انجام شد. با استفاده از پلتفرم Google Earth Engine (GEE)، 181 تصویر ماهواره‌ای (107 تصویر لندست-8 طی 2023-2013 و 74 تصویر سنتینل-2 طی 2024-2018) از سد گلستان پردازش شد. پس از تصحیحات اتمسفری با الگوریتم‌های LEDAPS و Sen2Cor، نُه شاخص طیفی شامل NDWI، MNDWI، ANDWI، AWEI، WI2015، WI1، WI2، LSWI  و NDTI محاسبه و با استفاده از شاخص  WI2 به‌عنوان مرجع (به دلیل عملکرد برتر در استخراج دقیق پهنه‌های آبی نیمه‌خشک با حساسیت کم به نویز گیاهی و خاکی نشان داده و همبستگی زیادی با داده‌های میدانی دارد)، کارایی آنها بر اساس معیارهای  RMSE، R²  و ضریب نش - ساتکلیف ارزیابی شد. نتایج نشان داد MNDWI در سنتینل-2 بهترین عملکرد را با ha 21/42RMSE=، 0/998 R²=و 0/996 NS=ارائه می‌دهد که به دلیل دقت مکانی ۱۰ متری و دوره بازگشت ۵ روزه، برای پایش کوتاه‌مدت تغییرات فصلی مانند اوج بهاری k‏m² 9/33 در مارس ایده‌آل است؛ درحالی‌که ANDWI در لندست-8 باha 54/54RMSE=، 0/997 R²=و و 0/976 NS=برتری دارد و به دلیل پوشش زمانی بلند (۲۰2۳-۲۰1۳)، برای تحلیل بلندمدت روندهای سالانه مانند کاهش ۳۵% میانگین مساحت مخزن از km² 7/28 در ۲۰۱۴ بهkm² 4/72 در ۲۰۲۱ مناسب است. همبستگی زیاد دو سنجنده (0/933r=) امکان ترکیب آنها را برای پایش چندمقیاسه فراهم می‌آورد؛ درحالی‌که LSWI و Normalized Difference Turbidity Index (NDTI) به دلیل بیش‌برآورد ناشی از رطوبت خاک و پوشش گیاهی، نامناسب تشخیص داده شدند. یافته‌ها نشان می‌دهد انتخاب شاخص بهینه به ویژگی‌های طیفی سنجنده وابسته است و ترکیب  MNDWI- سنتینل۲ برای پایش کوتاه‌مدت و ANDWI - لندست۸ برای تحلیل‌های بلندمدت توصیه می‌شود.

بیوچار به‌عنوان یک ماده کربنی پایدار، اقتصادی و سازگار با محیط‌زیست به دلیل برخورداری از گروه‌های عاملی اکسیژن دار، ساختار آروماتیک، تخلخل قابل‌توجه، سطح ویژه زیاد و ظرفیت تبادل کاتیونی مناسب، به‌طور گسترده در توسعه جاذب‌های پیشرفته در تثبیت و حذف آلاینده‌های محیطی از آب و خاک مورد توجه قرار گرفته است. با وجود این، محدودیت‌های عملکردی بیوچار خالص در حذف آلاینده‌ها، ضرورت اصلاح و مهندسی آن را آشکار ساخته است. در این راستا، تولید کامپوزیت‌های بیوچار از طریق ترکیب با مواد معدنی و ترکیبات حاوی آهن به‌عنوان راهکاری مؤثر برای بهبود ویژگی‌های ساختاری، شیمیایی و واکنش‌پذیری سطحی مطرح شده است. در این مقاله مروری، روش‌های اصلی ساخت کامپوزیت‌های بیوچار شامل اصلاح پس از فرایند گرماکافت و نیز اختلاط مستقیم با فازهای معدنی بررسی و روش هم افزایی و بارگذاری مستقیم به عنوان روش های نوین معرفی شده‌اند. همچنین تأثیر نوع زیست‌توده، شرایط گرماکافت، نوع ماده اصلاح‌کننده و مسیر سنتز بر ویژگی‌های فیزیک و شیمیایی نهایی کامپوزیت‌ها تحلیل شده است. افزون بر این، سازوکارهای حاکم بر عملکرد این مواد در تثبیت و حذف فلزات سنگین، شامل جذب سطحی، رسوب، کمپلکس، تبادل لیگاند، واکنش‌های اکسایش کاهش، انتقال الکترون، برهم کنش های الکترواستاتیکی و تبادل یونی مورد بحث قرار گرفته‌اند. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که هم‌افزایی میان بیوچار و فازهای معدنی و آهن‌دار می‌تواند به‌طور چشمگیری کارایی تثبیت آلاینده ها از جمله فلزات سنگین آنیونی و کاتیونی را افزایش دهد. این بررسی بر اهمیت طراحی هدفمند کامپوزیت‌های بیوچار بر پایه شناخت دقیق رابطه میان روش ساخت و ویژگی‌های عملکردی تأکید دارد. همچنین چالش‌های آینده و چشم‌اندازهای مربوط به استفاده از کامپوزیت‌های بیوچار - مواد معدنی در پالایش محیطی و تجاری‌سازی این فناوری امیدوارکننده نیز مورد توجه قرار گرفته است.