علوم آب و خاک

سرریزهای کلیدپیانویی شکل جدیدی از سرریزهای منقاری و به صورت غیرخطی هستند. به دلیل راندمان زیاد این سرریزها در ظرفیت عبور جریان، بررسی آبشستگی موضعی و راهکار برای کاهش آن دارای اهمیت فراوانی است. در پژوهش حاضر، برای اولین‌بار به بررسی آبشستگی موضعی در پایین‌دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع B پرداخته شد. سرریز در فاصله 5/50 متری از ابتدای کانال نصب شد و دارای ارتفاع 0/20 متر و سه سیکل (سه کلید خروجی، دو کلید ورودی و دو نیم‌کلید ورودی) است. از سه عمق پایاب و سه دبی جریان مختلف نیز استفاده شد. با افزایش عدد فرود ذرات و دبی جریان و کاهش عمق پایاب، بیشینه عمق آبشستگی افزایش می‌یابد. محدوده پارامتر بدون بعد عدد فرود ذرات در پژوهش حاضر بین 1 تا 2 متغیر است. همچنین از دو مصالح بستر شن و ماسه استفاده شد. با افزایش قطر مصالح بستر، بیشینه عمق آبشستگی کاهش خواهد یافت. شاخص آبشستگی در مصالح بستر شن به‌مراتب کمتر از مقدار شاخص آبشستگی در مصالح ماسه بوده و به این معنا است که خطر واژگونی سرریز در مصالح بستر شن بسیار کمتر است.

منابع آب زیرزمینی یکی از بخش‌‌های متأثر از شرایط بلند‌مدت خشکسالی هستند که متأسفانه کمتر از سایر بخش‌ها مورد توجه قرار گرفته‌اند. پژوهش حاضر با هدف بررسی و پهنه‌بندی نوسانات کمی آب زیرزمینی و نیز تحلیل زمانی خشکسالی آب زیرزمینی با استفاده از شاخص GRI در محدوده مطالعاتی شیراز در حوزه آبخیز مهارلو - بختگان انجام شده است. بدین منظور با استفاده از آمار ۱۵ساله (1382-1397) منابع آب زیرزمینی و تقسیم آن به سه دوره زمانی پنج‌ساله، پهنه‌بندی تغییرات سطح و تراز آب زیرزمینی در محیط ArcGIS انجام و آبنمود معرف آبخوان تهیه شد. همچنین خشکسالی منابع آب زیرزمینی دشت مورد مطالعه با استفاده از شاخص GRI بررسی شد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، بیشترین تراز سطح آب زیرزمینی مربوط به ناحیه شمال غرب آبخوان و حدود 1810 متر در مهرماه سال 1387 و کمترین مقدار نیز مربوط به نواحی جنوبی آبخوان با میزان 1423 متر در مهرماه 1397 است. همچنین نتایج نشان داد که سطح آب زیرزمینی در طول دوره ۱۵ساله مورد مطالعه با افتی برابر شش متر و متوسط افت سالانه 0/5 متر روبرو بوده است. بررسی تغییرات حجم مخزن نیز حاکی از این نکته بود که در سال‌های گذشته علاوه‌بر مصرف کل ذخیره تجدیدشونده، بخش زیادی از ذخیره ثابت نیز بهره‌برداری شده است. روند نزولی شاخص خشکسالی منابع آب زیرزمینی (GRI) و شدت‌گرفتن آن در سال‌های پایانی بازه زمانی مورد مطالعه، از مهم‌ترین نتایج این پژوهش بوده که در پی افزایش جمعیت و سطح زیرکشت، کاهش نزولات جوی و تغییر اقلیم رخ داده است.

در این پژوهش، موضوع کمبود آب یا کمیابی منابع آبی بررسی می‌شود که شامل مفاهیم تنش آبی، کم‌آبی و بحران آب است. تنش آبی به مشکلات دسترسی به منابع آب شیرین اطلاق می‌شود و به‌ویژه به‌علت برداشت بیش از حد از منابع آب سطحی و زیرزمینی ایجاد می‌شود. بحران آب به وضعیتی گفته می‌شود که در آن منابع آب شرب و غیرآلوده در یک منطقه خاص به اندازه نیاز موجود نیست. عواملی مانند خشکسالی، کاهش بارش‌ها و آلودگی می‌توانند باعث تشدید تنش آبی شوند. کم‌آبی نیز به دلایلی چون ناتوانی در برآورده ساختن نیازها، رقابت‌های اقتصادی در خصوص کیفیت و کمیت آب، اختلافات میان کاربران، کاهش غیرقابل‌ بازگشت منابع آب زیرزمینی و آثار منفی زیست‌محیطی به وجود می‌آید. این پژوهش شاخصی برای ارزیابی تنش آبی ارائه می‌دهد که قابلیت پهنه‌بندی در منطقه مطالعه‌شده را دارد و با جمع‌آوری اطلاعات از منابع مختلف، داده‌های مرتبط را تحلیل می‌کند. در این شاخص از پارامترهای استاتیکی و دینامیکی برای برآورد خشکسالی استفاده شد؛ به‌طوری‌که  شرایط تنش آبی را بهتر نشان دهد. پارامترهای استاتیکی شامل کاربری اراضی، شیب زمین و نوع خاک است. همچنین پارامترهای دینامیکی شامل بارش، دما و سطح آب زیرزمینی است. شهرستان کاشان به‌دلیل کاهش مستمر منابع آبی، به‌عنوان نمونه‌ مطالعه انتخاب شده است. نتایج نشان داد که در سال‌های آبی 1382، 1393، 1399 و 1400 شهرستان کاشان بیشترین میزان تنش آبی و در سال‌های آبی 1381، 1383، 1389، 1391، 1392 و 1394 کمترین میزان تنش آبی را تجربه کرده است.

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.

در این پژوهش کیفیت آب آشامیدنی با استفاده از شاخص‌های مبتنی بر مقبولیت، سلامت و تغذیه در بازه 2022-2010 در شهر شیراز (استان فارس) بررسی شد. منیزیم، فلوراید و کلسیم به‌ترتیب بیشترین نقش را در مشارکت آب آشامیدنی شهر شیراز در دریافت مواد معدنی مربوط به رژیم غذایی ایفا می‌کنند. رتبه‌بندی شاخص کیفیت آب آشامیدنی (DWQI) و زیرشاخص‌های مقبولیت (AWQI) و سلامت (HWQI) در شهر شیراز عالی است، ولی میانگین شاخص کیفی تغذیه‌ای آب آشامیدنی (DWNQI) شهر شیراز 5/47 ± 77/52 است که در رتبه‌بندی خوب قرار دارد؛ بنابراین درحالی‌که شاخص‌های متداول کیفیت آب (HWQI، AWQI و DWQI) عالی هستند، ولی شاخص DWNQI عالی نیست که به‌دلیل لحاظ‌کردن ارزش تغذیه‌ای آب در شاخص DWNQI است. به‌طورکلی روند (HWQI، HWQI، AWQI و DWNQI) در بازه سیزده‌ساله شهر شیراز نشان می‌دهد که شاخص‌های معمول کیفیت آب آشامیدنی (HWQI، AWQI و DWQI) تصویر دقیقی از ارزیابی کیفیت آب آشامیدنی در بسیاری از موارد ارائه نمی‌دهد؛ زیرا نقش تغذیه‌ای آب را در نظر نمی‌گیرند و به همین دلیل گاهی اوقات آب بیشتر از نیاز تصفیه می‌شود؛ بنابراین تجدیدنظر در تفسیر کیفیت آب آشامیدنی در استفاده از دیدگاه ارزش تغذیه‌ای آب آشامیدنی (DWNQI) برای داشتن تصویری جامع از کیفیت آب آشامیدنی ضروری است.

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.

هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر املاح و کیفیت آب روی مقدار و شدت تبخیر در فرایند تبخیر از دو خاک شنی و رسی (خاکدانه‌‌ای) است. بدین منظور نمونه‌‌های خاک رسی دارای رس (خاکدانه) و شن که اندازه قطر آنها 1-0/5 میلی‌‌متر بودند، نمونه برداری شدند. طی آزمایش تعداد 7 ستون خاک (با ارتفاع 60 و قطر داخلی 15/5 سانتی‌متر) تهیه و 6 ستون (3 ستون شنی و 3 ستون خاکدانه) از خاک پر شده و یک ستون مرجع نیز از آب مقطر پر شد. به دو ستون (شن و رس خاکدانه‌‌دار) محلول اشباع کلسیم سولفات (گچ اشباع)، دو ستون (شن و رس خاکدانه‌‌دار) محلول 0/01 مولار کلسیم کلراید و دو ستون (شن و رس خاکدانه‌‌دار) آب مقطر اضافه شد. مقدار آب حاصل از فرایند تبخیر در دوره‌‌های زمانی 8 تا 12 ساعته، با وزن‌کردن ستون‌ها ثبت می‌‌شدند. پس از حدود 130 روز از شروع آزمایش و برش دادن ستون‌ها، پروفیل رطوبتی (تغییرات رطوبت به عمق) و غلظت املاح خاک ستون‌ها ترسیم شدند. نتایج مطالعه نشان داد که مرحله اول و دوم تبخیر در خاک شنی به‌طور واضح قابل تفکیک بوده؛ ولی در خاک رسی (خاکدانه) به‌دلیل انتقال تدریجی آب و اتصال هیدرولیکی و بدون وقفه آب از سطح عمق ایستابی، فقط مرحله اول تبخیر وجود داشته است. وجود و نوع املاح روی نرخ تبخیر و همچنین پروفیل رطوبتی تأثیر داشته و موجب کاهش تبخیر و افزایش نگهداشت آب در اعماق خاک می‌‌شوند. پیوستگی هیدرولیکی (کلسیم سولفات > کلسیم کلراید> آب مقطر) و درنتیجه خیز مویینه و تأمین آب بخارشده از لایه‌های بالاتر باعث شدت تبخیر بیشتر تیمار کلسیم سولفات نسبت به تیمار کلسیم کلراید و آب مقطر در هردو نوع خاک ‌‌باشد. در شرایط وجود املاح، به‌دلیل ایجاد یک پوسته نمکی در سطح خاک، اتصال هیدرولیکی با سطح خاک قطع شده و در پی آن مقدار و شدت تبخیر کاهش و تبخیر تجمعی نیز کاهش می‌‌یابد.

برنج  (.Oryza sativa L) از مهم‌ترین محصولات زراعی و غذای اصلی بیش از نیمی از مردم جهان است. با توجه به کمبود منابع آب کشور کشت برنج به‌صورت سنتی با محدودیت روبه‌روست. مطالعه حاضر به‌منظور مقایسه کشت مستقیم (خشکه‌کاری) سه رقم برنج (جوزدان، فیروزان و سازندگی) با استفاده از سامانه‌های آبیاری قطره‌ای سطحی (DI) و زیرسطحی (SDI) انجام شد. آزمایش به‌صورت کرت‌های خردشده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی و سه تکرار طی دو سال (1399-1398) در مزرعه آزمایشی دانشگاه صنعتی اصفهان واقع در نجف‌آباد اجرا شد. در این مطالعه با توجه به نتایج تجزیه و تحلیل واریانس، مناسب‌ترین رقم برای خشکه‌کاری کاری برنج در منطقه بین ارقام مورد آزمایش، رقم سازندگی با عملکرد دانه 3400 کیلوگرم در هکتار بود. نتایج این آزمایش نشان داد میزان آب مصرفی در آبیاری قطره‌ای سطحی 20 درصد کمتر از آبیاری زیرسطحی بوده است. همچنین خشکه‌کاری در مقایسه با کشت غرقابی منطقه باعث کاهش 40 درصدی میزان مصرف آب شد. هرچند میزان عملکرد دانه نیز تا حدود 45 درصد کاهش یافت.

پژوهش حاضر به بررسی تغییرات خط ساحلی بخش جنوبی دریای خزر در استان مازندران در بازه زمانی ۲۴ساله (2023–2000) با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست ۸ و سنتینل-۲ پرداخته است. تصاویر از پایگاه‌های USGS و Google Earth Engine تهیه و پس از تصحیحات هندسی و رادیومتریک، با بهره‌گیری از باندهای Near-Infrared و Shortwave Infrared برای تشخیص مرز بین خشکی و آب استفاده شدند. خط ساحلی به‌صورت بصری از تصاویر استخراج و برای هر بازه زمانی ترسیم شد. تغییرات مکانی خطوط ساحلی با استفاده از ابزار DSAS در محیط ArcGIS و به کمک روش‌های آماری شامل حرکت خالص خط ساحلی (NSM)، پوشش تغییر خط ساحلی (SCE)، نرخ نقطه پایانی (EPR) و نرخ رگرسیون خطی (LRR) تحلیل شد. نتایج حاکی از پسروی قابل توجه خط ساحلی در بسیاری از نواحی مورد مطالعه و کاهش مداوم سطح آب دریای خزر در دهه اخیر است. ترکیب تحلیل‌های سنجش از دور با داده‌های جوی (دما، بارندگی و دبی رودخانه‌ها) دقت نتایج را افزایش داده و نشان می‌دهد در صورت تداوم روند کنونی، احتمال پسروی شدیدتر سواحل جنوبی تا سال 2050 وجود دارد. این یافته‌ها بر ضرورت مدیریت هوشمند منابع آبی و اتخاذ سیاست‌های سازگار با تغییر اقلیم در منطقه تأکید دارند.

کاهش نفوذپذیری خاک در اثر ته‌نشینی ذرات معلق، یکی از موانع اصلی در عملکرد بهینه سامانه‌های تغذیه مصنوعی آبخوان‌ها به شمار می‌رود. در این پژوهش، تأثیر غلظت رسوبات (0/5، 2 و 4 گرم بر لیتر)، اندازه ذرات خاک و توزیع عمقی بر فرایند انسداد در ستون‌های آزمایشگاهی بررسی شد. نتایج نشان داد که کاهش نفوذپذیری در دو مرحله رخ می‌دهد: در مرحله اول با افت اولیه سریع به‌دلیل انسداد منافذ درشت در 10 دقیقه نخست، و مرحله دوم که در آن سیستم به تعادل نسبی می‌رسد. افزایش غلظت رسوبات موجب افت سریع‌تر و رسیدن به مقادیر تعادلی کمتر شد. خاک‌های ریزدانه با وجود نفوذپذیری اولیه کمتر، پایداری عملکرد بیشتری در برابر انسداد نشان دادند؛ در حالی‌که خاک‌های درشت‌دانه، کاهش شدیدتری را تجربه کردند. همچنین تحلیل عمقی نشان داد بیشترین افت نفوذپذیری در عمق 40 تا 50 سانتی‌متر رخ داده و در عمق‌های کمتر به‌دلیل کاهش تراکم ذرات معلق، مقدار نفوذپذیری افزایش یافته است. این یافته‌ها می‌توانند در انتخاب مصالح، طراحی لایه‌های زیرین حوضچه، پیش‌بینی عمر مفید سامانه و تنظیم بار رسوبی ورودی برای افزایش بهره‌وری سامانه‌های تغذیه مصنوعی کاربرد داشته باشند.

آبهای زیرزمینی به‌عنوان منابع حیاتی برای تأمین نیازهای شرب، کشاورزی و صنعتی در مناطق خشک و نیمه‌خشک ایران از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. در این مطالعه، مدل‌سازی تغییرات کمّی و کیفی آب‌های زیرزمینی دشت گرمسار در بازه زمانی ۱۳۹۰ تا ۱۴۰۲ با استفاده از نرم‌افزارهای MODFLOW،GIS و MT3DMS انجام شد. داده‌های مکانی و اقلیمی به‌صورت جامع در محیط GIS پردازش و آماده‌سازی شد و شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی با مدل MODFLOW و تحلیل تغییرات کیفیت آب با مدل MT3DMS انجام شد. مدل پس از صحت‌سنجی با داده‌های میدانی سال‌های ۱۳۹۹ تا ۱۴۰۲ با شاخص‌های آماری میانگین خطای مطلق (MAE) در بازه 0/4 تا 0/5 متر و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) بین 0/5 تا 0/6 متر، دقت قابل قبولی از خود نشان داد. نتایج مدل‌سازی نشان داد که افزایش ۱۵ درصدی برداشت آب منجر به کاهش سطح ایستابی تا ۸ متر، برداشت ثابت کاهش ۷ متر و کاهش ۱۵ درصدی برداشت کاهش ۵ متری سطح آب را به دنبال دارد. از منظر کیفیت، کاهش برداشت باعث بهبود کیفیت آب آبیاری اما افزایش غلظت برخی آلاینده‌ها شد که نیازمند تدوین راهکارهای مدیریتی مؤثر برای حفاظت از منابع آب زیرزمینی است. یافته‌های این پژوهش گویای اهمیت بهره‌برداری پایدار و مدیریت هوشمند منابع آب زیرزمینی دشت گرمسار است.

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.

با توجه به ضرورت افزایش تولید گندم به‌عنوان یک محصول راهبردی در بخش کشاورزی، شناسایی عوامل مؤثر بر تولید این محصول بسیار حائز اهمیت است. در مطالعه حاضر با استفاده از رهیافت تخمین توابع تولید و انتخاب تابع تولید برتر، این موضوع بررسی شده است. مدل پژوهش با استفاده از داده‏های ترکیبی طی یک دوره ۱۵ساله بین سال‌های زراعی 1400-1385 در شهرستان‌های استان اصفهان با استفاده از نرم‌افزار Eviews10 برآورد شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد در میان نهاده‌های تولید، آب مصرفی بیشترین اثر مثبت را بر عملکرد گندم داشته است؛ به‌طوری ‌که با افزایش یک درصد در میزان آب، عملکرد گندم به‌طور متوسط 0/41 درصد افزایش یافته است. سایر عوامل مؤثر شامل سطح زیرکشت، کود، بذر و نیروی کار نیز اثرهای مثبت و معناداری داشته‌اند؛ درحالی‌که دمای هوا اثر منفی بر عملکرد گندم داشته است. متغیر ماشین‌آلات کشاورزی فاقد اثر معنا‌دار بوده است. با توجه به اقلیم خشک و نیمه‌خشک استان اصفهان از یک‌سو و نقش مهم آب در عملکرد گندم از سوی دیگر، به‌کارگیری روش‌های نوین آبیاری و افزایش بهره‌وری مصرف آب می‌تواند نقش کلیدی در ارتقای تولید گندم ایفا کند.

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.

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 توجه ‌به افزایش روزافزون نیاز مصرف آب و کاهش منابع آب قابل‌استفاده، افزایش بهره‌وری مصرف آب ضروری به نظر می‌رسد. استفاده از روش‌های نوین آبیاری و اعمال مدیریت آبیاری بر اساس اصول علمی نوین و دقیق باعث افزایش کارایی آبیاری خواهد شد. هدف این پژوهش برآورد تلفات تبخیر و بادبردگی با استفاده از متغیر‌های هواشناسی و اندازه‌گیری تلفات تبخیر و بادبردگی در شهرهای اصفهان، گلپایگان و فریدون‌شهر با شرایط آب‌وهوایی متفاوت بود. تلفات تبخیر و باد‌بردگی در ساعات 3، 6، 9، 12 و 15 با استفاده از دو معادله انتخابی در سه ایستگاه‌ هواشناسی با آمار آب‌وهوایی هفت‌ساله بررسی شد. سپس با دو روش تجربی (با نام‌های اختصاری WD1 و WD2) و یک روش مبتنی بر علوم (با نام اندازه قطرات) و اندازه‌گیری میدانی، مقدار تلفات تبخیر و باد‌بردگی برآورد شد. نتایج نشان داد تلفات تبخیر و بادبردگی محاسبه‌شده با استفاده از معادله تجربی WD1  حدود 2 ‌درصد بیشتر از مقدار اندازه‌گیری ‌میدانی و معادله تجربی WD2 حدود 1/5درصد کمتر از مقدار اندازه‌گیری ‌میدانی بود. ضریب تصحیح برای معادله WD1 در شهرهای اصفهان، فریدون‌شهر و گلپایگان به ترتیب برابر با 0/54، 0/44 و 0/55 و برای معادله WD2 به ترتیب برابر با 1/62، 1/17 و 1/56 بود. مقدار تلفات تبخیر و بادبردگی بین ساعات مختلف روز و ماه‌های مختلف سال اختلاف معنی‌داری در سطح 5 ‌درصد داشتند.

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.

پژوهش حاضر با هدف تحلیل کمی و کیفی مصرف آب کشاورزی در استان مرکزی، به محاسبه و بررسی مصرف آب در سطح ۱۸ محصول زراعی و ۱۲ شهرستان با استفاده از ردپای آب به‌عنوان شاخصی جامع پرداخته است. در این راستا، بررسی هم‌زمان سه مؤلفه ردپای آب آبی، سبز و خاکستری به‌عنوان ابزاری تحلیلی برای ارزیابی میزان و نحوه مصرف آب صورت گرفت. در این مطالعه از داده‌های هواشناسی، کشاورزی و مصرف نهاده‌ها در سال زراعی ۱۴۰2–۱۴۰1 استفاده  شده و مقادیر ردپای آب به‌صورت واحد و کل برحسب محصول و شهرستان برآورد شده‌اند. نتایج نشان داد که BWFU به‌شدت تحت‌تأثیر عوامل مکانی (اقلیم و بارش) و ویژگی‌های گیاهی (عملکرد، نوع محصول و دوره رشد) قرار دارد. تفاوت BWFU تا ۹۸% در میان محصولات مختلف و تفاوت بیش از ۹ برابری GWFU در اراضی دیم نسبت به فاریاب دیده شد. همچنین مقادیر GRWFU برای بسیاری از محصولات از BWFU فراتر رفت که بیانگر بار آلاینده قابل‌توجه ناشی از مصرف کودهای شیمیایی است. علاوه بر عوامل مکانی و ویژگی‌های گیاهی، اختلاف  MCM223 بینشهرستان‌های ساوه و آشتیان و اختلافMCM52/7 بین شهرستان‌های شازند و محلات به‌ترتیب در BWF و GWF نشانگر تفاوت مکانی در BWFU و سطح کشت است. همچنین اختلاف  MCM137 بین GRWF شهرستان‌های اراک و آشتیان علاوه بر سطح کشت، تحت تأثیر میزان و نوع کود مصرفی قرار دارد. اقدامات مدیریتی پیشنهادی در کنار بهبود عملکرد، شامل کاهش سطح کشت محصولات پرمصرف، توسعه اراضی دیم در نواحی پربارش، بهینه‌سازی مصرف نهاده‌ها و اصلاح الگوی کشت متناسب با منابع و شرایط اقلیمی به‌منظور حفظ کمیت و کیفیت منابع آب توصیه می‌شود. بر این اساس، نتایج پژوهش قابلیت شاخص ردپای آب را در تحلیل مکان‌محور و محصول‌محور مصرف آب و تدوین واکنش‌های مدیریتی بیان می‌کند.

تغییر اقلیم بر عملکرد و بهره‌وری آب محصولات زراعی تأثیرات قابل‌توجهی دارد. هدف این مطالعه ارزیابی تأثیر تغییر اقلیم بر عملکرد بیولوژیک و دانه و میزان مصرف و بهره‌وری مصرف آب (WUE) دو ژنوتیپ جو (گوهران و ریحان 03) در تاریخ‌های مختلف کاشت پاییزه و بهاره با استفاده از مدل CERES-Barley نرم‌افزار DSSAT بود. بخش میدانی این مطالعه در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان (نجف‌آباد) برای جمع‌آوری داده‌های واسنجی و ارزیابی مدل انجام شد. داده‌های هواشناسی در بازه زمانی 2016–2003 از ایستگاه نجف‌آباد و داده‌های برآوردشده برای بازه زمانی 2050–2020 با استفاده از مدل مارکسیم تحت سناریو RCP 8.5 به‌دست آمد. تاریخ‌های کاشت در بازه 35- تا 35+ روز از تاریخ اصلی (30 مهر برای کشت پاییزه و 13 اسفند برای کشت بهاره) در نظر گرفته شدند. مدل مورد استفاده با دقت زیاد برای صفات روز تا گرده‌افشانی، روز تا رسیدگی، سطح برگ و عملکرد دانه و بیولوژیک واسنجی شد. تغییر اقلیم، به‌ویژه افزایش دما، عملکرد دانه و بیولوژیک را در هر دو فصل کاشت کاهش داد؛ اما عملکرد بیولوژیک به ویژه در کاشت بهاره کاهش بیشتری پیدا کرد. در بازه 2050–2040، بیشترین میزان مصرف آب در پاییزه (387/5 میلی‌متر برای گوهران) و کمترین میزان آن در کاشت بهاره (239 میلی‌متر برای ریحان 03) به‌دست آمد. تأخیر 25–20 روزه در کاشت پاییزه، بهره‌وری مصرف آب را بهبود داد؛ درحالی‌که کاشت زودهنگام 20-10 روزه در کاشت بهاره، به دلیل بهره‌گیری از دماهای خنک‌تر بهره‌وری مصرف آب را افزایش داد. میزان تبخیر -تعرق در کشت پاییزه (تا 399 میلی‌متر) افزایش، ولی در کشت بهاره (تا 267 میلی‌متر) کاهش یافت. رقم ریحان 03 به دلیل  زودرس‌تر بودن، تحت تأثیر تغییر اقلیم در کاشت بهاره نسبت به رقم گوهران کاهش عملکرد کمتری را نشان داد. به طور کلی نتایج این مطالعه نشان داد که در شرایط مشابه این مطالعه، از طریق تغییر تاریخ کاشت می‌توان اثرات منفی تغییر اقلیم بر رشد و عملکرد گیاه جو را کاهش داد و پایداری تولید این گیاه را بهبود بخشید. 

کمبود آب، ردپای آب کشاورزی را به شاخصی مهم برای مدیریت پایدار منابع به ویژه در مناطق خشکی مانند ایران تبدیل کرده است. این شاخص وابسته به عوامل مختلفی از جمله اقلیم، میزان عملکرد، عادات غذایی مردم و راندمان آبیاری و کشاورزی است که می توان با بهره گیری از مدل ها آن را با سرعت بیشتری برآورد کرد. مدل SSM-iCROP2 دسته ای از مدل های شبیه سازی است که در ایران برای بیش از 30 گونه گیاهی پارامتریابی و ارزیابی شده است و در بیشتر مطالعات مربوط به عملکرد گیاهی استفاده شده است. از آنجایی که شکر یکی از منابع مهم تأمین انرژی در سبد غذایی است، سطح زیر کشت وسیعی را در کشور به خود اختصاص داده است. شکر حاصل از نیشکر در کشور به طور عمده در استان خوزستان کشت می شود. در این مطالعه با هدف معرفی مدل نام‌برده در برآورد ردپای آّب آّبی و سبز این محصول استراتژیک در کشور از روش بزرگ‌مقیاس‌نمایی برای شرایط پتانسیل و کشاورزان در بازه زمانی 1371 تا 1401 استفاده شد. نتایج نشان داد میزان ردپای آب کل نیشکر در کشور که حاصل جمع ردپای آب آبی، سبز و خاکستری است، برای شرایط پتانسیل و کشاورزان به ترتیب معادل 2251 و 3134 مترمکعب بر تن است.