علوم آب و خاک

تغییرات کاربری اراضی یکی از عوامل اصلی تغییر در میزان رواناب سطحی حوزه‌های آبخیز بوده که بررسی آن برای کاهش خسارات حاصل از سیل (جانی و مالی) و اعمال مدیریت صحیح در حوزه‌های آبخیز ضروری است. این در حالیست که حوضه آبخیز نهر اعظم در شمال کلان‌شهر شیراز واقع شده و در سال‌های قبل شاهد لطمات جانی و مالی فراوان به ساکنین شیراز در اثر سیل بوده‌ایم. پژوهش حاضر به‌منظور بررسی رابطه تغییر کاربری با میزان رواناب حوضه آبخیز نهر اعظم شهر شیراز با مساحت 94463 هکتار بوده که با استفاده از مدل SWAT در بازه زمانی 2020-2004 انجام شده است. مدل با استفاده از داده‌های سال 2004 تا 2014 واسنجی و از سال 2015 تا 2020 اعتبارسنجی شده و از تصاویر ماهواره‌ای لندست مربوط به سال‌های 2003 و 2020 استفاده شد. این تصاویر بعد از انجام پیش‌پردازش‌های ضروری با استفاده از روش طبقه‌بندی نظارت شده به 6 کاربری اصلی طبقه‌بندی شده و با استفاده از روش زنجیره مارکوف برای سال 2040 نقشه کاربری اراضی تهیه شد. سپس با مدل واسنجی شده، تأثیر تغییر کاربری سال 2003 و 2040 روی میزان رواناب شبیه‌سازی شده، ارزیابی شد. نتایج مرحله واسنجی حوضه آبخیز نهر اعظم برای مقادیر پارامترهای آماری برای ضریب تبیین، P-Facor وR-Facor  به‌ترتیب 0/77، 0/72، 2/43 و برای مرحله اعتبارسنجی این پارامترهای آماری به‌ترتیب 0/69، 0/65 و 2/3 به‌دست آمد. تحلیل نقشه کاربری نشان می‌دهد که بیشترین تغییر کاربری موجود در منطقه، مربوط به تبدیل مراتع به زمین کشاورزی آبی (142 هکتار) و اراضی شهری (4854 هکتار) بوده که موجب کاهش مراتع می‌شود. همچنین نتایج حاصل از شبیه‌سازی مدل با به‌کارگیری نقشه‌های کاربری سال‌های 2003 و 2040 نشان می‌دهد میزان رواناب به‌طورکلی 33 درصد کاهش می‌یابد. نتایج نشان داد که اگر همه عدم قطعیت‌ها کمینه شود، مدل SWAT واسنجی شده به خوبی می‌تواند نتایج شبیه‌سازی هیدرولوژی قابل‌قبولی در ارتباط با کاربری اراضی ایجاد کند که برای مدیران منابع طبیعی و آب و محیط‌زیست و سیاستمداران و مدیران شهری شیراز مفید باشد.

باتوجه‌به کمبود منابع آبی، بارش کم و تبخیر بیش از اندازه در کشور، داشتن برنامه دقیق آبیاری و شیوه مدیریتی مناسب، امری ضروری است. حال به‌منظور بررسی اثر مالچ و سوپرجاذب، پژوهشی در شهر خرم‌آباد و در سال 1401 به‌صورت فاکتوریل با طرح پایه کاملاً تصادفی در سه تکرار انجام شد. فاکتور اول تیمار آب آبیاری در چهار سطح شامل آبیاری بر اساس وجود تأمین 100 درصد نیاز آبی (I100)، تأمین 80 درصد نیاز آبی (I80)، تأمین 60 درصد نیاز آبی (I60) و تأمین 40 نیاز آبی (I40) گیاه بود. فاکتور دوم نیز شامل مواد اصلاحی مالچ گیاهی (M)، سوپرجاذب (S) و تیمار شاهد (I) بودند. نتایج پژوهش نشان داد که بیشترین میزان عملکرد‌ تر، عملکرد خشک و ارتفاع بوته مربوط به تیمار I100-M بود که به ترتیب برابر52/89 تن در هکتار، 29/42 تن در هکتار و 2/27 متر به ‌دست آمد. بیشترین مقدار بهره‌وری تر و بهره‌وری بیولوژیک از آن I40-S بود که به ترتیب برابر 14/24 کیلوگرم علوفه تر به‌ازای یک مترمکعب آب و 4/75 کیلوگرم ماده خشک به‌ازای یک مترمکعب آب محاسبه شد. کمترین میزان عملکرد ‌تر و خشک مربوط به I40-M بود و کمترین بهره‌وری تر نیز مربوط به تیمار I100- S بود. به‌طورکلی ماده اصلاحی مالچ در تیمار‌های با تنش آبی کمتر، عملکرد بهتری داشت، ولی با افزایش میزان تنش آبی، عملکرد تیمار‌های حاوی مالچ کاهش یافت. ماده اصلاحی سوپرجاذب نیز در تیمارهای آبیاری کامل یا با تنش کمتر، عملکرد کمتری را نشان داد، ولی با افزایش میزان تنش نتیجه بهتری را رقم زد.

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.

رطوبت خاک یکی از عوامل مهم و تعیین‌کننده برای رشد گیاه، میزان تبخیر و تعرق و همچنین مدیریت آبی در مزرعه است. به همین منظور سنجش آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. سطح زمین دارای تنوع زیادی در رطوبت خاک بوده و سنجش و اندازه‌گیری آن به شیوه‌های مختلف انجام می‌گیرد. به‌دلیل مشکلاتی که روش‌های تماسی اندازه‌گیری رطوبت خاک دارد، امروزه سنجش‌ازدور به دلیل اینکه که امکان تحلیل و پایش رطوبت خاک را در مقیاس‌های بزرگ و جهانی فراهم می‌کند، مورد توجه واقع شده ‌است. در این پژوهش از داده‌های ماهواره‌ای و رطوبت‌های اندازه‌گیری‌شده در مزارع انتخابی واقع در دشت هرمزآباد استفاده و این داده‌ها تحلیل و مقایسه شده‌اند. داده‌های ماهواره سنتینل-2 با سامانه گوگل ارث انجین تحلیل شده‌اند. نتایج این پژوهش نشان داد که اگر چه استفاده از شاخص‌های سه‌گانه به‌منظور کاربرد در مدل OPTRAM برای برآورد رطوبت دقت زیادی ندارند، ولی بااین‌وجود استفاده از شاخص گیاهی EVI نتایج بهتری نسبت به دو شاخص دیگر ارائه کرده‌است.

امروزه بسیاری از کشورهای دنیا از جمله ایران با مخاطرات طبیعی مانند فرونشست، خشکسالی، سیل و کم آبی مواجه هستند. بسیاری از این مخاطرات به‌دلیل عدم مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی است. یکی از راهکارهایی که در سطح دنیا برای مقابله با این مخاطرات به‌ویژه فرونشست زمین مطرح شده است، تغذیه مصنوعی آبخوان ها است. بدین منظور در این مقاله، اثرات کمی و کیفی پساب تصفیه‌خانه داران به‌منظور تغذیه آبخوان دشت دامنه داران مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که تغذیه از طریق پخش پساب در رودخانه دامنه ‎داران، تأثیر مثبتی داشته و بدون درنظرگرفتن کیفیت پساب تغذیه شده، پخش از طریق رهاسازی در رودخانه موجب افزایش سطح ایستابی آبخوان در شعاع بیشتری خواهد شد. بر اساس نتایج پیشنهاد می‌شود که تمامی پساب تصفیه‌خانه در شرایط فعلی و آتی به تعادل‌بخشی آبخوان اختصاص یافته و در بخش جایگزینی پساب با چاه‌های فعال، به‌دلیل عدم وجود چاه با کاربری صنعت و فضای سبز در منطقه، تمامی پساب جایگزین چاه‌های فعال در بخش کشاورزی با شرط انجام تصفیه تکمیلی شود.

کینوا گیاهی با ارزش غذایی مطلوب و پتانسیل رشد و تولید در شرایط نامساعد محیطی است که در برابر شوری تحمل زیادی دارد. استفاده مجدد از زه‌آب کشاورزی یک روش طبیعی و مهم در مدیریت زه‌آب است که موجب افزایش درآمد کشاورزان، تولید پایدار و امنیت غذایی خواهد شد؛ بنابراین این پژوهش با هدف بررسی آبیاری با زه‌آب کشاورزی و تنش شوری و کم‌آبی بر عملکرد و اجزای عملکرد گیاه کینوا (رقم تیتیکا) تحت سطوح شوری 2، 10، 15 و 20 دسی‌زیمنس بر متر و سطوح آبیاری کامل، آبیاری 80 و 60 درصد نیاز آبی گیاه با سه تکرار و در قالب کرت‌های خردشده و با طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی در مزرعه آزمایشی دانشکده مهندسی آب و محیط‌زیست دانشگاه شهید چمران اهواز در دو فصل پاییز و بهار در سال‌های 1401 و 1402 انجام شد. نیاز آبی گیاه با استفاده از اندازه‌گیری رطوبت خاک قبل از هر آبیاری و افزایش رطوبت به مقدار ظرفیت زراعی به روش وزنی انجام شد. تیمارهای آزمایشی پس از جوانه‌زنی بذرها و از ابتدای کشت اعمال شد. پس از رسیدن فیزیولوژیکی گیاه عملیات برداشت به‌صورت بریدن بوته از سطح خاک انجام شد و نمونه‌ها به‌منظور خشک‌کردن تعیین اجزای عملکرد به آزمایشگاه منتقل شد.

نتایج نشان داد که تنش شوری در مقایسه با تنش کم‌آبی (در سطح احتمال یک درصد) میزان تأثیر بیشتری روی کاهش عملکرد و اجزای عملکرد کینوا داشته است. همچنین بر اساس نتایج این مطالعه، بیشترین و کمترین میزان عملکرد دانه به‌ترتیب در فصل پاییز 5/45 و 1/8 و در فصل بهار 3/87 و 0/73 تن در هکتار به‌طور مشابه در تیمارهای S1I1 و S4I3 به‌دست آمد.

هدف این مطالعه، بررسی قابلیت شبیه‌سازی هیدرولوژیک محدوده ازنا - الیگودرز است که در بالادست حوضه کارون بزرگ و شرق استان لرستان واقع است. برای انجام این پژوهش از اطلاعات روزانه هواشناسی مربوط به ایستگاه سینوپتیک الیگودرز و بارش ایستگاه‌های باران‌سنج کمندان و دره تخت در بازه ۲۰۲۳-۱۹۹۱، دبی مشاهداتی مربوط به ایستگاه هیدرومتری ماربره در بازه ۱۹۹۱-۲۰۲۱ و نقشه خاک، کاربری اراضی و ارتفاعی حوضه ازنا - الیگودرز استفاده شد. دوره ۱۹۹۱ و ۱۹۹۲ به‌منظور وارم‌آپ مدل، واسنجی از سال ۱۹۹۳ تا ۲۰۱۶ و دوره صحت‌سنجی از ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۱ در نظر گرفته شد. بر اساس شبیه‌سازی انجام‌شده در این منطقه، مدل دارای ضعف در شبیه‌سازی بود. بعد از شبیه‌سازی اولیه اقدام به واسنجی مدل شد. پس از تحلیل حساسیت پارامترهای مختلف، ۲۲ پارامتر مؤثر انتخاب و مدل واسنجی شد. نتایج ارزیابی نشان داد برای مراحل واسنجی و صحت سنجی، مقدار NSE به‌ترتیب برابر 0/60 و 0/56 و مقدار ضریب R2 به‌ترتیب برابر 0/61 و 0/78 به‌دست آمد. بر اساس ضرایب به‌دست‌آمده در هر دو مرحله واسنجی و صحت‌سنجی مشخص شد که مدل به‌طور کلی دارای دقت رضایت‌بخش در شبیه‌سازی هیدرولوژیک محدوده ازنا - الیگودرز بود.

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.

زمان تمرکز (Tc) یکی از پارامترهای کلیدی در مطالعات هیدرولوژیک است که نقش مهمی در طراحی سازه‌های کنترل سیلاب، شبیه‌سازی رواناب و مدیریت منابع آب ایفا می‌کند. در این پژوهش، عملکرد هفت رابطه تجربی شامل برانس - ویلیامز، کالیفرنیا، جیاندوتی، کرپیچ، پیلگریم، هیدروگراف استدلالی و کارتر در برآورد زمان تمرکز برای ۳۵ زیرحوضه در استان خوزستان بررسی شد. برای ارزیابی دقت این روابط، ابتدا شش زیرحوضه با داده‌های معتبر بارش - رواناب انتخاب و زمان تمرکز مشاهداتی آن‌ها محاسبه شد. سپس، خروجی روابط تجربی با مقادیر مشاهده‌ای مقایسه شد و با استفاده از شاخص‌هایی مانند RMSE، ME و ضریب کارایی نش - ساتکلیف (NSE) تحلیل آماری صورت گرفت. نتایج نشان داد که مدل کرپیچ با RMSE معادل 2 ساعت، ME برابر با 0/44 ساعت و NSE برابر با 0/91، دقیق‌ترین و قابل‌اعتمادترین تخمین را ارائه می‌دهد. پس از آن، از این روابط برای تخمین زمان تمرکز در سایر زیرحوضه‌ها استفاده شد. درنهایت، نقشه پهنه‌بندی زمان تمرکز تولید شد که می‌تواند به‌عنوان ابزاری مؤثر برای طراحی هیدرولیکی، تحلیل سیلاب و برنامه‌ریزی بهینه منابع آب در استان خوزستان مورد بهره‌برداری قرار گیرد.

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.

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.