علوم آب و خاک

شناسایی و بررسی تغییرات سطح زیر کشت انواع محصولات برای مدیریت عرضه تولیدات زراعی ضروری است. در این پژوهش، به‌منظور شناسایی و بررسی تغییرات سطح زیر کشت محصولات زراعی عمده منطقه حسین‌آباد میش‌مست در استان قم از تصاویر سری زمانی سنجنده‌های OLI و ETM+ ماهواره لندست 8 و 7 با توجه به تقویم زراعی این منطقه استفاده شد. با بهره‌گیری از شاخص پوشش ‌گیاهی (NDVI) در الگوریتم درخت تصمیم‌گیری، حد آستانه‌های این شاخص متناسب با محصولات زراعی عمده این منطقه تنظیم و سپس نقشه الگوی کشت محصولات تهیه شد. برای ارزیابی نتایج از آمار جهاد کشاورزی استان طی سال‌های زراعی 2005، 2009 ، 2014 و 2019 استفاده شد. نتایج نشان داد که با استفاده از حد آستانه‌ شاخص NDVI محصولات زراعی در این منطقه در سال 2005 شامل گندم ‌و ‌جو و یونجه بوده و مساحت‌های آنها در مقایسه با آمار جهاد کشاورزی به‌ترتیب خطایی برابر با 17/1 و 6/1 درصد داشت و در سال 2009 گندم ‌و ‌جو، یونجه و ذرت خطایی برابر با 0/5، 9/6 و 0/1 درصد داشت. در سال 2014 نیز محصولات زراعی گندم‌ و‌ جو، یونجه، ذرت و صیفی‌جات خطایی برابر با 4/9 ، 0/4، 11/4 و 2/4 درصد و همین محصولات در سال 2019 خطایی برابر با 0/04، 11/6، 1/4 و 17/5 درصد داشت که خطا معنادار نبوده و طبق نتایج، کارایی مناسب شاخص NDVI در برآورد سطح زیر کشت محصولات با توجه به فنولوژی آنها مشخص شد. همچنین در سال 2009 و 2014، ذرت و صیفی‌جات به محصولات زراعی این منطقه اضافه شد و سطح زیر کشت محصولات در سال 2019 نسبت به سال 2014 افزایش یافت. 

امروزه، پیش‏بینی جریان رودخانه ‏ها از مباحث مهم در هیدرولوژی و منابع آب است که می‏توان از نتایج الگوبندی جریان رودخانه در مدیریت منابع آب، مدیریت سازه‌های آبی و پیش‌بینی سیل استفاده کرد. در این تحقیق، عملکرد مدل برنامه‏ ریزی بیان ژن (GEP)، رگرسیون پارامتریک خطی (LR)، رگرسیون پارامتریک غیرخطی (NLR) و همچنین روش ناپارامتریک -K نزدیک­ترین همسایگی (K-NN)، در پیش‏بینی میانگین دبی روزانه رودخانه کارون در محل ایستگاه هیدرومتری ملاثانی طی دوره آماری 96-1346 مورد ارزیابی قرار گرفته است. ترکیب­ های مختلفی از داده‌های ثبت شده به‌عنوان الگوی ورودی برای پیش‌بینی دبی جریان استفاده شد. نتایج به‌دست آمده حاکی از عملکرد بهتر مدل برنامه‌ریزی بیان ژن با ضریب تبیین (0/827= R²)، جذر میانگین مربعات خطا (59/45=  RMSE) و میانگین خطای مطلق (26/64MAE=) در مرحله صحت‌سنجی برای پیش‏بینی دبی روزانه رودخانه کارون در ایستگاه ملاثانی با تأخیر 5 روز، در مقایسه با روش ‏های LR، NLR و K-NN بوده است. همچنین، ارزیابی عملکرد مدل‌ها در پیش‌بینی مقادیر حداکثر آبدهی جریان نشان داد که همه مدل‌ها میزان جریان را در بیشتر موارد کمتر از مقدار مشاهداتی تخمین زده‌اند. 

آبشستگی زیر لوله‌های انتقال گاز، نفت و آب خطر خمیدگی لوله و شکستن آن را به دنبال دارد. این پدیده می‌تواند به محیط زیست و صنعت نفت و گاز آسیب‌های فراوانی وارد کند. در ایﻦ پژوهش تأثیر تغییرات قطر، فاصله از کف و زاویه قرارگیری لوله‌های انتقال بر میزان کاهش عمق آبشستگی زیر لوله‌های مستغرق در بستر رسوبات چسبنده بصورت آزمایشگاهی بررسی شده است. آزﻣﺎیﺶﻫﺎ برای ﺣﺎﻟﺖ آﺑﺸﺴﺘﮕﯽ زیﺮ ﻟﻮﻟﻪ ﺑﺎ زاویﻪ ﺑﺮﺧـﻮرد صفر، 15 و 30 درﺟﻪ و در 3 ﻣﻮﻗﻌﯿـﺖ روی ﺑﺴـﺘﺮ، ﻓﺎﺻـﻠﻪ D/2 و D/4 از ﺑﺴﺘﺮ انجام شد. همچنین، در اﻧﺠﺎم آزﻣﺎیﺶﻫﺎ از سه قطر 10، 20 و 40 میلی‌متر اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻧﺘﺎیﺞ این مطالعه ﻧﺸـﺎن داد، زاویﻪ ﺑﺮﺧﻮرد ﺟﺮیﺎن روی ﻣﮑﺎن ﻗﺮارﮔﯿﺮی ﺑﯿﺸﯿﻨﻪ ﻋﻤﻖ آﺑﺸﺴﺘﮕﯽ و ﻧﺤﻮه ﻋﻤﻠﮑـﺮد ﮔﺮداﺑـﻪﻫـﺎ ﻣـﺆﺛﺮ است، به‌طوری¬که با افزایش زاویه، عمق آبشستگی زیر خط لوله کاهش می‌یابد و به ازای افزایش ﻓﺎﺻــﻠﻪ ﺑــﯿﻦ ﻟﻮﻟــﻪ و ﺑﺴــﺘﺮ، میزان آبشستگی به‌صورت معنی¬داری تا میزان 18 درصد، کاهش ﭘﯿــﺪا ﮐﻨــﺪ، میزان آﺑﺸﺴﺘﮕﯽ زیﺮ ﻟﻮﻟﻪ ﮐﻤﺘﺮ ﻣﯽﺷﻮد. همچنین مشاهده شد که قطر لوله بر میزان عمق آبشستگی تأثیر دارد و بدلیل تأثیر روی جریان به سمت پایین و جریان‌های گردابی، هرچه قطر لوله افزایش یابد، عمق آبشستگی نیز افزایش می‌یابد. درنهایت با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی حداکثر میزان آبشستگی لوله، رابطه‌ای بر پایه رگرسیون غیر خطی برای تخمین حداکثر میزان آبشستگی ارائه شد

بررسی رفتار پدیده تبخیر از سطح آب یکی از موارد اساسی در طراحی، بهره¬برداری و مطالعات مربوط به مهندسی آب است. از این-رو، به‌کارگیری روش¬های نوین همچون نظریه آشوب در هیدرولوژی و منابع آب به‌دلیل نوآوری و قابلیت‌های آن به¬تازگی مورد توجه قرار گرفته است. از آنجا که نوسانات تبخیر از سطوح آزاد آب ماهیتی دینامیک و غیرخطی دارند، بنابراین، هدف از این پژوهش، بررسی امکان وجود رفتار آشوبی در تبخیر از سطح آزاد آب در ایستگاه سینوپتیک سمنان در مقیاس¬های زمانی روزانه و ماهانه در سال¬های 97-1374 با استفاده از مفاهیم نظریه آشوب است. میزان تبخیر روزانه، ماهانه و سالانه این ایستگاه سینوپتیک به ترتیب 8/68، 200 و 2600 میلی‌متر محاسبه شد. برای بازسازی فضای حالت، به دو پارامتر زمان تأخیر و بُعد محاط نیاز است که بدین¬منظور از میانگین اطلاعات متقابل و نزدیکترین همسایگی کاذب برای برآورد این دو پارامتر استفاده شده است. اولین گام جهت مطالعه یک فرآیند با نظریه آشوب، بررسی آشوبناکی آن است که روش بُعد همبستگی از مرسوم‌ترین روش‌هاست. ابتدا، بُعد تعبیه (مُحاط) به روش نزدیکترین همسایگی کاذب برابر با 3 محاسبه شد. جهت محاسبه زمان تأخیر، نمودارهای متقابل تبخیر در ایستگاه سمنان در مقیاس¬های مختلف زمانی رسم شد. بر اساس این روش، اولین مینیمم محلی در نمودار به‌عنوان زمان تأخیر در نظر گرفته می¬شود که برای تبخیر در مقیاس‌های روزانه و ماهانه به‌ترتیب 30 و 3 به‏دست آمد. برخلاف روش¬های پیچیده و محاسباتی مرسوم، این نتایج با مشاهده و در حداقل زمان حاصل می‌شود که به قرار زیر است: داده‌های ماهانه آشوبی‌تر از داده‌های روزانه هستند. پس از محاسبه زمان تأخیر و بازسازی فضای حالت، بُعد محاط و سپس شیب نمودار بُعد همبستگی به‌ترتیب 8/8 و 9/8 به¬دست آمدند.

انتخاب راهبردهای بهینه عامل مؤثری در افزایش کارایی طرح‌های احیای اراضی است، از سوی دیگر روند بیابانی¬شدن اراضی، در طی فرآیند تخریب محیط زیست حاصل عملکرد و برهم¬کنش میان عوامل متعددی است که انتخاب راهکارهای مناسب را با اشکال مواجه می‌کند. بنابراین، این پژوهش با هدف ارائه راهبردهای بهینه به صورت نظام¬مند و در قالب یک روش تصمیم‌گیری گروهی در دشت یزد– خضرآباد انجام گرفت. به این منظور در ابتدا، راهبردهای مهم از روش دلفی رتبه‌بندی شد. سپس با در نظرگرفتن رأی تصمیم‌گیرندگان در رابطه با اولویت‌بندی راهبردها، رتبه‌بندی اولیه از راهبردها در قالب روش کوک و سیفورد (Cook-Seiford's Method)، شکل گرفت. در ادامه با برآورد فاصله خطی هر راهبرد و شکل‌گیری ماتریس فواصل، اولویت نهایی راهبردها از حل مسئله تخصیص حاصل شده مورد ارزیابی قرار گرفت. یافته¬های پژوهش نشان داد که، راهبردهای جلوگیری از تغییر نامناسب کاربری اراضی (18A) و توسعه و احیاء پوشش گیاهی (23A) به‌ترتیب در رتبه اول و دوم باValue=1  وReduced Cost=0 ، به‌عنوان مهمترین راهبردهای مقابله با بیابان‌زایی، هستند. نتایج این پژوهش به مدیران مناطق بیابانی این امکان را می¬دهد که امکانات محدود را به شیوه¬های صحیح به کارگیرند تا از هدر رفتن سرمایه¬های ملی جلوگیری کنند.

هدف از تحقیق حاضر بررسی و مقایسه نتایج آزمایشگاهی استهلاک انرژی و طول شیب‌شکن قائم مجهز به صفحات مشبک افقی با نتایج حوضچه‌های آرامش استاندارد نوع یک، دو، سه و چهار شیب‌شکن قائم ساده است. بدین منظور تعداد 64 آزمایش مختلف روی شیب‌شکن قائم مجهز به صفحه مشبک افقی در فواصل نسبی 0،  0/25، 0/5 و 0/75 از لبه شیب‌شکن، با تخلخل 40 و 50 درصدی صفحات مشبک و ارتفاع 20 سانتی‌متری انجام شد. نتایج نشان داد که در تمامی آزمایش‌ها و در یک دبی ثابت، افزایش فاصله صفحه مشبک از لبه شیب‌شکن، تأثیری زیادی بر استهلاک انرژی جریان ندارد. به‌طور متوسط استهلاک انرژی پایین‌دست برای مطالعه حاضر در مقایسه با شیب‌شکن قائم ساده به میزان بیش از 20 درصد افزایش یافته است که می‌تواند جایگزین مناسبی برای حوضچه آرامش پایین‌دست باشد. در میان مدل‌های تحقیق حاضر، بیشترین کاهش طول نسبی شیب‌شکن توسط مدل شیب‌شکن قائم با صفحه مشبک افقی با فاصله نسبی 0/75 اتفاق افتاد. به‌طور میانگین هنگام استفاده از صفحات مشبک افقی در چهار فاصله نسبی از لبه شیب‌شکن نیز نسبت به شیب‌شکن قائم مجهز به حوضچه‌ آرامش استاندارد بیش از 73 درصد از طول نسبی شیب‌شکن کاسته می‌شود.

یکی از روش‌های بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه‌ ‌آرامش، استفاده از زبری‌های طبیعی و مصنوعی است. اخیراً به‌دلیل مزایای صفحات مستغرق در مقایسه با سایر زبری‌های مصنوعی غیر ممتد از جمله تعداد کمتر این صفحات و قابلیت طراحی هندسه و چیدمان آنها، رویکرد بیشتری شده‌است. در این مقاله تأثیر صفحات مستغرق با سه زاویه برخورد °۴۵، °۷۵ و °90 بر بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی بررسی شده و اثر آن بر پارامترهایی نظیر نسبت اعماق ‌مزدوج، طول نسبی، میزان اتلاف انرژی و ضریب نیروی برشی بستر ارزیابی شده‌است. نتایج این پژوهش نشان داد، میانگین تأثیر صفحات مستغرق بر کاهش نسبت اعماق ‌مزدوج، طول پرش و طول غلتاب در مقایسه با حالت کلاسیک به‌ترتیب برابر 9/4، 24/6 و 28/4 درصد بوده و میانگین افزایش افت نسبی انرژی 5/5 درصد بوده که بیشینه افت نسبی انرژی در زاویه برخورد 90 درجه صفحات مستغرق با مقدار 6/5 درصد است. با درنظرگرفتن این نتایج و سایر شرایط نظیر سهولت ساخت و به‌کارگیری، تثبیت و کاهش هزینه‌های اقتصادی از میان انتخاب‌های موجود صفحات مستغرق، زاویه برخورد °75 گزینه مناسبی برای طراحی بهینه حوضچه آرامش 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.

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.

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.