علوم آب و خاک

در مزارعی که زهکش¬های زیرزمینی در عمق زیاد نصب شده¬اند نظیر کشت و صنعت¬های خوزستان، با مدیریت آب و کود در سطح مزرعه می¬توان، کارایی مصرف آب را افزایش و همچنین حجم زه¬آب خروجی و تلفات کودی و سایر آلاینده¬ها را کاهش داد. در این پژوهش از یک مدل جامع شبیه¬سازی چرخه آب و دینامیک نیتروژن در زمین¬های کشاورزی تحت پوشش سیستم¬های زهکشی با استفاده از رویکرد پویایی سیستم، برای شبیه¬سازی سناریوهای مختلف مدیریت آب آبیاری و کود استفاده شد. به‌منظور کاهش آب مصرفی و کاهش تلفات کود اوره در یکی از مزارع کشت و صنعت امام خمینی، پنج سناریوی مختلف مدل¬سازی شامل چهار سناریوی مدیریت آب آبیاری به میزان 5، 10، 15 و 20 درصد کاهش در مقدار آب آبیاری (I1، I2، I3 و I4) نسبت به وضعیت موجود آبیاری در این کشت و صنعت (I0)، و یک سناریوی مدیریت توأم آب و کود (20 درصد کاهش مقدار آب آبیاری و 210 کیلوگرم بر هکتار کود اوره، I4F) برای شبیه¬سازی و مقایسه حجم زه¬آب تولیدی، تلفات نیترات و آمونیوم توسط سیستم زهکشی و میزان نیتروژن باقیمانده در خاک اجرا شد. نتایج مدل¬سازی نشان داد که سناریو I4F، باعث کاهش شدت زهکشی تجمعی، تلفات تجمعی نیترات و آمونیوم زه‌آب، مجموع تلفات تجمعی نیترات و آمونیوم زه‌آب و تلفات تجمعی نیترات¬زدایی به‌ترتیب برابر با 31، 70، 71، 70، و 85 درصد می¬شود که علاوه بر آن¬که باعث صرفه¬جویی در آب و کود مصرفی می¬شود، باعث کاهش مؤثر در آلودگی محیط زیست می¬شود. بنابراین، سناریوی I4F (آبیاری به مقدار 2656 میلی¬متر برای شش ماه و 210 کیلوگرم بر هکتار کود اوره) برای نیشکر در کشت و صنعت نیشکر امام خمینی توصیه می¬شود.

در مناطق خشک و نیمه¬خشک، مدیریت منابع آب و بهینه سازی¬مصرف آب در تأمین نیاز آبی از اهمیت ویژه¬ای برخوردار است. به¬منظور بهینه¬سازی مصرف آب در مزرعه باید از میزان تبخیر- تعرق واقعی آگاه بود تا علاوه بر اجتناب از بروز تنش خشکی و کاهش محصول، از مصرف بیش از اندازه آب نیز جلوگیری شود. ازآنجایی که برآورد تبخیر- تعرق واقعی گیاه با استفاده از روش¬های سنتی در مناطق وسیع امکان¬پذیر نیست. بنابراین، استفاده از الگوریتم¬های سنجش از دور برای برآورد آن، دراین مناطق توصیه می¬شود. در این تحقیق،
تبخیر- تعرق واقعی گندم با استفاده از الگوریتم METRIC (الگوریتم تهیه نقشه تبخیر- تعرق با توان تفکیک بالا به همراه واسنجی درونی)، داده های هواشناسی و تصاویر ماهواره Landsat8 در اراضی دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز در سال 1396-1395 برآورد شد. در فرایند اجرای مدل متریک، جهت محاسبه مقدار شار گرمای محسوس مزرعه گندم که به تازگی آبیاری شده بود به عنوان پیکسل سرد انتخاب شد و در نهایت مقدار تبخیر- تعرق با استفاده از آن برآورد شد. مقادیر حداکثر تبخیر- تعرق برآورد شده با الگوریتم METRIC با استفاده از مقادیر تهیه شده از مدل واسنجی¬شده AquaCrop با دقت خوبی با NRMSE (ریشه متوسط مربع خطای نرمال شده) برابر 12/0 اعتبارسنجی شد. درنهایت با استفاده از مقادیر برآوردشده تبخیر- تعرق از تکنیک سنجش از دور با مدل متریک، حجم آب آبیاری و مقدار کل محصول اندازه-گیری شده، بهره‌وری تبخیر-تعرق و بازده آبیاری برای تمام مزارع گندم به وسعت 179 هکتار به ترتیب برابر 0/86 کیلوگرم بر مترمکعب و 75% برآورد شد.

 

ارزیابی یکپارچه حوضه آبریز در مناطق خشک و نیمه‌خشک که با تنش شدید آبی مواجه هستند امری حیاتی است. آمار و اطلاعات، بخش اساسی فرآیند تصمیم‌گیری و حکمرانی آب برای تحقق مدیریت یکپارچه منابع آب در مقیاس حوضه آبریز هستند. برای دستیابی به این هدف، حسابداری آب ابزاری مفید برای سازمان‌دهی اطلاعات و ارائه آن‌ها در قالب شاخص‌های استاندارد است. بنابراین، هدف این پژوهش پیاده‌‌سازی چارچوب حسابداری آب پلاس Water Accounting Plus (WA+))) در حوضه آبریز فریزی واقع در استان خراسان رضوی است. در این پژوهش، شاخص‌های حسابداری آب حوضه آبریز فریزی برای یک دوره 28 ساله (1395-1368) و دو دوره تر (1368-1375) و خشک (1376-1387) با استفاده از مدل SWAT استخراج شدند. شاخص‌های استخراج¬شده نشان داد که میزان آب قابل مدیریت و سودمندی مصرف (تعریق) در سطح حوضه پایین است و بخش زیادی از سهم آبیاری حوضه از منابع آب زیرزمینی تأمین می‌شود. به‌طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از مدل SWAT، چارچوب WA+ و تحلیل شاخص‌های حسابداری آب نقش مهمی را در ارزیابی شرایط کشاورزی و هیدرولوژیکی حوضه‌های آبریز ایفا می‌کنند. رویکرد پیشنهادشده در این پژوهش، می‌تواند به مدیران در اتخاذ تصمیمات آگاهانه برای حفظ پایداری حوضه آبریز کمک نماید.

یکی از روابط مهمی که در تخمین سیلاب¬ها و دبی رودخانه¬ها با دوره بازگشت‌‌های مختلف مورد استفاده قرار می¬گیرد، رابطه شدت- مدت- دوره بازگشت (IDF) است که دقت آن و نحوه محاسبه پارامتر‌های موجود در آن، وابسته به وجود داده‌‌های بارش کوتاه مدت (15، 30، 60، 120 و غیره دقیقه‌ای) برای یک دوره آماری طولانی (به¬طور مثال 30 ساله) است. متأسفانه در بسیاری از ایستگاه‌های باران‌سنجی، چنین داده‌هایی وجود ندارد و آمار بارندگی¬ها تنها بصورت 24 ساعته در دسترس است. جهت تبدیل حداکثر بارش 24 ساعته به کوتاه مدت در ایران، از روابط تجربی مختلفی استفاده می¬شود که یکی از آنها رابطه سازمان هواشناسی هندوستان (IMD) است که دقت آن در برخی نقاط دنیا پایین است. در این پژوهش، در ابتدا رابطه سازمان هواشناسی هندوستان (IMD) به یک رابطه ساده تک متغیره تبدیل شده و سپس این متغیر برای تعدادی از ایستگاه‌های باران‌سنجی که بارش‌های کوتاه مدت آن نیز در دسترس می¬باشد، بدست آمده است. بدین منظور حداکثر بارش‌های 3، 6، 12 و 24 ساعته استخراج و سپس با استفاده از رابطه ویبول و گامبل دوره بازگشت‌‌های مختلف آنها محاسبه شده است. درنهایت با استفاده از رگرسیون داده‌‌های واقعی و محاسباتی، متغیر رابطه تغییریافته IMD محاسبه شده است. نتایج نشان داد که اگرچه توان رابطه هندوستان 0/33 است، اما این متغیر برای ایستگاه‌های مورد مطالعه متفاوت بوده و دامنه تغییراتی بین 0/28 تا 0/35 دارد. جهت مقایسه نیز، رابطه IDF حوضه کردان بدست آمده و سپس نتیجه آن با مقادیر واقعی و رابطه‌ای که قهرمان پیشنهاد داده است و کاربرد زیادی هم در ایران دارد، مقایسه شده است. نتایج نهایی نشان داد که رابطه تغییریافته (IMD) با وجود سادگی و اتکای آن تنها به یک پارامتر، نتایج بسیار بهتری نسبت به روابط پیچیده قهرمان بدست می¬دهد که می¬تواند پس از واسنجی با دقت قابل قبولی در حوضه‌‌های مختلف ایران مورد استفاده قرار گیرد.

انجام برنامه‌ریزی و فراهم آوردن ابزارهای مناسب برای کاهش اثرات نامطلوب مخاطرات طبیعی از جمله سیل، اجتناب‌ناپذیر است. دستیابی به هدف فوق وابسته به وجود آگاهی و اطلاعات کافی و دقیق درباره آسیب‌پذیری بوم‌سازگان‌های مختلف (آبخیزها) نسبت به عوامل مخرب گوناگون است. ارزیابی آسیب‌پذیری از طریق شناسایی تنش‌ها و آشفتگی‌های بالقوه (طبیعی و انسان پدید) و نیز برآورد درجه حساسیت آبخیزها، امکان پیش‌بینی اثرات و انتخاب راه‌کارهای مناسب را برای مدیریت پایدار این بوم‌سازگان‌ها فراهم می‌آورد. از این‌رو، این پژوهش با هدف شناسایی و رتبه‌بندی زیرحوضه‌های آسیب‌پذیر در مقابل سیلاب در دشت اردبیل با درنظر گرفتن ابعاد اجتماعی، اقتصادی، زیرساختی و بوم‌شناختی طرح‌ریزی شده است. برای این منظور ابتدا شاخص‌ها و معیارهای هر بُعد با درنظر گرفتن شرایط حاکم بر دشت اردبیل شناسایی شده، سپس اطلاعات و داده‌های اقلیمی، هیدرولوژیکی، جمعیتی، اقتصادی و زیرساختی و کاربری اراضی از مراجع ذی‌ربط اخذ شد. در ادامه معیارهای مذبور استاندارد شده و وزن متناسب با اهمیت آنها بر اساس روش BWM محاسبه و داده‌های حاصل از این مرحله با استفاده از تکنیک TOPSIS، برای رتبه‌بندی آسیب‌پذیری سیلاب برای زیرحوضه‌های مختلف موجود در دشت اردبیل و برای دوره زمانی 1385-1395 انجام شد. درنهایت نقشه آسیب‌پذیری دشت اردبیل در مقابل سیلاب تهیه و ارائه شد. طبق نتایج، معیارهای تراکم ساختمان، بارش، تراکم جمعیت و نرخ بیکاری از مهم‌ترین معیارهای آسیب‌پذیری بود و در میان ابعاد مورد بررسی، بُعد زیرساختی دارای اهمیت زیادی در آسیب‌پذیری در مقابل سیلاب در دشت اردبیل است. بر اساس نقشه جامع آسیب‌پذیری نیز زیرحوضه 7 در دشت اردبیل، آسیب‌پذیر‌ترین زیرحوضه منطقه مورد مطالعه شناسایی شد.

از آنجا که تغییر کاربری اراضی و همچنین تغییر متغیرهای اقلیمی از جمله افزایش دما بر بسیاری از فرایندهای طبیعی نظیر فرسایش خاک و تولید رسوب، سیلاب و تخریب خصوصیات فیزیکی و شمیایی خاک اثر می‌گذارد، بنابراین نیاز است تا جنبه‌های مختلف اثر این تغییرات، در مطالعات و تصمیم‌گیری‌ها مورد توجه قرار گیرد. در تحقیق حاضر به‌منظور آگاهی از میزان اثرگذاری تغییر اقلیم و شرایط مدیریت کشت بر میزان سیل‌خیزی، اقدام به آزمون و تحلیل سناریوهای منطقی بر اساس پیشینه حوزه آبخیز مروست با استفاده از مدل مفهومی SWAT شد. در این راستا پس از واسنجی مدل، اقدام به آزمون دو سناریوی مذکور شد. سناریوی اول در زمینه مدیریت زارعی و تبدیل باغات به اراضی کشاورزی و سناریوی دوم افزایش 0/5 درجه‌ای دما با ثابت فرض کردن سایر شرایط درنظر گرفته شده است. نتایج واسنجی و اعتبارسنجی مدل با آزمون نش- ساتکلیف به‌ترتیب 0/66 و 0/68 نشان از کارایی قابل قبول مدل در محدوده مورد مطالعه دارد. در ادامه نتایج به‌کارگیری دو سناریوی تغییر کاربری اراضی و گرمایش نشان از تأثیر 30 درصدی سناریوی اقلیمی با افزایش متوسط دبی ماهانه به‌میزان 3/72 مترمکعب بر ثانیه حاکی از افزایش سیل‌خیزی حوضه به‌ویژه در سال‌های اخیر دارد. از طرفی سناریوی تغییر کاربری اراضی باغی به کشاورزی در دو حالت 20 درصد و 50 درصد تغییر کاربری باعث افزایش متوسط دبی ماهانه به‌ترتیب به میزان 1/26 و 1/5 مترمکعب بر ثانیه و به‌عبارتی 10 و 12 درصد به سیل‌خیزی حوضه اضافه شد. نتایج حاکی از آن است که در مناطق مشابه منطقه مورد مطالعه که در منطقه اقلیمی خشک واقع شده است، افزایش احتمالی دما می‌تواند اثر قابل ملاحظه‌ای را بر سیل‌خیزی حوضه داشته باشد. البته تأثیر غیرمستقیم عامل انسانی نیز به‌صورت افزایش گازهای گلخانه‌ای بر افزایش سیل‌خیزی حوضه را نباید نادیده گرفت.

مدیریت آبخیزها و توسعه‌پایدار امروزه نیازمند مناسب‌ترین و سریع‌ترین روش تهیه و تلفیق اطلاعات برای مدیریت بهینه و برنامه‌ریزی هست. یکی از چالش‌های آبخیزداری در مرحله تهیه طرح و اجرای عملیات اصلاحی و احیایی، انتخاب محل مناسب و صحیح آن است تا حداکثر بهره‌وری و اثربخشی لازم را داشته باشند که به‌دلیل هزینه زیاد عملیات مکانیکی و کمبود منابع مالی، انتخاب محل مناسب احداث بندهای اصلاحی مکانیکی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. بنابراین، هدف از این پژوهش مکان‌یابی عملیات مکانیکی آبخیزداری با رویکرد چند معیاره و با استفاده از روش‌های پشتیبان تصمیم‌گیری AHP و ANP و مقایسه دو روش با هم در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی در سطح حوزه آبخیز سقزچی بوده است. معیارها و زیر معیارهای پژوهش 14 متغیر شامل: خاک (عمق و بافت)، اقلیم (نوع اقلیم و میزان بارش)، کاربری اراضی و پوشش سطحی (NDVI)، عوامل هیدرولوژیک و حفاظت خاک (تجمع جریان، میزان رسوب‌دهی و شماره منحنی)، پستی‌ و بلندی (ارتفاع و شیب) و اقتصادی و اجتماعی (فاصله از روستا، فاصله از منابع قرضه و فاصله از جاده) بوده است. قضاوت‌های کارشناسی برای وزن‌دهی، از طریق پرسش‌نامه و به روش میدانی با جامعه آماری 29 نفر از متخصصان و اساتید دانشگاه جمع‌آوری شد. نتایج این پژوهش نشان داد، در اولویت‌بندی مکانی عملیات سنگی ملاتی طبق آزمون همبستگی پیرسون، روشANP در سطح 95 درصد و با شدت 0/839، همبستگی معنی‌داری با روش AHP دارد و با مقایسه اولویت‌بندی دو روش با سازه‌های سنگی ملاتی اجرا شده در حوزه آبخیز سقزچی چای مشخص شد، روش ANP به‌دلیل شبکه‌ای بودن و افزایش دامنه تغییرات، با صحت و قدرت تفکیک بیشتری به اولویت‌بندی پرداخته است.

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.