علوم آب و خاک

هدف از انجام این پژوهش پهنه‌بندی مناطق مختلف حوزه مرزداران از نظر خطر وقوع سیل است. از آنجایی که بودجه اختصاص‌یافته برای انجام کارهای مدیریتی محدود است و امکان انجام عملیات در کل حوزه امکان‌پذیر نمی‌باشد، بنابراین، داشتن نقشه‌ای با اولویت‌بندی مناطق مختلف از نظر احتمال وقوع سیلاب بسیار مفید وضروری است. بدین‌منظور، از مدل معروف و شناخته شده یادگیری ماشین یعنی مدل بیشینۀ بی‌نظمی (MaxEnt) به لحاظ الگوریتم محاسباتی توانمند در زمینه ارزیابی فرایند وقوع سیلاب به‌عنوان بنچ‌مارک استفاده شد. شواهد سیلاب با استفاده از بازدیدهای میدانی،گزارش‌ها و اطلاعات سازمانی موجود ثبت و در سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) در قالب نقشه تهیه شد. همچنین براساس مرور منابع گذشته، لایه‌های مربوط به دوازده عامل کنترل‌کننده به‌عنوان عوامل پیش‌بینی کننده وقوع سیل در منطقه مورد مطالعه در سامانه اطلاعات جغرافیایی تهیه شدند. به‌منظور ارزیابی نتایج مدل‌سازی، از مقدار مساحت زیر منحنی (AUC) استفاده شد. سپس براساس نقشه تهیه شده مستعدترین مناطق وقوع سیلاب که برای اجرای عملیات مدیریتی در اولویت هستند، شناسایی شدند. بر اساس نتایج حدود 100 کیلومترمربع از مساحت منطقه مورد مطالعه جزء مستعدترین مناطق برای انجام عملیات مدیریتی شناسایی شدند. بر اساس نتایج دقت مدل بیشینه بی‌نظمی 98 درصد در مرحلۀ آموزش و 95 درصد در مرحله اعتبارسنجی بدست آمد. لایه‌های فاصله از آبراهه، تراکم زهکشی و شاخص رطوبت توپوگرافی به‌ترتیب از مؤثرترین عوامل در وقوع سیلاب شناخته شدند.

استفاده از تابع‌های انتقالی برای پیش‌بینی پارامترهای رطوبتی خاک به‌عنوان روش‌های علمی و در عین حال اقتصادی مورد تأکید و پژوهش پژوهشگران است. در این پژوهش، ظرفیت زراعی (FC) و نقطه پژمردگی دائم (PWP) خاک با استفاده از سه تابع انتقالی رگرسیونی (خطی و غیرخطی)، مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) و مدل برنامه‌ریزی بیان ژن (GEP) براساس سه شاخص ارزیابی عملکرد ضریب تعیین (R2)، مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) و نسبت اختلاف توسعه یافته (DDR) در دشت ارسباران در شمال غرب ایران شبیه‌سازی شده است. پارامترهای مستقل شامل درصد رس (Cl)، درصد سیلت (Si)، درصد شن (Sa)، درصد مواد آلی (OC)، چگالی ظاهری (ρb) و چگالی حقیقی (ρs) خاک بودند که با استفاده از آزمون گاما، متغیرهای درصد Si، ρb و ρs برای پیش‌بینی پارامتر FC و متغیرهای ρb و ρs برای پیش‌بینی پارامتر PWP انتخاب شدند. نتیجه پژوهش نشان داد هر سه تابع انتقالی قادر به پیش‌بینی FC و PWP هستند اما مدل SVM دارای بهترین عملکرد در میان این سه گروه تابع انتقالی است به‌طوری که مقدار شاخص‌های (R2، RMSE، DDRmax) در فرایندهای آموزش و آزمون برای پارامتر FC به‌ترتیب (0/9908، 0/5517، 17/50) و (0/9785، 0/7004، 11/62) و برای پارامتر PWP به‌ترتیب (0/9872، 0/5764، 2/85) و (0/8389، 1/187، 3/09) به‌دست آمدند.

پرش هیدرولیکی برای از بین بردن انرژی در پایین‌دست سازه‌های هیدرولیکی از جمله سرریزها، تندآب‌ها و دریچه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پژوهش نتایج حاصل از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی و همچنین شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی آزاد با استفاده از نرم‌افزار Flow 3D در 6 حالت مختلف شیب معکوس، بستر زبر و پله انتهایی با هم مقایسه شد. گفتنی است، برای شبیه‌سازی عددی از دو مدل‌ آشفتگی k-ε و RNG استفاده شد. بر اساس نتایج، دقت شبیه‌سازی با کاربرد مدل RNG بیشتر از مدل k-ε بود. شاخص‌های آماری NRMSE، ME، NS و R2 برای مقایسه نتایج پروفیل سطح آب حاصل از کاربرد مدل RNG به‌ترتیب 4/34، 0/0052، 0/995 و 0/983 بدست آمد. همچنین مقدار این شاخص‌ها برای نتایج پروفیل سرعت با استفاده از مدل مذکور به‌ترتیب 14/92، 0/127، 0/982 و 0/962 محاسبه شد. بطور کلی میزان خطای حاصل از شبیه‌سازی پروفیل سطح آب و سرعت به‌ترتیب برابر 5/31 و 12/4 درصد بدست آمد. همچنین بیشینه خطای نتایج شبیه‌سازی عددی D2/D1، Lj/D2 و Lr/D1 به‌ترتیب برابر 12± ، 12± و 16± درصد بود. بنابراین استفاده از نرم‌افزار Flow-3D همراه با کاربرد مدل آشفتگی RNG برای شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی در شرایط مختلف پیشنهاد می‌شود.

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.

در گذشته روش‌های مختلفی برای کنترل آبشستگی پاشنه ساحل پیشنهاد شده است برای رودخانه‌های کم‌عمق (نظیر رودخانه‌های کوهستانی) از انواع سرریزها استفاده می‌شود؛ بنابراین در این پژوهش به بررسی توسعه آبشستگی در سازه‌های cross vane و w-weir برای حفاظت سواحل پرداخته شد. نتایج نشان داد، با نصب سازه w-weir در موقعیت 90 درجه نسبت به موقعیت 30 و 60 درجه به‌ترتیب شاهد 37/9 و 19/7 درصد کاهش آبشستگی هستیم. همچنین با نصب سازه cross vane در موقعیت 90 درجه نسبت به موقعیت 30 و 60 درجه به‌ترتیب شاهد 35/4 و 21/2 درصد کاهش آبشستگی هستیم. با افزایش عرض (L/B) (نسبت عرض سازه به عرض فلوم) سازه w-weir از 1/5 به 2، میزان آبشستگی 7/9 درصد کاهش داشته است. همچنین با افزایش عرض (L/B) سازه cross vane از 1/3 به 1/7، میزان آبشستگی 4/7 درصد کاهش داشته است. سازه w-weir به‌طور متوسط 7/3 درصد آبشستگی کمتری نسبت به سازه cross vane داشته است.

کیفیت و کمیت آب به دلیل تغییر اقلیم و فعالیت‌های انسانی به مهم‌ترین نگرانی کشورهای جهان تبدیل شده است. علاوه‌براین تغییرات پوشش و کاربری اراضی و اقلیم به‌عنوان دو عامل مهم و تأثیرگذار بر دبی شناخته شده‌اند. در این پژوهش از چهار مدل تغییر اقلیم HADGEM2-ES، GISS-E-R، CSIRO-M-K-3-6-0، CNRM-CM5.0 تحت دو سناریوی حدی RCP2.6 و RCP8.5 به‌عنوان سناریوهای تغییر اقلیم در دوره آینده 2050-2020 استفاده شد. سناریوی کاربری اراضی آینده (2050) با استفاده از الگوریتم CA-Markov در نرم‌افزار IDRISI با استفاده از نقشه‌های کاربری زمین در سال‌های 1983 و 2020 تهیه شد. مدل SWAT به‌منظور شبیه‌سازی بهتر فرایندهای هیدرولوژیک در دوره 2012-1984 واسنجی و برای دوره 2019-2013 اعتبارسنجی شد و برای ارزیابی اثرات جداگانه و ترکیبی تغییر اقلیم و کاربری اراضی روی دبی مورداستفاده قرار گرفت. پیش‌بینی نتایج تأثیرات تغییر اقلیم بر دبی نشان‌دهنده کاهش دبی در بیشتر مدل‌ها تحت دو سناریو RCP2.6 و RCP8.5 است. متوسط بیشترین میزان کاهش و افزایش تحت سناریوی RCP2.6 به‌ترتیب 60 و 30 درصد است. این کاهش چشمگیر پیش‌بینی‌شده تحت سناریوی RCP8.5 بیشتر است. بررسی اثرات توأم تغییر اقلیم و کاربری اراضی نشان داد، متوسط کاهش دبی در ماه‌های اکتبر، نوامبر، دسامبر و ژانویه تحت دو سناریو به‌ترتیب 2/46 و 58 درصد است. متوسط افزایش دبی تحت سناریوی RCP8.5 ماه‌های آپریل و می در مدلHadGEM2ES  47 درصد پیش‌بینی شده است.

در این مطالعه، اثر تغییر اقلیم بر دمای بیشینه و بیشینه بارش روزانه در 16 ایستگاه هواشناسی واقع در حوضه آبریز سفیدرود، در دوره زمانی سال‌های 2023 تا 2052 بررسی شده‌است. بدین منظور 10 مدل AOGCM مربوط به ششمین گزارش ارزیابی IPCC (CMIP6) بر اساس توانایی آن‌ها در شبیه‌سازی دما و بارش دوره تاریخی (سال‌های 1980 تا 2014) رتبه‌بندی شدند. سپس خروجی دمای بیشینه و بارش روزانه مربوط به بهترین مدل در هر ایستگاه، با استفاده از مدل ریزمقیاس نمایی LARS-WG تحت سه سناریوی انتشار SSP126، SSP245 و SSP585 در دوره زمانی سال‌های 2023 تا 2052 استخراج شدند. همچنین از آزمون من - کندال (در سطح آماری 95 درصد) برای بررسی روند تغییر در متوسط سالانه دما و بارش بیشینه استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل‌های مختلف AOGCM در نواحی مختلف حوضه، دارای دقت‌های متفاوتی در شبیه‌سازی دمای بیشینه و بارش هستند و دقت‌های آن‌ها در شبیه‌سازی دما بهتر از شبیه‌سازی بارش بودند. به‌طور کلی، مدل ‌IPSL-CM6A-LR بهترین عملکرد را در شبیه‌سازی دمای بیشینه و مدل HadGEM3-GC31-LL بهترین عملکرد را در شبیه‌سازی بارش نشان دادند. همچنین نتایج نشان دادند که متوسط سالانه دمای بیشینه در سناریوهای انتشار مختلف بین 0/9 تا 2/8 درجه سانتی‌گراد افزایش خواهد یافت. متوسط بیشینه بارش سالانه نیز در سناریوهای انتشار مختلف، بین 6/8- تا 17/7 میلی‌متر تغییر خواهد کرد.

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.

امروزه در پی تغییر اقلیم و گرم‌شدن کره زمین و باتوجه‌به تغییراتی که در نوع بارش‌ها اتفاق افتاده و عموماً از برف به باران تبدیل شده، مشکلات مربوط به سیل و آبگرفتی به‌ویژه در مناطق شهری افزایش یافته و به دنبال آن توجه به مدل‌های شبیه‌سازی بارش – رواناب به‌منظور مدیریت، کاهش و حل این مشکلات نیز افزایش یافته‌است. در این پژوهش با استفاده از نرم‌افزار SewerGEMS، سناریو‌های مختلف با هدف عملکرد این مدل باتوجه‌به مساحت و تعداد زیر‌حوضه‌ها (2 و 8)، دوره‌های بازگشت مختلف (2 و ۵ساله) و همچنین مقایسه چهار روش محاسبه زمان تمرکز (SCSlag، Kirpich، Bransby Williams، Carter) برای شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب در شهر شهرکرد بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که با تغییر دوره بازگشت از 2 به 5 سال، دبی اوج تقریباً در همه سناریو‌ها افزایش یافته‌است. همچنین باتوجه‌به میزان خطای پیوستگی محاسبه‌شده، روش Kirpich در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر‌حوضه‌های بیشتر با مساحت‌های کوچکتر، ارجحیت دارد. برای سناریوی 2 زیر‌حوضه، 4 درصد برای دوره بازگشت ۲ ساله و 19 درصد برای دوره بازگشت ۵ ساله، میزان خطای پیوستگی محاسبه شده‌است. روش SCSlag در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر‌حوضه‌های کمتر با مساحت‌های بزرگتر، ارجحیت دارد. در سناریوی 8 زیر‌حوضه، 16درصد برای دوره بازگشت ۲ ساله و 11 درصد برای دوره بازگشت ۵ساله، محاسبه شده ‌است.

سرریزهای جانبی از سازه‌های هیدرولیکی هستند که در شبکه‌های آبیاری و زهکشی به‌منظور انحراف آب و یا تنظیم سطح آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. افزایش راندمان سرریزهای جانبی با هد ثابت، از جمله دغدغه پژوهشگران هیدرولیک در دهه گذشته بوده‌است. استفاده از شکل‌های مختلف تاج لبه تیز، کنگره‌ای، کلید پیانویی و همچنین افزایش طول سرریز با تغییر هندسه تاج مورد بررسی قرار گرفته ‌است. در پژوهش حاضر نوع جدیدی از سرریز جانبی به شکل مثلثی در دو حالت با لبه ساده و شیبدار در آزمایشگاه و تحت شرایط هیدرولیکی مختلف در شرایط جریان زیر بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته‌است. نتایج نشان داد که با شیبدار کردن لبه‌های سرریز جانبی مثلثی میزان ورتکس ایجاد شده در ورودی دهانه سرریز کاهش یافته و به این دلیل ضریب دبی و حجم جریان عبوری از سرریز نسبت به حالت عادی و مستطیلی به‌ترتیب به میزان حدود 27درصد و 48 درصد افزایش نشان می‌دهد. همچنین پس از تحلیل داده‌ها، معادله غیرخطی برای تخمین ضریب دبی با کمک پارامترهای بدون بعد نسبت عمق بالادست جریان به ارتفاع سرریز (y1/p) و عدد فرود بالادست جریان (Fr1) با دقت %15± و 0/134=NRMSE ارائه شد.

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.

رواناب شهری به‌دلیل شهرنشینی و تغییرات آب‌وهوایی به‌عنوان یک مسئله جدی دارای اهمیت است و به این دلیل توجه به مدل‌های شبیه‌سازی بارش - رواناب برای مدیریت و کاهش پیامدهای ناگوار مهم است. در پژوهش حاضر با استفاده از نرم‌افزار SewerGEMS، حالت‌های مختلف برای بررسی عملکرد این نرم‌افزار بر اساس تعداد و مساحت زیرحوضه‌ها در دو حالت نه و هفده زیرحوضه و مدت بارندگی مختلف 6 و 12 ساعته و همچنین مقایسه عملکرد سه روش محاسبه زمان تمرکز (کرپیچ، برنس‌بای - ویلیامز، کارتر) به‌منظور شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب در شهر میناب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که میزان حجم کل رواناب تولیدی در حالت نه زیرحوضه، 4 درصد نسبت به حجم کل رواناب تولیدی در حالت هفده زیرحوضه بیشتر است. همچنین مقدار بیشینه دبی اوج رواناب در حالت نه زیرحوضه، 20 درصد نسبت به بیشینه دبی اوج رواناب در حالت هفده زیرحوضه بیشتر است. همچنین برای محاسبه زمان تمرکز از سه روش کرپیچ، برنس‌بای - ویلیامز و کارتر استفاده شد که نتایج نشان داد، میزان خطای پیوستگی نرم‌افزار در همه حالت‌ها برای روش برنس‌بای - ویلیامز کمتر از دو روش دیگر است و روش کارتر بیشترین خطای پیوستگی را دارد. اما از آنجایی که مقدار زمان تمرکز محاسبه شده از این روش در بعضی از زیرحوضه‌ها بیشتر از مدت بارندگی 6 ساعته است، بین داده‌های دبی اوج حاصل از روش کرپیچ و روش برنس‌بای – ویلیامز، آزمون t-Test انجام شد و باتوجه‌به اینکه داده‌های دو روش در سطح 95 (0/05 >p) درصد با یکدیگر اختلاف معناداری نداشته و همچنین روش کرپیچ برای محاسبه زمان تمرکز در حوضه‌های کوچک کاربرد خوبی دارد، برای محاسبه زمان تمرکز در حالت مقایسه بین دو حالت نه و هفده زیرحوضه از روش کرپیچ استفاده شد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده مشاهده شد که با ادغام زیرحوضه‌ها و کاهش تعداد آن‌ها از هفده به نه زیرحوضه و در نتیجه افزایش مساحت زیرحوضه‌ها، حجم کل رواناب تولیدی از حدود 123839 مترمکعب به 128446 مترمکعب و بیشینه دبی اوج رواناب از حدود 2/400 مترمکعب بر ثانیه به 2/884 مترمکعب بر ثانیه می‌رسد که نشان‌دهنده افزایش حجم کل رواناب تولیدی و بیشینه دبی اوج رواناب است.

عوامل اقلیمی نقش بسیار اساسی در رشد و نمو گیاهان دارند و بنابراین بر کشاورزی مؤثرند. آستانه تحمل گیاهان در رابطه با هر یک از این عوامل محدود است. هرگونه تغییر در این عوامل می‌تواند به‌طور مستقیم و غیرمستقیم بر تولیدات کشاورزی اثرهای چشمگیری داشته باشد. دراین‌بین تنش دمایی از جمله مهم‌ترین پدیده‌های زیان‌بخش است که مشکلات بسیاری برای تولید محصول و عملکرد ایجاد می‌کند. در این پژوهش، به زمان وقوع تنش دمایی با دوره آماری ۴۴ساله (2023-1980) و بررسی وجود ارتباط بین دمای هوا با عملکرد و زیست‌توده پرداخته شد. بر اساس داده‌های هواشناسی، ماه‌های خرداد، تیر و مرداد گرم‌ترین ماه‌های سال شناخته شدند. از سوی دیگر بیشترین امواج گرمایی در تیر و مرداد در سال‌های 1997، 2014 و 2018 دیده شد که منجر به کاهش کیفیت محصول و یا ازبین‌رفتن گیاه شد. طبق نتایج مربوط به ارزیابی مدل، دقت مدل در شبیه‌سازی روز تا گلدهی و روز تا رسیدگی با استفاده از آماره‌های R2 (0/8 و 0/51) و NRMSE (15/36 و 7/12) تأیید شد. همچنین مدل عملکرد ماده خشک را برای مزارع مورد بررسی به‌ترتیب با 1/92، 5/65، 4/94، 1/58، 0/96 و 1/49 درصد انحراف شبیه‌سازی کرد که نشان داد، مدل عملکرد رضایت‌بخشی داشته و می‌توان از آن در برنامه‌ریزی‌های مربوط به تولید ذرت استفاده کرد. در ادامه رابطه بین دما با عملکرد و زیست‌توده بررسی شد که طبق نتایج، رابطه منفی و معنادار بین آن‌ها در سطح اطمینان 99% وجود داشت.

آگاهی از توزیع مکانی ویژگی‌های خاک به‌عنوان عامل اساسی برای برنامه‌ریزی کشاورزی پایدار در نظر گرفته می‌شود. روش‌های زمین‌آماری به‌طور گسترده‌ای به‌منظور تعیین تغییرپذیری مکانی ویژگی‌های خاک در نقاط ناشناخته استفاده می‌شود. این پژوهش به‌منظور ارزیابی روش‌های زمین‌آماری به‌منظور پهنه‌بندی برخی ویژگی‌های حاصل‌خیزی منطقه دارنگان با کاربری‌های مختلف (زراعی- باغی و مرتعی) در جنوب غرب شیراز انجام شد. 134 نمونه‌ خاک سطحی با الگوی شبکه‌ای، از کاربری‌های مختلف برداشت و ویژگی‌های حاصل‌خیزی آن‌ها اندازه‌گیری شدند. نتایج نشان داد که بهترین مدل با بیشترین دقت، برای فسفر، نمایی ساده، پتاسیم و آهن، J-Bessel، کلسیم و منگنز، مدل Stable، نیتروژن و منیزیم، چندوجهی کروی و روی مدل گوسی و مس، مدل منطقی درجه دوم بوده‌اند. ساختار مکانی برای روی، ضعیف، برای نیتروژن، پتاسیم و منگنز متوسط و برای سایر متغیرها قوی برآورد شد. بر اساس نقشه‌های پهنه‌بندی، 96، 28 و24 درصد از اراضی مورد مطالعه به‌ترتیب با کمبود نیتروژن، فسفر و پتاسیم مواجه هستند. در ارتباط با عناصر ریزمغذی نیز 78 و 63 درصد از اراضی به‌ترتیب دارای کمبود آهن و روی هستند. مقایسه آماری ویژگی‌های مطالعه‌شده بیانگر تفاوت معنی‌دار مقادیر فسفر، پتاسیم، آهن، منگنز، کلسیم، منیزیم و ظرفیت تبادل کاتیونی در کاربری‌های مختلف است.

سرریزها در مدیریت سیلاب‌ها و ایمنی سدها نقش حیاتی ایفا می‌کنند و بخش عمده‌ای از هزینه‌های ساخت سدها را به خود اختصاص می‌دهند. انتخاب سیلاب‌های با دوره‌های بازگشت بلندمدت برای طراحی سیلاب از اهمیت زیادی برخوردار است، اما در برخی موارد افزایش ظرفیت سرریز از طریق افزایش عرض آن به‌دلیل محدودیت‌های توپوگرافی غیرممکن است. یکی از راهکارهای افزایش ظرفیت آبگذری سرریزها، استفاده از سرریزهای کنگره‌ای است که با افزایش طول مؤثر تاج سرریز در یک عرض معین، امکان عبور دبی بیشتری را با حفظ بار هیدرولیکی مشابه فراهم می‌آورد. در این پژوهش، عملکرد هیدرولیکی سرریز کنگره‌ای با استفاده از مدل عددی Flow3D و داده‌های آزمایشگاهی بررسی شده است. ازآنجاکه انجام مطالعه‌های آزمایشگاهی معمولاً نیازمند صرف هزینه و زمان زیادی است، استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی به‌منظور دستیابی به نتایج دقیق‌تر و قابل ‌اعتمادتر برای ارزیابی رفتار هیدرولیکی سرریز کنگره‌ای در اولویت قرار دارد. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که نرم‌افزارFlow3D  با استفاده از پارامتر‌های آماریR2، DC و RMSE به‌ترتیب برابر است با (0/9805، 0/9725 و 0/0142) که قادر است جریان عبوری از سرریزها را با دقت زیاد مدل‌سازی کند. مقادیر به‌دست‌آمده ضریب دبی در Flow3D تطابق بسیار خوبی با داده‌های آزمایشگاهی کروکستون دارد و هم‌راستایی تقریبی این نتایج نشان‌دهنده دقت زیاد مدل عددی است. علاوه بر این در مقایسه با دبی‌های مختلف، برای نمونه خطای نسبی محاسباتی مشاهده‌ شده برای دبی‌های 0/35، 0/6 و 0/44 (مترمکعب بر ثانیه) تقریباً 0/5 درصد محاسبه شده است، درحالی‌که برای دبی‌های 0/3، 0/4 و 0/57 به‌ترتیب خطاهایی معادل 8، 6 و 4 درصد مشاهده شد. نتایج نشان می‌دهد که این ابزارها می‌توانند در تحلیل‌های هیدرولیکی دقیق و بهینه‌سازی طراحی سرریزها، سیستم‌های آبیاری و پدیده‌های دینامیک سیالاتی به‌طور مؤثری استفاده شوند.

کربنات کلسیم معادل خاک (CCE) یکی از ویژگی‌های مهم خاک است. پیش‌بینی مقدار کربنات کلسیم معادل خاک برای مدیریت پایدار حاصلخیزی خاک ضروری است. مطالعه حاضر با هدف نقشه‌برداری رقومی کربنات کلسیم معادل با استفاده از متغیرهای کمکی محیطی و تصاویر ماهواره لندست 8 و مدل‌های پیش‌بینی‌کننده و معرفی بهترین مدل‌ها، در حوضه آبخیز بدر در جنوب شهرستان قروه انجام گرفت. برای انجام این پژوهش در مرحله اول، نقشه ژئومرفولوژی با استفاده از نقشه زمین‌شناسی و بر اساس روش ژئوپدولوژی زینک در محیط سامانه اطلاعات جغرافیائی ترسیم شد. در مرحله دوم، محل 125 خاکرخ مطالعاتی بر اساس تکنیک ابر مکعب لاتین تعیین شد و کربنات کلسیم معادل افق‌های خاک با روش تیتراسیون با اسید اندازه‌گیری شد. متغیرهای کمکی شامل مشتقات مدل رقومی ارتفاع، شاخص‌های سنجش‌ازدور دریافتی از ماهواره لندست 8 و نقشه ژئوپدولوژی بودند که انتخاب متغیرهای کمکی مناسب با استفاده از روش تجزیه مؤلفه‌های اصلی (PCA) انجام شد. در مرحله سوم، مدل‌سازی انجام، نقشه‌های رقومی کلاس‌ها و ویژگی‌های خاک تهیه شد و ارزیابی مدل‌ها صورت گرفت. برای برآورد کربنات کلسیم معادل خاک، در مطالعه حاضر دو حالت مختلف بررسی شد. در حالت اول، مدل‌های شبکه عصبی مصنوعی، تحلیل درخت تصمیم، جنگل تصادفی، مدل نزدیک‌ترین همسایه K برای پیش‌بینی استفاده شدند. همچنین به‌منظور ترکیب نتایج مدل‌ها، از مدل رگرسیون خطی چندگانه استفاده شد. در میان مدل‌های استفاده‌شده برای پیش‌بینی مقدار کربنات کلسیم معادل با استفاده از روش اعتبارسنجی کافلد 10 مکانی، مدل رگرسیون خطی چندگانه (MLR) با ضریب تعیین 0/796 و ریشه دوم متوسط مربعات خطا 6/514 از بیشترین دقت برای پیش‌بینی برخوردار بوده است. این در حالی است که با استفاده از روش اعتبارسنجی کافلد 5 تصادفی، مدل نزدیک‌ترین همسایه K (KNN) با ضریب تعیین 0/9845 و ریشه دوم متوسط مربعات خطا 2/1258 از بیشترین دقت برای پیش‌بینی برخوردار بوده است. به‌دلیل مکانی بودن روش اعتبارسنجی کافلد 10 مکانی، استفاده از این روش بر روش اعتبارسنجی کافلد 5 تصادفی ارجحیت دارد. همچنین متغیرهای کمکی مهم در پیش‌بینی کربنات کلسیم معادل خاک به‌ترتیب اهمیت شامل شاخص کربنات، جهت شیب، ژئومورفولوژی، سطح ‌مبنای شبکه آبراهه و شیب حوضه آبخیز بودند.

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.