فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و سوم شماره 6 (بهمن و اسفند 1395)

نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال بیست و سوم شماره 6 (بهمن و اسفند 1395)

  • 390 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1395/12/22
  • تعداد عناوین: 21
|
  • علی اکبرزاده *، شجاع قربانی دشتکی، مهدی نادری خوراسگانی، جهانگرد محمدی، روح الله تقی زاده مهرجردی صفحات 1-25
    سابقه و هدف
    تخمین صحیح عامل مدیریت پوشش گیاهی (C) برای پیش بینی قابل اطمینان هدررفت خاک ضروری است. به دلیل تغییرپذیری مکانی که در میزان فرسایش و ویژگی های پوشش گیاهی در مقیاس های وسیع وجود دارد، امکان استفاده از جداول و معادلات رگرسیونی موجود در تخمین عامل مدیریت پوشش گیاهی برای مناطق دیگر محدود می باشد. تاکنون مطالعه ای برای برآورد عامل مدیریت پوشش گیاهی در جنگل های شمال کشور انجام نشده است. هدف اصلی از انجام این پژوهش استخراج معادلات (مدل های) رگرسیونی جدید برای تخمین عامل مدیریت پوشش گیاهی با استفاده از روش های سنجش از دور و مطالعات میدانی در بخش هایی از اراضی جنگلی استان گیلان بود.
    مواد و روش ها
    در قطعاتی در داخل محدوده 15 ناحیه آسیب دیده در اثر آتش سوزی و 15 منطقه نسوخته مجاور آنها، در پنج زیر واحد اراضی مختلف، برخی ویژگی های پوشش گیاهی، ویژگی های خاک و میزان فرسایش اندازه گیری شدند. با استفاده از معادله جهانی تلفات خاک اصلاح شده مقدار فرسایش نیز در هر 30 قطعه تخمین زده شد. با استفاده از مقادیر فرسایش مشاهداتی و بقیه عامل های معادله جهانی تلفات خاک اصلاح شده مقدار واقعی عامل مدیریت پوشش گیاهی برای تمامی قطعات محاسبه گردید. برای بررسی تفاوت ویژگی های اندازه گیری شده بین زیر واحدهای اراضی و نقاط آتش سوزی و شاهد از طرح آزمایشی کرت های خرد شده (جفت) در مکان استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که میانگین مقدار واقعی عامل مدیریت پوشش گیاهی به ترتیب در مکان های نسوخته و سوخته در پنج زیر واحد اراضی بسته به میزان تراکم پوشش گیاهی و تخریب اراضی جنگلی در اثر شدت سوختن و میزان فعالیت های انسان و دام بین 0.05 تا 0.14 و 0.13 تا 0.24 متغبر بود. به طور کلی مقادیر تخمین عامل مدیریت پوشش گیاهی در تمام قطعات بیش از عامل مدیریت پوشش گیاهی واقعی بود. همچنین نتایج آنالیز واریانس نشان داد که تخریب پوشش گیاهی در اثر آتش سوزی به طور معنی داری عامل مدیریت پوشش گیاهی (تخمینی و واقعی)، عامل فرسایش پذیری خاک و فرسایش های مشاهداتی و تخمینی را تغییر داد. برای دستیابی به معادلاتی جدید همبستگی بین عامل مدیریت پوشش گیاهی واقعی و ویژگی های مختلف پوشش گیاهی و رطوبتی خاک بررسی شد. ابتدا رابطه بین عامل مدیریت پوشش گیاهی واقعی و شاخص نرمال شده اختلاف پوشش گیاهی به شکل یک مدل خطی جدید برای منطقه استخراج شد. سپس نتایج رگرسیون چند متغیره با روش گام به گام نشان داد که در بین ویژگی های مختلف پوشش گیاهی و رطوبتی خاک ضخامت لاشبرگ، تاج پوشش آسمانه، قطر برابر سینه درختان، رطوبت اشباع و رطوبت نقطه پژمردگی دایم بهترین متغیرها برای تخمین عامل مدیریت پوشش گیاهی در منطقه بودند.
    نتیجه گیری
    ارزیابی فرسایش خاک در منطقه جنگلی مورد مطالعه با استفاده از مدل های موجود در تخمین عامل مدیریت پوشش گیاهی از دقت کافی برخوردار نبود و باعث اشتباه در تخمین فرسایش و هدررفت خاک شد. از معادلات استخراج شده در این پژوهش می توان برای تخمین صحیح عامل مدیریت پوشش گیاهی در سایر اراضی دارای ویژگی های پوشش گیاهی مشابه با منطقه مورد بررسی استفاده کرد.
    کلیدواژگان: اراضی جنگلی، تاج پوشش، رطوبت خاک، ضخامت لاشبرگ، فرسایش خاک
  • ابوالفضل مساعدی*، سمانه محمدی مقدم، غزاله کواکبی صفحات 27-52
    سابقه و هدف
    خشکسالی یک پدیده آب و هوایی است که در همه ی مناطق اقلیمی اتفاق می افتد. هر پدیده خشکسالی با سه مشخصه تداوم خشکسالی، شدت خشکسالی و بزرگی خشکسالی شناخته می شود. از جمله شاخص های خشکسالی، شاخص شناسایی خشکسالی (Reconnaissance Drought Index) می باشد. تغییر اقلیم و به دنبال آن تغییر در خصوصیات پدیده خشکسالی و تاثیر آن بر اکوسیستم ها باعث نگرانی در جوامع بشری و در بین محققان شده است. ویژگی های خشکسالی ممکن است در مناطق مختلف متفاوت باشد. ضمن آنکه ممکن است ویژگی های خشکسالی در طول زمان هم به دلیل موضوع گرمایش جهانی (و تغییر اقلیم) تغییر یابد. بنابراین، هدف از انجام این تحقیق بررسی ویژگی های خشکسالی (شامل: تداوم، شدت، بزرگی، فاصله و فراوانی خشکسالی ) و تغییرات احتمالی آن ها در محدوده هشت ایستگاه سینوپتیک کشور در طول یک دوره آماری 60 ساله بر اساس شاخص RDI می باشد.
    مواد و روش ها
    به منظور پایش خشکسالی هشت ایستگاه سینوپتیک اصفهان، اهواز، بابلسر، تبریز، تهران، خرم آباد، زاهدان و مشهد که در موقعیت های مختلف آب و هوایی و جغرافیایی کشور واقع شده اند، انتخاب شدند. علاوه بر 3 ویژگی خشکسالی شامل: تداوم، شدت و بزرگی، ویژگی های دیگری از خشکسالی در این ایستگاه ها شامل فاصله خشکسالی و تعداد دفعات وقوع خشکسالی نیز با استفاده از تئوری ران معرفی و مورد بررسی قرار گرفتند. همزمان با پایش خشکسالی، خصوصیات خشکسالی و تغییرات احتمالی این ویژگی ها در طول دوره آماری، مورد بررسی قرار گرفتند. ابتدا مقادیر شاخص شناسایی خشکسالی (RDI) برای کل دوره آماری (1951 تا 2010) و در سه مقیاس سالانه، فصلی و ماهانه محاسبه شد. آنگاه خصوصیات خشکسالی شامل میانگین پارامترهای تداوم، شدت، بزرگی، فاصله و تعداد در «نیمه ی اول با نیمه دوم» دوره آماری با استفاده از آزمون من-ویتنی در سطح 95 درصد مورد مقایسه قرار گرفتند. علاوه بر این، نقطه شکست (سال شکست) با استفاده از آزمون کلموگروف-اسمیرنوف تعیین گردید. بر این اساس دوره آماری 60 ساله به دو دوره (دوره قبل از شکست و دوره بعد از شکست) تقسیم شد و خصوصیات خشکسالی در این دو دوره نیز با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفتند.
    یافته ها
    بر اساس نتایج، در همه ی ایستگاه ها، نقطه شکست در دوره آماری 60 ساله با سالی که در میانه دوره قرار دارد (1981) متفاوت می باشد. در مقیاس سالانه در هیچ یک از ایستگاه های مورد بررسی خصوصیات تداوم خشکسالی و تعداد خشکسالی تفاوت معنی داری در سطح 95 درصد نداشته اند. سایر خصوصیات خشکسالی هم در مقیاس سالانه فقط در شهرهای تبریز و تهران تفاوت معنی دار دارند. در مقیاس فصلی و در مقایسه دوره 1980-1951 (نیمه اول) با دوره 2010-1981 (نیمه دوم) در شهر زاهدان در نیمه دوم دوره آماری، شدت، بزرگی و تعداد خشکسالی ها افزایش ولی فاصله خشکسالی ها کاهش یافته است. سایر مناطق تغییر معنی داری را در خصوصیات خشکسالی نشان نمی دهند. در مقیاس فصلی، در مجموع می توان بیان نمود که خشکسالی های بهاره شدیدتر شده اند. ضمن آن که خشکسالی های زمستانه هم در اکثر شهرها تغییر محسوسی ننموده اند. در مقیاس ماهانه به طور کلی بیشترین تعداد کاهش وقایع خشکسالی در ماه آبان اتفاق افتاده است، در حالی که در بسیاری از شهرها تعداد وقایع و یا شدت خشکسالی اردیبهشت و یا فروردین در نیمه دوم نسبت به نیمه اول افزایش یافته است. این موضوع می تواند نشان دهنده کاهش بارش ها و افزایش تبخیر و تعرق در ماه های فصل بهار باشد.
    نتیجه گیری
    به طور کلی سری زمانی مقادیر شاخص خشکسالی در همه ایستگاه ها در سطح 95% دارای شکست می باشد که این موضوع نشان دهنده ناهمگنی و تغییر شرایط کلی خشکسالی می باشد. علاوه بر این، تغییراتی در خصوصیات خشکسالی و یا زمان وقوع خشکسالی در بعضی از مناطق کشور رخ داده است که این تغییرات در خشکسالی های ماهانه و بخصوص ماه های فصل بهار مشهودتر است. هر چند این تغییرات در بسیاری از موارد هنوز در سطح 95% معنی دار نمی باشد.
    کلیدواژگان: تداوم خشکسالی، شدت خشکسالی، تعداد دفعات خشکسالی، شاخص شناسایی خشکسالی (RDI)، ایران
  • حمیدرضا بوستانی*، مهدی نجفی قیری صفحات 53-78
    سابقه و هدف
    روش غیر متحرک کردن درجا، به بررسی کاهش زیست فراهمی فلزات در خاک های آلوده با استفاده از مواد بهسازی که با محیط زیست سازگار باشند، می پردازد. زغال زیستی، در سال های اخیر به طور موثر درجهت به حداقل رساندن مقدار جذب فلزات سنگین توسط محصولات زراعی در محل های آلوده، با استفاده از فرایند غیرمتحرک سازی، مورد استفاده قرار گرفته است. زئولیت نیز یک کانی آلومینوسیلیکات قلیایی متخلخل است که استفاده از آن به عنوان یک اصلاح کننده معدنی بخصوص در تثبیت فلزات سنگین در خاک رو به گسترش است. بنابراین، هدف از پژوهش حاضر، بررسی تثبیت عنصر مس در یک خاک آهکی آلوده به مس تحت تاثیر کاربرد زغال زیستی حاصل از مواد آلی مختلف و زئولیت طبیعی و برهمکنش آن ها بود.
    مواد و روش ها
    مقدار مناسبی خاک از افق سطحی (0-30 سانتی متر) یک خاک آهکی برداشته، هواخشک و از الک 2 میلی-متری عبور داده شد. سپس به هر نمونه خاک (200 گرم)، مقدار 500 میلی گرم مس در کیلوگرم خاک از منبع نمک سولفات مس افزوده شد. آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار انجام شد. فاکتورها شامل زغال زیستی در شش سطح (عدم کاربرد زغال زیستی (C)، زغال زیستی کاه گندم (WSB)، زغال زیستی کاه ذرت (CSB)، زغال زیستی تفاله ریشه شیرین بیان (LRB)، زغال زیستی سبوس برنج (RHB) و زغال زیستی کودگوسفندی (SMB) هر کدام در سطح 3 درصد وزنی) و زئولیت در سه سطح ((Z0) 0، (Z1) 3 و (Z2) 6 درصد وزنی) بود. نمونه های خاک آلوده طبق طرح آزمایشی تیمار شده و به مدت 90 روز در دمای اتاق (2±22 درجه سلسیوس) و در حدود رطوبت ظرفیت زراعی توسط آب مقطر نگهداری شدند. جهت بررسی اثربخشی مواد بهساز کاربردی در تثبیت مس در خاک از روش عصاره گیری پی-درپی اسپوزیتو و همکاران، شاخص تفکیک کاهش یافته و پارامترهای مدل سینتیکی درجه یک دوفازی (Q1، Q2 و Q3) با استفاده از عصاره گیر EDTA، استفاده شد.
    یافته ها
    ترتیب درصد نسبی شکل های شیمیایی مس در تیمارهای مختلف در خاک به صورت کربناتی> باقی مانده> آلی> جذب سطحی> محلول+تبادلی بود. با افزایش سطوح کاربرد زئولیت در خاک از Z0 به Z2، غلظت شکل های محلول+تبادلی، جذبی، آلی و کربناتی مس به طور معنی داری به ترتیب به مبزان 46/5، 80/7، 40/10 و 30/15 درصد کاهش یافت درحالی که شکل باقی مانده مس افزایش یافت. کاربرد همه ی زغال های زیستی بجز سبوس برنج سبب کاهش معنی دار شکل محلول+تبادلی مس نسبت به تیمار شاهد شد. کاربرد هر پنج نوع زغال زیستی در خاک سبب کاهش معنی دار شکل آلی و کربناتی مس شد، درحالی که شکل باقی مانده مس به طور معنی داری نسبت به تیمار شاهد افزایش یافت. شاخص تفکیک-کاهش یافته نیز در اثر کاربرد سطوح زئولیت و زغال های زیستی به طور معنی داری افزایش یافت. تیمار مرکب کاربرد زغال-زیستی کود دامی و 6 درصد وزنی زئولیت (SMBZ2)، بیشترین مقدار این شاخص را داشت. پ هاش خاک با شکل باقی-مانده و شاخص تفکیک کاهش یافته مس همبستگی مثبت و معنی داری را نشان داد که نشانگر نقش مهم افزایش پ هاش تحت تاثیر تیمارهای کاربردی در تثبیت مس در خاک است. آزادسازی مس توسط عصاره گیر EDTA در تیمارهای مختلف در ابتدا سریع و سپس با سرعت کمتری ادامه یافت که احتمالا نشان دهنده مشارکت مکان هایی مختلف با انرژی پیوند متفاوت در آزادسازی مس است. نسبت های Q1/Q3 و Q2/Q3 در اثر کاربرد هر پنج نوع زغال زیستی و افزایش سطوح کاربرد زئولیت، به طور معنی داری کاهش یافت. کمترین مقدار نسبت های Q1/Q3 و Q2/Q3 در تیمار مرکب WSBZ2 مشاهده شد. همبستگی مثبت معنی داری بین پارامترهای Q1 و Q2 با شکل کربناتی و پارامتر Q3 با شکل باقی مانده وجود داشت.
    نتیجه گیری
    کاربرد هر پنج نوع زغال زیستی و سطوح زئولیت سبب تبدیل شکل های شیمیایی مس از شکل هایی با قابلیت زیست فراهمی و تحرک بیشتر به شکل هایی با پایداری بیشتر شد. با توجه به نتایج شاخص ها به نظر می رسد که تیمارهای مرکب کاربرد زغال زیستی کود دامی و 6 درصد وزنی زئولیت (SMBZ2) و زغال زیستی کاه گندم و 6 درصد وزنی زئولیت (WSBZ2) موثرتر از دیگر تیمارها در تثبیت مس در خاک، بودند.
    کلیدواژگان: عصاره گیری دنباله ای، مدل سینتیکی، شاخص های تثبیت، زیست فراهمی، مواد بهساز
  • طاهره منصوری*، احمد گلچین، محمد بابااکبری ساری، شروین احمدی صفحات 79-99
    سابقه و هدف
    آرسنیک ازجمله فلزهای سنگینی است که به دلیل اثرات سمی و سرطانزایی آن، توجه به پاکسازی زیست محیطی این عنصر رو به گسترش است. پژوهش حاضر با هدف بررسی و مقایسه میزان کارایی جاذب های نانوذرات هماتیت و پلی مرهای اکریلیکی در غیرمتحرک کردن آرسنیک در خاک های آلوده با سطوح مختلف آرسنیک و یافتن سطح مناسب از جاذب های نام برده انجام شد.
    مواد و روش ها
    بدین منظور یک آزمایش فاکتوریل با دو فاکتور نوع و سطوح جاذب (چهار نوع جاذب شامل نانوذرات هماتیت، کوپلیمر اکریل آمید- اکریلیک اسید (A)، و کوپلیمرهای مالئیک انیدرید- استایرن-اکریلیک اسید ( B وC )) در چهار سطح (صفر، 05/0، 1/0 و 2/0 درصد) و سطوح مختلف آرسنیک (صفر، 6، 12، 24، 48 و 96 میلی گرم بر کیلوگرم) در سه تکرار قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. نانوذرات هماتیت (α-Fe2O3) از نیترات آهن سنتز شدند و خصوصیات آن ها به وسیله تکنیک های XRD، SEM و TEM بررسی گردید. کارایی جاذب ها در غیرمتحرک نمودن با اندازه گیری غلظت آرسنیک فراهم، جذب شده بصورت اختصاصی و مجوع آنها بوسیله دستگاه ICP-OES بررسی گردید.
    یافته ها
    تصویر برداری از نانوذرات هماتیت نشان داد که متوسط قطر آنها 69/32 نانومتر و مورفولوژی آنها کروی است. نتایج نشان داد که تاثیر نوع و سطوح جاذب، سطوح آرسنیک خاک و همچنین اثر متقابل آن ها بر غلظت آرسنیک فراهم، آرسنیک جذب شده بصورت اختصاصی و مجموع آنها معنی دار بود، بطوریکه با افزایش سطح آرسنیک در خاک، غلظت آرسنیک فراهم، آرسنیک جذب شده بصورت اختصاصی و کل آرسنیک جذب شده افزایش یافت. کاربرد جاذب ها سبب کاهش غلظت آرسنیک فراهم، آرسنیک جذب شده بصورت اختصاصی و مجموع آنها گردید و با افزایش سطح کاربرد آن ها میزان کاهش افزایش یافت بطوری که کمترین غلظت از سطح 2/0 درصد جاذب ها بدست آمد. کاربرد جاذب نانوذرات هماتیت غلظت آرسنیک را بیش از سایر جاذب ها کاهش داد و مالئیک انیدرید- استایرن-اکریلیک اسید کوپلیمر (C)، اکریل آمید- اکریلیک اسید کوپلیمر (A) و مالئیک انیدرید- استایرن-اکریلیک اسید کوپلیمر (B) به ترتیب در مراتب بعدی قرار گرفتند. در تمام سطوح آرسنیک خاک، کمترین غلظت آرسنیک جذب شده مربوط به سطح 2/0 درصد جاذب نانوذرات هماتیت و بیشترین غلظت آن مربوط به تیمار شاهد (بدون کاربرد جاذب) بود. میزان کاهش غلظت آرسنیک فراهم خاک با کاربرد سطح 2/0 درصد جاذب های نانوذرات هماتیت، و پلی مرهای اکریلیکی C، A و B به ترتیب 80/60%، 82/56%، 87/37% و 57/26% بود. در نوع و سطح جاذب مشابه، میزان کاهش غلظت آرسنیک جذب شده بصورت اختصاصی، به ترتیب 56/27%، 72/22%، 88/14% و 10% بود. در نهایت میزان کاهش غلظت کل آرسنیک جذب شده، در نوع و سطح جاذب مشابه به ترتیب 39/39%، 84/34%، 05/23% و 88/15% بود. در پلی مرها ماهیت و سپس تعداد لیگاندهای کلاته کننده ی فلز تعیین کننده ظرفیت جذب آن ها بود. جاذب ها در سطوح بالاتر آرسنیک خاک نسبت به سطوح پایین آن، توانایی بیشتری در کاهش غلظت آرسنیک داشتند. همچنین کارایی آن ها در کاهش غلظت آرسنیک قابل جذب خاک بیشتر از آرسنیک جذب شده بصورت اختصاصی بود.
    نتیجه گیری
    نانوذرات هماتیت، پلی مرهای اکریلیکی مالئیک انیدرید- استایرن-اکریلیک اسید B) و C (و اکریل آمید- اکریلیک اسید (A) بالاخص نانوذرات هماتیت می توانند به عنوان جاذب های موثر جهت کاهش غلظت آرسنیک فراهم، جذب شده بصورت اختصاصی و مجموع آنها در خاک های آلوده بکار روند.
    کلیدواژگان: آلودگی خاک، پالایش، تثبیت شیمیایی
  • محمود فاضلی سنگانی*، علیرضا آستارایی، امیر فتوت، حجت امامی صفحات 101-121
    سابقه و هدف
    نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (NZVI) به عنوان موادی مستعد برای حذف درجای طیف گسترده ای از آلاینده های آب و خاک از جمله ترکیبات آلی کلردار، آفت کش ها، آنیون های غیرآلی و فلزات سنگین مورد استفاده قرار گرفته اند. از آن جا که برای اجرای موفقیت آمیز یک برنامه پاکسازی، لازم است تا عامل رفع آلودگی به مجاورت آلاینده انتقال یابد، مطالعات زیادی عوامل موثر بر انتقال ذرات NZVI را در محیط های متخلخل مورد بررسی قرار داده اند. در این مطالعات، اغلب از محلول ها مدل و محیط های متخلخل یکنواخت و تعریف شده مانند دانه های شیشه ای و یا شن کوارتزی خالص استفاده شده است. با توجه به اینکه ذرات NZVI بدون پوشش (اصلاح نشده)، حتی در محیط های متخلخل یکنواخت تحرکی چندانی از خود نشان نمی دهند، عوامل پوشش دهنده مختلفی مانند کربوکسی متیل سلولز (CMC) برای اصلاح سطح این ذرات و به منظور افزایش تحرک پذیری این مواد در محیط های متخلخل طبیعی مورد استفاده قرار گرفته اند. تاکنون تحقیقی در زمینه انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی با پوشش کربوکسی متیل سلولز (CMC-NZVI) در ستون های خاک دست نخورده به منظور بررسی شرایط واقعی که نانوذره در آن منتقل می شود، صورت نگرفته است. از این رو در این تحقیق، عوامل کنترل کننده انتقال نانوذرات در شرایط اشباع با استفاده از نمونه های مختلف خاک که پوشش دهنده طیف وسیعی از خصوصیات محیط های خاکی هستند، مورد بررسی قرار می گیرند.
    مواد و روش ها
    خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و هیدرولیکی 20 نوع خاک متفاوت و سوسپانسیون CMC-NZVI در عصاره خاک (شامل 29 پارامتر) اندازه گیری شد و پارامترهای انتقال CMC-NZVI در خاک نیز با استفاده از منحنی های رخنه و با به کارگیری مدل سینتیکی دو مکانی معادله انتشار- همرفت تخمین زده شد. سپس بررسی عوامل موثر بر انتقال CMC-NZVI، از طریق آنالیز چند متغیره به روش تجزیه به مولفه های اصلی (PCA) انجام شد. رابطه رگرسیونی چند متغیره خطی بین درصد عبور ذرات CMC-NZVIاز خاک و خصوصیات خاک و نانوذرات مورد بررسی قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که بسته به نوع خاک بین 2/10 تا 9/61 درصد جرمی از ذرات CMC-NZVI وارد شده به ستون خاک، از آن عبور کردند که نشان دهنده تحرک پذیری این ذرات در محیط خاک است. هر چند ذرات CMC-NZVIدر خاک هایی که میزان رس و شوری بالایی داشتند به میزان قابل توجهی جذب شدند. نتایج PCA نشان داد که تغییرپذیری خصوصیات مورد مطالعه به وسیله 7 مولفه اصلی و با پوشش 2/88 درصدی تغییرات کل، قابل توصیف است. در بین خصوصیات مورد بررسی، خصوصیات مربوط به شیمی محلول، بیشترین مقادیر بردارهای ویژه را در مولفه ی اصلی اول دارا می باشند. بررسی رابطه رگرسیونی چند متغیره خطی با دو نوع متغیر ورودی شامل متغیرهای اولیه و نمره های عاملی به عنوان متغیرهای ثانویه، با درصد CMC-NZVI انتقال یافته از ستون خاک، نشان داد که مدل رگرسیونی با متغیر ورودی نمره های عاملی، با دارا بودن R2 بیشتر و RMSE کمتر، تخمین بهتری از انتقال پذیری ذرات CMC-NZVI در محیط خاک ارائه می دهد.
    نتیجه گیری
    نتایج PCA اهمیت شیمی محلول، مقدار رس و خصوصیات هیدرودینامیکی خاک را در میزان انتقال پذیری ذرات CMC-NZVI، نشان می دهد. نتایج این مطالعه پیشنهاد می کند که ذرات CMC-NZVI تحرک کافی برای استفاده به عنوان عامل اصلاح کننده آلودگی را در خاک دارند مگر در شرایطی که مقدار رس و شوری خاک بالا باشد. هرچند مطالعات بیشتری برای بررسی کارآیی این ذرات برای حذف آلاینده ها از خاک و محیط های زیر زمینی نیاز است.
    کلیدواژگان: پارامترهای انتقال، خصوصیات خاک، تجزیه به مولفه های اصلی، محیط متخلخل
  • حسین رضایی *، آناهیتا جباری، جواد بهمنش، بهزاد حصاری صفحات 123-141
    سابقه و هدف
    پس از انقلاب کامپیوتری دهه 1960 مدل سازی هیدرولوژیک شکل تازه ای به خود گرفت و می توان یکی از اولین تلاش های موفق را مدل دانشگاه استنفورد SWM دانست. مدل های بارش رواناب به عنوان یکی از مهم ترین ابزارهای تصمیم گیری در مدیریت حوضه های آبریز همواره موردتوجه بوده اند. در این مطالعه از مدل بارش رواناب روزانه تانک در حوضه آبریز رودخانه نازلو چای، در غرب دریاچه ارومیه استفاده شده است. اهمیت نوسانات هیدرولوژیکی این دریاچه در شرایط بحرانی امروزی بر کسی پوشیده نیست. آگاهی از رابطه بارش و رواناب در تمامی زیر حوضه های دشت ارومیه به خصوص در زیر حوضه هایی مانند نازلو که دچار کمبود تعداد ایستگاه بوده و از بخشی از حوضه که در ترکیه قرار گرفته نیز اطلاعاتی در دسترس نیست، بسیار مهم است. بنابراین هدف، ایجاد رابطه ای بین بارش حوضه و رواناب خروجی می باشد تا بتوان رواناب آینده را پیش بینی نمود.
    مواد و روش ها
    رودخانه نازلو چای، به طول تقریبی 93 کیلومتر، یکی از رودخانه های 13گانه منتهی به دریاچه ارومیه می باشد. مدل بارش رواناب تانک مدلی ساده، مفهومی و یکپارچه است. ورودی های مدل بارش، تبخیر و رواناب رودخانه در خروجی می باشد. از میان ایستگاه های اندازه گیری سه ایستگاه با پوشش مناسب حوضه و با حداکثر دوره مشترک آماری برابر با 16 سال انتخاب شدند. به دلیل برداشت زیاد آب از زیر حوضه منتهی به خروجی رودخانه ، این زیرحوضه حذف و مساحت حوضه مدل شده تقلیل یافت. متوسط ماهانه داده های بارش و تبخیر با داده های بلندمدت ماهانه این پارامترها مقایسه و اصلاحاتی صورت گرفت تا فرآیندهای حوضه به نحو مطلوبی در ورودی منعکس شود. مدل تانک در بسته نرم افزاری RRL که در کشور استرالیا توسعه یافته است در کنار برخی دیگر از مدل ها، از پرکاربردترین مدل های بارش رواناب ارائه شده است. مجموع 224 واسنجی و نیز صحت سنجی با به کارگیری 7 روش واسنجی، 8 تابع هدف اولیه و 4 تابع هدف ثانویه انجام شد. اعتبار مدل در هر بار اجرا با معیار کارایی ناش و ضریب همبستگی پیرسون مورد ارزیابی قرار گرفت.
    یافته ها
    در مجموع حدود 117 مورد از کل 224 واسنجی که با روش های مختلف بهینه سازی انجام شدند برازش قابل قبول نشان دادند و ضریب ناش در آنها بین صفر تا 1 گزارش شد که به معنای واقع شدن در بازه قابل بررسی و یا مدل سازی است چراکه مقادیر ضریب ناش کمتر از صفر به طور کل مدل سازی را بی معنی می سازد زیرا در آن شرایط یعنی متوسط مقادیر مشاهداتی تخمین زننده بهتری از مدل می باشد. حدود 30 مورد نیز دارای ضریب ناش بیش از 4/0 بودند و برازش رواناب مشاهداتی و محاسباتی نیز نشان دهنده برازش قابل قبول در این موارد بود. ضریب همبستگی نیز مورد ارزیابی قرار گرفت که در حالت کلی برتری مدل هایی که بر مبنای ضریب ناش انتخاب شده بودند را تایید نمود. اما ضریب ناش به دلیل برتری بر ضریب همبستگی، در این مطالعه بیشتر مدنظر قرار گرفت.
    نتیجه گیری
    مشاهده شد که مدل در شبیه سازی مقادیر رواناب بالا خوب عمل نمی کند و مقادیر پیک را عموما کمتر از مقدار واقعی شبیه سازی می کند. با تحقیق صحرایی در حوضه و بررسی داده های تاریخی معلوم شد مقادیر پیک رواناب در ماه های اردیبهشت و نیمی از ماه خرداد رخ می دهد که علاوه بر بارش زیاد در منطقه آب ناشی از ذوب برف نیز به شکل گیری رواناب کمک می کند. نبود ایستگاه های کافی به خصوص در ارتفاعات و نبود گره ای در مدل برای ورود داده های ذوب برف باعث می شود ورودی بارش کمتری در این زمان ها وارد مدل شده و مدل از شبیه سازی دبی های اوج باز بماند. اما در حالت کلی دبی های پایه در شرایط خوبی شبیه سازی شده و عملکرد مدل قابل قبول می باشد.
    کلیدواژگان: مدل تانک، حوضه آبریز نازلو چای، دریاچه ارومیه، مدل سازی بارش رواناب روزانه
  • زهرا قربانی*، حسین خزیمه نژاد، یوسف رمضانی صفحات 143-162
    سابقه و هدف
    امروزه احداث سدها یکی از مهمترین راهکارها برای ذخیره آب های سطحی می باشد. در مخازن سدها، جریان غلیظ معمولا عامل انتقال و ته نشینی رسوبات است. اگر جریان غلیظ به طور کامل در مناطق میانی مخزن سد متوقف شود، مقدار رسوبگذاری در پای دیواره سد کاهش یافته و در نتیجه وظایف اصلی سد مختل نخواهد شد لذا مطالعه در خصوص شناخت دقیق این پدیده از اهمیت خاصی برخوردار است. یکی از روش های تغییر هیدرولیک جریان غلیظ و کندکردن آن، زبرکردن یا استفاده از مانع در بستر است. تاکنون تحقیقات زیادی در زمینه سرعت پیشروی جریان غلیظ و کنترل آن به وسیله موانع و زبری انجام گرفته شده است اما بررسی منابع موجود نشان می دهد که در زمینه تاثیر صفحات نفوذناپذیر مستغرق بر جریان غلیظ پژوهشی صورت نگرفته است.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش، سرعت راس و ارتفاع پیشانی جریان غلیظ بر روی بستر با نصب صفحات نفوذناپذیر مستغرق مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از فلومی به عرض 30 سانتیمتر، به طول 10 متر و ارتفاع 46 سانتیمتر استفاده گردید. جریان غلیظ با غلظت 20 گرم بر لیتر در دو شیب 1 و 2 درصد و 40 گرم بر لیتر در دو شیب 1 و 2 درصد وارد فلوم آزمایشگاهی شد و صفحات نفوذناپذیر با دو مساحت 16 و 36 سانتیمتر مربع تحت پنج شکل مربع، مستطیل، مثلث، متوازی الاضلاع و ذوزنقه با آرایش موازی و همچنین شکل مربع با مساحت 16 سانتیمتر مربع تحت پنج آرایش موازی، شطرنجی، همگرا، واگرا و Z شکل در مسیر جریان قرار گرفت.
    یافته ها
    اندازه گیری سرعت در 6 مقطع به فاصله 50 سانتیمتر از هم و اندازه گیری ارتفاع پیشانی در 21 مقطع به فاصله 15 سانتیمتر از هم انجام گرفت. سپس براساس داده های به دست آمده و با انجام آنالیز ابعادی به روش پای باکینگهام، نمودارهای بی بعد مربوط به سرعت، ارتفاع و عدد فرود پیشانی جریان غلیظ رسم شد. در اثر برخورد جریان غلیظ با صفحات، سرعت بی بعد در طول مسیر نصب، به میزان قابل توجهی کاهش یافت همچنین بررسی ارتفاع پیشانی جریان غلیظ در طول مسیر نیز نشان داد در ابتدای مسیر صفحات باعث کاهش ارتفاع پیشانی جریان شدند اما به تدریج و در انتهای مسیر باعث افزایش پیشانی جریان شدند و بنابراین عدد فرود در طول مسیر جریان روند کاهشی داشت.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان داد که سرعت پیشروی جریان غلیظ نسبت به بستر صاف در وضعیت نصب صفحات با شکلهای مختلف به میزان 25 تا 48 درصد و ارتفاع پیشانی نیز به میزان 1/5 تا 4/18 درصد کاهش یافت. همچنین در آرایشهای مختلف نیز سرعت پیشروی به میزان 2/11 تا 1/45 درصد و ارتفاع پیشانی نیز به میزان 4/0 تا 4/18 درصد کاهش یافت. در غلظت 20 گرم بر لیتر آرایش همگرا و در غلظت 40 گرم بر لیتر آرایش موازی بهترین آرایش مشخص شدند. با تغییر مساحت صفحات از 16 به 36 سانتیمتر مربع بین شکلهای مختلف، شکل متوازی الاضلاع با 2/22 درصد بیشترین تاثیر را در کاهش سرعت نشان داد.
    کلیدواژگان: جریان غلیظ، صفحات نفوذناپذیر مستغرق، شکل و آرایش صفحات، سرعت و ارتفاع پیشانی
  • آرش محمدبیگی*، فرهاد میرزایی، نگین اشرف صفحات 163-180
    سابقه و هدف
    در دهه های اخیر آبیاری قطره ای به جهت کاهش آب کاربردی، افزایش در عملکرد گیاه و توزیع بهتر کود مورد توجه قرارگرفته است. کاهش آب کاربردی به این دلیل است که در آبیاری قطره ای به جای همه سطح زمین فقط خاک محدوده ریشه گیاه مرطوب می شود. آبیاری پالسی مجموعه ای از چرخه ها است که هر کدام از چرخه ها از یک فاز آبیاری و یک فاز استراحت تشکیل می شود (12). کاربرد متناوب آب در آبیاری قطره ای باعث می شود که جبهه پیشروی با آب کمتری نسبت به جریان مداوم تکمیل گردد. آبیاری قطره ای پالسی با مدیریت خوب، پتانسیل زیادی در بهبود توزیع یکنواختی آب در خاک و در نهایت افزایش جذب به وسیله ریشه گیاه را به صورت توامان به همراه دارد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق از یک مدل فیزیکی برای شبیه سازی حالت آبیاری قطره ای در مزرعه استفاده شد. سه تیمار بافت خاک سنگین، متوسط و سبک، دو تیمار دبی قطره چکان 4/2 و 8 لیتر بر ساعت (به ترتیب Q1 و Q2) و دو روش آبیاری قطره ای پالسی و پیوسته بکار گرفته شد. در ادامه با استفاده از یکی از روش های مطرح در شبیه سازی حرکت آب در خاک، یعنی آنالیز ابعادی و با استفاده از قضیه π باکینگهام و به دست آوردن تعدادی اعداد بی بعد و ارتباط بین اعداد بی بعد یک سری معادلاتی حاصل می شود که این معادلات امکان برآورد توزیع رطوبت و الگوی جبهه پیشروی و چگونگی توزیع آنها در محدوده مرطوب شده خاک را فراهم می کنند. در آخر هم به منظور مقایسه مقادیر شبیه سازی شده و اندازه گیری شده از شاخص های آماری حداکثر خطا (ME) و میانگین ریشه دوم خطا (RMSE) استفاده گردید.
    یافته ها
    نتایج نشان داد مولفه افقی رطوبت در دبی 4/2 لیتر بر ساعت در حالت پالسی برای خاک های رسی، لومی و شنی به ترتیب 33، 30 و 5/20 می باشد که بیشتر از توزیع افقی رطوبت در حالت پیوسته ( به ترتیب 28، 26 و 6/18) است. مولفه عمودی رطوبت در دبی 4/2 لیتر بر ساعت در حالت پالسی (به ترتیب برای رس، لوم و شن 2/21، 27 و 50) برای همه خاک ها بیشتر از حالت پیوسته ( به ترتیب 19، 22 و 43) است. با مقایسه توزیع رطوبت در جهت افقی نشان می دهد که مولفه افقی خاک مرطوب شده هم برای پالسی و هم برای پیوسته در دبی 8 لیتر بیشتر از دبی 4/2 لیتر است. افزایش مولفه های افقی و عمودی رطوبت در آبیاری پالسی را می توان این طور استدلال کرد که کاربرد متناوب آب در آبیاری قطره ای باعث می شود که جبهه پیشروی با آب کمتری نسبت به جریان مداوم تکمیل گردد همچنین با استفاده از روش آنالیز ابعادی معادلاتی برای شبیه سازی توزیع رطوبت در اطراف قطره چکان برای دو حالت آبیاری پالسی و پیوسته به دست آمد.
    نتیجه گیری
    با ارزیابی توسط شاخص های آماری مشخص شد که عملکرد معادله های پیشنهادی در سطح مطلوب قرار داشته و نتایج آن ها از اعتبار قابل ملاحظه ای برخوردار می باشند.
    کلیدواژگان: آبیاری قطره ای پالسی، آنالیز ابعادی، توزیع رطوبت، شبیه سازی جبهه پیشروی
  • جواد بهمنش *، مرضیه عباس زاده افشار، کیوان خلیلی صفحات 181-197
    بسیاری از فرآیندهای مربوط به سیستم های طبیعی نسبت به زمان غیر خطی بوده اگرچه جنبه های خاصی از این سیستم ها ممکن است نسبت به جنبه های دیگر به فرآیند خطی نزدیکتر باشند. به هر حال ماهیت غیر خطی بودن برای ما کاملا آشکار نیست. به همین دلیل به نظر می رسد با ترکیب مدل های خطی و غیرخطی بتوان نتایج مدل سازی های هیدرولوژیکی را افزایش داد. استفاده از مدل های سری زمانی یکی از راه های کاربردی در شبیه سازی و پیش بینی داده های هیدرولوژیک است. یکی از مشکلات عمده در استفاده از مدل های سری زمانی جهت پیش بینی داده های هیدرولوژیک، نحوه تولید داده های تصادفی است. در این فرآیند داده های تولیدی با تغییر سری تصادفی، تغییر خواهند کرد. در این تحقیق ابتدا داده های سری زمانی دبی جریان رودخانه زرینه رود مورد برسی اولیه از قبیل بررسی روند، استقلال و ایستایی و همگنی قرار گرفت. نتایج نشان داد که داده-های مورد بررسی در مقیاس سالانه و در سطح اطمینان 5 درصد بدون روند می باشند و همگنی و استقلال داده ها نیز تایید گردید. در نهایت داده های بررسی شده با استفاده از مدل های تک متغیره AR و GAR مورد ارزیابی قرار گرفت و مدل های AR(1) و GAR(1) با توجه به معیار آکائیکه به عنوان مدل های برتر انتخاب گردید. بعد از بررسی و مقایسه دو مدل فوق، سری زمانی باقی مانده این مدل ها استخراج و با استفاده از مدل های غیر خطی خودهمبسته با واریانس شرطی (ARCH) برازش یافتند. با تلفیق د.و مدل خودهمبسته و گامای خودهمبسته با مدل های غیر خطی خانواده ARCH سرانجام دو مدل تلفیقی AR-ARCH و GAR-ARCH تولید گردید. نتایج حاصل از مدل سازی دبی سالانه رودخانه زرینه رود نشان داد که مدل های تلفیقی GAR-ARCH و AR-ARCH به ترتیب دقت مدل سازی را به اندازه 12 و 11درصد در واحد متر مکعب بر ثانیه افزایش و خطای مدل سازی را در حدود 40 و 50 درصد در واحد مترمکعب بر ثانیه نسبت به مدل های خطی تک متغیره نظیر خود کاهش می دهند. نتایج حاصل از بررسی و مقایسه دقت و میزان خطای دو مدل AR و GAR نیز نشان داد که مدل GAR نتایج بهتری را در مدل سازی دبی جریان رودخانه زرینه رود ارائه می کند. مدل GAR نسبت به مدل AR مقدار خطای کمتر و دقت بیشتری را ارائه کرد. هم چنین نتایج نشان داد که مدل های تلفیقی، نقاط اوج دبی ها را در مورد مدل سازی دبی سالانه رودخانه زرینه رود، نسبت به مدل های رایج بهتر مدل می کنند. استفاده از مدل های غیرخطی و تلفیق آن ها با مدل های خطی تا حد زیادی قطعیت و دقت مدل سازی و پیش بینی ها را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: مدل های خطی، مدل های غیر خطی، گاما، مدل تلفیقی
  • مهدی دانش شهرکی، علی شهریاری*، مجتبی گنجعلی، ابوالفضل بامری صفحات 199-215
    سابقه و هدف
    دشت سیستان به دلیل رسوبات آبرفتی ریزدانه، فرسایش پذیری زیادی دارد که با توجه به وزش بادهای 120 روزه و خشک بودن منطقه، این ذرات ریز به راحتی جابجا می شوند و در نتیجه باعث طوفان های متعدد گرد و غبار می شوند. لذا این مطالعه با هدف بررسی تغییرات نسبت گرد و غبار حمل شده در دشت سیستان و ارتباط میزان گرد و غبار با برخی پارامترهای اقلیمی به صورت فصلی در سال 1394 انجام شده است.
    مواد و روش ها
    برای نمونه برداری 25 عدد تله رسوبگیر سیفونی در 5 شهر دشت سیستان شامل زابل (7 عدد)، زهک (4 عدد)، نیمروز (4 عدد)، هیرمند (5 عدد) و هامون (5 عدد) نصب گردید و در پایان هر فصل گرد و غبار جمع آوری و اندازه گیری شدند. پارامترهای اقلیمی شامل سرعت باد، دمای هوا، رطوبت نسبی، بارندگی، تبخیر و تعرق و میانگین دمای خاک در عمق 5 سانتی متری از اطلاعات ایستگاه های هواشناسی زابل و زهک به صورت فصلی مورد استفاده قراد گرفتند. جهت بررسی تغییرات فصلی و مکانی، نرخ گرد و غبار حمل شده و همچنین بررسی ارتباط بین پارامترهای اقلیمی و میزان گرد و غبار از آزمون همبستگی پیرسون استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که میانگین و مجموع سالانه نرخ گرد و غبار حمل شده در دشت سیستان به ترتیب برابر 85/338 و 03/6777 گرم بر متر مربع بر فصل بود. شهر هیرمند در بهار و تابستان و شهر نیمروز در پاییز و زمستان دارای بیشترین نرخ گرد و غبار حمل شده بودند. در تمامی فصول شهر هامون دارای کمترین مقدار نرخ گرد و غبار حمل شده بود. میانگین نرخ گرد و غبار حمل شده در دشت سیستان در تابستان (23/566 گرم بر متر مربع بر فصل) به صورت معنی داری از فصول پاییز و زمستان بیشتر بود. مقدار میانگین نرخ گرد و غبار حمل شده با سرعت باد، دمای هوا، دمای خاک در عمق 5 سانتی متری و تبخیر و تعرق همبستگی مثبت و معنی داری را نشان داد و با رطوبت نسبی همبستگی منفی و معنی داری را نشان داد. اگرچه همبستگی بین بارندگی و میانگین نرخ گرد و غبار حمل شده منفی بود، لیکن این ارتباط از لحاط آماری در سطح احتمال 05/0 معنی دار نبود.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج به دست آمده، از مهمترین عوامل موثر در پراکنش مکانی و تغییرات زمانی نرخ گرد و غبار حمل شده در دشت سیستان، می توان به فاصله از منبع اصلی برداشت (تالاب های هامون)، سطح منطقه برداشت در جهت باد غالب و عوامل اقلیمی که به صورت مستقیم بر قرسایش و تخریب خاک، شرایط هیدرولوژیکی و اکولوژیکی (حضور آب در تالاب های هامون و وجود پوشش گیاهی) منطقه نقش دارند، اشاره نمود.
    کلیدواژگان: فرسایش بادی، طوفان های گرد و غبار، خصوصیات جوی، بادهای 120 روزه، تالاب های هامون
  • امیرحسین آقاخانی افشار *، یوسف حسن زاده، علی اصغر بسالت پور، محسن پوررضا بیلندی صفحات 217-233
    سابقه و هدف
    چرخه هیدرولوژی در حوضه رودخانه ها و منابع آب قابل دسترس در مناطق خشک و نیمه خشک جهان به شدت تحت تاثیر تغییرات اقلیم و افزایش بیش از حد انتشار گازهای گلخانه ای قرار دارند. به گونه ای که در سال های اخیر، افزایش دمای ناشی از افزایش گازهای گلخانه ای سبب ایجاد یک ناهنجاری در سیستم اقلیم کره زمین گردیده است. استفاده از خروجی مدل های گردش عمومی جو به منزله معتبرترین ابزار در تحقیقات تغییر اقلیم، در حال افزایش است. تاکنون نسخه های گوناگونی از این مدل ها عرضه شده است که از آن جمله می توان به مدل های اولین گزارش ارزیابی هیات بین الدول تغییر اقلیم تحت عنوان (FAR 1990)، مدل های دومین گزارش با عنوان (SAR 1996)، مدل های سومین گزارش با عنوان (TAR 2001) و مدل های چهارمین گزارش ارزیابی با عنوان (AR4 2007) اشاره کرد. هدف از این تحقیق بررسی سالیانه روند تغییرات آتی مولفه های اقلیمی در حوضه آبخیز کشف رود (که در شمال شرقی ایران و در استان خراسان رضوی واقع شده است) با استفاده از گزارش جدید هیات بین الدول تغییر اقلیم (گزارش پنجم) و تحت سناریوهای جدید انتشار می باشد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق با درنظر گرفتن پارامترهای بارش و دما به عنوان مهم ترین پارامترهای اقلیمی، چهارده مدل از بین مدل های مستخرج از جدیدترین گزارش هیات بین الدول (گزارش پنجم، AR5)، انتخاب گردید. در دوره تاریخی (1992-2005)، داده های شبیه سازی شده توسط این مدل ها با داده های مشاهداتی و با استفاده از چهار معیار ارزیابی شامل: ضریب ناش-ساتکلیف (NS)، درصد اریبی (PBIAS)، ضریب تعیین (R2) و نسبت جذر ریشه مربعات خطاء به انحراف معیار استاندارد داده های مشاهداتی (RSR)، مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند.
    یافته ها
    در نهایت، چهار مدل اقلیمی به نام های GFDL-ESM2G، IPSL-CM5A-MR، MIROC-ESM و NorESM1-M که براساس معیارهای ارزیابی انطباق بیشتری با داده های مشاهداتی از خود نشان دادند، انتخاب گردید. علاوه بر این، تغییرات اقلیم آینده توسط چهار سناریوی جدید انتشار (RCPs) به نام های RCP2.6، RCP4.5، RCP6.0 و RCP8.5 و تحت سه بازه زمانی آینده نزدیک (2006-2037)، آینده متوسط (2037-2070) و آینده دور (2070-2100) در این چهار مدل مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند.
    نتیجه گیری
    نتایج حاصل از آزمون من-کندال، نشان داد که مولفه بارش، روند تغییرات قابل توجه کاهشی و افزایشی متغیری را از خود نشان می دهد. همچنین دمای متوسط نیز روند افزایشی قابل توجهی با سطح اعتماد 90، 99 و 99.9درصد از خود نشان می دهد. از طرف دیگر تا انتهای قرن 21 در مقایسه با دوره تاریخی در تمامی مناطق حوضه آبخیز کشف رود و با درنظر گرفتن تمامی مدل ها و سناریوها، به طور متوسط دمای حوضه بین 0.56 تا 3.3 درجه سانتی گراد افزایش و بارش به میزان 10.7 درصد کاهش را از خود نشان می دهند.
    کلیدواژگان: روند تغییرات سالانه، تغییر اقلیم، بارش و دما، گزارش پنجم هیات بین الدول، سناریوی انتشار
  • شادمان ویسی*، عبدعلی ناصری، سعید حمزه صفحات 235-251
    سابقه و هدف
    از جمله عوامل مهمی که باعث کاهش عملکرد گیاه نیشکر می شود، تنش آبی کوتاه مدت وارده به این گیاه در طول فصل رشد و در بازه دو آبیاری متوالی می باشد. هدف این تحقیق مطالعه و پایش عوامل تعیین کننده وضعیت آبی گیاه نیشکر (دمای پوشش گیاهی، رطوبت خاک، رطوبت گیاه) در زمین های تحت کشت این گیاه، به منظور برنامه ریزی صحیح آبیاری و تعیین زمان و میزان مناسب مصرف آب است.
    مواد و روش ها
    این تحقیق در سال زراعی 93-94 در اراضی کشت و صنعت نیشکر سلمان فارسی در ماه های خرداد تا شهریور بر روی واریته CP69 در سنین مختلف (کشت، بازروئی اول، دوم و سوم) انجام شد. شاخص تنش آبی گیاه نیشکر (CWSI) با استفاده از دماسنج مادون قرمز اندازه گیری شد و پس از آن، رابطه بین شاخص تنش آبی گیاه نیشکر و درصد رطوبت جرمی خاک در دو عمق (30-0) و (60-30) سانتی متری ، در دو سری اندازه گیری مورد بررسی قرار گرفت. اندازه گیری های سری اول به منظور واسنجی و اندازه گیری های سری دوم به منظور صحت سنجی رابطه تنش و رطوبت خاک مورد ارزیابی قرار گرفت.
    یافته ها
    در این تحقیق معادله خط مبنای پایین تنش برای گیاه نیشکر با ضریب تبیین 87 درصد بدست آمد. همچنین معادله خط مبنای بالا که بصورت یک خط افقی است در بازه 3 تا 4 درجه سانتی گراد در نوسان بود. میزان تنش در روزهای مختلف دور آبیاری محاسبه شد. و نشان داده شد که مقدار بهینه برای شروع آبیاری این گیاه در تمام سنین 5/0 است. نتایج نشان داد که همبستگی شاخص تنش آبی با رطوبت خاک در عمق 30 و 60 سانتیمتری تفاوت معنی داری ندارد. معادله واسنجی شده در سری اول اندازه گیری ها حداقل مجذور مربعات خطای نزدیک به 15/0 را با تنش مشاهداتی نشان داد. که این نتیجه حاکی از آن است که تنها پارامتر متغیر که دوره رشد گیاه است را نمی توان نادیده گرفت. همچنین با افزایش سن گیاه همبستگی بین شاخص تنش و رطوبت خاک کاهش یافت. از آنجایی که همبستگی بین شاخص تنش با رطوبت ناحیه ریشه بسیار قابل قبول نبود، به نظر می رسد که علاوه بر تنش آبی، تنش های دیگر نظیر تنش شوری نیز به گیاه با توجه به کیفیت آب آبیاری مصرفی وارد می شود.
    نتیجه گیری
    به طور کلی نتایج نشان داد که شاخص تنش آبی که از دمای پوشش گیاهی منتج می شود، شاخص بسیار حساس به تغییرات وضعیت آب گیاه است و برای تعیین زمان آبیاری مناسب است و تعیین رطوبت خاک با توجه به شوری آب آبیاری نمی توان تعیین کننده وضعیت آبی گیاه باشد.
    کلیدواژگان: تنش آبی، کشت و صنعت سلمان فارسی، دماسنج مادون قرمز، رطوبت خاک، نیشکر
  • اکبر حسنی *، مهدی نورزاده حداد صفحات 253-268
    سابقه و هدف
    ویناس پساب صنعت الکل سازی بوده و مایعی با رنگ قهوه ای تیره می باشد که محتوی ترکیبات آلی و معدنی متنوعی است و ورود آن به محیط زیست ممکن است مشکلاتی به همراه داشته باشد. طی سال های اخیر نگاه متفاوت به محصولات جانبی و استفاده از آنها در سایر زمینه های مختلف مورد توجه قرار گرفته است. کاربرد این ضایعات در زمین های کشاورزی به عنوان بخشی از برنامه حاصلخیز نمودن خاک یکی از این موارد می باشد. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر تیمار ویناس با نوعی کنسرسیوم متشکل از سه گونه باکتری مختلف بر نیاز اکسیژن شیمیایی(COD)، نیاز اکسیژن زیستی(BOD)، فنل و شدت رنگ ویناس خام و همچنین تاثیر ویناس خام و تیمار شده بر جمعیت قارچ ها و باکتری های خاک می باشد.
    مواد و روش ها
    ویناس مورد مطالعه از کارخانه شرکت الکل سازی تقطیر خراسان تهیه شد. در این پژوهش، تجزیه زیستی با استفاده از نوعی کنسرسیوم متشکل از سه باکتری Pseudomonas aeruginosa ، Stenotrophomonas maltophila وProteus mirabilis انجام شد. در این مطالعه، تاثیر دما، غلظت آلوده سازی، وجود نمک های معدنی، غلظت های متفاوت اسید هیومیک و منابع متفاوت کربن و نیتروژن مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی تاثیر کاربرد ویناس خام و تیمار شده بر جمعیت میکروارگانیسم های خاک، جمعیت باکتری ها و قارچ های خاک به عنوان شاخص جمعیت میکروارگانیسم ها شمارش شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که این کنسرسیوم با ایجاد شرایط بهینه در دمای 38 درجه سلسیوس و غلظت آلوده سازی 10 درصد حجمی- حجمی طی مدت 5 روز قادر به کاهش 1/57 و 7/75 درصدی به ترتیب در مقدار COD و BOD بود. مقدار رنگ و فنل نیز به ترتیب 2/59 و 6/66 درصد کاهش یافت. اضافه نمودن گلوکز به عنوان منبع ساده کربن باعث افزایش تاثیرگذاری کنسرسیوم بر ویناس شد. حضور اسید هیومیک به عنوان منبع پیچیده کربن و همچنین یک عامل محرک رشد باکتری ها بر عملکرد کنسرسیوم بر ویناس تاثیر مثبت داشت. بیشترین کاهش رنگ، COD و فنل در غلظت 40 میلی گرم بر لیتر اسید هیومیک دیده شد. با اضافه کردن ویناس خام و تیمار شده به خاک پس از گذشت 33 روز، جمعیت باکتری ها تحت تاثیر ویناس خام و تیمار شده به ترتیب 6/27 و 0/17 درصد افزایش یافت. این روند به طور تقریبا مشابه برای قارچ ها نیز تکرار شد.
    نتیجه گیری
    به طور کلی نتایج حاصل از این آزمایش نشان می دهد که استفاده از این کنسرسیوم با ایجاد شرایط بهینه قادر به کاهش درصد بالایی از رنگ، COD و مواد فنولیک می باشد و استفاده از این کنسرسیوم برای تجزیه زیستی ویناس تولید شده در صنعت الکل سازی، قبل از رهاسازی آنها به محیط زیست می تواند تاثیر منفی بالقوه آنها را کاهش دهد. همچنین اضافه کردن ویناس خام و تیمار شده به خاک باعث افزایش جمعیت قارچ ها و باکتری ها می شود که تاثیرگذاری ویناس خام در این مورد بیشتر است.
    کلیدواژگان: ویناس، کنسرسیوم باکتری، تصفیه زیستی، اسید هیومیک، نیاز اکسیژن زیستی
  • پرویز شکاری *، جواد یلوه صفحات 269-283
    سابقه و هدف
    مدل کردن تغییرپذیری خاک در کاربری پایدار این منبع طبیعی اهمیت بنیادین دارد. مدل های ناپیوسته که از دیرباز به کار رفته اند تغییرات خاک را به اندازه نیاز در کشاورزی نوین تشریح نکرده و منجر به بروز کاستی های بنیادین در توان پیش بینی مکانی نقشه های خاک می شوند. کاربرد فزاینده الگوریتم های آماری که ابزار «رایان آموختی» نامیده می شوند در تولید و بهبود نقشه های خاک به شکل رقومی از راه های رویارویی با این مشکل است. مدل SoLIMاز جمله این روش هاست که نگرش دانش بنیاد فازی را برای درک روابط خاک-سرزمین و پیش بینی پراکنش خاک به طور پیوسته به کار می گیرد. در این پژوهش توان مدل SoLIM در پیش بینی الگوی پراکنش خاک در بخشی از دشت میان دربند استان کرمانشاه به مساحت 2300 هکتار آزموده شد.
    مواد و روش ها
    نقشه های تندی و راستای شیب، خمیدگی نیمرخی و تراز، و نمایه خیسی از مدل رقومی ارتفاع با دقت 10متر محاسبه و به همراه نقشه مواد مادری خاک ها به عنوان موثرترین متغیرهای محیطی همراه (متغیرهای همراه) موثر در تمایز خاک های منطقه در مدل به کار رفت. بر پایه تحلیل زمین ریخت شناختی، 26 پدان جایابی، تشریح و بر اساس Soil Taxonomy (ST) و WRB به ترتیب در هفت زیرگروه و شانزده گروه مرجع خاک رده بندی شد. برای آموزش الگوریتم در بازشناخت روابط میان متغیرهای همراه و خاک های رده بندی شده در هر یک از دو سیستم، قواعد لازم در محیطSoLIM تعریف شد. پس از استنتاج، برای هر یک از زیرگروه ها و RGS ها یک نقشه فازی ساخته شد و با آمیختن خروجی های فازی، نقشه نافازی الگوی پراکنش خاک منطقه برای هر یک از دو سیستم رده بندی تولید گردید.
    یافته ها
    نتایج نشان از توان خوب یادگیری الگوریتم داشت، اما خروجی ها برای دو سیستم رده بندی متفاوت بود. برای زیرگروه های ST نقشه یکپارچه تری از WRB به دست آمد که بازتابی از ساختار درختی آن بود. یکپارچگی کمتر نقشه WRB نشانی از توان پیش بینی مکانی بهتر تفسیر شد که پی آمد ساختار دو سطحی و منعطف تر آن بود. برای ارزیابی عملکرد مدل، نتایج 26 پدان در آرایشی متشکل از چهار ترانسکت و 5 نقطه با پراکنش هدفمند و به گونه ای که بر پایه دانش به دست آمده، بیشترین تغییرپذیری خاک را در منطقه دربر می گرفت با پیش بینی های الگوریتم فازی مقایسه گردید. بر پایه دو معیار «صحت عمومی نقشه» و «نمایه سازگاری کاپا» پیش بینی SoLIM در سطح زیرگروه های ST به ترتیب تا 78 و 64 درست بود. همین معیارها برای گروه های مرجع WRB 67 و 62 درصد محاسبه گردید. میزان درستی پیش بینی ها در الگوی ترانسکت برای ST و WRB به ترتیب 3/78 و 2/65، اما برای نقاط تصادفی تصادفی در هر دو سیستم رده بندی خاک 75درصد بود. بر پایه نتایج، توانایی SoLIM در برآورد الگوی پراکنش خاک ها در منطقه، پذیرفتنی بود. در سطوح پایین رده بندی به ویژه ST با ساختار درختی، مدل از توان مناسبی برای جداسازی خاک های مختلف برخوردار نبود به طوری که استنتاج در سطح خانواده به نتایج ضعیفی به دست داد.
    نتیجه گیری
    بی گمان افزایش شمار مشاهدات در هر دو گروه روش های سنتی و نوین مهم ترین عامل در افزایش توانایی پیش بینی نقشه است. اما چنین راهکاری با دیدگاه اقتصادی نقشه برداری رقومی هماهنگی ندارد. به نظر می رسد با کاربست راهبردهای دیگری چون بازشناخت دقیق تر موثرترین متغیرهای همراه، افزایش حساسیت الگوریتم ها، و طراحی نمونه گیری بهتر برای دستیابی به شمار و پراکنش بهینه مشاهدات در منطقه، بتوان به نتایج بهتری رسید.
    کلیدواژگان: نقشه برداری رقومی خاک، فازی، تغییرپذیری، یکپارچگی نقشه
  • علیرضا واعظی*، لیدا پیری صفحات 285-299
    سابقه و هدف
    فراهمی آب مهم ترین عامل تعیین کننده بهره وری در مناطق خشک و نیمه خشک است. در این مناطق عملکرد محصول تحت تاثیر توزیع و مقدار بارش و نگه داری آب در خاک است. به کارگیری روش های مدیریت خاک می تواند در مهار روان آب سطحی و افزایش نگه داری آب در خاک مناسب باشد. خاک ورزی به عنوان یک اقدام مهم مدیریتی خاک می تواند بر تولید روان آب و فرسایش خاک و در نتیجه بر ذخیره آب و عملکرد محصول در زمین های دیم تاثیر بگذارد. هنوز در بسیاری از کشت زارهای دیم در مناطق نیمه خشک، شخم در جهت موازی با شیب انجام می گردد که به عنوان یک عامل مهم، نگهداشت آب به خاک را به دلیل کاهش فرصت نفوذ آب، کاهش می دهد. اگر چه مطالعات مختلفی به منظور تعیین اثر روش های مختلف خاک ورزی بر ذخیره آب و عملکرد محصول در سراسر جهان انجام شده است اما اطلاعات اندکی درباره ی نقش جهت شخم در ذخیره آب و عملکرد محصول در کشت زارهای دیم گندم در مناطق نیمه خشک به ویژه در ایران وجود دارد. بنابراین این مطالعه به منظور تعیین اثرات دو جهت شخم (شخم موازی با شیب و شخم عمود بر شیب) در محتوای آب خاک طی دوره رشد و عملکرد دانه گندم در زمین دیم واقع در منطقه نیمه خشک در ایران انجام شد.
    مواد و روش ها
    این مطالعه در کشت زاری دیم با شیب حدود 10 درصد، دارای خاک با بافت لوم شنی در زنجان، شمال غرب ایران در سال 1394 انجام شد. کشت گندم زمستانه در دو جهت شامل 1) موازی با شیب (به عنوان خاک ورزی مرسوم)، 2) کشت عمود بر شیب (به عنوان خاک ورزی حفاظتی) در اوایل مهر ماه 1393 انجام شد. برای این منظور 24 کرت به ابعاد 75/1 متر در 8 متر بر روی زمین طراحی شد. محتوای آب خاک در سه نمونه خاک هر کرت که از منطقه گسترش ریشه در فاصله پنج روز طی دوره رشد از مهر ماه 1393 تا تیر ماه 1394 گرفته شده بود، اندازه گیری شد. عملکرد دانه گندم و اجزای عملکرد با جمع آوری کل محصول از سطح هر کرت به هنگام برداشت محصول (تیر ماه) تعیین گردید. داده های محتوای آب خاک و عملکرد دانه گندم به روش تجزیه واریانس با استفاده از آزمون دانکن تحلیل شدند. تجزیه آماری با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 21 انجام شد.
    یافته ها
    میانگین رطوبت خاک طی دوره رشد در کرت های با کشت عمود بر شیب (1/9 درصد)، 62 درصد بزرگ تر از کرت های با شخم موازی (6/5 درصد) بود. این تفاوت از نظر آماری .
    نتیجه گیری
    این مطالعه نشان داد که جهت شخم عامل مهم تعیین کننده محتوای آب خاک در کشت زار دیم گندم است. در کرت های با شخم عمود بر شیب فرصت نفوذ آب به خاک بسیار بالا است. این متغیر مهم ترین عامل تعیین کننده عملکرد گندم در شرایط دیم است. افزایش عملکرد دانه در شرایط کشت عمود بر شیب همراه با افزایش اجزای عملکرد به واسطه افزایش محتوای آب خاک بود. با توجه به این نتایج، به کارگیری شخم و کشت عمود بر شیب در کشت زارهای دیم می تواند به عنوان راه کاری اساسی جهت کاهش هدررفت آب و افزایش عملکرد در مناطق نیمه خشک باشد.
    کلیدواژگان: اجزای عملکرد گندم، روش خاک ورزی، کشت عمود بر شیب، محتوای آب خاک
  • علی بافکار *، بهمن فرهادی بانسوله، سعید برومندنسب صفحات 301-315
    ایران با میانگین بارش سالانه حدود 230 میلی متر یکی از کشورهای جهان است که در مناطق خشک و نیمه خشک جهان قرار گرفته است. توزیع نامناسب زمانی و مکانی نزولات جوی با توجه به نیازهای کشاورزی یکی دیگر از مشکلات بخش کشاورزی می باشد. استفاده از مدل های شبیه سازی رشد محصول راهکاری است که از طریق آن می توان بیلان آبی را مورد بررسی قرار داده، فرایند رشد را شبیه سازی کرده و به مطالعه سناریوهای مختلف مدیریتی پرداخت. در این راستا، ترکیب مدل های شبیه سازی رشد گیاهی با سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) و مدل های بهینه سازی نیز ضرورت پیدا کرده است. یکی از عوامل محدود کننده استفاده از مدل های شبیه سازی رشد محصول واسنجی پارامترهای گیاهی این مدل ها می باشد. تحقیقات نشان داده است که کاربرد مدل های شبیه سازی خارج از محدوده اغلب منجر به نتایج مایوس کننده ای می شود. تعدادی از این پارامترها بستگی به رقم دارند، بنابراین برای کاربرد این مدل ها ابتدا بایستی آنها را با توجه به رقم محلی واسنجی نمود. در دهه های گذشته مدل های مختلفی برای برنامه ریزی اراضی کشاورزی در مقیاس های مختلف توسعه یافته است. هدف از مطالعه کنونی تعیین سطح زیر کشت محصولات عمده کشاورزی در دشت ماهیدشت استان کرمانشاه بر اساس ترکیب نتایج مدل های شبیه سازی رشد گیاهی و برنامه ریزی خطی می باشد. در این تحقیق برای شبیه سازی رشد گیاه از مدل WOFOST و برای برنامه ریزی خطی از نرم افزار GAMS استفاده شده است.
    مواد و روش ها
    آزمایشات مزرعه ای در سال های زراعی 1390- 1389 برای واسنجی و اعتبارسنجی پارامترهای گیاهی مدل WOFOST برای محصولات عمده ( گندم، جو و ذرت ) با مدیریت های کم آبیاری انجام گردید. آزمایشات مذکور در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه رژیم آبیاری (آبیاری کامل، 20 و 40 درصد کم آبیاری) و در چهار تکرار انجام شد. اراضی کشاورزی دشت با توجه به خصوصیات خاک و تقسیمات اداری به 440 واحد همگن طبقه بندی گردید. به حداکثر رساندن درآمد کشاورزان به عنوان تابع هدف در مدل برنامه ریزی خطی مد نظر قرارگرفت. محدودیت های فصلی و ماهانه آب، کارگر، زمین و ماشین آلات کشاورزی نیز در سطح منطقه در نظر گرفته شد. با در نظر گرفتن منابع آب موجود با استفاده از مدل تهیه شده الگوی کشت بهینه تحت 8 سناریوی محتلف تامین منابع آب و نوع سیستم آبیاری مشخص گردید.
    یافته ها
    با استفاده از واسنجی مقدار پارامترهای حساس مدل WOFOST برای محصولات مورد مطالعه در دشت ماهیدشت تعیین گردید. نیاز آبی و مقدار عملکرد محصولات مذکور در شرایط پتانسیل و کم آبی با توجه به میانگین طولانی مدت پارامترهای هواشناسی در منطقه برآورد گردید. تحلیل سناریوهای مورد مطالعه بیانگر این بود که درآمد سناریو6 (دو برابر شدن قیمت آب و سیستم آبیاری بارانی ) با درآمد کل کشاورزان به میزان 140 میلیارد ریال بیشترین در آمد را در بین این سناریوها دارا می باشد. سطح زیر کشت محصولات در این سناریو 75262 هکتار بدست آمد که نسبت به سناریو پایه افزایش نشان داد.
    نتیجه گیری
    ترکیب مدل های شبیه سازی رشد گیاهی و برنامه ریزی خطی می تواند در تعیین الگوی کشت مناسب تحت شرایط مختلف تامین منابع آب مورد استفاده قرار گیرد. بیشترین در آمد کشاورزان در این مطالعه در سناریوی شماره 6 اتفاق افتد که در آن قیمت آب دو برابر و سیستم آبیاری بارانی به کار رفته بود.
    کلیدواژگان: مدل های شبیه سازی رشد گیاه، ارزیابی اراضی، سیستم اطلاعات جغرافیایی، برنامه ریزی خطی، کرمانشاه
  • جعفر چابک پور، ابراهیم امیری تکلدانی *، محمد صدقی اصل صفحات 317-332
    سابقه و هدف
    به دلیل اینکه رواناب خروجی از حوضه های آبریز همواره شامل مقدار زیادی از رسوبات ریزدانه و معلق می باشد کارایی سدهای سنگریزه ای که از مصالح سنگی درشت دانه ساخته می شوند برای تنظیم سیلاب های عبوری به مرور زمان و به دلیل ترسیب ذرات رسوبی در منافذ درشت دانه بدنه سد کاهش می یابد. به دلیل اینکه بخشی از سازه های ساخته شده با استفاده از مصالح سنگی درشت دانه جریان های حاوی رسوبات معلق را از خود عبور می دهند لذا فرایند ردیابی این نوع جریان ها از درون محیط های متخلخل مورد توجه قرار گرفته است. بررسی فرایند انتقال و انتشار رسوبات معلق از درون محیط های درشت دانه معمولا با استفاده منحنی های رخنه انجام می گردد. این فرایند بیشتر برای آلودگی ها و در رودخانه ها، مجاری فاضلاب رو و محیط های متخلخل ریزدانه متداول بوده و محققان قبلی از تکنیک های زیادی از جمله حل تحلیلی، تکنیک تخمین پارامتر و روش های عددی برای مسائل فوق الذکر استفاده نموده اند ولی هنوز در رابطه با رسوبات معلق تحقیقات متقنی انجام نشده است. منحنی های رخنه خروجی از محیط متخلخل در بسیاری از مواقع متقارن نبوده و دارای چولگی می باشد لذا تعدادی از محققان پس از برداشت داده های صحرائی پی به این مساله برده و مدل جدید تری را تحت عنوان مدل ذخیره موقت ارائه نمودند. بعضی از محققان با در نظر گرفتن مساله عدم تقارن در منحنی های رخنه خروجی اقدام به ترکیب رابطه مرتبه اول تبادل جرم با معادلات انتقال و انتشار نموده و با اعمال شرایط اولیه و مرزی متنوع حل های تحلیلی خاصی را استخراج نموده اند. نکته مهم در این خصوص این است که در شرایط مشابهی از شرایط اولیه و مرزی می بایستی اقدام به استفاده از حل های تحلیلی نمود. به همین دلیل در بسیاری از موارد محققان اقدام به استفاده از روش های گشتاور های زمانی و مکانی بر اساس داده های آزمایشگاهی برداشت شده می نمایند. با تاکید بر موارد اشاره شده و نیز با توجه به اینکه تاکنون تحقیقات آزمایشگاهی منسجم و کاملی در زمینه مطالعه رفتار رسوبات معلق درون محیط های متخلخل درشت دانه انجام نشده است در این پژوهش در این زمینه تمرکز گردید.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش با ساخت نمونه آزمایشگاهی از محیط متخلخل درشت دانه و استفاده از رسوبات ریز دانه در محدوده بار معلق سعی شد تا یک سری داده آزمایشگاهی به منظور ردیابی فرایند انتقال و انتشار طولی رسوبات معلق برداشت شود. در این پژوهش با انتخاب دو قطر سنگدانه، چهار دبی درون گذر، و با اعمال گرادیان های متفاوت بر روی محیط، منحنی های رخنه رسوبات معلق خروجی از بدنه سازه های سنگریزه ای استخراج گردید. روش استخراج منحنی های رخنه به صورت برداشت نمونه آب از انتهای محیط بوده و پس از رد نمودن از کاغذ صافی و خشک کردن رسوبات، منحنی های غلظت زمان استخراج گردید. همچنین با استفاده از تکنیک تخمین پارامتر برای معادله کلاسیک انتقال-انتشار و نیز روش گشتاورگیری زمانی ضریب انتشار طولی رسوبات معلق استخراج شد.
    یافته ها
    نتایج بدست آمده نشان داد که به دلیل ویژگی های ذاتی منحنی رخنه خروجی از درون بدنه سنگدانه ای، روش گشتاورگیری زمانی دارای دقت بهتری نسبت به معادله کلاسیک انتقال-انتشار بوده و همچنین با استفاده از روش پارامتر های ابعادی یک رابطه برای تخمین ضریب انتشار طولی بدست آمد که متوسط خطای نسبی آن برای تخمین ضریب انتشار 30 درصد می باشد و این مقدار در تحقیقات رسوبی قابل اطمینان می باشد. نتایج مربوط به آنالیز منحنی های رخنه خروجی از محیط متخلخل نیز نشان داد که منحنی های رخنه خروجی از محیط دارای دو بال صعودی و نزولی نامتقارن بوده که این به دلیل ذخیره موقت رسوبات درون محیط متخلخل درشت دانه می باشد.
    کلیدواژگان: مصالح سنگریزه ای، رسوبات معلق، ضریب انتشار طولی، معادله کلاسیک انتقال، انتشار، گشتاور های زمانی
  • رویا سادات موسوی، صفر معروفی* صفحات 333-348
    سابقه و هدف
    در سال های اخیر بدلیل مشاهده شواهد وقوع تغییر اقلیم در متغیرهای آب و هوایی و همچنین هیدرولوژیکی، نگرانی در خصوص تغییرات منابع آب تجدیدشونده و دسترسی به منابع آب در آینده تحت تاثیر پدیده تغییر اقلیم افزایش یافته است. از آنجا که آگاهی از تاثیرات محتمل پدیده تغییر اقلیم بر میزان آب سطحی و نیز رژیم جریان از منظر سازگاری با پدیده تغییر اقلیم بسیار حائز اهمیت می باشد، لذا در این پژوهش تغییرات آورد حوضه آبریز سد دز طی دهه های اخیر مورد بررسی قرا گرفته و نیز پیش بینی جریان تحت سناریوهای تغییر اقلیم برای افق های زمانی آینده انجام شده است.
    مواد و روش ها
    از روش من-کندال جهت آشکارسازی روند و روش های پتی و بویشند جهت شناسایی نقاط تغییر ناگهانی در سری زمانی رواناب در انتهای 4 زیرحوضه درود، ماربره، سزار و بختیاری استفاده شده است. همچنین برای پیش بینی جریان در قرن 21 تحت تاثیر پدیده تغییر اقلیم از خروجی دو مدل گردش عمومی جو CCSM3 و ECHAM5-OM برای سه سناریوی تغییر اقلیم بدبینانه A2، حالت میانه A1B و خوشبینانه B1 بهره گرفته شده است. ریزمقیاس نمایی خروجی مدل های بزرگ مقیاس در سطح منطقه مورد مطالعه توسط مدل LARS-WG انجام شد و داده های ریزمقیاس شده بعنوان ورودی به مدل هیدرولوژیکی HBV جهت شبیه سازی جریان آینده وارد شد.
    یافته ها
    آزمون من-کندال وجود روند معنی دار منفی (کاهش جریان) را در سه زیرحوضه درود، ماربره و سزار نشان داد و برای زیرحوضه بختیاری روند معنی داری مشاهده نشد. بعلاوه آزمون های نقطه تغییر نیز رخداد افت ناگهانی جریان را در سه زیرحوضه مذکور نشان داد درحالیکه در زیرحوضه بختیاری تغییر در جهت مثبت اتفاق افتاده است. مقدار این تغییرات بسیار قابل توجه بوده و بین 7/14 در زیرحوضه بختیاری و 3/43 درصد در زیرحوضه ماربره متغیر می باشد. همچنین بر اساس خروجی مدل هیدرولوژیکی با بارش و دمای مربوط به افق-های زمانی آینده 2020، 2050 و 2080 جریان سالانه در تمامی زیرحوضه ها کاهش قابل توجهی را نشان می دهد. همچنین جریان فصل-های بهار، پاییز و زمستان در زیرحوضه های تیره، ماربره و سزار کاهش و در فصل تابستان افزایش می یابد. جریان های فصلی افق های زمانی آینده در زیرحوضه بختیاری نیز در تمام فصول به جز فصل پاییز با کاهش قابل توجهی همراه است. بطور کلی شبیه سازی جریان آینده تحت سناریوهای مفروض تغییر اقلیم در حوضه آبریز سد دز کاهش شدید پتانسیل آورد سالانه حوضه (تا بیش از یک میلیارد) را نشان می دهد.
    نتیجه گیری
    بررسی جریان دهه های گذشته حوضه آبریز سد دز تغییرات شدید جریان را چه بصورت تدریجی و چه ناگهانی نشان می دهد که این تغییرات عمدتا در جهت کاهش پتانسیل رواناب حوضه می باشد. بعلاوه بررسی جریان آینده نیز با سناریوهای مختلف کاهش جریان تحت تاثیر تغییر اقلیم را نشان می دهد. لذا با توجه به این شواهد به نظر می رسد این حوضه در آینده با کم شدن آورد روبرو خواهد شد و این نتایج بر لزوم بازنگری و تغییر استراتژی های مدیریت منابع آب در جهت سازگاری با وقوع تغییر اقلیم تاکید می نماید.
    کلیدواژگان: گرمایش جهانی، تغییر اقلیم، روش های ناپارامتری، رژیم جریان
  • سبحان مرادی، کاظم اسماعیلی*، محمدرضا اکبرزاده، سعیدرضا خداشناس، کاظم اسماعیلی صفحات 349-363
    سابقه و هدف
    عبور خطوط لوله انتقال آب- فاضلاب و یا مواد سوختی، روی بستر فرسایشی دریا و رودخانه سبب بوجود آمدن اندرکنشی بین لوله و بستر فرسایشی می شود و تغییراتی را در هیدرودینامیک جریان اطراف لوله بوجود می آورد. در نتیجه، زیرخط لوله، آبشستگی موضعی ایجاد شده، که سبب ناپایداری، خمش و حتی شکست لوله می شود. برای محافظت از این خطوط لوله در برابر خطرهای احتمالی، لازم است شناخت درستی از مقدار و نحوه آبشستگی اطراف لوله پیدا کرد.
    مواد و روش ها
    پژوهش حاضر، به بررسی آبشستگی زیر خط لوله افقی در فلوم آزمایشگاهی با سه قطر لوله مختلف (2، 2/3، 8/3 سانتی-متر)، واقع بر بستر فرسایشی با دو اندازه متوسط رسوب (3/0، 18/1 میلی متر) و سه شکل مقطع متفاوت از پیگیبک لاین (تیغه، دایره، مثلث)، تحت جریان یکنواخت، ماندگار و با برقراری شرایط آب زلالV⁄V_c ≈0/9)) انجام شده است. در ابتدا به روش پای-باکینگهام تمامی پارامترهای بعد دار تاثیرگذار بر ابعاد آبشستگی موضعی زیر خطوط لوله را تحلیل ابعادی نمودیم. سپس در آزمایش های مختلف، تاثیر پارامترهای بدون بعد مهم تر، شامل؛ قطر لوله، عدد فرود جریان، عمق جریان، اندازه متوسط دانه های رسوبی بستر، و شکل پیگیبک لاین، که با آنالیز ابعادی مشخص شده اند را بر حداکثر عمق آبشستگی بررسی کردیم.
    یافته ها
    نتایج آزمایشگاهی حاکی از آن است که مساحت سطح مانع در مسیر جریان در مقدار آبشستگی نهایی موثر است و با افزایش قطر لوله، عمق حداکثر آبشستگی و همچنین زمان رسیدن به تعادل نهایی آبشستگی، افزایش می یابد. نتایج نشان داد، با افزایش عدد فرود و با ثابت بودن قطر لوله و دانه بندی ذرات بستر حداکثر عمق آبشستگی در عدد فرود 3/0 اتفاق می افتد. استنباط کلی از مجموعه نتایج بدست آمده حاکی از آن است؛ تاثیر عمق جریان در مقادیر y_n⁄D کمتر از 5/3 تقریبا بر میزان حداکثر آبشستگی ناچیز است. بعبارت دیگر در مقادیر کم این نسبت، می توان عمق آبشستگی را مستقل از عمق جریان دانست. از سوی دیگر مشاهده می شود با تغییر اندازه متوسط دانه-های رسوبی بستر، تغییر چندانی در حداکثر عمق آبشستگی ایجاد نمی شود. ولی بدلیل اینکه دانه بندی رسوبات با اندازه متوسط 18/1 میلی-متر، دارای انحراف معیار کوچکتر از 4/1 (یکنواختی بالا) بودند، انحراف معیار نقش بسزایی در ایجاد مقدار و محل تشکیل حداکثر عمق آبشستگی داشته است و شکل نیمرخ آبشستگی را بصورت چشمگیری تغییر داده است. با بکارگیری شکل های متفاوتی از مقطع پیگیبک لاین در شرایط ارتفاعی برابر، نتایج طول گودال آبشستگی بطور تقریبی برای همه شکل مقطع های پیگیبک لاین برابر است و در نتیجه فقط به ارتفاع جسم انسداد کننده جریان بستگی دارد و به شکل آن بستگی ندارد. اما مشاهده عینی نشان داد که طول موج رسوبی پیشرو و عمق آبشستگی تحت تاثیر شکل پیگیبک لاین می باشند و برای حالت پیگیبک لاین تیغه ای (باله) 42/2 ، پیگیبک لاین مثلثی 25/2 و برای پیگیبک لاین دایره ای نصب شده روی لوله اصلی 9/1 برابر بیشتر از حالتی است که لوله بصورت منفرد روی بستر رسوبی نصب شده باشد. اختلاف عمق حداکثر آبشستگی بین پیگیبک لاین تیغه ای و مثلثی، کم و در مقایسه با پیگیبک لاین لوله ای زیاد است.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان داد که تغییر در شکل پیگیبک لاین نصب شده روی لوله اصلی بر مشخصات الگوی آبشستگی زیر خط لوله افقی تاثیر گذار است. پیگیبک لاین مثلثی برای افزایش مقدار عمق حداکثر آبشستگی و همچنین عبور کابل های برق و تلفن و حتی آب-فاضلاب به همراه لوله اصلی، گزینه بهتری برای جایگزینی با باله(اسپویلر) بکار برده شده در حال حاضر می باشد.
    کلیدواژگان: آبشستگی موضعی، Piggyback line، حداکثر عمق آبشستگی، خطوط لوله انتقال
  • حسین شریفان، عبدالرضا ظهیری*، بهروز دهانزاده، هرمز شیار بهادری صفحات 365-373
    سابقه و هدف
    تغییرات سرعت جریان و به ویژه غلظت رسوب معلق در عرض رودخانه ها در محل قوس از توزیع بسیار غیریکنواختی برخوردار است. برای مدیریت بهتر سازه های هیدرولیکی واقع در قوس رودخانه، آگاهی از تغییرات غلظت رسوب معلق در عرض رودخانه لازم است. تاکنون مدل های ریاضی دوبعدی و شبه دوبعدی زیادی برای حل توزیع عرضی سرعت در رودخانه ها توسط محققین مختلف توسعه داده شده است که در اغلب این مدل ها، مسیر رودخانه به صورت مستقیم فرض شده است. همچنین توزیع غلظت رسوب در عرض رودخانه و به ویژه در محل قوس تاکنون فقط با مدل های پیچیده دوبعدی و سه بعدی شبیه سازی شده است. با توجه به لزوم سادگی در مطالعات کاربردی مهندسی هیدرولیک جریان و رسوب رودخانه ها، استفاده از مدل های ریاضی ساده شبه دوبعدی اخیرا مورد توجه و استقبال قرار گرفته است. هدف این مقاله، مدل سازی شبه دوبعدی توزیع عرضی سرعت جریان و غلظت رسوب معلق در محل قوس رودخانه ها می باشد.
    مواد و روش ها
    برای شبیه سازی توزیع عرضی سرعت و رسوب در محل قوس رودخانه ها، از حل عددی مدل ریاضی شیونو و نایت استفاده شد. برای واسنجی ضریب زبری مانینگ در این مدل از داده های توزیع عرضی سرعت اندازه گیری در محل یکی از قوس های رودخانه کارون در مجاورت ایستگاه هیدرومتری اهواز استفاده شد. همچنین با انتخاب 3 رابطه تجربی انتقال کل رسوب (معادلات اکرز-وایت، انگلوند-هانسن و یانگ)، بخش رسوبی این مدل نیز به کمک داده های اندازه گیری شده توزیع عرضی غلظت رسوب در محل قوس واسنجی شد.
    یافته ها
    نتایج حل عددی مدل ریاضی شیونو و نایت به روش تفاضل های محدود نشان داد که از میان روابط رسوبی مورد استفاده، رابطه رسوبی یانگ مطابقت خوبی با مقادیر غلظت رسوب اندازه گیری شده در عرض رودخانه داشته و نسبت به روابط رسوبی اکرز-وایت و انگلوند-هانسن، از دقت بالاتری برخوردار می باشد. دو رابطه اخیر، مقادیر انتقال رسوب را بسیار بیشتر از مقادیر اندازه گیری برآورد می-کنند. با توجه به اینکه پایه و اساس رابطه رسوبی یانگ، قدرت یکه جریان است و در این نظریه، انتقال هر ذره رسوب مستقیما متناسب با سرعت ذره است، احتمالا به همین دلیل این رابطه از دقت بیشتری برخوردار بوده است. با انتگرال گیری عرضی از نتایج توزیع غلظت رسوب در عرض رودخانه، بار کل رسوب رودخانه واقعی و محاسباتی در محل قوس مورد مطالعه به ترتیب 26500 و 16000 تن بر روز بدست آمد که بیانگر خطای حدود 40 درصد می باشد. این در حالی است که روش های آکرز-وایت و انگلوند-هانسن به ترتیب با خطای نسبی حدود 265 و 325 درصد، برآوردهایی بسیار بالاتر از واقعیت داشتند.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج بدست آمده از این تحقیق، می توان به کمک مدل ریاضی پیشنهادی، توزیع عرضی رسوب در هر دبی جریان به ویژه در دبی های سیلابی را محاسبه نموده و برای طراحی آبگیرهای جانبی در قوس خارجی، از نتایج مدل استفاده نمود.
    کلیدواژگان: قوس رودخانه، مدل سازی ریاضی، مدل شیونو و نایت، رسوب معلق
  • چنگیز سعدی پور *، محسن رودپیما، علیداد کرمی، ناصر دواتگر، سیده مریم صلاح الدین صفحات 375-382
    سابقه و هدف
    هدایت آبی اشباع خاک یک پارامتر مهم برای جریان آب در خاک، کنترل نفوذ آب به خاک و رواناب سطحی، آبشویی سموم از اراضی کشاورزی و انتقال آلاینده ها از مکان های آلوده به سمت آب زیرزمینی است. توزیع مکانی خصوصیات فیزیکی و هیدرولیکی بر رفتارهای هیدرولوژیکی، انتقال آب و رسوب به آب های سطحی و زیرسطحی موثر است، از این رو شناخت تغییرات این ویژگی ها در مدیریت بهینه ی اراضی امری مهم و تاثیرگذار می باشد. در مطالعه ای که با هدف تجزیه و تحلیل تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی خاک با استفاده از روش های زمین آماری کریجینگ ساده، کریجینگ معمولی و کریجینگ عمومی توسط بارانی و همکاران (2013) در منطقه زیدون خوزستان صورت گرفته است تعداد 200 نقطه با شبکه بندی منظم به فواصل 1×1 کیلومتر مربع هدایت هیدرولیکی را با روش های چاهک و چاهک معکوس اندازه گیری نمودند، نتایج این تحقیق نشان داد که از میان روش های مورد بررسی، کریجینگ ساده دقت برآورد بالاتری در منطقه ی مورد مطالعه داشته و از میان مدل های واریوگرام، مدل کروی انتخاب گردیده است (2). هدف از این تحقیق بررسی تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک و عوامل موثر بر آن با روش زمین آمار و انتخاب مناسب ترین روش میان یابی برای برآورد آن در دشت لاغر بود.
    مواد و روش ها
    دشت لاغر به مساحت تقریبی 12986 هکتار واقع در شهرستان خنج از توابع استان فارس می باشد که در محدوده جغرافیایی «28 ''01 28 تا »54 ''12 28 شمالی و «44 ''04 53 تا »50 ''21 53 شرقی واقع شده است. در این پژوهش تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک و برخی خصوصیات دیگر خاک شامل درصد ذرات خاک (شن، سیلت و رس)، درصد گچ (CaSO4)، درصد کربنات کلسیم (CaCO3) با استفاده از آمار مکانی مورد بررسی قرار گرفت. اندازه گیری هدایت هیدرولیکی اشباع در صحرا و به روش چاهک و چاهک وارونه انجام گردید. درون یابی و پهنه بندی مقادیر این خصوصیات با استفاده از روش های وزن دادن عکس فاصله (IDW)، کریجینگ و کوکریجینگ انجام شد و دقت این تخمین گرها با یکدیگر مقایسه گردید.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که پارامترهای درصد شن، درصد گچ (CaSO4) و درصد کربنات کلسیم (CaCO3) با داشتن نسب واریانس قطعه ای به آستانه به ترتیب 001/0، 246/0، 217/0 دارای ساختار مکانی قوی و خصوصیات هدایت هیدرولیکی اشباع، درصد سیلت و درصد رس با داشتن نسبت واریانس قطعه ای به آستانه 499/0 از ساختار مکانی متوسطی برخوردار بودند. برازش مدل تئوری بر تغییرنمای تجربی نشان داد که مدل گوسی برای ویژگی های درصد شن، سیلت و رس، درصد گچ و مدل کروی برای پارامتر هدایت هیدرولیکی اشباع و درصد کلسیم کربنات با داشتن بالاترین مقدار R2 و کمترین مقدار RSS بهترین برازش را بر تغییرنمای تجربی نشان داد. پارامترهای مورد مطالعه از الگوی پراکنش و ساختاردار مناسبی برخوردار بودند.
    نتیجه گیری
    تخمین گر کریجینگ برای درون یابی پارامترهای هدایت هیدرولیکی اشباع، درصد گچ و درصد کربنات کلسیم نتایج بهتر و خطای کمتری نسبت به روش وزن دادن عکس فاصله داشت اما برای درون یابی پارامترهای درصد شن، سیلت و رس روش وزن دادن عکس فاصله نتیجه بهتری نشان داد. روش درون یابی کوکریجینگ به علت عدم همبستگی بین متغیر اصلی (هدایت هیدرولیکی اشباع) و دیگر پارامترها (به عنوان متغیر کمکی) برای درون یابی خصوصیات، مورد استفاده قرار نگرفت.
    کلیدواژگان: دشت لاغر، زمین آمار، توزیع مکانی، هدایت هیدرولیکی اشباع
|
  • Ali Akbarzadeh*, Shoja Ghorbani Dashtaki, Mehdi Naderi Khorasgani, Jahangard Mohammadi, Rouhollah Taghizadeh Mehrjardi Pages 1-25
    Background And Objectives
    The correct estimation of cover-management (C) factor for accurate evaluating of soil loss is essential. Because of spatial variations in soil erosion parameters and vegetation attributes in large areas, the possibility of applying the available tables and regression equations to estimate the C-factor to other regions is limited. Up to this time, no studies have been done to estimate the C-factor in the forests of northern Iran. The main objective of this study was to develop new equations to estimate the C-factor in some parts of forest lands of the Guilan province using remote sensing methods and field works.
    Materials And Methods
    In parcels separated in 15 fire-affected sites and 15 original forests beside the burned (unburned) sites, in five sub land units, some vegetation attributes, soil properties and erosion rate were measured. The soil erosion was also estimated for all 30 studied parcels using the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) model. The actual C-factor were extracted for all the studied parcels (burned and unburned sites) using the measured (observed) erosion and other factors used in the RUSLE model. A split-plot in space design was performed to determine whether the differences between five sub land units (between subjects) and also within burned and control (unburned) sites (within subjects) were significant.
    Results
    The results showed that the average of the actual C-factor in unburned and burned sites in five sub land units depending on plant density and disturbance of forest lands by fire severity and human and animal activity were between 0.05 to 0.14 and 0.13 to 0.24, respectively. In general, the estimated C-factor was more than the actual C-factor in all the studied sites. Moreover, the results of analysis of variance showed that damaging of trees by fire had significant effect on the estimated C-factor, actual C-factor, estimated erosion, measured erosion and soil erodibility factor. To develop new equations for estimating the C-factor, the correlations between the actual C-factor and some vegetation attributes and soil moisture characteristics were investigated. First of all, the relationship between the actual C-factor and the Normalized Difference Vegetation Index was derived as a new equation to estimate the C-factor in the study area. Then, the results of Multiple Linear Regression by stepwise method showed that among all the variables related to vegetation and soil moisture, the thickness of surface litter, canopy cover, diameter of trees at breast height, saturated water content and Permanent Wilting Point were the best variables to estimate the C-factor in the study area.
    Conclusion
    The soil erosion assessment using available models to estimate the C-factor had no adequate accuracy and caused errors in soil loss estimation. The models derived in this paper can be used for accurate estimation of the C-factor in other areas having similar crop attributes.
    Keywords: Canopy cover, Forest lands, Soil erosion, soil moisture, Thickness of litter
  • Abolfazl Mosaedi * Pages 27-52
    Background And Objectives
    Drought is a climatic phenomenon that occurs in all climatic zones. Drought has three characteristics of duration, severity and magnitude. Reconnaissance Drought Index (RDI) is a indicate for drought. Climate change and subsequent changes in the characteristics of the phenomenon of drought and its impact on terrestrial ecosystems caused concern among researchers in human societies. óAthough drought occurred in all climate zones, but its features may vary by region. Characteristic’s drought may changes at time during due to word warming (Climate change). Therefore, propose of this study is investigating drought characteristics (including: severity, intensity, magnitude, time interval and frequency of drought) and their statistical Characteristics based on RDI in 8 synoptic station at time period of 60 years.
    Materials And Methods
    In order to monitor droughts for 8 selected synoptic stations of Esfehan, Ahwaz, Babolsar, Tabriz, Tehran, Khoramabad, Zahedan and Mashhad from different weather's conditions. Run Theory is a common method in analysis of drought. In addition to the three above characteristics of drought (severity, intensity, magnitude), in this study, other features of droughts include time interval and number of droughts is introduced and studied. While at the same time of drought monitoring, drought characteristics and possible changes in these properties during the studied period, were investigated. For this purpose, first, the values of Reconnaissance Drought Index (RDI) for the entire period of 1951 to 2010 in three scales of annual, seasonal and monthly were calculated. Drought characteristics include severity, intensity, magnitude, time interval and frequency for the "first half and the second half" was compared together using the Mann-Whitney test at 95% level. Cut point was determined by Kolmogorov-Smirnov test. Accordingly, the whole period of 60 years was divided into two periods (the period before the cut point and the period after it) and characterization of drought in these two periods were compared with each other.
    Results
    In all stations, cut point year in the period of 60 years is different from the middle year (1981). On an annual scale, in any of the studied stations, the characteristics of duration and drought number had no significant difference at95%. Other features of drought in annual scale have significant difference only in Tabriz and Tehran. In the seasonal scale by comparing the two periods of 1951-1980 (first half) with 1981-2010 (second half) in the city of Zahedan, in the second half period, the severity, magnitude and frequency of drought were increased while, the interval time between the droughts was reduced. Other regions show no significant change in the properties of drought. At the seasonal scale, in general it can be concluded that in spring droughts are more severe comparing with the first period. While drought in the winter did not noticeably change in most stations. For monthly scales, In general, the highest reduction of drought events was happened in November, while in many cities the number or severity of drought events were increased in May or April in the second half than the first half. This could indicate reducing of rainfall and increasing of evapotranspiration in the spring months.
    Conclusion
    In general, time series of drought indices values in all stations have a cut point at 95% level. This reflects the heterogeneity and changes in drought conditions. In addition, some changes were occurred in the drought characteristics or in occurrence time in some stations. This changes in drought characteristics is more pronounced, especially in the spring months. Although these changes were not significant in many cases, at 95% yet. The main reason for this can be seen in relation to the issue of global warming and climate change.
    Keywords: drought frequency, drought duration, drought severity, Reconnaissance Drought Index (RDI), Iran
  • Hamidreza Boostani * Pages 53-78
    Background And Objectives
    In situ immobilization procedures concern the reduction of heavy metals bioavailability in contaminated soils using the materials which are compatible with the environment. In recent years, biochars effectively have been used to minimize the heavy metals uptake by agricultural crops in polluted sites using the immobilization process. Also, zeolite is a porous alkali alumino-silicate mineral that its application as an inorganic modifier is developing particularly in stabilizing the soil heavy metals. Accordingly, the aim of this study was to investigate the copper (Cu) stabilization as influenced by biochars (derived from different organic materials) and natural zeolite application and their interactions in a Cu-polluted calcareous soil.
    Materials And Methods
    The appropriate amount of soil from the surface horizon (0-30 cm) of a calcareous soil, was collected, air dried and passed through 2 mm sieve. Then, the amount of 500 mg kg-1 Cu supplied as CuSO4, 5 H2O was added to each soil sample (200 g). A factorial experiment in a completely randomized design was done with three replications. Factors included zeolite at three levels (0 (Z0), 3 % (Z1) and 6 % (Z2) (w/w)) and biochar at six levels (without biochar application (C), wheat straw biochar (WSB), corn straw biochar (CSB), licorice root pulp biochar (LRB), rice husk biochar (RHB) and sheep manure biochar (SMB) each at 3 % (w/w)). Contaminated soil samples were treated according to the experimental design and were kept for 90 days at room temperature (22±2 ˚C) and about field capacity moisture with distilled water. To assess the efficiency of applied amendment materials in soil for stabilization of Cu, the sequential extraction procedure, reduced partitioning index (IR) and the parameters of two-first order kinetic model using EDTA extractant (Q1, Q2 and Q3) were used.
    Results
    Relative percentage of Cu chemical fractions in different treatments in soil were as: carbonatic (Car) > residual (Res) > organic (OM) > adsorbed (Ads) > soluble笗Ⅺ砞榹 (WsEx). With increasing the application of zeolite levels from Z0 to Z2, the concentration of WsEx, Ads, OM and Car fractions were significantly reduced by 5.46, 7.80, 10.40 and 15.30 percent respectively while, the Res form of Cu was increased. Application of all biochars except RHB, significantly caused the decrease of WsEx fraction compared to control. Use of all biochars led to reduction of the concentration of OM and Car fractions of Cu significantly while, Res fraction was significantly increased compared to control. Also, IR value was significantly increased as affected by zeolite levels and biochars application. The SMBZ2 combined treatment had the highest IR value. Soil pH showed a significant and positive correlation with Res fraction and IR value of Cu, which it indicates the important role of pH enhancement in stabilization of Cu in tested soil as affected by applied treatments. Copper desorption by EDTA extractant in all treatments was initially rapid, then continued at a slower rate, which probably indicating the incorporation of several sites with different bond energy in Cu desorption from soil. The Q1/Q3 and Q2/Q3 ratios were significantly decreased by application of all biochars and zeolite levels. The lowest of these ratios was observed in WSBZ2 combined treatment. There was a significant and positive correlation between the Q1 and Q2 parameters with Car fraction and the Q3 parameter with Res fraction of Cu in soil.
    Conclusions
    Application of all biochars and zeolite levels caused the transformation of Cu chemical fractions from more bioavailable and mobile forms to more stable forms. According to the results, it seems that SMBZ2 and WSBZ2 combined treatments were more effective to stabilize Cu in soil than other treatments.
    Keywords: Sequential extraction, Kinetic model, Immobilization indices, Bioavailability, Amendment materials
  • Tahereh Mansouri * Pages 79-99
    Background And Objectives
    Arsenic (As) is one of heavy metals that because of its toxicity and carcinogenicity, attention to the environmental remediation of this element is growing. It is the forms of chemical associations of As with various soil solid phases rather than its total concentration that affects its mobility, bioavailability and toxicity to the biosphere. Chemical stabilization technique is based on reduction the mobility and availability of toxic metals by different additives (adsorbents). This study was conducted to evaluate and compare the effectiveness of hematite nanoparticles and acrylic polymers in As immobilization in soils contaminated with different levels of As and find appropriate application dosage of the adsorbents.
    Materials And Methods
    A Factorial experiment was conducted using a completely randomized design and three replications. The experimental factors were types and dosages of adsorbents (Four types of adsorbents including hematite nanoparticles, acrylamide - acrylic acid copolymer (A), Maleic anhydride- Styrene - acrylic acid copolymers (B and C) in four levels including 0, 0.05, 0.1 and 0.2 percent) and As levels (0, 6, 12, 24, 48 and 96 mg/kg). Soil samples were incubated for five months, then adsorbents were added to them and after three months the concentrations of soil available As and specifically sorbed As were determined using 0.05 M of ammonium sulfate and 0.05 M of ammonium phosphate respectively. The concentration of sum of soil available and specifically sorbed As was calculated. The effectiveness of the adsorbents in reduction the concentrations of soil As fractions were discussed.
    Results
    SEM and TEM images showed that the average diameter of hematite nanoparticles was 32.69 nm and the morphology was spherical. The results showed that the concentrations of soil available, specifically sorbed and sum of soil available As and specifically sorbed As concentrations increased as the levels of soil As increased. Application of adsorbents decreased the concentrations of soil available, specifically sorbed and sum of soil available As and specifically sorbed As and with increasing the application dosage of adsorbents, the rate of reduction of concentrations of soil available, specifically sorbed and sum of them increased, so that the lowest concentrations of these As fractions obtained from application of 0.2 % of adsorbents. The application of hematite nanoparticles decreased the concentrations of soil As fractions more than other adsorbents, and C, A and B acrylic copolymers stand in next places respectively. At all levels of soil As, the minimum concentration of soil sorbed As was related to soil treated with 0.2% of hematite nanoparticles and the maximum concentration of it was related to control treatment (not treated with adsorbent). The rates of reduction of soil available As concentrations by application of 0.2 % of hematite nanoparticles, C, A and B acrylic copolymers were 60.80%, 56.82%, 37.87%, 26.57% respectively. At the same types and dosageof adsorbents, the rates of reduction of soil specifically sorbed As concentrations were 27.56%, 22.72%, 14.88% and 10%. Finally the rate of reduction of soil total sorbed As concentrations, at the same types and dosage of adsorbent, were 39.39%, 34.84%, 23.05%, 15.88% respectively. The nature and then number of metal chelating ligands determined polymers adsorption capacity. At higher levels of soil As, adsorbents were more effective in reducing the concentrations of soil As. Also their effectiveness in reducing the concentration of soil available As was higher than the soil specifically sorbed As.
    Conclusion
    Hematite nanoparticles and C, A and B acrylic copolymers, especially hematite nanoparticles, can be used as effective adsorbents in reducing the concentrations of soil available As, specifically sorbed As.
    Keywords: Chemical stabilization, Remediation, Soil pollution
  • Ali Reza Astaraei, Hojat Emami, Mahmuod Fazeli * Pages 101-121
    Background And Objectives
    As versatile materials, zero valent iron nanoparticles (NZVI) have been employed for in-situ decontamination of a wide range of water and soil contaminants, including organic chlorinated compounds, pesticides, inorganic anions and heavy metals. To carry out a successful clean-up plan, it is necessary to deliver the decontaminant agent to the vicinity of pollutant. Therefore a considerable number of studies have investigated the factors which affecting transport behavior of NZVI particles in natural subsurface environments. Most of these studies have been utilized model solutions and well defined homogeneous porous media such as glass beads and pure quartz sand. As bare (unmodified) NZVI particles has been found to be immobile even in homogeneous porous media, different coating agent such as Carboxymethyl cellulose (CMC) has been used for surface modification of NZVI in order to improve their mobility in subsurface environments. So far, no investigation has been conducted on undisturbed soil columns, considering the real properties of the media in which the NPs are transported. So in this study, different soil types covering a wide range of soil properties in terrestrial systems are examined and the main characteristics associated with NZVI mobility in saturated soil media.
    Materials And Methods
    Several parameters (n=29) including physiochemical and hydraulic properties of 20 different soil types and nanoparticle characteristics in soil extract suspension were measured and the transport parameters estimated from breakthrough curves employing a two-site kinetic model of advection-dispersion equation. Principal component analysis (PCA) was then used to explore the significant factors which control CMC-NZVI transport. Multi-linear regression model was investigated between the percentage of transported CMC-NZVI through the soil and the properties of soil and nanoparticles.
    Results
    Results showed that depending on the soil type, 10.2 to 61.9 percent of introduced CMC-NZVI mass passed through the soil columns which indicates CMC-NZVI particles are mobile in soil medium; However CMC-NZVI particles were significantly retained by soils with higher clay contents and salinity. PCA results showed that 7 selected principal components (PC) described 88.2% of the total variance of the input variables where, Solution chemistry had high loading values in PC1 among the examined parameters. A multi-linear regression model developed between two kinds of input variables including primary variables and factor scores (FSs) as secondary variables, and percentage of transported CMC-NZVI through the soil column, showed that regression model employing FSs as secondary input variables presents a better estimation of CMC-NZVI particles transportability in soil with higher R2 and lower RMSE values.
    Conclusion
    PCA results indicate the significance of solution chemistry, clay content and hydrodynamic properties of soil in CMC-NZVI transport. Results of this study suggest CMC-NZVI particles are mobile enough to be employed for subsurface remediation when clay content and salinity of soil are not so high. However more investigations are need to explore the efficiency of these materials for removing different pollutants from natural soils and subsurface media.
    Keywords: Transport parameters, Soil properties, Principal component analysis, Porous medium
  • Anahita Jabbari, Javad Behmanesh, Behzad Hessari, Hoseiin Rezaee* Pages 123-141
    Background And Objectives
    After 1960,s computer revolution, the hydrologic modelling took on a new form and the Stanford watershed model may be considered as one of the early successful attempts in this regard. The rainfall runoff models have always been considered as one of the most effective decision tools in watershed management. In the current study, the Tank daily rainfall runoff model was used in Nazloo Chai river watershed at the west side of Urmia Lake. The importance of the lake hydrologic fluctuations in today’s critical situation is obvious to everyone. Knowing the rainfall runoff relations in all sub catchments of the Urmia basin especially in a watershed such as Nazloo which suffers from insufficient number of measurement stations and limited information from those parts of catchment located in Turkey, is so important. As a result, the goal is building a relation between rainfall of catchment and the out let runoff, in order to predict the future amounts of runoff.
    Materials And Methods
    The Nazloo Chai river with almost 93 km length is one of the 13 rivers drops into Urmia lake. The Tank rainfall runoff model is a simple, conceptual and lumped model. The model inputs are precipitation, evaporation, and daily runoff at the outlet of watershed. Among all available gauges, 3 stations with the most acceptable overlapping covered area and longest joint statistical period, 16 years, have been selected. Due to high water withdrawals in the last sub catchment before the watershed outlet, the mentioned sub catchment has been eliminated and the total area of modeled watershed has been decreased. The monthly average of precipitation and evaporation measured data have been compared with long term amounts of these parameters in order to modify the input data and reflect the watershed processes in input data as well. The Tank model is presented along with some other famous rainfall runoff models in RRL software package which has been developed in Australia. The sum of 224 calibrations and verifications by using 7 optimization methods, 8 primary objective functions and 4 secondary objective functions have been done. The model was evaluated by considering Nash and correlation coefficients in each run.
    Results
    Totally about 117 runs from all 224 runs have shown nice fit, and their Nash coefficients were reported between 0 and 1 which is an acceptable range. About 30 cases also had a Nash coefficient more than 0.4 and the graphical fitness between observed and estimated runoffs also confirmed the acceptable fitness. The correlation coefficient was also evaluated and totally confirmed the models which were selected based on Nash coefficient. But due to Nash coefficient advantages compared with correlation coefficient, it was used in current study.
    Conclusion
    It was concluded that the model didn’t perfectly simulate the peak discharges and they have been lower estimated. It was determined through field research and historic data evaluation, that the peak discharges occur mostly during April and May in the region. Along with the high rainfall events the snowmelts are also constituent the large part of runoffs at that time. Insufficient number of stations especially in highlands of the region, and the lack of some nodes in model in order to exert snowmelt data, eventuate lower rainfall input data and as a result disable model to simulate peak flows. But generally the base flows were simulated well and the model performance was accepted.
    Keywords: Tank model, Nazloo Chai watershed, Urmia Lake, the daily rainfall runoff modelling
  • Zahra Ghorbani *, Hossein Khozeymehnezhad, Yousef Ramezani Pages 143-162
    Background And Objectives
    Nowadays, dams are one of the most important structures to store surface water. Turbidity currents are usually the reason of sediment transport and deposition in deep reservoirs. As the turbidity current is completely stopped in the middle regions of the reservoir, sediment deposition reduces near the dam wall and as a result the main tasks of the dam are not disrupted. So, it is important to study the phenomenon. Roughening up or using obstacle the bed is a technique for changing the turbidity current hydraulics or reducing of its velocity. Some researches have been studied at this field, however, it is necessary to evaluate the effect of submerged impermeable plates on turbidity currents.
    Materials And Methods
    In the present research, the head velocity and height of the turbidity current head were studied on the bed with submerged impermeable plates. For this purpose an experimental, flume with 30cm width, 10m length and 46cm height was used. The turbidity current was entered into the flume with concentration of 20 g.l-1 with 1 and 2 percent bed slopes and concentration of 40 g.l-1 with 1 and 2 percent bed slopes. Impermeable plates which came into two different areas (16 and 36 cm2) in five shapes (Square, rectangular, triangle, rhombus and trapezius) were located across the current. Also, square impermeable plates were placed as five arrays (parallel, plaid, converge, diverge and Z-shape) with an area of 16 cm2.
    Results
    Flow velocity was measured in 6 sections with distance 50cm and the height of head in 21 sections with distance 15cm. Then, non-dimensional graphs of velocity, height, Froude number and Richardson number of turbidity current head were drawn by using the data which obtained by Buckingham dimensional analysis method. Dimensionless velocity during the installation significantly decreased due to collision turbidity current to with plates. Also, the height of turbidity current head in the along of flow path indicated that plates gradually reduced the height of head at the beginning of the route. Height of turbidity current head was increased and the current path Froude number was decreased at the end of the path.
    Conclusion
    Results showed that the development velocity of the turbidity current reduced between 25-48 percent proportion to smooth bed in the condition of plate’s installation with different shapes and also the height of head reduced between 5.1-18.4 percent. Also, development velocity was reduced between 11.2-45.1 percent and the height of head was reduced between 0.4-18.4 percent in different arrays. Converge array in the concentration of 20 g.l-1 and Parallel array in the concentration of 40 g.l-1 were determined as the best array. By changing the area of plates from 16 to 36 cm2 between different shapes, the shape of rhombus with 22.2 percent, showed the greatest effect in reducing velocity.
    Keywords: Turbidity current, Submerged impermeable plates, Shapes, arrays of plates, Velocity, height of head
  • Arash Mohamadbeygi * Pages 163-180
    Background And Objectives
    In recent decades, drip irrigation to reduce applied water, increasing yield and better distribution of fertilizer have been considered.in drip irrigation the soil around root zone of plants is moisten instead of whole soil surface which resulted in Reducing applied water. Pulse irrigation is a series of cycles, each cycle of an irrigation phase and a resting phase is formed (12). Water Alternating used in drip irrigation due to completed the wetting front with less water than a continuous stream. Pulse drip irrigation with good management, have great potential to improve the uniformity distribution of water in the soil and association with rise uptake by plant roots.
    Materials And Methods
    In this study, using a physical model to simulate the condition of drip irrigation was used on the farm. Three soil textures including heavy, medium and light, and two discharge of dripper 2.4 and 8 liter per hour (respectively Q1 and Q2) and two pulse and continuous drip irrigation method was used. In addition, by using one of the proposed method of simulation water movement in soil, means dimensional analyses and by using Buckingham π theorem to obtain Dimensionless numbers with communication between them due to get some equation which allow to estimate moisture distribution, progressive front pattern and manner of distribution in wet soil. Finally, in order to compare simulated and measured values of statistical indicators maximum error (ME) and root mean square error (RMSE) was used.
    Results
    The results showed that the horizontal component of moisture respectively in clay, loam and sand soils are 33, 30 and 20.5 is more than in pulse method (respectively are 28, 26 and 18.6). Vertical component of moisture in discharge of dripper 2.4 L/h in pulse method (respectively for clay, loam and sand are 21.2, 27 and 50) was more than the continuous method (respectively are 19, 22 and 43) for all soils. By comparing the distribution of moisture in the horizontal direction indicates the horizontal component of moist soil for both pulsed and continuous in 8 L/h is more than 2.4 L/h. Increase moisture in the vertical and horizontal components can be argued that the use of intermittent irrigation water in drip irrigation makes up the wetting front with less water than continuous stream was completed. As well as by use of dimensional analysis for simulation water distribution around emitters for both pulse and continuous irrigation, equations was obtained.
    Conclusion
    Assessment by statistical indices show that the proposed equations were desirable and their results are of considerable reputation.
    Keywords: Dimensional Analysis, Moisture Distribution, Pulse Drip Irrigation, Wetting Front Simulation
  • Javad Behmanesh * Pages 181-197
    Many of processes related to water resources systems are non-linear over time. Although certain aspects of these systems may be closer than other aspects of the linear process. However, the nature of the non-linearity is not obvious for us. For this reason, it seems that by combination of linear and nonlinear models can be increased the hydrological modeling results. Using time series models is one of the applied methods to simulate and predict the hydrological data. One of the main problems in using time series models to modeling and prediction the hydrologic data is a kind of generate random data series. In this process the generated data will be changed with changing random series. In this study, the first, time series of Zarineh rood river discharge data were evaluated of initial analysis such as trend, stationary and independent and homogeneous. The results showed that the evaluated data in annual scale and in 5 percentage confidence level are without trend and the homogeneity and stationary of data were confirmed. Finally the data that were evaluated with the initial tests were investigated with the AR (Autoregressive) and GAR (Gamma Autoregressive) models and the AR(1) and GAR(1) models were selected as the best models with attention to the AICC test’s results. After the comparing the mentioned (AR & GAR) models, extracted the residual time series of these models and were fitted by ARCH (Autoregressive Conditional Heteroscedastic) models. Then combined two autoregressive and gamma autoregressive models, two AR-ARCH and GAR-ARCH models were obtained. The results of modeling the discharge of Zarineh-rood river showed that with combined two GAR-ARCH and AR-ARCH models, the model validation accurate was increased 12 percentage and 11 percentage in scale of cubic meters per second respectively and the model errors were decreased about 40 and 50 percentages in scale of cubic meters per second respectively. The results of evaluation and comparing the accuracy and amount error of two AR (Autoregressive) and GAR (Gamma autoregressive) models showed that the GAR (Gamma autoregressive) model has better results in modeling the Zarineh-rood flow discharge data. The GAR model has a lower error and upper accuracy than AR model. Also the results showed that the combined models have better results than traditional models in modeling the peak flow discharge of Zarineh-rood River in comparing the AR (Autoregressive) models. Using the nonlinear models and combine of these models with linear models greatly increases the modeling and forecasting results.
    Keywords: Combined Model, Gamma, Linear models, Nonlinear Models
  • Ali Shahriari * Pages 199-215
    Background And Objectives
    Sistan plain has a high erodibility potential because of fine grain size alluvial deposits and these fine particles can be easily moved due to 120-day wind blow in this arid region and cause numerous dust storms. Therefore, this study aimed to investigate seasonal changes of dust loading rate in Sistan plain and its relationship with some climatic parameters from March 2015 to March2016.
    Materials And Methods
    25 Siphon dust trap samplers were installed in the 5 cities of Sistan plain including Zabol (7), Zahak (4), Nimrouz (4), Hirmand (5) and Hamoun (5) and the dust was collected and measured seasonally. Seasonal climate data including wind speed, air temperature, relative humidity, precipitation, evapotranspiration and average soil temperature at depth of 5 cm were used from Zabol and Zahak meteorological stations. Suitable statistical analyses were used to investigate seasonal and spatial variations of dust loading rate and its relationship with climatic parameters.
    Results
    The results showed average and total annual dust loading rate in Sistan plain were 338.85 (g/m2) and 6777.03 (g/m2), respectively. Hirmand city had the highest dust loading rate in the spring and summer and Nimrouz city had the highest rate in the autumn and winter. Hamoun city had the lowest dust loading rate in the all periods. The average of dust loading rate in the summer (566.23 g/m2) was greater than the average rates in the autumn and winter, significantly. The average dust loading rate showed significant positive correlation with wind speed, air temperature, soil temperature at a depth of 5cm and evapotranspiration and also showed a significant negative correlation with relative humidity. The correlation between precipitation and dust loading rates were negative but not significant.
    Conclusion
    According to the results, the most important factors on spatial and temporal variations of dust loading rate in Sistan plain are the distance from source of dust origin (Hamoun wetlands), the erodible area in the direction of prevailing wind and climatic factors that directly affected on soil erosion and degradation, and hydrologic and ecologic conditions (presence of water in Hamoun wetlands and vegetation cover) in the region.
    Keywords: Wind Erosion, Dust Storms, Atmospheric Characteristics, 120-Day Wind, Hamoun Wetlands
  • Amirhosein Aghakhani Afshar *, Yousef Hassanzadeh, Ali Asghar Besalatpour, Mohsen Pourreza Bilondi Pages 217-233
    Background And Objectives
    Hydrology cycle of river basins and water resources availability in arid and semi-arid regions are highly affected with climate changes. So that in the recent years, increase of temperature due to increase of greenhouse gases have led to anomaly in the Earth’ climate system. At present, General Circulation Models (GCMs) are the most frequently used models for projection of different climatic change scenarios. Up to now IPCC has released 4 different versions of GCM models including: First Assessment Report models (FAR) in 1990, Second Assessment Report models (SAR) in 1996, Third Assessment Report models (TAR) in 2001 and Fourth Assessment Report models (AR4) in 2007. The purpose of this study is to survey the annual trend of the future climate components in kashafrood watershed basin (located in the northeastern part of Iran and in the khorsan razavi province) by using fifth report of Intergovernmental panel on climate change (IPCC) under new emission scenarios.
    Material and
    Methods
    In this research, keeping in view the importance of precipitation and temperature parameters, fourteen models obtained from the General Circulation Models (GCMs) of the newest generation in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) were used to forecast the future climate changes in the study area. In historical time (1992-2005), simulated data of these models were compared with observed data using four evaluation criteria for goodness-of-fit including Nash-Sutcliffe (NS), Percent of Bias (PBIAS), coefficient of determination (R2) and the ratio of the root mean square error to the standard deviation of measured data (RSR).
    Results
    According to performance criteria, among 14 models used in this research, four was chosen as the best namely GFDL-ESM2G, IPSL-CM5A-MR, MIROC-ESM and NorESM1-M which indicated more agreement with observed data. Furthermore, four Representative Concentration Pathways (RCPs) of new emission scenario, namely RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 and RCP8.5 under three future periods: near-century (2006-2037), mid-century (2037-2070) and late-century (2070-2100) were investigated and compered.
    Conclusion
    The results of Mann-Kendall (MK) test which was applied to examine annual trend, revealed that the precipitation have a variable positive and negative trends which were statistically significant. Also mean, maximum and minimum temperature have a significant positive trend with 90, 99 and 99.9% confidence level. On the other hand, in all parts of the Kashafrood Watershed Basin (KWB), average temperature of watershed increased up to 0.56 °C - 3.3 °C and precipitation decreased up to 10.7% until the end of the 21st century in relation with the historical baseline.
    Keywords: Annual trend analysis, Climate Change, Precipitation, Temperature, CMIP5, RCP scenario
  • Shadman Veysi *, Abdali Naseri, Saeed Hamzeh Pages 235-251
    Background And Objectives
    One of the important factors that reduce of sugarcane yield is short-term water stress between irrigation rounds. So that, the goal of this research is monitoring effectiveness parameters that determine water status of plant for irrigation scheduling and detection irrigation time.
    Materials And Methods
    This research monitored CWSI at sugarcane fields from May-September 2015 in Salman Farsi agro industry unit. Four different ages of sugarcane fields (plant, Ratoon1, Ratoon2, Ratoon3) at CP69-102 variety were investigated. For detection CWSI, sugarcane canopy temperature using infrared thermometer at three directions was measurement. Second step of this research in places that canopy temperature was measured, the percentage of soil moisture at two depths (0-30 cm & 30-60 cm) were measured and relationship of Soil moisture with CWSI was investigated. Each round, eight fields that have same age and various irrigation days for monitoring has been selected (totally 32 fields). With a round of measurement at different ages to calibration the relationship between soil moisture and CWSI was done. At the second round of measurement validation was conducted. Relationship between soil moisture and CWSI was assessment.
    Results
    Lower baseline equation for CP69-1062 in all of the growth period , with R2=87% was estimated. Also upper baseline equation is horizontal line that vicinity 4°c varied. Results shown with increase of sugarcane age correlation between CWSI and Soil moisture was decreased. In other words, age of sugarcane is effectiveness parameter on absorb water to sugarcane. The results shown that the optimal amount of water stress index in all of sugarcane ages to start of irrigation is 0.5. Calibration equation shown RMSE=0.15 between observation and calculated CWSI. As so correlation between CWSI & soil moisture was low, so that the affection of irrigation water salinity is significant and salinity stress is important.
    Conclusion
    Generally, the results have shown that CWSI that was calculated from canopy temperature is good index to varied of plant water, so that utilize it for determine irrigation time and soil moister because of irrigation water salinity is not reasonable.
    Keywords: water stress, Salman Farsi agro industry, Infrared thermometer, soil moisture, sugarcane
  • Akbar Hassani * Pages 253-268
    Background And Objectives
    Vinasse is a dark brown effluent of ethanol industrial process, which contains different organic and inorganic compounds and disposal of vinasse into the environment may create some problems. In recent years, different point of view at by-products and their application is taken into consideration. Application of vinasse in farmlands as a part of soil fertilization program is one of the cases. The aim of this study was to evaluate the effect of vinasse treatment with a consortium of three different bacteria and the effects on chemical and biological oxygen demand, phenol concentration and color of vinasse and also the effects of raw and treated vinasse on soil fungal and bacterial populations.
    Materials And Methods
    Vinasse was supplied from Taghtir Khorasan company. In this study, A bacterial consortium comprising of three bacterial cultures, Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophila and Proteus mirabilis was used to degrade vinasse. The effects of temperature degree, inoculum concentration, presence of mineral salts, different concentrations of humic acid and various sources of carbon and nitrogen on vinasse degradation was studied. To evaluate the effect of raw and treated vinasse on soil microbial community, populations of soil bacteria and fungi as an indicator of microbial population was determined.
    Results
    The results showed that in optimum condition with inoculum concentration of 10 percent V/V at 38⁰ C under static condition the consortium reduced chemical and biological oxygen demand 57.1% and 75.7% respectively within 5 days. Also 59.2 % decolorization and 66.6 % reduction in phenolic matters was observed. Gglucose as a simple source of carbon increased the effectiveness of the consortium and humic acid as a complex source of carbon had a positive effect on the consortium effectiveness on vinasse. The most decolorization and reduction of chemical oxygen demand and phenol was in concentration of 40 mg L-1 of humic acid. Soil bacterial populations increased 27.6% and 17.0% by adding raw and treated vinasse to soil within 33 days. This was repeated almost similar to fungi.
    Conclusion
    The results of this study showed the application of the consortium at optimum condition could considerably reduce color, chemical oxygen demand and phenolic matter concentration in vinasse and treating the raw vinasse with the consortium to reduction the potentially harmful effects could considered in ethanol industry. Adding raw and treated vinasse to soil, increased fungal and bacterial populations which the effect of raw vinasse was some more than treated one.
    Keywords: vinasse, bacterial consortium, biologycal treatment, humic acid, biologycal oxygen demand
  • Parviz Shekaari *, Javad Yalveh Pages 269-283
    Background And Objectives
    Modeling soil variation plays an essential role in sustainable management of the resource. However, discontinuous models used for decades, do not describe soil variation enough as that required in modern agriculture, since lead to basic shortcomings in spatial predictability value of maps. To conquer the problem, new statistical algorithms known as “machine learning” tools are increasingly used to construct and improve soil maps, digitally. As a means of machine learning, SoLIM employs knowledge-based fuzzy approach to realize soil-landscape relations and predict soil pattern in a continuous way. In this work, SoLIM used to predict soil distribution pattern in a 2300 ha area of Miandarband region of Kermanshah province.
    Materials And Methods
    Maps of slope gradient and aspect, planform and profile curvature, and wetness index derived from a 10m-resolution digital elevation model (DEM), and along with geological map used in the study as most effective environmental covariates of soil diversity over the area. Based on physiographic analysis, 26 pedons were described and classified in 7 subgroups of Soil Taxonomy (ST) and 16 RSGs of WRB at second-level, respectively. To train the algorithm to recognize relations between covariates and classified soils in both systems, required fuzzy rules defined in SoLIM environment. Following inference, a fuzzy distribution map for each subgroup and RSG constructed. After combining the fuzzy outputs, a non-fuzzy map of predicted soil distribution pattern over the study area obtained for each classification system.
    Results
    Though results confirmed good learning ability of the algorithm, outputs where different for two the classification systems. As a reflection of its hierarchical structure, map of ST great groups was more contiguous than that of WRB. However, patchy appearance of WRB map interpreted as a sign of better spatial predictability, because of its more flexible two-leveled structure. Thus, probably WRB-based inference leads to more realistic predictions. This indicates how the results are affected by logical structure of soil classification system. To evaluate model performance, results of 25 more pedons aligned in 4 transects and 5 purposive points so that capture most soil variability over the study area, compared to SoLIM predictions. Based on overall map accuracy (OA) and Kappa agreement index (K), SoLIM predictions at ST subgroup level, were correct by 78 and 64 percent, respectively. Same values for WRB were 67 and 62. Inference at family level led to poor results. However, considering transects, correct predictions were 78.3 and 65.2 percent for ST and WRB, but for the random points was 75 for both. Results confirmed good predictions by SoLIM in the study area. At lower categories of ST with hierarchical structure, the model showed a poor ability to identify various soils.
    Conclusion
    No doubt, increasing sample points is the most effective factor on improving predictability of maps either in traditional or modern soil mapping techniques. However, such viewpoint seems unfeasible and not conforms to economic considerations of DSM. Probably, adopting some other strategies such as identifying most effective environmental covariates, increasing algorithms sensitivity, and better sampling designs to obtain optimal number and distribution of observations over the study area.
    Keywords: Digital Soil Mapping, Fuzzy, Variability, Map contiguity
  • Lida Piri, Alireza Vaeezi * Pages 285-299
    Background And Objectives
    The availability of water is the most important factor controlling the soil productivity in arid and semi-arid regions. In this area, crop yield is strongly affected by precipitation and water retention in the soils. The application of soil management practices can be suitably control surface runoff and enhance water retention in soil. Tillage as the major tool of soil management practices can affect the runoff production and soil erosion and so can influence the availability of water and crop yield in the rainfed lands. Yet, in most semi-arid areas, rainfed lands are ploughed up and down slope, a practice that decline water retention by declining the opportunity of water infiltration in to soil. Although various studies have been done to determine the effect of tillage methods on water conservation and crop yield worldwide, little information is available on the role of plough direction on the water retention and crop yield in wheat rainfed lands in semi-aria areas, particularly in Iran. Therefore this study was conducted to determine the effects of two plough directions (up and down slope and contour line) on soil water content during the growth period and grain yield of wheat in a semi-arid rainfed land in Iran.
    Materials And Methods
    The study was carried out in a rainfed lands with slope steepness of 10 % and clay loam soil in west of Zanjan, north western Iran in 2015. Winter wheat was cultivated in two directions consisted of 1) up and down slope (as conventional tillage) and 2) contour line (as conservation tillage) early October 2014. A total of twenty four plots, with 1.75 m  8 m dimensions were designed on the land after cultivation. Soil water content was determined in three core samples taken from the rhizosphere in each plot in 5-day interval during the growth period from October 2014 to Jun 2015. Grain yield and yield components of wheat were determined by collecting all crops of plot surface at the harvesting time (Jun). Analysis of variance and the Duncan’s test were conducted for data of soil water content and grain yield of wheat. Statistical analysis was conducted using SPSS 21 software.
    Results
    Mean soil water content during the growth period in the contour plots (9.1%) was 62% more than the up and down slope plots (5.6%). This difference was statistically significant (p
    Conclusion
    This study showed that the plough direction is the major factor controlling soil water content in rainfed wheat farms. In the plots ploughed on the contour line, the opportunity of rainwater to infiltrate into the soil is very high. This factor is the most important factor controlling wheat yield under rainfed condition. Increased wheat grain yield under the contour lines cultivation could be attributed to increase in yield components which in turn were influenced by increase soil water content. With regarding these results, application of contour line ploughing method in the rainfed lands of sloped area could be substantial strategy to decline water loss and enhance crop yield in semi-arid regions.
    Keywords: Crop yield components, Tillage method, Countor line, Soil water content
  • Ali Baftkar *, Bahman Farhadi Pages 301-315
    Background And Objective
    Iran with the average of annual precipitation about 230 mm is one of the countries in the world which is located in the semi-arid and arid regions. Improper spatial and temporal distribution of rainfall regarding to the time of required water for agriculture is another problem for agricultural sector. Using crop growth simulation models is a strategy which can be used to assess water balance, to simulate the growth process and to study different managerial scenarios.
    In this regard, the combination of crop growth simulation models with geographic information system (GIS) and optimization models is also necessary. Calibration of crop parameters is one of the limiting factors of the use of crop growth simulation models. Results of previous researches have shown that the use of simulation models out of range, often leading to disappointing results. Some of these parameters are crop (variety) specific, so to use of these models, they must first be calibrated according to the local varieties. In the past decades several models have been developed for agricultural land use planning in different scales. The aim of the present study was to determine the cropping area of major agricultural crops based on the combined results of the Crop growth simulation model and is linear programming in the Mahidasht plain, Kermanshah province. In this study, WOFOST model is used to simulate crop growth and GAMS software is used for linear programming.
    Material and
    Methods
    Field experiments was carried out in the cropping year 2010-2011 for calibration and validation of crop parameters of WOFOST model for major crops (wheat, barley and maize) under deficit irrigation managements. Experiments were implemented as randomized complete block design with three irrigation regimes (Full irrigation, 20 and 40 percent deficit irrigation) and four replications. Agricultural lands in the plain were classified into 440 equal units according to soil characteristics and administrative divisions. Maximization of farmer's income was considered as the objective function in the linear programming model. The constraints of monthly water, seasonal water, labor, land and agricultural machinery were considered at the study area. Considering the available water in the study area the best cropping pattern in 8 studied scenarios of water supply and irrigation system were determined using developed model.
    Results
    The value of most sensitive parameters of WOFOST model for major crops in the Mahidasht plain was determined by model calibration. Yield and water requirement of mentioned crops in the potential and water-limited situations were estimated in the region regarding to long-term average climatic parameters. Analysis of the scenarios showed that the scenario 6 (doubled water price and sprinkler irrigation system) with the total farmer's income of 140 billion IRR has the highest income among studied scenarios. The area under cultivation in this scenario would be 75,262 hectares which shows increasing compared to the base scenario.
    Conclusion
    The combination of crop growth simulation models and linear programming can be used for determination of the appropriate cropping patterns under different conditions of water resources.
    The maximum farmer's income in this study would be occurred in the scenario 6 which water price will be doubled and irrigation system is sprinkler.
    Keywords: crop growth simulation model, landuse, GIS, Linear programming, Kermanshah
  • Jafar Chabokpour, Ebrahim Amiri Tokaldany *, Mohammad Sedghi Asl Pages 317-332
    Background And Objectives
    Applicability of rockfill dams which has been made from large rock materials for purpose of flood detention reduces over the time because of siltation of pore system with sediment contained basin outflow. Since some of structures which were built with large rock materials should convey suspended sediment contained flows therefore routing process of these type flows have been investigated. The investigation around advection and dispersion of sediments particles through the large porous media usually is being done with breakthrough curve. This investigation is usually common for pollutants in rivers, sewer system and fine porous media. Previous researchers used from various techniques like numerical solving, parameter estimation and exact solution for solving of above mentioned problems. But unfortunately any general inquiry about suspended sediments was not accomplished yet. The exit breakthrough curves in many cases are asymmetrical and have Skewness in their falling limbs. Therefore some researchers after collecting the series of field data have discovered it and have presented a new model named transient storage model. Some investigators by considering Asymmetry in exit breakthrough curve have joined first order mass transfer equation with ADE equations and have extracted exact solutions with various primary and boundary conditions. The important criterion in this regard is to use them in similar primary and boundary conditions. Therefore in many cases the investigators are using from temporal and spatial moment technique according to experimental data series. By emphasis to above mentioned criteria and as regards to this fact that any coherent research in the investigation of behavior of suspended sediments through the large porous media were not accomplished yet therefore in this research tried to focus on it.
    Materials And Methods
    In this research by creating a laboratory model of large porous media and employing suspended sediment particles, tried to acquire an experimental data series in order to investigate longitudinal convection and dispersion phenomenon of suspended sediments through the large porous media. In this investigation by application of 2 media diameters, 4 inflow discharges and different hydraulic gradients over the media, the breakthrough curves of suspended sediments were extracted. The BC curves were extracted with water sampling from media end and then the samples have been passed from filter paper and dried. The concentration-time graphs were extracted after weighting of dried sediment particles. Also by using of parameter estimation technique for classical advection dispersion equation and temporal moments method, the longitudinal dispersion coefficients were extracted.
    Results
    The results showed that due to the inherent properties of exit breakthrough curve, the temporal moments method has a better estimation accuracy rather than classical advection dispersion equation. Additionally by dimensional analysis method a relationship has been acquired for estimation of longitudinal dispersion coefficient with average relative error of 30% which is reliable in sediment transport studies. Furthermore, the results of analysis of BC curves exhibited that the curve has an Asymmetric limbs in rising and falling stages which this observation is because of temporary storage of sediments and gradual release of them through the downstream flow.
    Keywords: Rockfill materials, suspended sediments, longitudinal dispersion coefficient, classical advection-dispersion equation, temporal moments
  • Roya Sadat Mousavi, Safar Marofi * Pages 333-348
    Background And Objectives
    In the recent years due to observing evidences of climate change in meteorological and hydrological variables, concerns arisen regarding variations of renewable water resources and future water availability under climate change condition. Due to the importance of possible effects of climate change on surface water resources and flow regime, the present study investigates river flow variations during last decades as well as projections of future discharge of Dez dam basin.
    Materials And Methods
    Nonparametric Mann-Kendal trend test and two shift change point detection tests of Pettit and Buishand were applied to the discharge time-series at the outlet of Tire, Marbore, Sazar and Bakhtiari sub-basins to identify monotonic and abrupt changes. Also to project the discharge in 21st century considering the impact of climate change the outputs of two Global Circulation Models of CCSM3 and ECHAM5-OM for three pessimistic (A2), average (A1B) and optimistic (B1) scenarios, were used. To downscale the outputs of GCMs to the study area LARS Weather Generator were applied and the downscaled data fed to the HBV hydrological model to simulate the future flow.
    Results
    The Mann-Kendall test showed significant negative (decreasing) trend of the flow in three sub-basins of Tire, Marbore and Sazar but no significant trend were detected for Bakhtiari. Also shift change point detection tests identified occurrence of downward shifts in the three aforementioned sub-basins; while upward shift were detected for Bakhtiari sub-basin. The magnitude of these changes is noticeable and ranges between 14.7% in Bakhtiarin to 43.3% in Marbore sub-basin. Also based on the results of the hydrological model by using the precipitation and temperature obtained for future time horizons of 2020, 2050 and 2080 as input, the annual flows show significant reductions in all sub-basins. Also, seasonal flows of Tire, Marbore and Sazar decreases in spring, autumn and winters but increases in summers. Seasonal flows of Bakhtiari basin also decreases in all seasons except for autumns. Generally, future simulation of the flow under the given climate change scenarios in the Dez Dam Basin shows drastic decrease (more than 1 billion cubic meters) of the annual potential discharge of the basin.
    Conclusion
    Investigation of the flow of Dez Dam Basin in the past decades shows significant monotonic and abrupt changes which is mostly toward decreasing the basin’s potential runoff. Additionally, assessment of future flow by different scenarios show reduction of flow due to impact of climate change. Considering these evidences it is likely that the basin face with discharge reduction in future and results emphasize on modification of water resources management strategies to adapt with climate change.
    Keywords: Global Warming, Climate Change, Nonparametric methods, flow regime
  • Sobhan Moradi, Kazem Esmaili *, Mohammadreza Akbarzadeh, Kazem Esmaili Pages 349-363
    Background And Objectives
    Waste water or fuel pipelines transmission from the erosion bed of sea and river causes an interaction between water and erosion bed which results some changes in hydrodynamic flow around the tube which caused some scour under the pipeline. As a result, it may leads to instability, bending and even breaking the pipe. To protect the pipelines in counter with potential risks, understanding of amount and scouring pattern around the pipe is necessary.
    Materials And Methods
    The present study has investigated the scour below the horizontal pipeline in a laboratory flume with three different pipe diameters (2, 3.2, 3.8 cm), located on the erosion bed with two medium-size of sediment (0.3, 1.18 mm) and three different shape of Piggyback line (blade, circle, triangle), under the steady, resistant and a unidirectional in lucid water conditions (V⁄V_C ≈0.9). First of all, using Pi-Bukingham method all the dimensional parameters affecting on local scour under the pipeline analyzed. Then by various experiments some important and dimensionless parameters such as diameter of the pipe, Froude number of flow, depth of flow, average grain size of the sediment of bed and the shape of Piggyback line have been surveyed on maximum depth scour. Results demonstrated that the surface area of barrier opposite of flow effects on final mount of scour and it increases by accretion of pipe diameter, depth of maximum scour and consuming time up to balanced final sour.
    Results
    According to Experimental results, the surface area of the barrier affect the flow path in the final scour and by increasing diameter of the pipe, a maximum depth of scour and time reaching to the final balance of scour increase.
    In this research, by increasing in Froude number in a constant diameter of pipe and soil grading size, maximum depth of scour obtained in Froude number of 3.0. The depth of flow effects on depth of scour at y_n⁄D≤3.5 was almost negligible. In this regard, in small amount of this ratio, depth of scour is independent of depth of flow. On the other hand, average grain size of the sediment doesn’t have a considerable impact on maximum depth of scour. But, because the standard deviation of grain size of the sediment with an average size in 1.18mm, was less than 1.4 (high uniformity), it can be conclude that the standard deviation has a significant effect in amount and location of maximum scour depth and can change the scour profiles significantly.
    By using different forms of Piggyback line in equal height, length of hole scour became equal approximately and it just depended on length of obstacle opposite of flow.
    The observation showed that the wave length of the leading sediment and scour is affected by Piggyback line. It was in blade Piggyback line form 2.42, triangle Piggyback line form 2.25 and circle Piggyback line form established on main pipe 1.19 times more than single pipe on the detrital bed. Different depth in maximum sour between blade and triangle Piggyback line was less but in accordance with circle ones it was more.
    Conclusion
    our results demonstrate that any change in stabilized Piggyback line on main pipe can affect scour pattern of under horizontal pipe line. To increase in the maximum depth of scour and transmission of electricity, telephone cables and water-sewer duct along the main pipe, triangle Piggyback line is the better option to replace the spoilers which have been used these days.
    Keywords: local scour, Piggyback line, maximum depth of scour, transmission pipe lines
  • Abdolreza Zahiri * Pages 365-373
    Background And Objectives
    Distribution of lateral velocity and especially suspended sediment concentration in river bends are extremely non-uniform. For better management of hydraulic structures located on river bends, the lateral variation of sediment concentration has high importance. Several two-dimensional and quasi two-dimensional mathematical models have been developed by many researchers which in most of them, the river has been assumed as a straight reach. Also, sediment concentration variations across the river and especially in the case of river bends have been simulated just by complicated two and three dimensional mathematical models. Due to the essence of simplicity for applied studies in flow and sediment transport hydraulics, the simple quasi two-dimensional models have attracted much attention, recently. The aim of this paper is to investigate the quasi-two dimensional modeling of lateral flow velocity and suspended sediment concentration in river bends.
    Material and
    Methods
    for lateral distribution of flow velocity and sediment transport at the river bends, the Shiono and Knight method has been numerically solved in this paper using the finite difference method. For calibration of Manning roughness coefficient in this model, the field data of lateral velocity distribution at the one of bends in Karoun river at the vicinity of Ahwas hydrometric station have been used. Furthermore, by selecting three empirical sediment transport equations of Ackers-White, Engelund-Hansen and Yang, the sediment transport module of this model has been calibrated with field data of lateral distribution of sediment concentration at the bend
    Results
    The results of numerical solution of Shiono and Knight model showed that the among the selected sediment transport equations, the Yang equation has very well agreement with the measured lateral suspended sediment concentration, in comparison to the Ackers-White and Engelund-Hanssen equations. The former two equations predict the sediment transport very larger than the measured value. Due to this fact that the unit stream power is the basis of Yang equation derivation and in this theory, the transport of each sediment particle mainly depends to its flow velocity, hence the Yang sediment transport equation has higher accuracy. With lateral integration of sediment concentration across the river bend, the total load has been computed as 16000 tons per day against the measured value of 26500 tons per day which shows nearly 40 percent error. These errors for Ackers-White and Engelund-Hansen equations are 265 and 325 percent, respectively, which are very high predictions comared with the actual value.
    Conclusion
    according to the results obtained in this paper, the sediment concentration distribution in any flow discharge and especially in flood conditions may be computed and used for designing lateral intakes on outer bank of the river bend.
    Keywords: River bend, Numerical modeling, Shiono, Knight model, Suspended Sediment
  • Changiz Saadipour *, Mohsen Roodpeyma, Alidad Karami, Naser Davatgar, Maryam Salahedin Pages 375-382
    Background And Objectives
    Soil saturated hydraulic conductivity is an important parameter for all activities related to water flow in soil, controlling soil water infiltration and superficial runoff, pesticide leaching from farms and transferring pollutants from polluted area to underground water. The spatial distribution of physical and hydraulic properties is effective on the behavior of hydrological, water transfer and sediment to surface and subsurface water therefore the variations of these characteristics is effective on land management. In a study with the aim of analysis of the spatial variability of soil hydraulic conductivity using Geostatistics methods of simple kriging, ordinary kriging and public kriging by Barani et al (2013) in Zydon plain of Khuzestan has been done, the number of 200 Regular grid point with 1 × 1 kilometers Distance the hydraulic conductivity measured by methods well and inverse well, the results showed that between the studied methods, simple kriging had higher estimation accuracy in the study plain and between the variogram models, spherical model is selected (2). This research aims were to study spatial variation of soil hydrauic conductivity and effective factors on it with geostatistic method and selecting the most appropriate on method in the Laaghar plain.
    Materials And Methods
    Laaghar plain with approximately area of 12986 hectares is located in Khonj city the functions of Fars province that located in geographic range of 28˚ 1ʹ 2ʺ to 28˚ 12ʹ 54ʺ Northern and 53˚ 4ʹ 44ʺ to 53˚ 21ʹ 50ʺ Eastern. For this purpose spatial variation of soil saturated hydraulic conductivity and some other soil parameters like soil particle size percentage (sand, silt and clay), gypsum (CaSo4) and calcium carbonate (CaCo3) percentage were studied using spatial statistics. Interpolating and zoning of these properties were done with IDW, kriging and co-kriging methods, and these estimators accuracy were compared with each other.
    Results
    Results showed that the parameters of sand, gypsum (CaSO4) and calcium carbonate (CaCO3) percentage with a Nugget variance ratio to threshold by 0.001, 0.246, 0.217 have strong spatial structure, and saturated hydraulic conductivity, silt and clay percentage having Nugget variance ratio to threshold by 0.499 had a moderate spatial structure. Fitnessing theory model on experimental variograms show that the Gaussian model for the sand, silt and clay, gypsum percentage properties, and spherical model for saturated hydraulic conductivity parameter and calcium carbonate percentage having the highest R2 and lowest RSS are best fitness on experimental variograms. Hydraulic conductivity was measured in the field with well and inverse well method. The results showed that the studied parameters had suitable spatial structure, and each one of them had specific spatial pattern.
    Conclusion
    Kriging estimator had better results and less error for interpolating saturated hydraulic conductivity, gypsum and calcium carbonate percentage parameters compare to IDW method, but the IDW method showed better results in interpolating sand, silt and clay percentage parameters. The cokriging interpolating method were not used to interpolate properties because of the lack correlation between major variable (saturated hydraulic conductivity) and other parameters (as the accessory variable) to interpolate the properties.
    Keywords: Geostatistic, Laghar plain, Saturated hydraulic conductivity, Spatial variability