فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و چهارم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1396)

نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال بیست و چهارم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/02/25
  • تعداد عناوین: 21
|
  • ثریا گلنارکار، محسن پوررضا، عباس خاشعی سیوکی، مهدی امیر آبادی زاده صفحات 1-23
    سابقه و هدف
    مدل های شبیه سازی هیدرولوژیکی پیوسته و روزانه یکی از بهترین ابزارهای برآورد رواناب حاصل از بارندگی می باشند. این مدل ها با شبیه سازی فرایند تبدیل بارش به رواناب قادر به تخمین میزان رواناب حوضه های آب ریز فاقد ایستگاه اندازه گیری با کمترین زمان و هزینه ممکن می باشند. هدف این مقاله معرفی یک روش مدلسازی پیوسته، مفهومی و روزانه بارش-رواناب بر مبنای روش شماره منحنی تغییر یافته است که با استفاده از آن بتوان علاوه بر رواناب خروجی حوضه ، غالب یا مغلوب بودن فرآیند های هیدرولوژیکی مدل را نیز مشخص کرد.
    مواد و روش ها
    درتحقیق حاضر مدل بارش-رواناب بر اساس مدل شماره منحنی اصلاح شده ،به صورت یکپارچه، مفهومی و در مقیاس روزانه در محیط برنامه نویسی متلب کدنویسی شد و با استفاده ازالگوریتم بهینه سازیPSO و تابع هدف ناش-ساتکلیف (NSE) واسنجی گردید. واسنجی مدل توسط الگور یتم PSO (کدنویسی شده در زبان برنامه نویسی متلب) و با تکرار نه هزار مرتبه اجرای مدل، انجام شد. بدین ترتیب که ، ابتدا متغیرهای تصمیم (پارامترهای مدل )در محدوده مشخص شده به صورت تصادفی مقداردهی اولیه شده و سپس الگوریتم PSOاجرا اشده و سری پارامتر بهینه محاسبه گردید. ضمن آنکه در مرحله شبیه سازی مدل ذکر شده با استفاده از داده های ایستگاه معرف جهانی برای حوضه لیف واقع در شمال شهرکالینز در ایالت می سی سی پی آمریکا و همچنین یکی از زیرحوضه های کرخه در داخل کشور واسنجی و صحت سنجی شده است.
    یافته ها
    مقایسه مقادیر رواناب مشاهده شده و شبیه سازی شده در حوضه لیف با کمک آماره های ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) ، ضریب ناش-ساتکلیف (NSE) و معیار کلینگ گوپتا (KGE) به ترتیب در دوره ی واسنجی 4/1 ، 81/0و 87/0 و در دوره ی صحت سنجی 53/2، 83/0 و 86/0 نشان از عملکرد مناسب و قابل قبول مدل داشت. نتایج معیارهای مذکور در زیر حوضه قره سو نیز قابل قبول برآورد گردید ولی به دلیل کیفیت بالاتر داده های حوضه لیف نتایج آن نسبتا بهتر ارزیابی می گردد. نتایج مدل حاضر با خروجی های مشابه از مدل مفهومی بارش– رواناب روزانه Hymod (و با حیث ورودی های یکسان) مقایسه گردید. به طور کلی برتری نسبی مدل Hymod در مقایسه نتایج در هر دو حوضه به چشم می خورد که دلیل آن را شاید بتوان در عدم قطعیت کمتر ناشی از تعداد کمتر پارامترها و روابط ساده تر مدل Hymod جستجو کرد. ضمن آنکه مدل ارائه شده مبتنی بر شماره منحنی علی رغم دارا بودن معیارهای کمتر از مدل hymod به دلیل محاسبه مولفه های مختلف هیدرولوژیکی شامل جریان میانی، جریان پایه، تلفات اولیه، نفوذ زیرسطحی، زهکشی و رواناب سطحی از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و اطلاعات دقیق تری از فرآیند های غالب موثر در رژیم هیدرولوژیکی زیرحوضه ها را در اختیار قرار می دهد.
    نتیجه گیری
    مدل (SCS–CN)اصلاح شده مدلی مفهومی بوده که رواناب را با استفاده از داده های بارش و تبخیر- تعرق پتانسیل روزانه و با دقت مناسب محاسبه می نماید. مزیت اصلی این مدل نسبت به سایر مدل های مفهومی (به عنوان مثال hymod در این تحقیق) برآورد اجزای هیدرولوژیکی مدل و تعیین پروسه غالب حوضه آبریز مورد مطالعه می باشد. در این تحقیق می توان سه جز اصلی نفوذ، تبخیر و رواناب سطحی را به ترتیب فرآیندهای غالب در حوضه آبریز لیف و همان فرآیندها ولی با ترتیب از آخر به اول را فرآیندهای غالب در زیر حوضه قره سو دانست. بنابراین مدیریت حوضه آبریز با کمک خروجی های خاص ناشی از این نوع مدل ها (درصد مقادیر اجزاء مختلف رابطه بیلان هیدرولوژیکی) به نحو بسیار موثرتری قابل حصول می باشد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی بلند مدت بارش، رواناب، شماره منحنی، اجزاء رابطه بیلان هیدرولوژیکی، الگوریتم بهینه سازی PSO، مدل مفهومی hymod
  • میثم سالاری جزی صفحات 25-46
    سابقه و هدف
    بررسی روند تغییرات سیلاب حوضه ها در اغلب موارد تنها بر اساس تحلیل روند متغیر دبی اوج سیلاب با استفاده از آزمون های رایج پارامتری و ناپارامتری (رگرسیون خطی معمولی، من-کندال، سن و...) است. در کنار محدودیت های اولیه این روش ها معمولا به برآورد میانگین یا میانه شرطی می پردازند و کوانتایل های مختلف را در نظر نمی گیرند در حالیکه برآورد دامنه مناسبی از کوانتایل های شرطی منجر به درک بسیار مناسبی از الگوی تغییرات می شود. هدف این تحقیق کاربرد روش رگرسیون کوانتایل برای برآورد روند زمانی (کوانتایل های شرطی) متغیرهای دبی اوج، حجم و تداوم سیلاب می باشد که این تحلیل منجر به درک مناسب تری از تغییرات متغیرهای حداکثر سیلاب های سالانه می شود.
    مواد و روش ها
    در گام اول سری زمانی حداکثر سیلاب سالانه ایستگاه هیدرومتری تله زنگ در جنوب غربی ایران با طول دوره آماری 55 سال مدنظر قرار گرفت و سری زمانی دبی اوج، حجم و تداوم حداکثر سیلاب سالانه استخراج گردید. در گام بعدی با استفاده از رگرسیون خطی معمولی تحلیل روند سری های متغیرهای حداکثر سیلاب سالانه انجام شد و کارایی مدل رگرسیون خطی با استفاده از معیارهای دقت برازش، آزمون معنی داری و تحلیل باقیمانده ها مورد بررسی قرار گرفت. سپس با در نظر گرفتن بازه (95/0-05/0 با گام 01/0) خطوط رگرسیون کوانتایل برای تحلیل روند متغیرهای حداکثر سیلاب سالانه برآورد شد و معیارهای دقت برازش و معنی داری آماری برای این خطوط تعیین گردید. با در نظر گرفتن کوانتایل های منتخب 95/0، 85/0، 75/0، 65/0، 55/0، 45/0، 35/0، 25/0، 15/0 و 05/0 نمودار خطوط رگرسیون کوانتایل برای متغیرهای سیلاب ترسیم شد.
    یافته ها
    نتایج رگرسیون خطی معمولی بیانگر روند مثبت برای متغیرهای سیلاب است اما تحلیل های تکمیلی نشان داد این روش نمی تواند ابزار مناسبی برای تحلیل روند متغیرهای سیلاب در این تحقیق باشد. کاربرد رگرسیون کوانتایل در مقایسه با رگرسیون خطی معمولی منجر به دسترسی به طیف وسیعی از شیب خطوط روند شده است. برای هر سه متغیر مورد بررسی 15% شیب خطوط رگرسیون کوانتایل بیشتر از شیب برآورد شده با روش رگرسیون خطی و در سایر موارد کمتر از ان بوده است. بررسی خطوط رگرسیون کوانتایل نشان می دهد خطوط رگرسیون کوانتایل برای متغیر حجم سیلاب در کوانتایل های کران بالایی و برای متغیرهای دبی اوج و تداوم سیلاب در کوانتایل های کران بالایی و بازه میانی از نظر آماری معنی دار بوده اند و در کران پایینی کوانتایلها تعداد معدودی از رابطه های خطی قابل پذیرش شده اند به طوریکه برای متغیرهای دبی اوج، حجم و تداوم سیلاب به ترتیب 59%، 31% و 73/0 موارد خطوط رگرسیون کوانتایل در سطح 05/0 از نظر آماری معنی دار بوده اند.دقت برازش خطوط رگرسیون کوانتایل در کران بالایی و بازه میانی کوانتایل ها بیشتر از کران پایینی می باشد.
    نتیجه گیری
    کاربرد رگرسیون کوانتایل می تواند بدون تاثیر از محدودیت های روش های متداول تحلیل روند متغیرهای سیلاب منجر به دسترسی به طیف وسیع تری از نتایج کاربردی تحلیل روند شود. همچنین تفاوت مشخصی بین شیب روند متغیرهای سیلاب برای کوانتایل های مختلف (بخصوص کوانتایل های کران بالا) در مقایسه با شیب برآورد شده توسط رگرسیون خطی معمولی وجود دارد بنابراین روش رگرسیون خطی معمولی نمی تواند ابزاری مناسب برای بررسی روند رویدادهای حدی باشد. نتایج نشان می دهد روند متغیرهای حدی سیلاب به مراتب بیشتر از روند برآورد شده با رگرسیون خطی معمولی می باشد و به عبارتی رگرسیون خطی در این تحقیق منجر به کم برآوردی شیب روند افزایشی متغیرهای سیلاب شده است. همچنین تحلیل چند متغیره روند سیلاب با استفاده از رگرسیون کوانتایل مشخص می کند به دلیل وجود روند قابل توجه در شرایط حدی برای هر سه متغیر سیلاب، تغییرات در پتانسیل خطر سیلاب به مراتب بیشتر از نتایج به دست آمده با استفاده از تحلیل تک متغیره می باشد.
    کلیدواژگان: رگرسیون کوانتایل، رگرسیون خطی معمولی، روند، متغیرهای سیلاب
  • سیدسجاد حسینی، امیر لکزیان، اکرم حلاج نیا صفحات 47-65
    سابقه و هدف
    استخراج گیاهی با استفاده از عوامل کی لیت کننده یکی از روش های پاکسازی خاک های آلوده به فلزات سنگین است که توجه بسیاری را در دهه گذشته به خود جلب کرده است. به هرحال تا به امروز بیشترین توجه به اثر عوامل کی لیت کننده بر حلالیت فلزات سنگین در خاک و جذب آنها به وسیله گیاه بوده است و کمتر به اثرات جانبی آنها بر محیط زیست خاک و موجودات زنده پرداخته شده است. فعالیت آنزیم های خاک می توانند شاخص های مناسبی برای بررسی بازگرداندن محیط زیست خاک بعد از فرآیند های پاکسازی مختلف باشند. هدف از این مطالعه بررسی اثر EDTA و اسیدسیتریک (CA) بر فعالیت های آنزیمی خاک و جذب سرب به وسیله دو گیاه آفتابگردان و خردل هندی بود.
    مواد و روش ها
    پژوهش حاضر در قالب طرح کاملا تصادفی با آرایش فاکتوریل و 3 تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد انجام گرفت. فاکتورهای آزمایشی شامل عامل کی لیت کننده و نوع گیاه بودند. تیمارهای عامل کی لیت کننده شامل شاهد (بدون عامل کی لیت کننده یا سطح صفر)، EDTA3 و EDTA5 (3 و 5 میلی مول EDTA در هر کیلوگرم خاک خشک)، CA3 و CA5 (3 و 5 میلی مول CA در هر کیلوگرم خاک خشک) بودند. گیاهان مورد استفاده نیز شامل دو گیاه خردل هندی (Brassica juncea) و آفتاب گردان (Helianthus annus) بود. همچنین به منظور بررسی اثر سرب بر وزن خشک گیاه و فعالیت های آنزیمی یک تیمار بدون آلودگی سرب و بدون عامل کی لیت کننده (تیمار NP) نیز در نظر گرفته شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که EDTA نسبت به CA عامل کی لیت کننده موثرتری برای افزایش غلظت سرب فراهم خاک در این پژوهش بود. برخلاف انتظار افزودن CA به خاک موجب کاهش معنی دار غلظت سرب فراهم خاک نسبت به تیمار شاهد شد. نتایج نشان داد بین دو کی لیت استفاده شده EDTA برای افزایش جذب سرب در اندام هوایی و CA برای افزایش جذب سرب در ریشه مناسب بود. بیشترین جذب سرب در ریشه (99/2 میلی گرم سرب در گلدان) توسط گیاه خردل هندی با کاربرد 5 میلی مول CA در کیلوگرم خاک مشاهده شد. همچنین بیشترین جذب سرب در اندام هوایی (74/1 میلی گرم سرب در گلدان) توسط گیاه خردل هندی با تیمار EDTA3 حاصل شد. نتایج نشان داد خاک تیمار شده با EDTA موجب اثر هورمسیس در فعالیت آنزیم های دهیدروژناز، فسفومونواستراز قلیایی و شاخص های GMea و TEA شد. تیمار EDTA5 موجب کاهش شاخص های GMea و TEA شد در حالی که تیمار EDTA3 موجب افزایش این شاخص ها در مقایسه با تیمار شاهد شد. افزودن CA در هر دو سطح به خاک موجب افزایش معنی دار و قابل توجه فعالیت آنزیم های مورد مطالعه و همچنین شاخص های GMea و TEA نسبت به تیمار شاهد شد.
    نتیجه گیری
    در تیمار EDTA3 جذب سرب اندام هوایی نسبت به تیمار شاهد افزایش پیدا کرد و همچنین به طور معنی داری شاخص های GMea و TEA در این تیمار در مقایسه با تیمار شاهد بهبود یافت. تیمار EDTA5 کارایی کمتری نسبت به تیمار EDTA3 در افزایش جذب سرب اندام هوایی داشت و شاخص های GMea و TEA را نسبت به تیمار شاهد کاهش داد. افزودن CA به خاک احتمالا گزینه مناسب تری برای تثبیت گیاهی سرب در خاک مورد مطالعه از طریق تجمع آن در ریشه بود و توانست شاخص های GMea و TEA را به طور قابل توجهی نسبت به تیمار شاهد و تیمار NP افزایش دهد.
    کلیدواژگان: عوامل کلات کننده، شاخص های GMea و TEA، غلظت سرب فراهم خاک، استخراج گیاهی
  • خلیل الله میرک زهی، علی شهریاری، محمدرضا پهلوان راد، ابوالفضل بامری صفحات 67-84
    سابقه و هدف
    شناسایی و نقشه برداری خاک، به عنوان روشی برای تعیین الگوی پراکنش خاک، توصیف و نمایش آن به شکل قابل فهم و تفسیر برای کاربران مختلف، پایه و اساس اطلاعات خاک برای مدل سازی های محیطی می باشد. نقشه برداری رقومی خاک شامل ایجاد ارتباط بین کلاس ها یا خصوصیات خاک با فاکتورها ی محیطی دخیل در تشکیل و تکامل خاک با استفاده از مدل ها ی ریاضی است که می تواند نقشه ها ی خاک دقیق تر و یکدست تر در زمان کمتر با ارائه میزان دقت و صحت ایجاد نماید و باعث کاهش هزینه های پروژه های شناسایی و تهیه نقشه های خاک گردد. این پژوهش جهت تهیه نقشه کلاس ها ی گروه های بزرگ و زیرگروه های خاک با استفاده از تکنیک درختان تصمیم گیری تصادفی در اراضی شهرستان هیرمند در دشت سیستان انجام گرفت.
    مواد و روش ها
    در این مطالعه 108 پروفیل خاک در سطحی حدود 60000 هکتار از اراضی شهرستان هیرمند حفر گردید. 16متغیر محیطی شامل خصوصیات زمین، شاخص شوری و شاخص پوشش گیاهی به عنوان تخمین گر برای تهیه نقشه خاک، مورد استفاده قرار گرفته شدند. پس از تعیین گروه های بزرگ و زیرگروه های خاک، نقشه کلاس ها ی خاک با استفاده از روش درختان تصمیم گیری تصادفی (RF) تهیه شد. شایان ذکر است که 80 درصد داده در آموزش مدل و 20 درصد برای اعتبارسنجی مستقل استفاده شدند
    یافته ها
    نتایج مطالعات خاکشناسی نشان داده که خاک های تشکیل شده در دشت سیستان تکامل زیادی نداشتند و عمدتا در رده های انتی سول و اریدی سول قرار دارند. بیش ترین تعداد خاکرخ در گروه های بزرگ مربوط به Torrifluvents، و بیش ترین تعداد خاکرخ در زیرگروه های بزرگ مربوط به Typic Torrifluvents بود. همچنین نتایج روش RF نشان داد که کمترین مقدار خطای تخمین نمونه های خارج از سبد در گروه های بزرگ و زیرگروه های خاک به ترتیب53/43 و 59/50 بود. نتایج اعتبار سنجی مستقل نشان داد که بهترین دقت بدست آمده برای گروه های بزرگ و زیرگروه های بزرگ خاک به ترتیب 48 و 53 درصد بود. بین متغیرهای مختلف محیطی عمق شیارها، شاخص همگرایی، شبکه کانال ها و شوری در گروه های بزرگ خاک و عمق شیارها، ارتفاع و سطح حوزه در زیرگروه های خاک دارای بیشترین اهمیت در تخمین کلاس های خاک بودند.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان داد که در مناطق خشک با پستی و بلندی کم خاک ها عمدتا جوان هستند و همچنین در این مناطق تنوع خاک کم است. در چنین مناطقی روش نقشه برداری رقومی و تکنیک درختان تصمیم گیری تصادفی می تواند برای پیش بینی کلاس های خاک و تهیه نقشه های خاک بسیار مفید بوده و مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: نقشه برداری رقومی خاک، تکنیک درختان تصمیم گیری تصادفی، دقت نقشه، مناطق خشک، دشت سیستان
  • سمیه سیروس پور، منصور پرویزی، محمد پروین نیا، اردشیر شکرالهی صفحات 85-101
    سابقه و هدف
    در طی دو قرن اخیر، میزان تولید و مصرف نیترات به خصوص در بخش کشاورزی افزایش چشمگیری داشته است. در حال حاضر بسیاری از نقاط جهان حتی در ایران با مشکل بالا بودن غلظت نیترات در آب آشامیدنی روبه رو هستند که مهم ترین علت آن ورود رواناب های کشاورزی و فاضلاب های شهری و صنعتی به منابع آبی به خصوص آب های زیرزمینی می باشد. مصرف آب آلوده به نیترات، همواره با مواد غذایی محتوای نیترات بالا می تواند باعث ورود مقدار زیادی نیترات به بدن گردد. هدف نهایی این تحقیق، طراحی و بررسی یک سیستم تصفیه نفوذپذیر فعال به منظور حذف نیترات موجود در رواناب می باشد.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش، لایه های متناوب از فیلترهای ژئوتکستایل بافته نشده و خاک دانه ای برای کاهش و حذف آلودگی به کار گرفته شدند. این لایه ها، از نظر قابلیت نفوذپذیری و قدرت جذب حائز اهمیت می باشند. در انتخاب مواد به نکاتی از جمله کارایی آن در حذف آلودگی، در دسترس بودن و تا حد امکان ارزان قیمت بودن آن توجه شده است.
    یافته ها
    پس از انجام آزمایش های نفوذپذیری، نسبت اختلاط وزنی مواد به کاررفته در PRB به صورت 25% ماسه، 25% آنتراسیت، 20% زئولیت، 20% براده آهن و 10% خاک اره چوب سپیدار در نظر گرفته شد. در آزمایش های ناپیوسته مشاهده شده است که در 7=pH حداکثر راندمان جذب نیترات توسط زئولیت حدود 69%، خاک اره 29% و براده آهن 12% می باشد. نتایج جذب نیترات توسط ترکیب نهایی PRB در غلظت های مختلف نیترات در شرایط pH بهینه و ثابت ماندن سایر پارامترها نشان می دهد که بیش ترین جذب مربوط به غلظتmg L-1150 و در حدود 83% اتفاق می افتد و هرچه غلظت اولیه نیترات بیش تر شود، میزان جذب افزایش می یابد. همچنین حذف نیترات با میزان جاذب یکسان و pH بهینه در زمان های مختلف برای تعیین زمان تعادل انجام گرفت و حداکثر حذف 100% در زمان تعادل 96 ساعت حاصل گردید. در آزمایش ستون انجام شده جهت حذف آلودگی، فیلتر قادر بود تا پس از رشد توده بیولوژیک در محیط خود، نیترات را به میزان 99% بعد از 9 روز کاهش داده و میزان نهایی آن را از mg L-1100 به mg L-11 کاهش دهد.
    نتیجه گیری
    لایه های نفوذ پذیر فعال با درصد اختلاط وزنی طراحی شده، دارای قابلیت جذب نیترات تا حد زیاد و در مدت زمان کم می باشد. شست وشوی مواد جاذب و رفع آلودگی، افزایش سطح مخصوص جاذب را باعث می شود و بنابراین قدرت جذب بالا می-رود.
    کلیدواژگان: فیلتر خاکی بیولوژیکی، حذف نیترات، تصفیه رواناب شهری، جذب، مواد جاذب ارزان قیمت
  • کریم آتش نما، احمد گلچین، عبدالله موسوی کوپر صفحات 103-119
    سابقه و هدف
    شناخت تاثیر متفاوت درختان جنگلی بر ویژگی های کیفی خاک، دورنمای کنترل سلامت خاک را در مدیریت های پایدار متصور میسازد و می توان ترمیم و رفع آسیب های وارده بر اکوسیستم های طبیعی را از طریق انتخاب صحیح گونه های درختی مدیریت نمود. در این پژوهش به منظور انتخاب گونه های درختی مناسب جنگل کاری، ایستگاه تحقیقات بذر و نهال گونه های جنگلی شلمان استان گیلان به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب و میزان ذخایر (موجودی) کربن آلی خاک و تاثیر گونه هایی از درختان پهن برگ و سوزنی برگ بر خصوصیات خاک مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت جهت معرفی شاخص های حساس کیفیت و سلامت خاک، مخازن فعال کربن آلی خاک مورد بررسی قرار گرفتند.
    مواد و روش ها
    پس از حفر خاکرخ هایی به عمق 200 سانتیمتر در خاک های تحت پوشش گونه های درختی مختلف، شامل کاج تدا (Pinus taeda)، دارتالاب (Taxodium distichum)، ارس (Juniperus polycarpos)، توسکا (Alnus glutinosa)، بلوط بلندمازو (Quercus castaneifolia) و سفیدپلت (Populus caspica) نمونه برداری از ده لایه 20 سانتیمتری از سطح به عمق انجام شد. در نمونه های 20-0، 40-20، 60-40 و 80-60 سانتی متر میزان ظرفیت تبادل کاتیونی، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها، هدایت الکتریکی، اسیدیته، چگالی ظاهری، کربن آلی و مخازن فعال (لبایل) اندازه گیری شدند و برای محاسبه میزان ذخایر (موجودی) کربن خاک نمونه های کلیه ضخامت های 200-0 سانتی متر در نظر گرفته شدند. پس از تجزیه واریانس دوطرفه، داده ها بر اساس متغیرهای مستقل(گونه درختی و عمق) در قالب طرح بلوک کاملا تصادفی مورد آنالیز آماری قرار گرفته و جهت تعیین شاخص های حساس کیفیت، روش همبستگی پیرسون مورد استفاده قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج اولیه بیانگر تاثیر خصوصیات خاک توسط گونه های درختی مورد پژوهش در طول عمق خاک بودند. به استثنای هدایت الکتریکی، اسیدیته و چگالی ظاهری نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها بیانگر تاثیر معنی دار نوع پوشش گیاهی و عمق خاک بر ویژگی های مورد بررسی بود. بیشترین تاثیر نوع پوشش گیاهی بر ویژگی های مورد بررسی در ضخامت های سطحی خاک مشاهده گردید. در این رابطه و در مقایسه با سایر ضخامت های مورد بررسی، بیشترین نوسانات در مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی و همچنین میانگین وزنی قطر خاکدانه ها به ترتیب در خاک های تحت پوشش توسکا و ارس؛ و توسکا و دارتالاب در ضخامت 20-0 سانتیمتری مشاهده گردید. همچنین بیشترین میزان نیتروژن کل و کربن آلی خاک به طور مشابه در ضخامت 20-0 سانتی متری به ترتیب درخاک های تحت پوشش توسکا > بلوط > سفیدپلت > ارس > دارتالاب > کاج تدا مشاهده شد. بیشترین میزان ذخایر (موجودی) کربن تا عمق 200 سانتیمتری به مقدار 24/206 تن در هکتار و کمترین مقدار به میزان 94/136 تن در هکتار به ترتیب در خاک های تحت پوشش توسکا و کاج تدا محاسبه گردید.
    نتیجه گیری
    گونه های پهن برگ به ویژه درختان توانمند در تثبیت نیتروژن هوا مانند توسکا بیشترین تاثیر را بر ویژگی های کیفی خاک داشتند. در گونه های پهن برگ علاوه بر میزان بالای ذخایر (موجودی) کربن الی خاک، توزیع کربن آلی نیز با یکنواختی بیشتری در طول عمق خاک همراه بود. در نهایت طبق نتایج حاصل از همبستگی صفات کیفی خاک و مخازن فعال کربن، شاخص کیفی واحدی تشخیص داده نشده بلکه مجموعه ای از این مخازن به عنوان شاخص های حساس سلامت و کیفیت خاک معرفی شدند.
    کلیدواژگان: مخازن فعال (لبایل) کربن، کربن محلول در آب، ذخیره (موجودی) کربن
  • جواد بهمنش، سهیلا علی پور، محمدرضا نیک پور صفحات 121-138
    سابقه و هدف
    تبدیل های همگرا در جریان های فوق بحرانی کاربردهای گسترده ای دارند. از جمله آن می توان به انتقال جریان از کانال های آبگیر سدها به سرریزهای تونلی، کاهش عرض کانال در تندآب ها و کاهش زمان انتقال جریان در کانال های انتقال سیلاب اشاره کرد. در مطالعه جریان های فوق بحرانی تشکیل امواج ضربه ای از اهمیت بالایی برخوردار است. تولید و توسعه این امواج به دلیل افزایش ارتفاع آب به اندازه چندین برابر عمق جریان ورودی و گسترش آن در محدوده وسیعی از کانال پایین دست و ناهموار ساختن سطح آب به لحاظ مهندسی نامطلوب بوده و هر گونه طراحی ضعیف کانال می تواند منجر به آبشستگی دیواره ها و کف کانال، آسیب رساندن به تجهیزات در مسیر جریان و بالا بردن هزینه های مربوط به نگهداری و کاهش راندمان انتقال آب گردد. در تحقیق حاضر تشکیل امواج ضربه ای در تبدیل های همگرای کانال روباز با مقاطع ذوزنقه ای و مستطیلی با به کارگیری مدل-های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت.
    مواد و روش ها
    به منظور بررسی پارامترهای هیدرولیکی امواج ضربه ای در تبدیل های همگرا، دوازده مدل با هندسه های متفاوت به کار گرفته شد. طول مورب دیواره های تبدیل (5/0، 75/0 و 1 متر) و زاویه شیب جانبی دیواره-ها (69/33، 45، 60 و 90 درجه) متغیرهای هندسی مورد مطالعه در تحقیق حاضر بود. مقدار نسبت همگرایی در کلیه مدل ها برابر 5/0 در نظر گرفته شد. مقادیر ارتفاع و سرعت لحظه ای در نقاط مختلف امواج ضربه ای تشکیل شده در مدل های مذکور به ازای چهار عدد فرود مختلف در محدوده 23/9-25/3 اندازه گیری شد.
    یافته ها
    مقادیر اندازه گیری شده در تبدیل های همگرا حاکی از توزیع غیریکنواخت سرعت در راستای قائم امواج ضربه ای بود. همچنین حرکت جبهه موج به سمت پایین دست با کاهش سرعت و افزایش ارتفاع موج همراه بود که به ازای هندسه های مختلف تبدیل، روند تغییرات مذکور نیز متفاوت بود. نتایج نشان داد حداکثر ارتفاع امواج ضربه-ای در تبدیل های همگرا با مقاطع ذوزنقه ای به ازای زوایای شیب جانبی 69/33، 45 و 60 درجه نسبت به مقاطع مستطیلی به طور میانگین، به ترتیب به میزان 8/64، 3/54 و 6/39 درصد کاهش یافت. همچنین حداکثر سرعت امواج ضربه ای در تبدیل های همگرا با مقاطع ذوزنقه ای به ازای زوایای شیب جانبی مذکور نسبت به مقاطع مستطیلی به طور میانگین، به ترتیب به میزان 1/39، 6/31 و 5/16 درصد کاهش یافت. به ازای عدد فرود ثابت و طول یکسان دیواره تبدیل، افزایش زاویه شیب جانبی با افزایش استهلاک انرژی امواج ضربه ای همراه بود. همچنین بیشترین نرخ استهلاک انرژی در طول دیواره 5/0 متر مشاهده شد. به طوری که مقادیر افت انرژی امواج ضربه ای به ازای طول دیواره مذکور، عدد فرود 26/7 و زوایای شیب جانبی 69/33، 45، 60 و 90 درجه به ترتیب برابر 69/14، 43/15، 34/16 و 72/18 درصد به دست آمد.
    نتیجه گیری
    تحلیل پروفیل های سرعت و سطح آزاد امواج ضربه ای حاکی از آن بود که در حالت کلی کاهش زاویه شیب جانبی (افزایش شیب جانبی) دیواره تبدیل، افزایش طول مورب دیواره تبدیل و همچنین کاهش عدد فرود جریان رابطه مستقیم با کاهش ارتفاع و سرعت امواج دارد. نظر به اینکه کانال های اجرایی عمدتا با مقطع ذوزنقه ای ساخته و بهره برداری می شوند، یافته های تحقیق حاضر برای مهندسین طراح می تواند بسیار سودمند باشد.
    کلیدواژگان: امواج ضربه ای، تبدیل همگرا، زاویه شیب جانبی، جریان فوق بحرانی، طول مورب
  • سحر نجفیان، محمدرضا یزدانی، آرش آذری، محمد رحیمی صفحات 139-156
    سابقه و هدف
    پژوهش های مختلفی در ارتباط با تغییرات پارامترهای اقلیمی و هیدرولوژیکی انجام شده است اما توجه به پدیده تغییر اقلیم و تاثیر آن بر منابع آب از اهمیت بالایی برخوردار می باشد که در کشور کمتر به آن پرداخته شده است. هدف این پژوهش پیش بینی متغیرهای هواشناسی در شرایط تغییر اقلیم بر پایه مدل ها و سناریوهای مختلف در دو دوره آتی و مقایسه آن با دوره پایه و همچنین پیش بینی تاثیر این پدیده بر دبی وحجم رواناب حوضه دینور کرمانشاه با در نظر گرفتن عدم قطعیت مربوطه می باشد.
    مواد و روش ها
    خروجی 6 مدل جفت شده گردش عمومی جو شاملGFCM21، HADCM3، INCM3،IPCM4 ،MPEH5و NCCCSM تحت سناریوهای انتشار گازهای گلخانه ای شامل A1B، A2 و B1 با استفاده از نرم افزار LARS-WG ریزمقیاس شدند. برای تعیین دقت مدل ها و سناریوها، داده های دما و بارش مشاهداتی با داده های دما و بارش مدل ها و سناریوهای موجود در پایگاه کانادا در دوره پایه مورد ارزیابی قرار گرفت و روش وزن دهی برای بررسی عدم قطعیت مدل ها و سناریوها بکار گرفته شد. سپس با در نظر گرفتن عدم قطعیت مدل ها و سناریوها، متغیرهای دوره های آتی (2034-2011) و (2069-2046) پیش بینی شد و با دوره پایه (2010-1987) مقایسه گردید. پس از ریزمقیاس نمایی متغیرهای اقلیمی برای شبیه سازی رواناب در دوره های آتی، مدل بارش رواناب IHACRES انتخاب و پس از واسنجی و صحت سنجی برای پیش بینی دبی و حجم رواناب مورد استفاده قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج نشان داد دمای حوضه دینور در دوره 2034-2011 به ترتیب برای سناریوهای A1B، A2 و B1 به میزان 72/1 ، 55/1 و 39/1 درجه سانتی گراد و در دوره 2069-2046 به ترتیب برای سناریوهای A1B، A2 و B1 به میزان 27/3 ، 88/2 و 26/2 درجه سانتی گراد نسبت به دوره پایه افزایش می یابد. همچنین تغییرات بارش حوضه در دوره 2034-2011 به ترتیب برای سناریوهای A1B، A2 و B1 به میزان 22/15 ، 94/17 و 27/23 میلی متر و در دوره 2069-2046 به ترتیب برای سناریوهای A1B، A2 و B1 به میزان 4/35- ، 97/7 و 58/2 میلی متر نسبت به دوره پایه خواهد بود. مقدار دبی متوسط و نیز حجم رواناب در دوره های آتی به جز سناریو A1B در دوره 2069-2046، در باقی دوره ها تحت سناریوهای مختلف افزایشی بوده اما رژیم دبی های حداکثر این حوضه در دوره های آتی به گونه ای است که نسبت به دوره مشاهده ای تعدیل یافته است. همچنین نتایج حاصل از تحلیل منحنی های دبی فرکانس با احتمالات مختلف نشان داد در برخی ماه ها دبی های مورد نظر در احتمالات وقوع مختلف کاهش داشته است.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان داد در دوره های آتی مقدار دما و بارندگی پیش بینی شده افزایش می یابد به طوری که افزایش دما در دوره دوم بیشتر از دوره اول و افزایش بارندگی در دوره اول بیشتر از دوره دوم خواهد بود. همچنین مقدار دبی دوره های آتی افزایش می یابد به طوری که میزان افزایش دبی در دوره اول بیشتر از دوره دوم است، و میزان حجم تولیدی رواناب نیز در دوره اول بیشتر از دوره دوم و در هر دو دوره بیشتر از دوره پایه به دست آمد. از طرفی میزان دبی حداکثر روزانه در دوره های آتی کمتر شده به طوری که میزان کاهش دبی حداکثر در دوره دوم بیشتر از دوره اول است. نتایج منحنی های دبی فرکانس نیز نشان داد در صورت عدم ذخیره آب، منطقه با مشکل تامین نیاز مصارف کشاورزی و شرب و صنعت مواجه خواهد شد.
    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، مدل های AOGCM، سناریو انتشار، LARS-WG، IHACRES
  • فریبا نعمتی شمس آباد، حسین ترابی گل سفیدی، امیر محمد ناجی صفحات 157-172
    سابقه و هدف
    آنیون نیترات به علت دارا بودن بار منفی تمایلی به جذب روی ذرات خاک ندارد، لذا از نیمرخ خاک خارج و وارد آبهای سطحی و زیرزمینی میشود. رسها در حالت طبیعی، اغلب دارای ویژگی آنیون گریزی بوده و قادر به جذب مولکولهای کم محلول در آب، غیر قطبی و مولکولهای آلی غیر یونی نیستند، اما میتوان با اصلاح رسها آنها را به رسآلی تبدیل و برای جذب و پالایش آنیونها و ترکیبات آنیونی و غیر آنیونی آلی مضر در محیط-های آبی استفاده کرد. این مطالعه به منظور بررسی راندمان جذب و واجذب نیترات توسط رس زئولیت-کلینوپتیلولیت ایرانی (سمنان) اصلاح شده با سورفکتانت هگزادسیل تری متیل آمونیوم بروماید(HDTMA-Br) صورت گرفت.
    مواد و روش ها
    راندمان جذب نیترات توسط زئولیت ایرانی اصلاح شده با سورفکتانت کاتیونی HDTMA-Br تحت سه تیمار اندازه ذره، سطوح سورفکتانت و غلظت اولیه نیترات مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی ثبات نیترات جذب شده، واجذب در سطح سورفکتانت 200 درصد و در دو غلظت 3 و14میلی مولار در زمان های مختلف بررسی شد. آزمایشات به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملا تصادفی انجام شد. نانو و میکرو ذرات زئولیت با استفاده از روش سانتریفیوژ جدا شدند. ظرفیت تبادل کاتیونی بیرونی زئولیت با استفاده از روش جایگزینی سدیم با یون ترت-بوتیل آمونیم تعیین شد. مورفولوژی و ساختار کانی زئولیت مورد مطالعه با استفاده از روش های XRD ، EDX ، SEM و AFM مورد بررسی و شناسایی قرار گرفت.
    یافته ها
    در نانو زئولیت آلی، راندمان جذب و پالایش نیترات در سطح سورفکتانت 200 درصد CEC بیرونی، در غلظتهای اولیه 3، 6، 14، 20 و 30 میلی مولار نیترات به ترتیب، 92، 88، 77، 67، و 56 درصد، در حالی که راندمان جذب و پالایش ذرات میکرو زئولیت در غلظتهای فوق به ترتیب، 75، 67، 50، 41 و 33 درصد بود. راندمان جذب نیترات توسط میکرو زئولیت آلی در سطح سورفکتانت 100 درصد CEC بیرونی، به ترتیب، 53، 46، 35، 28 و20 درصد بود. درصد واجذب در غلظت 3 میلی مولار نیترات در نانو زئولیت آلی، بین 6/2 تا 7/5 درصد و در غلظت 14 میلی مولار نیترات، بین 9/8 تا 2/12 درصد و در میکرو زئولیت 21 تا 33 درصد بود.
    نتیجه گیری
    نتایج این تحقیق نشان داد که تفکیک دقیق ذرات نانو زئولیت به روش سانتریفیوژ، غلظت اولیه نیترات و سطح سورفکتانت در افزایش راندمان جذب و پالایش نیترات از محیطهای آبی تاثیر بسیار زیادی دارد. نانو زئولیتهای آلی علاوه بر دارا بودن راندمان بسیار بالا در جذب و حذف نیترات از محیط، ثبات و پایداری خوبی نیز در نگهداشت نیترات از خود نشان دادند.
    کلیدواژگان: نانو و میکرو زئولیت آلی، رس آلی، هگزادسیل تری متیل آمونیم، ظرفیت تبادل کاتیونی بیرونی، کلینوپتیلولیت
  • نفیسه یغماییان، حسین اسدی، صدیقه رضایی صفحات 173-187
    سابقه و هدف
    امروزه تخریب اراضی در نتیجه عوامل مختلفی از قبیل تغییرات اقلیمی و بهره برداری و مدیریت نادرست انسان، به عنوان معضل جدی در بسیاری از مناطق خشک، نیمه خشک و خشک نیمه مرطوب دنیا مطرح می باشد. این پدیده مدتها است که به عنوان یک مشکل جدی اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی در بسیاری از کشورها شناخته شده است. برای ارزیابی وضعیت بیابان زایی و تهیه نقشه مربوط به آن مدل های مختلفی ارایه شده است. مناسب ترین روش برای بررسی عوامل موثر در تخریب اراضی و شدت بیابان زایی از نظر متخصصان استفاده از مدل های ارزیابی بیابان می باشد. مدل ESAs به علت آسانی، در دسترس بودن داده ها و سازگاری با شاخص های موثرتر در تخریب اراضی و به کار گرفتن میانگین هندسی به جای میانگین حسابی، مزایای بیش تری نسبت به سایر مدل ها دارد. هدف این تحقیق پهنه بندی و ارزیابی تخریب اراضی در حوضه سیاهپوش استان اردبیل با استفاده از مدل مدالوس استاندارد و اصلاح شده می باشد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق، به منظور ارزیابی تخریب اراضی و تهیه نقشه آن در حوضه سیاهپوش، از مدل مدالوس استاندارد و اصلاح شده استفاده شد. به این منظور چهار معیار (کیفیت خاک، اقلیم، پوشش گیاهی و مدیریت و سیاست) که در بیابان زایی منطقه موثر بودند، انتخاب گردید. برای هر کدام از معیارها در مدل مدالوس شاخص هایی تعریف شده است. لایه های اطلاعاتی شاخص های مربوط به هر یک از معیارها با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی تهیه شد. این اطلاعات بر اساس روش مدالوس امتیازدهی شده و از میانگین هندسی شاخص های هر یک از معیارها، نقشه نهایی وضعیت هر معیار تهیه و از میانگین هندسی معیارها، نقشه حساسیت به بیابان زایی منطقه تهیه گردید.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که دو معیار کیفیت مدیریت و کیفیت اقلیم به ترتیب با متوسط وزنی 91/1 و 62/1 بیش ترین تاثیر را بیابان زایی منطقه داشته اند. معیار کیفیت خاک با متوسط وزنی 39/1، در کلاس متوسط و معیار کیفیت پوشش گیاهی با متوسط وزنی 41/1، در کلاس با کیفیت بالا قرار دارد. از این رو، مناسب ترین معیار، کیفیت پوشش گیاهی می باشد. میزان شاخص بیابان زایی برای منطقه مورد بررسی در مدل مدالوس استاندارد و مدالوس اصلاح شده به ترتیب 38/1 تا 76/1 و 37/1 تا 93/1 به دست آمد. در هر دو روش کل منطقه مطالعاتی در کلاس بحرانی بیابان زایی قرار گرفت.
    نتیجه گیری
    از بین معیارهای مورد مطالعه، معیارهای مدیریت و اقلیم به عنوان نامناسب ترین و معیار کیفیت پوشش گیاهی به عنوان مناسب ترین معیار مشخص شدند. با توجه به یافته ها وضعیت بیابان زایی در منطقه شدید می باشد، به طوری که در روش مدالوس استاندارد و اصلاح شده به ترتیب 1/90 و 2/99 درصد از منطقه مطالعاتی، در کلاس بحرانی شدید (C3) قرار گرفته است که نیازمند توجه و مدیریت هرچه بیش تر سازمان های مربوط و اعمال برنامه عملی پایش و مهار بحران بیابان زایی برای اصلاح شاخص های یادشده می باشد.
    کلیدواژگان: بیابان زایی، مدالوس، سامانه اطلاعات جغرافیایی، کیفیت خاک
  • حامد روحانی، اعظم قندی، سید مرتضی سیدیان، مجتبی کاشانی صفحات 189-204
    علیرغم پیشرفت علم و در نتیجه دقیق تر شدن مدل های اقلیمی در پروژه های تغییر اقلیم، منابع مختلفی از عدم قطعیت وجود دارد که ناشی از فعالیت های انسانی و واکنش متقابل سیستم اقلیمی در مقیاس های بزرگ مکانی و زمانی است. لذا، به منظور کاربرد موفقیت آمیز شبیه سازی پارامترهای هواشناسی در تحقیقات کاربردی منابع آب، تحلیل عدم قطعیت ضروری است. هدف این تحقیق، بررسی عدم قطعیت شبیه سازی سری زمانی بارش در افق آتی اول (2040-2011) و افق آتی دوم (2070-2040) با دو روش باکس پلات و بوت استرپ است. شبیه سازی های سری زمانی بارش خروجی مدل HadCM3 با سناریوهای A1B، A2، B2، B1، مدل های NCPCM، CNCM3 با سناریوی A1B، مدل GFCM2 با سناریو های A1B و A2 و مدل CGCM3با سناریوهای A1B و A2 با دو مدل ریز مقایس گردانی آماری و در مجموع 10 سناریوی مختلف برای بررسی عدم قطعیت شبیه سازی ها در دو افق آینده اول و دوم استفاده شد. در این تحقیق دو روش باکس- ویسکر و روش غیرپارامتری فاصله اطمینان بوت استرپ جهت بررسی و کاهش عدم قطعیت شبیه سازی ها بکار برده شد. طبق نتایج نمودار باکس- ویسکر در ایستگاه همدیدی بجنورد، شبیه سازی های ماهانه در بعضی سناریوها با دو مدل CGCM3 و HadCM3 در افق اول و مدل HadCM3 در افق دوم به عنوان داده پرت برای مرحله بعدی آنالیز در نظر گرفته نشد. در ایستگاه همدیدی مشهد نیز اختلاف معنی داری در شبیه سازی بعضی مدل های GCM و سناریوهای انتشار مشاهده شد که مربوط به مدل CGCM3 در دو ماه ژانویه و مارس و مدل GFCM3 در ماه های مربوط به فصل تابستان بود. بعد از شناسایی و حذف سناریوهای پرت با روش باکس-ویسکر، نتایج بیانگر انتظار افزایش بارش در هر دو ایستگاه و در هر دو افق آینده است. در مرحله بعد با روش بوت استرپ عدم قطعیت خروجی برای مجموعه شبیه سازی ها محاسبه شد. نتایج در ایستگاه همدیدی بجنورد بیانگر ضخامت زیاد باند عدم قطعیت در اکثر ماه ها به جز در ماه های آگوست و اکتبر است. همچنین مقایسه مقادیر میانگین شبیه سازی بارش ماهانه آینده با دوره پایه بیانگر افزایش بارش در شش ماهه دوم میلادی در دو افق آتی نسبت به دوره پایه است. در بیشتر مطالعات قبلی در ایران طیف گسترده ای از عدم قطعیت ها در بحث پیش بینی تغییر اقلیم را در نظر نگرفتند و درنتیجه یافته های آنها دقیق تر از آنچه که واقعا هستند به نظر می رسد. بنابراین نتایج آنها کمتر مورد قبول محققان است و برای سیاستگزاران منابع آب گمراه کننده است. به نظر محققین این مقاله روش ارایه شده در اینجا تا حدودی نقص اساسی در بیشتر مطالعات تغییر اقلیم در کشور را پوشش می دهد و عدم در نظر گرفتن عدم قطعیت در مطالعات تغییر اقلیم می تواند به کم بها دادن طیف وسیعی از اثرات تغییر اقلیم منجر شود.
    کلیدواژگان: بارش، باکس، ویسکر، بوت استرپ، تغییر اقلیم، عدم قطعیت
  • نرگس تبرته فراهانی، امیرحسین بقایی، آناهیتا پلوس صفحات 205-220
    سابقه و هدف
    امروزه متخصصین از روش هایی نظیر کاریرد کلات های آهن، پائین آوردن پ هاش خاک و ضایعات صنعتی در جهت برطرف نمودن کمبود آهن در خاک، استفاده می کنند. استفاده از مواد جامد زائد کارخانجات فولادسازی و ذو ب آهن مانند سرباره و لجن کنورتور به عنوان مواد اصلاحی خاک در تغذیه آهن می تواند مفید باشد. این ترکیبات حاوی درصد قابل توجهی آهن هستند و سالانه به مقدار خیلی زیاد تولید و انباشته می شوند. کاربرد سرباره و لجن کنورتور در خاک ممکن است بر تحرک زیستی و فرم های شیمیایی آهن در خاک تاثیرگذار باشد. از سویی دیگر آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین مانند سرب مشکلی جدی و روزافزون است و می تواند مدیریت تغذیه ای عناصر غذایی از جمله آهن را تحت تاثیر قرار دهد. با در نظر گرفتن اثر برهمکنش آهن و سرب، این تحقیق با هدف بررسی اثر کود گاوی غنی شده با لجن کنورتور بر تغییر قابلیت زیست فراهمی آهن در یک خاک آلوده به سرب انجام شد.
    مواد و روش ها
    این پژوهش به صورت یک آزمایش فاکتوریل سه فاکتوره در فالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در شرایط گلخانه ای به اجرا در آمد. تیمارهای آزمایشی شامل کاربرد مقادیر 0 ، 15 و 30 تن در هکتار کود گاوی غنی شده با 0 و 5 درصد وزنی آهن خالص از ترکیب لجن کنورتور بود. علاوه بر این، خاک با مقادیر 0، 200، 300 و400 میلی گرم سرب در کیلوگرم خاک از منبع نیترات سرب آلوده و به مدت یک ماه نگهداری شد. سپس کود گاوی غنی شده به خاک آلوده به سرب اضافه شد و بذر ذرت (سینگل کراس 704) کاشته شد. بعد از گذشت 60 روز از شروع آزمایش، ویژگی های فیزیکی، شیمیایی خاک و غلظت آهن در خاک و گیاه ذرت اندازه گیری شد.
    یافته ها
    افزایش کاربرد کود گاوی از 0 به 15 و 30 تن در هکتار در خاک آلوده به 300 میلی گرم سرب در کیلوگرم خاک به ترتیب باعث افزایش 21 و 35 برابری در مقدار آهن قابل عصاره گیری با DTPA شد. مشابه این نتیجه، غلظت آهن ریشه و شاخساره نیز افزایش یافت، به طوری که کاربرد 30 تن در هکتار کود گاوی ( در خاک آلوده به 200 میلی گرم سرب در کیلوگرم خاک) به ترتیب باعث افزایش 7 و3/12 برابری در غلظت آهن ریشه و شاخساره گیاه شد. کود گاوی غنی شده با لجن کنورتور نیز تاثیر مثبتی بر افزایش غلظت آهن ریشه و شاخساره گیاه داشت، به صورتی که کاربرد 30 تن در هکتار کود گاوی غنی شده در خاک آلوده به 200 میلی گرم سرب به ترتیب باعث افزایش 2 و 7/7 برابری در غلظت آهن ریشه و شاخساره گیاه شد.
    نتیجه گیری
    بیشترین مقدار آهن قابل عصاره گیری با DTPA و غلظت آهن ریشه و شاخساره در خاک غیر آلوده و تیمار شده با 30 تن در هکتار کود گاوی غنی شده با 5 درصد آهن خالص از ترکیب لجن کنورتور بود. با توجه به اثر آنتاگونیستی سرب و آهن، افزایش آلودگی خاک به سرب باعث کاهش معنی دار قابلیت زیست فراهمی آهن در خاک، ریشه و شاخساره گیاه شده است. نتایج کلی این تحقیق حاکی از آن است که کاربرد کود گاوی غنی شده با 5 درصد آهن خالص از ترکیب لجن کنورتور، توانسته است باعث افزایش قابلیت زیست فراهمی آهن در خاک و گیاه شود، هر چند که در این میان نقش کاربرد کود گاوی در کاهش قابلیت زیست فراهمی سرب و به دنبال آن افزایش قابلیت زیست فراهمی آهن در خاک ( اثر رقابتی آهن و سرب) نبایستی نادیده گرفته شود.
    کلیدواژگان: آهن، لجن کنورتور، کود گاوی غنی شده، سرب
  • محمد موسوی بایگی، ابراهیم اسعدی اسکویی، محمدرضا یزدانی، امین علیزاده صفحات 221-235
    سابقه و هدف
    در روش آبیاری غرق آبی در اراضی شالیزاری، تبخیر آب از سطح خاک یکی از اجزای تلفات آب محسوب می گردد. مقدار تبخیر در این اراضی تابع عوامل دما، رطوبت نسبی، سرعت باد، سطح پوشش گیاهی، عمق غرق آبی، عمق ایستابی در زیر سطح خاک و عوامل متعدد دیگر می باشد. در مدیریت های مبتنی بر آبیاری تناوبی، شالیزارها از حالت غرق آب دایم خارج گردیده اند و در هر نوبت آبیاری سطح آب در آن ها از حد فاصل غرق آب تا ظهور ترک مویین تغییر می کند. این تحقیق با هدف اندازه گیری مقدار تبخیر در دوره رشد برنج در عمق های مختلف غرق آبی در شرایط اراضی شالیزاری استان گیلان در محل مزرعه موسسه تحقیقات برنج کشور در مجاورت ایستگاه تحقیقات هواشناسی رشت در سال 1392 انجام شد.
    مواد و روش ها
    پنج تیمار مختلف سطح ثابت آب نسبت به سطح خاک شالیزار (5، 5/2، 0، 5- و 10- سانتی متر) در سه تکرار و با استفاده از مینی لایسیمتر نصب شده در وسط کرتهای بزرگ شالیزاری با استفاده از طرح بلوک های کامل تصادفی اعمال گردید و تبخیر روزانه در آنها اندازه گیری شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که تلفات تبخیر در عمق های مختلف غرقابی در سطح 5% در برخی موارد با یکدیگر تفاوت معنی دار دارند. بیشترین مقدار تبخیر مربوط به تیمار صفر سانتیمتر و کمترین مقدار مربوط به تیمار 10- سانتیمتر، به ترتیب معادل8/120 و 94 میلی متر بود. در همه تیمارها با گذشت زمان از ابتدای دوره، تبخیر در شالیزار به نصف کاهش می یابد. وقوع بارندگی نیز تبخیر را تا 75% کاهش می دهد. بدون در نظرگرفتن روزهای بارندگی نیز تفاوت تبخیر در سطوح مختلف غرقابی در شالیزار دارای تفاوت معنی دار می باشند. مقایسه میانگین ها نشان داد که بالا بودن ارتفاع سطح غرق آب در شالیزار موجب افزایش میزان تلفات تبخیر می گردد. با کاهش سطح غرق آب و نازک شدن لایه آب روی خاک، خصوصا در دوره رشد رویشی، تبخیر کاهش می یابد. اگر ارتفاع این لایه خیلی کم شود وبه صفر برسد و یا خاک در حالت نیمه اشباع قرار بگیرد، تبخیر مجددا افزایش می یابد. پس از آن در شرایطی که سطح آب در خاک پایین تر از شرایط نیمه اشباع است (10- سانتی متر) تبخیر بطور معنی داری کاهش می یابد.
    نتیجه گیری
    نتایج اندازه گیری های تبخیر و نوسانات آن تشابه چشمگیری با نوسانات دمای اندازه گیری شده در هر تیمار (در عمق 5 و 10 سانتیمتری زیر سطح خاک) و همچنین دمای آب دارد و تیمارهایی که دارای تلفات تبخیر بیشتر هستند، تیمارهایی هستند که در بازه های روزانه دماهای بیشتری در محیط آب و خاک آنها ثبت شده است. در شرایط وجود آب کافی وجود لایه نه چندان ضخیم غرق آب باعث جلوگیری از بالارفتن تبخیر آب می گردد، اما در صورت نبود آب لازم برای حفظ حالت غرق آب، برای کاهش تلفات تبخیر، استقرار آب در بیش از 5 سانتی متر پایین تر از سطح خاک در اولویت قرار دارد.
    کلیدواژگان: تبخیر، شالیزار، عمق غرقاب، مرحله رویشی، مینی لایسمتر
  • سمانه دوستی پاشاکلایی، علی شاهنظری، مهدی جعفری تلوکلایی صفحات 237-249
    سابقه و هدف
    به منظور توسعه کشت دوم در اراضی شالیزاری، باید مشکلات ماندابی بر اثر بارندگی با استفاده از زهکش های زیرزمینی برطرف شود. در بسیاری از کشورها، سیستم های زهکشی زیرزمینی که بعد از برداشت برنج، خروجی آن ها باز می شود به عنوان یک اقدام اصولی احداث شده اند. در پاکستان (ازهر و همکاران، 2005) و هندوستان (ریتزما و همکاران، 2008)، اجرای زهکش-های زیرزمینی در مزارع باعث افزایش عملکرد پنبه، نیشکر، گندم و حتی برنج شدند. طی تحقیقی (کارتر و کمپ، 1994)، این نتایج حاصل شد که زهکش های زیرزمینی باعث افزایش عملکرد نیشکر نسبت به تیمار بدون زهکشی شدند. به طور کلی، تجهیز اراضی شالیزاری به زهکش های زیرزمینی علاوه بر اثراتی که بر افزایش عملکرد برنج دارد (درزی و همکاران، 2012؛ ماتیو و همکاران، 2001؛ ساتیانارایانا و بونسترا، 2007) باعث ایجاد شرایط مناسب برای کشت دوم در اراضی شالیزاری خواهد شد. با توجه به جدیدالاحداث بودن سیستم های زهکشی زیرزمینی در اراضی شالیزاری شمال کشور، بررسی میزان عملکرد کلزا به عنوان کشت دوم از اهمیت خاصی برخوردار می باشد تا با مشخص شدن میزان بهبود در عملکرد و میزان محصول برداشت شده، چشم انداز دقیقی برای برنامه های آینده در اختیار دولت و کشاورزان قرار داد.
    مواد و روش ها
    در این بررسی، اثر سه نوع سیستم زهکشی زیرزمینی معمولی و یک سیستم زهکشی زیرزمینی دو عمقی همراه با تیمار شاهد بر عملکرد کلزا در اراضی شالیزاری تجهیز و نوسازی شده دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری به عنوان کشت دوم مورد مقایسه قرار گرفت. آزمایش های لازم در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با پنج تیمار در سال زراعی 94-1393 انجام شد. سطح ایستابی به صورت روزانه و در زمان برداشت برخی شاخص های گیاهی شامل تعداد بوته در مترمربع، تعداد غلاف در بوته، تعداد دانه در غلاف، وزن هزار دانه و عملکرد کلزا اندازه گیری شد. داده های به دست آمده از این محصول با استفاده از نر م افزار آماریSAS در قالب طرح بلوک کامل تصادفی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون LSD در سطح احتمال پنج درصد انجام شد.
    یافته ها
    تجزیه و تحلیل آماری داده ها نشان داد که شاخص های تعداد بوته، تعداد غلاف، وزن هزار دانه در تیمارهای دارای زهکشی زیرزمینی به طور معنی داری بیشتر از تیمار شاهد بودند. همچنین میزان عملکرد در تیمارهای زهکشی زیرزمینی، به طور معنی داری 425 تا 1025 کیلوگرم در هکتار بیشتر از مقدار متناظر در تیمار شاهد بودند. با وجود بارندگی در زمان جوانه زنی، زهکش ها خوب عمل کرده و سطح ایستابی پایین تر از 30 سانتی متر قرار داشته که باعث جوانه زنی بیشتر و در نتیجه تعداد بوته بیشتری در اراضی دارای زهکش زیرزمینی نسبت به تیمار شاهد شد.
    نتیجه گیری
    بهبود وضعیت تهویه و تخلیه سریع تر آب اضافی خاک در فصل کشت کلزا سبب افزایش قابل توجه عملکرد کلزا در تیمار زهکشی زیرزمینی شد. به طور کلی، عملکرد دانه در تیمارهای زهکشی با عمق 90/0 متر و فاصله 30 متر، زهکشی دو عمقی، زهکشی با عمق 65/0 متر و فاصله 30 متر و زهکشی با عمق 65/0 متر و فاصله 15 متر به ترتیب 55، 35، 29 و 22 درصد بیشتر از عملکرد دانه در تیمار زهکشی سطحی بود. با توجه به نتایج این تحقیق و وسعت زیاد اراضی شالیزاری در شمال کشور، استفاده از اراضی در نیمه دوم سال برای کشت کلزا می تواند به عنوان یک راهکار اساسی در راستای افزایش تولید دانه های روغنی و دستیابی به خودکفایی در این امر، مورد توجه قرار گیرد.
    کلیدواژگان: زهکشی دو عمقی، زهکشی معمولی، سطح ایستابی، هایولا 401
  • مجتبی احمدی زاده، صفر معروفی صفحات 251-264
    سابقه و هدف
    استفاده از مدل های هیدرولوژیکی و انجام پیش بینی در مطالعات مختلف منابع آب یک ضرورت می باشد. پیش بینی جریان خروجی از حوضه های آبریز با توجه به پیچیدگی های موجود در چرخه هیدرولوژیکی همواره با انجام فرض هایی همراه است. با توجه به ساده سازی در روابط توسعه داده شده در ساختار مدل های بارش-رواناب و فرضیات بکار رفته در آن ها، پیش بینی ها همواره با عدم قطعیت همراه می باشند. منابع عدم قطعیت در این مدل ها را می توان در سه دسته که ناشی از بکارگیری پارامترها، ساختار مدل و داده های مورد استفاده می باشند، دسته بندی نمود. لزوم تدقیق پیش بینی ها و ارائه عدم قطعیت مدل ها بایستی مورد توجه قرار گرفته و برای تحلیل این موضوع روش های مختلفی ارائه شده است. از جمله روش های پیشنهادی شیوه بروزرسانی داده ها می باشد و فیلتر ذره ای از روش های توسعه داده شده در این خصوص می باشد. هدف از این پژوهش استفاده از روش فیلتر ذره ای در بروزرسانی و بهبود پیش بینی جریان آب شبیه سازی شده توسط مدل بارش-رواناب HYMOD با لحاظ جریان مشاهداتی می باشد. همچنین با کاربرد این روش کمی سازی عدم قطعیت و کاهش آن با توجه به منابع مختلف خطا مورد ارزیابی قرار گرفت.
    مواد و روش ها
    در این مطالعه، برای تدقیق پیش بینی ها از شیوه بروزرسانی داده ها استفاده گردید. این روش با بکارگیری فیلتر ذره ای، تخمین متوالی بیز و تابع توزیع پسین مقدار رطوبت مدل Hymod و پارامترهای آن را در حوضه آبریز کسیلیان با مساحت حدود 67 کیلومتر مربع در مقیاس روزانه محاسبه شد. فیلتر ذرهای بر پایه معادله بیز و تابع حداکثر درستنمایی خطاها در بازه زمانی مورد نظر می باشد. ضمنا در بکارگیری این شیوه باید از روش ترکیبی بازنمونه گیری احتمالاتی نیز استفاده کرد. این روش از واگرایی تحلیل ها جلوگیری کرده و همچنین مشکلاتی نظیر تبهگنی و پدیده غنی سازی دسته ذرات و میل نمودن وزن دسته ذرات به عدد واحد را تصحیح می نماید.
    یافته ها
    روش فیلتر ذره ای استفاده از پارامترهای مدل در شبیه سازی و پیش بینی جریان با تولید دسته پارامترهای تصادفی و ایجاد توزیع پیشین را امکان پذیر می نماید. این شیوه در تدقیق پیش بینی ها و استفاده توامان از متغیر رطوبت خاک و پارامترها در تحلیل ها موثر است. همچنین با تعریف تابع درستنمایی خطای اولیه و بکار بردن تئوری بیز نسبت به اصلاح پیش بینی ها کمک می نماید. بعلاوه این روش تابع چگالی احتمال پسین پارامترها را نیز ارائه نموده و تابع چگالی اولیه را اصلاح می کند.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان داد که استفاده از روش فیلتر ذره ای در ترکیب با شیوه بازنمونه گیری آماری در بروزرسانی هیدرولوژیکی سبب تدقیق پیش بینی ها در حوضه آبریز کسیلیان می گردد. همچنین روش فیلتر ذره ای سبب می گردد که شاخص نش- ساتکلیف در مقایسه با شیوه متداول در شبیه سازی و پیش بینی جریان، 22 درصد افزایش داشته و مقدار آن از 55/0 به 67/0 برسد.
    کلیدواژگان: مدل HyMod، فیلتر ذره ای، بهنگام سازی جریان، بازنمونه گیری، تبهگنی
  • داود داود مقامی، حسین بانژاد، مجتبی صانعی، سید اسدالله محسنی موحد صفحات 265-278
    سابقه و هدف
    سرریزهای لبه تیز یکی از سازه های اندازه گیری، انحراف و کنترل سطح آب در پروژه های هیدرولیکی، آبی و زیست محیطی هستند. بنابراین بررسی ویژگی و خصوصیات آنها از جمله خصوصیات هیدرولیکی از مباحث مهم در طراحی این سازه ها می باشد. تاکنون مطالعات متنوع و زیادی در خصوص سرریزهای لبه تیز صورت پذیرفته است. در خصوص تاثیر ناهمترازی طرفین رقوم بستر روی خصوصیات هیدرولیکی سرریزها، مطالعات محدودی انجام شده است. در سرریزهای لبه تیز نیز همچون سایر سرریزها ناهمترازی طرفین (نظیر آبشار تنطیم کننده ) باعث تغییر در خصوصیات هیدرولیکی شده که باید مورد مطالعه قرار گیرند.
    مواد و روش ها
    آزمایش های تحقیق صورت گرفته در آزمایشگاه هیدرولیک پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری (وزارت جهاد کشاورزی) انجام گردید. آزمایش ها در فلوم به طول 14 متر، عرض 60 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی-متر انجام شد. سرریز لبه تیز دارای جنس پلکسی گلاس به ضخامت 6 میلیمتر، لبه تیز به ضخامت 2 میلیمتر ، ارتفاع 20 سانتی متر و طول 60 سانتی متر بود. با مصالح مناسب رقوم بستر بالادست سرریز در سه مرحله تا ارتفاع 5، 10 و 15 سانتیمتر بالا آورده شد و در هر مرحله مقادیر رقوم تاج سرریز و سطح آب در بالادست و پایین دست در دبی-های مختلف برداشت و مشخصات هیدرولیکی بدست آمد. در ادامه برای تعمیم نتایج از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD ) استفاده شد
    یافته ها
    نتایج تطابق خوبی بین مقادیر آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی نشان داد. روند تغییرات ضریب آبگذری از دو روش یکسان بود. حداکثر اختلاف در مقادیر H بدست آمده در دبی های برابر از دو روش فوق 11% بود که قابل قبول می باشد. مشاهده شد که با افزایش رقوم بستر بالادست عمق جریان بالادست کاهش، سرعت و عدد فرود جریان افزایش خواهد یافت اما در نسبتهای بالاآمدگی بستر بالادست کمتر از 75/0 (Z/P0. 5) را با اندکی اغماض می توان برای تمامی موارد مقدار متوسط 73/0 را در نظر گرفت. با افزایش دبی در نسبتهای مختلف از بالاآمدگی بستر بالادست اعداد فرود همگرا می شوند. در حالت خاصی که بستر بالادست هم تراز تاج باشد (دراپ عمودی یا Z/P=1) مقدار ضریب آبگذری برابر مقدار ثابت 6/0 خواهد بود که کمترین ضریب از بین حالتهای بررسی شده می باشد که با ضریب آبگذری سرریزهای لبه پهن مطابقت دارد و بنابراین در این حالت رقوم سطح آب نسبت به حالت های دیگر در دبی های یکسان افزایش خواهد یافت که با افزایش دبی این اختلاف ها بیشتر خواهد بود. در این حالت عدد فرود نیز برابر مقدار ثابت F_r=0.94C_d خواهد بود.
    نتیجه گیری
    به طور خلاصه میتوان چنین نتیجه گرفت با افزایش رقوم بستر بالادست عدد فرود افزایش خواهد یافت و در نتیجه تیغه ریزشی افقی تر می شود. در محدوده H/P≥0.5، به استثنای زمانی که Z/P به سمت یک میل می کند، در بقیه موارد افزایش رقوم بستر بالادست و همچنین افزایش H/P تاثیر قابل ملاحظه ای روی ضریب دبی ندارند. در دامنه ( Z/P<0.75 ) تغییرات رقوم بستر بالادست روی ضریب آبگذری تاثیر ندارند. در حالت خاص Z/P = 1 نیز هر دو مقادیر ضریب آبگذری و عدد فرود همواره ثابت و به ترتیب 0/6 و 0/56 هستند.
    کلیدواژگان: دراپ عمودی، سرریز لبه تیز، ضریب آبگذری، عدد فرود، آبشار تنظیم کننده
  • صمد امامقلی زاده، راضیه کریمی دمنه صفحات 279-286
    سابقه و هدف
    استفاده از سدهای مخزنی، نقش مهمی را در توسعه صنعت، کشاورزی و اشتغال جوامع، بر عهده دارد. یکی از اجزای جانبی این سدها، تونل تخلیه کننده تحتانی است که نقش مهمی را در تخلیه و کنترل سیلاب بر عهده دارد. این سازه ، مشتمل بر یک مجرای ورودی، تونل اصلی انتقال و سازه های کنترل و تنظیم جریان، شامل دریچه ها و شیرها می باشد. بروز فشارهای منفی و پدیده کاویتاسیون از جمله مشکلاتی است که تخلیه کننده های تحتانی سدها در دبی های بالا با آن مواجه هستند. این پدیده سبب بروز مشکلاتی از جمله تخریب سطح سازه خواهد شد. یکی از متداول ترین روش های کاهش و حذف خطر وقوع کاویتاسیون، هوادهی جریان می باشد. در این راستا، میزان هوادهی و هواگیری جریان آب در سرریزها و پایین دست دریچه های تونل تخلیه کننده تحتانی سدها، یکی از مباحث مهم می باشد. با توجه به اهمیت موضوع، در پژوهش حاضر پیش بینی و برآورد ضریب هوادهی دریچه تخلیه-کننده تحتانی مورد بررسی قرار گرفت.
    مواد و روش ها
    در پژوهش حاضر، روش برنامه ریزی بیان ژن (GEP) جهت برآورد ضریب هوادهی دریچه تخلیه کننده تحتانی مورد استفاده قرار گرفت. برای آموزش و صحت سنجی مدل، از داده های آزمایشگاهی به دست آمده از مدل های فیزیکی و هیدرولیکی چهار سد البرز، ژاوه، گتوند علیا و جره، که در آزمایشگاه سازه های هیدرولیکی موسسه تحقیقات آب تهران ساخته شده، استفاده گردید. ضریب هوادهی تابعی از دو پارامتر عدد فرود جریان در محل فشردگی آن (Frc) و نسبت سطح مقطع هواده به سطح مقطع تونل در محل دریچه (Aa/Ag) در نظر گرفته شد. جهت اجرای مدل برنامه ریزی بیان ژن، 30 کروموزوم و 3 ژن انتخاب شد و توانایی این روش به کمک دو پارامتر آماری مانند ضریب هم بستگی (R2) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) مورد ارزیابی قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که روش برنامه ریزی بیان ژن با ضرایب همبستگی 803/0 و 639/0و جذر میانگین مربعات خطا برابر با 096/0 و 125/0 به ترتیب در دو بخش آموزش و آزمون، ضریب هوادهی دریچه تخلیه کننده تحتانی را برآورد نمود. مدل مذکور در مقایسه با نتایج رابطه رگرسیونی با ضرایب همبستگی 718/0 و 402/0 و جذر میانگین مربعات خطا برابر با 114/0 و 171/0 در بخش های آموزش و آزمون نتایج بهتری را ارائه می نماید. به عبارتی، استفاده از روش برنامه ریزی بیان ژن موجب کاهش 28 درصدی خطای پیش بینی ضریب هوادهی دریچه تخلیه کننده تحتانی سدها شده است.
    نتیجه گیری
    نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان داد مدل هوشمند برنامه ریزی بیان ژن، به خوبی توانسته است ضریب هوادهی دریچه های تخلیه کننده تحتانی سدها را پیش بینی کند و استفاده از آن موجب بهبود نتایج پیش بینی در مقایسه با روش های مرسوم مدل های رگرسیونی شود. به عبارتی، نتایج به دست آمده، موید توانایی روش برنامه ریزی بیان ژن در تعیین ضریب هوادهی دریچه های تخلیه کننده تحتانی سدها، و در نتیجه برآورد صحیح این پارامتر، به منظور جلوگیری از وقوع پدیده کاویتاسیون می باشد. بنابراین استفاده از این روش در مسایل مرتبط با موضوع پژوهش پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: ضریب هوادهی، برنامه ریزی بیان ژن، کاویتاسیون، دریچه تخلیه کننده تحتانی
  • رحیم کاظمی، رضا بیات صفحات 287-294
    سابقه و هدف
    جریان های کم از مهمترین پارامترهای هیدرولوژیکی مورد نیاز برای تحلیل کمی و کیفی حوضه ها بوده و نقش مهمی در مدیریت بهینه منابع آب دارند. عوامل متعددی در میزان جریان کمینه و روند تغییرات آن نقش دارند که از جمله آن ها می توان به کاربری اراضی و پوشش گیاهی اشاره نمود که متاثر از دخالت مستقیم و غیرمستقیم انسان در طبیعت است. اطلاعات جریان کمینه، در یک حوزه آبخیز برای فعالیت های گسترده ای از جمله برای برنامه ریزی زمان های کم آبی و خشک سالی، بررسی وضعیت اکوسیستم، برنامه ریزی نیازمندی های آب شرب، مباحث آلودگی آب رودخانه، طرح های توسعه تولید انرژی الکتریکی و در زمینه مطالعات زیست محیطی مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج پژوهش پژوهشگران در سراسر دنیا بیانگر تاثیر کاربری ها بر جریان پایه است. هدف از این پژوهش بررسی نقش تغییر کاربری اراضی بر تعدادی از شاخص های جریان کمینه در حوزه آبخیز طالقان است.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش با استفاده از عکس های هوائی سال 1349 به مقیاس 20000/1 و تصاویر ماهواره ایTM و ETMسال های 1366 و 1381، نقشه کاربری اراضی در چهار سطح کاربری مرتع، کشت دیم، کشت آبی و بیرون زدگی سنگی تهیه و سپس تغییر مساحت کاربری ها در محیط رقومی محاسبه شد. شاخص جریان پایه با استفاده از داده های روزانه جریان و پس از پالایش و بازسازی آماری، توسط نرم افزار HydroOffice،2012 به روش فیلتر رقومی برگشتی تک پارامتره استخراج شد. شاخص جریان های حداقل با تداوم های های3، 7، 15، 30 و 60 روزه با استفاده از داده های روزانه استخراج شد. سپس روند تغییر شاخص های جریان کمینه با تغییر مساحت کاربری ها در دوره مورد مطالعه مورد بررسی قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج نشان داد، روند تغییرات شاخص های کمینه، شامل جریان های حداقل با تداوم های 3-7-15-30 و60 روزه و شاخص جریان پایه در دوره اول بررسی یک روند افزایشی با شیب تند را تجربه کرده است. این روند در دوره دوم طی سال های 1349 الی 1366 نیز یک روند افزایشی ولی با شیب کم را نشان می دهد. در مقطع زمانی 1366- تا1381 کلیه شاخص ها اعم از شاخص جریان پایه و سایر شاخص های کمینه روند کاهشی را تجربه کرده اند. افزایش سطح پوشش مرتع در سال 81 نسبت به سال 49 منطبق با روند افزایشی شاخص ها در دوره مطالعه است.
    نتیجه گیری
    در جمع بندی کلی نتایج مشخص شد که تغییرات کاربری ناشی از دخالت مستقیم و غیرمستقیم انسان بر روی روند تغییرات شاخص های جریان کمینه تاثیر مستقیم دارد. همچنین تطابق روند تغییرات جریان پایه و جریان های حداقل سالانه با تداوم-های مختلف، نشان دهنده این است که روند تغییرات شاخص ها با تغییر گام های زمانی جریان های حداقل تغییر پیدا نمی کند. انطباق روند افزایشی پوشش مرتعی در سال 81 نسبت به سال 49 با روند افزایشی شاخص های کمینه، نشان دهنده نقش مثبت افزایش کاربری مرتع در افزایش شاخص های کمینه می باشد، بنابراین حفاظت از کاربری های مرتعی برای تامین تداوم جریان در منطقه پژوهش، لازم و ضروری است.
    کلیدواژگان: تصاویر ماهواره ای، شاخص جریان کمینه، فیلتر های رقومی، کاربری مرتع، کاربری کشاورزی
  • خلیل اژدری، صمد امامقلی زاده، حوریه رضایی صفحات 295-301
    سابقه و هدف
    پل ها از جمله پرکاربردترین سازه های رودخانه ای هستند که از دیرباز مورد استفاده بوده اند و همه ساله در اثر بروز سیلاب در رودخانه ها، تعداد زیادی از پل ها تخریب می گردند. وقوع آبشستگی در اطراف تکیه گاه پل ها یکی از دلایل تخریب آن-ها می باشد. روش های مهار و جلوگیری از آبشستگی بر اساس مطالعه های انجام شده برروی مکانیزم آبشستگی بنیاد گذاشته شده است. چنانچه معیارهای طراحی و اجرای سازه های کنترل آبشستگی بدرستی رعایت نشوند تخریب های وسیعی در محل پایه پل ها بوقوع می پیوندد. طراحی صحیح و مدیریت درست سازه های آبشکن فرآیند آبشستگی را کنترل نموده ودرجهت پایداری پل ها عمل خواهدکرد. اثرات دقیق انواع آبشکن بر روی الگوی جریان و حمل رسوب بطور قابل ملاحظه ای متفاوت بوده و به پارامترهای طراحی آبشکن، آرایش آبشکن، هیدرولوژی جریان و میزان رسوب بستگی دارد. در پدیده آبشستگی عوامل مختلفی تاثیرگذار هستند که برای بررسی اثر آنها نیاز به پژوهشهای متعددی است. هدف از این تحقیق مطالعه پارامترهای تاثیر گذار روی حداکثر عمق آبشستگی در محل تکیه گاه پل ها در مقاطع مرکب نامتقارن می باشد.
    مواد و روش ها
    پژوهش حاضر بر روی فلوم مستطیلی شکل به عرض 1 متر، طول 12 متر و ارتفاع 60 سانتی متر در آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرولیکی دانشکده کشاورزی دانشگاه شاهرود صورت گرفت در این پژوهش با استفاده از آبشکن T شکل نامتقارن با چهار نسبت تقارن 2/0، 5/0، 2 و 5 برای طول بال (نسبت بال بالادست به بال پایین دست) و در فاصله های 9، 18، 27، 36 و 45 سانتی متر از تکیه گاه، میزان آبشستگی ایجاد شده در دماغه تکیه گاه تحت اثر دبی های 18، 20، 22، 24 و 26 لیتر بر ثانیه مورد مطالعه قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج حاصله نشان داد با افزایش طول بالادست نسبت به پایین دست (افزایش نسبت تقارن)، حداکثر عمق آبشستگی کاهش و با افزایش فاصله آبشکن از تکیه گاه عمق آبشستگی کاهش می یابد. میزان کاهش عمق آبشستگی با دبی 18 لیتر برثانیه 100 درصد و براساس دبی 26 لیتر برثانیه 70 درصد برآورد گردید. همچنین با افزایش دبی میزان آبشستگی و ابعاد حفره ایجاد شده افزایش یافت. در این پژوهش با بررسی پارامترهای هیدرولیکی موثر بر پدیده نظیر دبی، عمق جریان، سرعت متوسط و پارامترهای مربوط به هندسه آبشکن از جمله طول جان آبشکن، طول بال آبشکن، فاصله از تکیه گاه و آنالیز ابعادی این عوامل، رابطه ای بی بعد بدست آمد و در نهایت معادله جدیدی برای تعیین حداکثر عمق آبشستگی اطراف تکیه گاه ارائه شد.
    نتیجه گیری
    نتیجه نهایی حاصل از ین پژوهش نشان می دهد که با افزایش فاصله آبشکن از تکیه گاه، میزان تاثیرگذاری آبشکن بر فرسایش تکیه گاه افزایش می یابد و در نتیجه عمق آبشستگی در دماغه تکیه گاه کاهش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: آبشکن، آبشستگی، تکیه گاه، پل، نامتقارن
  • علیرضا واعظی، مجید فرومدی صفحات 303-309
    سابقه و هدف
    فرسایش شیاری، یکی از عوامل اصلی هدررفت خاک در سازندهای مارنی است. این سازندها بسیار حساس به فرآیندهای فرسایش آبی بوده و گستره نسبتا بزرگی را در برخی حوزه های آبخیز مناطق خشک و نیمه خشک دربرمی گیرد. فرسایش شیاری به عنوان پدیده ای فعال در این سازندها بوده و به طور زمانی طی سال، از رخ دادی به رخ داد دیگر یا طی یک رخ داد بارندگی تغییر می کند. تغییرات زمانی فرسایش شیاری طی یک رخ داد باران به دلیل تغییر خصوصیات خاک و تاثیر آن بر خصوصیات جریان متمرکز است. اطلاعات در مورد تغییرات زمانی فرسایش شیاری طی یک رخ داد بارندگی و تاثیر خصوصیات جریان بر آن می تواند در شناخت فرآیند فرسایش شیاری در دامنه ها کمک نماید. شدت تغییرات زمانی خصوصیات جریان و در نتیجه فرسایش شیاری ممکن است تحت تاثیر شدت باران قرار گیرد. از این رو این پژوهش با هدف بررسی تغییرات زمانی فرسایش شیاری و خصوصیات جریان در خاک مارنی تحت باران های با شدت متفاوت انجام شد.
    مواد و روش ها
    آزمایش در شش رخ داد باران شبیه سازی شده با شدت متفاوت از 10 تا 60 میلی متر بر ساعت به مدت ثابت یک ساعت با سه تکرار در شرایط آزمایشگاهی انجام گرفت. نمونه های خاک از سازندهای مارنی در غرب زنجان برداشت شد و در فلومی به طول 4 متر و عرض 94/0 متر و با شیب 10 درصد ریخته شد. فرسایش شیاری در کنار خصوصیات جریان (دبی و غلظت جریان) در فاصله زمانی پنج دقیقه از آغاز رواناب در هر یک از باران های شبیه سازی شده مورد بررسی قرار گرفت. شدت فرسایش شیاری و خصوصیات جریان در برابر زمان به دست آمد و تفاوت ها بین شدت های بارندگی با استفاده از روش تجزیه واریانس تعیین شد. وابستگی فرسایش شیاری به خصوصیات جریان برای هر یک از شدت های بارندگی تعیین شد. برای انجام تحلیل های آماری از نرم افزار SPSS نسخه 21 استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که تفاوت های اساسی از نظر زمان آغاز جریان، دبی جریان، غلظت جریان و فرسایش شیاری بین شدت های بارندگی وجود دارد (0001/0>P). جریان شیاری و فرسایش شیاری با افزایش شدت بارندگی سریع تر اتفاق افتاد. فرسایش شیاری طی زمان به شدت افزایش یافت و در زمان های پایانی (حدود 45 دقیقه) به حد تقریبا ثابتی رسید. غلظت جریان نیز الگویی مشابه با فرسایش شیاری نشان داد. با این حال دبی جریان در زمان های پایانی افزایش چشم گیر پیدا کرد. در طی زمان 45 دقیقه، اغلب ذرات فرسایش پذیر، طی بارندگی دچار فرسایش شدند و پس از آن، جریان های شدید اما با غلظت (رسوب) پایین در شیارها مشاهده شد. رابطه ای قوی بین فرسایش شیاری و دبی جریان در شدت های مختلف بارندگی مشاهده شد.
    نتیجه گیری
    به طور کلی این پژوهش نشان می دهد که با تغییر شدت باران، آستانه وقوع فرسایش شیاری و اوج آن طی بارندگی تغییر می یابد. هم چنین روند تغییرات فرسایش شیاری طی بارندگی، با افزایش شدت بارندگی شدت پیدا می کند. در حالت کلی، با گذشت زمان بارندگی به دلیل افزایش دبی جریان، غلظت جریان و در نتیجه فرسایش شیاری افزایش می یابد. در زمان های اولیه بارندگی، وابستگی فرسایش شیاری به دبی جریان بیش تر است در حالی که در زمان های پایانی به دلیل انتقال بخش عمده ذرات فرسایش پذیر در زمان های قبل، الگوی تغییرات فرسایش شیاری شبیه به دبی جریان نیست.
    کلیدواژگان: دبی جریان، ذرات فرسایش پذیر، سازند مارنی، شیار، غلظت جریان
  • مهدی بهرامی، فرزانه خواجه ای، علی دیندارلو، مهدی دستورانی صفحات 311-317
    مقدمه و هدف
    ارزیابی سامانه های آبیاری بارانی و مدیریت صحیح آن ها می تواند کمک زیادی در توسعه و بهبود عملکرد این سامانه ها و در نتیجه افزایش راندمان در بخش کشاورزی نماید.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق، سیستم های آبیاری بارانی کلاسیک ثابت (چهار سیستم) و آبفشان غلطان (یک سیستم) اجرا شده در پنج مزرعه در شهرستان های مختلف استان فارس مورد ارزیابی قرار گرفت(سال 1394). برای ارزیابی این سیستم ها، معیارهای ضریب یکنواختی (CU)، یکنواختی توزیع (DU)، راندمان واقعی (AELQ) و پتانسیل کاربرد (PELQ) در ربع پایین اراضی در بلوک آزمایشی محاسبه و با استفاده از تغییرات فشار اندازه گیری شده به کل سیستم تعمیم داده شد.
    یافته ها
    بیشترین ضریب یکنواختی و یکنواختی توزیع کل در سامانه ها مربوط به سامانه های داراب، ارسنجان و سروستان بود که مقادیر ضریب یکنواختی به ترتیب 78/80، 56/69 و 21/68 درصد بودند و این مقادیر بیانگر توزیع نرمال داده ها و قرینه بودن اندازه‏گیری ها نسبت به میانگین بود و مقادیر یکنواختی توزیع به ترتیب 12/66، 4/55 و 53 درصد بودند.
    نتیجه گیری
    فرونشت عمقی، قدیمی بودن سامانه ها، کمبود فشار و تغییرات فشار و دبی آبپاش ها از علل کاهش یکنواختی توزیع در سامانه ها بود. یکسان شدن راندمان پتانسیل کاربرد در ربع پایین و راندمان کاربرد واقعی در تمام سامانه-های آبیاری، بیانگر تامین آب آبیاری کمتر از نیاز گیاه خواهد بود. مقادیر کم یکنواختی توزیع نشان دهنده تلفات آب به صورت فرونشت عمقی بود و قدیمی بودن سامانه ها نیز مزید بر علت شد.
    کلیدواژگان: ارزیابی سیستم آبیاری بارانی، کفایت آبیاری، سیستم ویل موو، ضریب یکنواختی
|
  • Pages 1-23
    Background And Objectives
    Since the problem of predicting and runoff estimating play a key role in integrated water resources management, therefore hydrological modeling especially continuous rainfall-runoff modeling may be most important part of water resource planning which is released from reservoir dams. Thus continuous daily hydrological models are useful tools for estimating runoff from rainfall. These models are able to estimate the runoff in ungagged basin. The purpose of this paper is to provide a continuous simulation model for Hydrologic forecasting so that investigate dominancy or dormancy of the processes.
    Materials And Methods
    In this study rainfall-runoff processes involved in modified SCS-CN model calibrated in Leaf River Watershed located in US and Qarasou subbasin located in west of Iran through PSO optimization algorithm developed in MATLAB programming language with 9000 simulation numbers. Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) is used as objective function and the decision variables (14 parameters) within the specified range are randomly initialized. Optimum parameters were extracted through PSO. This model is calibrated and validated with two periods 1957-1961 and 1953 for Leaf River Watershed and two periods 1381-1384 and 1387 for Qarasou subbasin respectively.
    Results
    Model parameters were calibrated and Validation for two case studies. Comparison of the observed and simulated runoff carried out based on three performance criteria: Nash-Sutcliffe (NSE) and Kling-Gupta Efficiency (KGE) and Root Mean Square Error (RMSE). Proposed model performed these three statistics respectively for leaf River Watershed 0.81,0.87,1.40 as calibration period and 0.83, 0.86, 2.53 as validation period. Reasonable values for these criteria is also attained in Qarasou subbasin but due to more reliable data, better results is expected in Leaf River watershed. A result comparison of the SCS-CN model with Hymod as a simple conceptual model, both with the same inputs revealed latter model can simulate hydrology behavior of Leaf River Watershed and Qareso River Watershed slightly better. This may be originated due to fewer model complexities and thus less parameter uncertainty of Hydmod. In spite of this superior skill in runoff simulation of Hymod, special capabilities of modified SCS-CN model which calculate hydrological components (baseflow, percolation, throughflow, surface runoff and initial abstraction) may prove usefulness and efficiency of this new model easily.
    Conclusion
    modified SCS-CN model as a conceptual model calculates daily runoff using rainfall and potential evapotranspiration dataset. This model may be used to assess annual hydrologic components as well as total runoff values. Based on the results, the dominancy of the infiltration, evaporation and surface runoff processes were approved in Leaf River Watershed. These three processes but in reverse order is ranked in Qarasou subbasin as main hydrological components.
    Keywords: long-term hydrologic simulation, hydrological components, curve number method, Optimization algorithm PSO, Conceptual Model Hymod
  • Pages 25-46
    Background And Objectives
    Investigation of the basin floods in most cases is only based on flood peak trend analysis using conventional parametric or non-parametric (ordinary linear regression (OLR), Mann-Kendall, Sen) tests. In addition to the primary restrictions, these methods usually are provided to estimate the conditional mean or median and do not consider different quantiles while assessing the appropriate domain of conditional quantiles leads to a very good understanding of trend pattern. The objective of this study is using quantile regression (QR) to estimate the time trend (conditional quantiles) of flood variables including peak, volume and duration that result in better understanding of variables of annual maximum floods (AMF).
    Materials And Methods
    In the first step, AMF time series of Taleh-Zang hydrometry station located in southwestern Iran was considered and the time series of AMF peak flow, volume and duration were extracted.In the next step, trend analysis of AMF variables time series performed using OLR and their efficiency were investigated using fitting precision criteria, statistical significant test and residuals analysis. Then, QR lines were estimated for AMF variables trend analysis considering (0.05-0.95 with 0.01 steps) and their fitting precision criteria and statistical significant test were determined. Considering selected quantiles0.05, 0.15, 0.25, 0.35, 0.45, 0.55, 0.65, 0.75, 0.85 and 0.95 QR lines were plotted for AMF variables.
    Results
    The OLR results indicated positive trends for AMF variables but complementary analysis showed that this method cannot be a suitable analysis for AMF variables trend analysis in this research. The QR application resulted in wide range of line slopes in comparison with OLR method. For all three variables 15% of estimated line slopes using QR were more than their estimation by OLR. Investigation of QR lines indicated statistical significant regression lines of AMF volume were related to upper bound quantiles while for AMF peak and duration were related to quantiles mid bound plus upper bound and there were a few acceptable QR lines for lower bound for all three variables so that for AMF peak, volume and duration 59%, 31% and 73% of QR lines were statistical significant considering 0.05 significance level. The fitting precisions of QR lines of upper and mid bounds were more than lower bound.
    Conclusion
    The quantile regression can be used without affecting the limitations of conventional methods for AMF variables trend analysis to access a wider range of applied trend analysis. Also there are certain differences between AMF variables trend slopes (especially for upper bound quantiles) in comparison with those estimated with OLR therefore the OLR method could not be a useful tool for trend assessment of extreme events. The results show trend of extreme flood variables are significantly more than those estimated by OLR and in other words the OLR led to underestimation of AMF variables increasing trend slope. Moreover, multiple variables flood trend analysis using QR revealed that considering significant trends for three flood variables, the flood potential risk are significantly more than those estimated using single variable analysis.
    Keywords: Quantile Regression, Ordinary Linear Regression, Trend, Flood Variables
  • Pages 47-65
    Background And Objectives
    Chelate induced-phytoextraction is one of the methods for remediation of heavy metal contaminated soils that have been attracted a lot of attention in the past decade. So far more attentions have been placed to effects of chelating agents on heavy metal solubility in soil and their uptake by plants, while there are less information about their side effects on soil environment and organisms. Soil enzyme activities can be suitable indicators to assess soil recovery after different remediation processes. The aim of this study was to evaluate the effects of EDTA and Citric acid (CA) on soil enzyme activities as well as lead (Pb) uptake by Indian mustard and sun flower.
    Material and
    Methods
    This study was conducted in a completely randomized design with factorial arrangement and three replications in greenhouse condition. The experimental factors were chelating agent treatments and plant types. The chelating agent treatments were including Control (without chelating agent), EDTA3 and EDTA5 (3 and 5 mmol EDTA per kg dry soil), CA3 and CA5 (3 and 5 mmol CA per kg dry soil). The plant species were Indian mustard (Brassica juncea) and sun flower (Helianthus annus). Also additional treatment (without Pb and without chelating agent) was considered to evaluate the effect of Pb on plant dry weight and soil enzymes activities (NP treatment).
    Results
    The results showed that EDTA was more effective than CA for increasing available Pb concentration. Unexpectedly, the addition of CA into soil significantly decreased available Pb concentration compared with the control treatment. The results showed that between two studied chelating agents, the EDTA was appropriate for increasing Pb uptake by shoots and CA was appropriate for increasing Pb uptake by roots. The highest Pb uptake by root (2.99 mg Pb per pot) was observed in Indian mustard using 5 mmol CA per kg dry soil. Also the highest Pb uptake by shoot (1.74 mg Pb per pot) was obtained by Indian mustard with EDTA3 treatment. The results showed that soil treated with EDTA led to hormesis effect on dehydrogenase and phosphomonoestrase activity, GMea and TEA indices. The EDTA5 treatment decreased GMea and TEA indices while, the EDTA3 treatment increased these indices compared with the control treatment. The addition of both concentration of CA into soil significantly and considerably increased the studied soil enzyme activities as well as GMea and TEA indices compared with the control treatment.
    Conclusion
    In EDTA3 treatment the shoot Pb uptake amount was higher than control treatment and, furthermore, it improved GMea and TEA indices. The EDTA5 treatment had lower efficiency than EDTA3 in increasing of shoot Pb uptake and also it decreased GMea and TEA indices compared with the control treatment. The addition of CA into soil was probably more suitable option for Pb phytostabilization in the studied soil and also considerably increased TEA and GMea indices compared with the control and NP treatments.
    Keywords: chelating agents, TEA, GMea indices, available Pb concentration, phytoextraction
  • Pages 67-84
    Background And Objectives
    Base of soil information for environmental modeling is soil survey and mapping as a way to determine soil distribution patterns, describe and display it to understood and interpreted for different users. Digital soil mapping creates link between classes or soil characteristics and environmental factors affected soil formation and development by using mathematical models which can provide more precise and accurate soil maps and reducing cost of soil survey and mapping projects. This study was done to mapping soil great groups and subgroups by using Random Forest technique in the Hirmand county lands in Sistan plain.
    Materials And Methods
    In this study 108 soil profiles were dug on about 60.000 hectares of Hirmand county lands. Sixteen environmental variables were used as estimator for soil mapping including land properties, salinity and vegetation index. After classification of soil profiles to great groups and subgroups, soil classes map provided by using random forest (RF) method. It should be mentioned 80 percent of data was used for model training and 20 percent for independent validation.
    Results
    Pedological studies showed soils that formed in Sistan plain haven’t high development and most of them are Entisol and Aridisol. Most soil profiles classified as Torrifluvents on great groups and Typic Torrifluvents as subgroups. Also the result of RF showed the lowest estimation error of out of bag (OOB) samples in soil great groups and subgroups were 43.53 and 50.59 respectively. Independent validation results showed the best accuracy obtained for soil great groups and subgroups were 48 and 53 percent respectively. Grooves depth, convergence index, channel network between and salinity in soil great groups and grooves depth, elevation and catchment area in soil subgroups were the most important environmental variables to estimate soil classes.
    Conclusion
    The results showed most soils are young in the low relief lands in arid regions and these regions have also low soil diversity. Soil digital mapping and random forest technique could be useful for soil classes prediction and soil mapping in this kind of regions.
    Keywords: Soil digital mapping, Random forest technique, Map accuracy, Arid regions, Sistan plain
  • Pages 85-101
    Background And Objectives
    Over the last two centuries, a substantial increase has been observed in the rate of production and consumption of nitrate, particularly in agricultural sector. Currently, in many parts of the world and even in Iran, the high concentration of nitrate in drinking water has shown to be a serious problem, mainly caused by the introduction of agricultural wastewater and home and industrial sewage runoffs in the water resources, and especially in the groundwater. Use of the contaminated water with nitrate along with some food products containing high levels of nitrate can result in the entrance of excessive amounts of nitrate into the body. The ultimate goal of the present study is to design and investigate the bio-geo-filters in order for the elimination of nitrate from the runoffs.
    Materials And Methods
    In this research, alternate layers of non-woven geotextile filters and granular soil have been used for reduction and removal of pollution. These layers are of paramount importance in terms of their permissibility and absorption capability. For selection of materials some points have been considered, which include the material capability for pollution elimination, their accessibility, and maximal cost-effectiveness.
    Results
    After conduction of permissibility tests, the ratio of the weight mixture of the applied materials in PRB has been considered as 25% sand, 20% zeolite, 20% iron borings, and 10% poplar wood sawdust. It has been observed that for pH=7, the maximal nitrate absorption efficiency by zeolite is about 69%, sawdust 29%, and iron borings 12%. As indicated by the results of nitrate absorption through the final mixture of PRB in different concentrations of nitrate under optimal pH conditions while other parameters being constant, maximal absorption is due to the concentration of 150 mg L-1 and occurs in about 83%. The more the original nitrate concentration increases, the more the absorption amount goes up. Moreover, nitrate elimination with equal amounts of absorbent and optimal pH has been performed in different times for determination of equilibrium time, and the maximal elimination of 100% has been obtained in equilibrium time of 96 hours. in the administered test for removal of the pollution, after the growth of biologic mass in its environment, the filter was able to decrease the amount of nitrate up to 99% after the elapse of 9 days, and consequently its final amount was decreased from 100 mg L-1 to 1 mg L-1.
    Conclusion
    The designed permeable reactive barriers with the percentage of weight mix has the capability of adsorbing a quite large amount of nitrate in a short time. Washing of adsorbent materials and removal of the pollutants result in the increase in the especial surface of the adsorbent, and thus the adsorption power increases.
    Keywords: bio-geo-filter, Nitrate removal, Treating urban runoff, absorption, low-priced absorbents
  • Pages 103-119
    Background And Objectives
    Deep insight about the different effect of forest tree species on soil quality properties have made soil health monitoring perspective clear concerning sustainable management; however, restoration and reclamation of deteriorates inflicted on natural ecosystems may be managed through proper selection of tree species. In this study, in order to select suitable tree species in afforestation projects, Shalman Seed and Seedling of Forest Tree Species Research Station (Guilan province) was chosen as a study area to investigate carbon storage rates and effect of conifers and broadleaves on soil properties, Consequently, soil carbon labile pools were evaluated to present unique sensitive indicator of health and soil quality.
    Materials And Methods
    Sampling of 10 layers with thickness of 20 cm were taken from 0-200 cm depth under selected tree species plots, including Populus caspica, Oak (Quercus castaneifolia), Alder (Alnus glutinosa), Bald cypress (Taxodium distichum), Loblolly pine (Pinus taeda) and Juniper ( Juniperus polycarpos). Cation exchang capacity, mean weight diameter, EC, pH, bulk density, total nitrogen, soil organic carbon and its labile pools were analyzed in soil samples of 0-20, 20-40, 40-60 and 60-80 cm and just for carbon storage measurements all of 10 layers (0-200 cm) were considered. The experiments were of randomized complete block (RCB) designs. Data for the same soil interval were subjected to two-way analysis of variance (ANOVA). Person linear Correlation method was used to determine sensitive indicators of soil quality.
    Results
    Preliminary results indicated the significant effects of tree species on soil properties during soil depth. Despite insignificant differences in EC, pH and BD, our results showed that significant alterations by tree species types were found in the 0-20 cm soil layer. However, the greatest difference on CEC and MWD values were also observed in the 0-20 cm soil thickness between Alder vs. Juniper; and Alder vs. Bald cypress, respectively. All species had also higher total nitrogen (TN) and soil organic carbon (SOC) in the top soil layer (0-20 cm) followed the order: A. glutinosa > Q. castaneifolia > P. caspica > J. polycarpos > T. distichum > P. taeda. The measured amount of total soil organic carbon as a carbon storage was the highest and the lowest under Alder (A. glutinosa) and Loblolly pine (Pinus taeda) with 206.24 and 136.94 (ton OC ha-1), respectively.
    Conclusion
    Broadleaves, especially N fixer species such as Alder had the greatest effect on soil quality properties. Broadleaves had also great potential for carbon storage with more uniform distribution during soil depth. However, among broadleaves, Alder had great effect on soil properties and soil organic matter. Finally, according to correlation values, no single and more sensitive organic carbon pool as a soil quality indicator of forest tree species changes was selected, but the complex of soil organic carbon pools could be used as sensitive indicators of soil quality and health.
    Keywords: Labile soil organic carbon, Water soluble organic carbon, Carbon storage (stocks)
  • Pages 121-138
    Background And Objectives
    Contractions have many uses in supercritical flows, such as flow conveyance from intake channels of dams to tunnel spillways, reduction of chutes width and reduction of flow conveyance time in the flood conduits. In supercritical flows studies, the formation of the shock waves has an important role. Technically, production and development of the mentioned waves are undesirable due to water depth increase because of several times increasing of inflow water depth, its spread at a wide range in downstream of channel and water surface roughness. Any weak design of channels under supercritical condition can cause to scour channel’s bed and walls, damage to equipment in the flow direction, raising maintenance costs and reduce water conveyance efficiency. In the present research, the formation of shock waves in converged transitions of open channel with rectangular and trapezoidal sections was investigated using laboratory and physical models.
    Materials And Methods
    In order to investigate hydraulic parameters of shock waves in the converged transitions, twelve models with different geometries were used. In the present research, the studied geometric variables were the diagonal length of transition walls (0.5, 0.75 and 1m) and side wall angle (33.69º, 45º, 60º and 90º). In all used models, the convergence ratio was 0.5. The height and instantaneous velocity were measured in different points of formed shock waves in the mentioned models for four different Froude number in the range of 3.25 to 9.23.
    Results
    The measured values in the converged transitions showed that the velocity distribution was not uniform in the vertical direction of shock waves. Also, the results showed that by traveling wave front toward downstream cause to reduce wave velocity and increase wave height so that for various geometries, the changes trend was different. The results showed that on average, and for side slopes angels of 33.69º, 45º and 60º, the maximum height of shock waves was reduced 64.8%, 54.3% and 39.6% respectively in the comparison of trapezoidal and rectangular sections. Also, in the converged transitions and for the mentioned side slope angles, maximum shock wave velocity was reduced 39.1%, 31.6% and 16.5% respectively in the comparison of trapezoidal and rectangular sections. Increasing of side slope angle was accompanied with energy dissipation increment of shock waves for a constant Froude number and transition wall length. Also, maximum value of energy dissipation was seen for 0.5m of wall length. The values of energy dissipation for the mentioned length, Fr1=7.26 and side slopes angels of 33.69º, 45º, 60º and 90º were achieved 14.69%, 15.43%, 16.34% and 18.72%, respectively.
    Conclusion
    The analysis of the velocity profiles and free surface of shock waves showed that in general the reduction of side slope angle (increasing side slopes) of the transition wall, increase of diagonal wall length of the transition and reduction of Froude number have a direct relationship with the reduction of waves velocity and height. Since channels are constructed in the form of trapezoidal, the obtained results of the present research can be very useful for designer engineers.
    Keywords: Contraction, Diagonal length, Slide slope angle, Shock waves, Supercritical flow
  • Pages 139-156
    Background And Objectives
    The phenomenon of climate change and its impact on water resources is of utmost importance that has been less investigated in our country.In this study, The meteorological variables in terms of predicted climate change and were compared with the present situation. The effect of this phenomenon on Dinavar Kermanshah discharge basin taking into account the uncertainty was evaluated.
    Materials And Methods
    To this end, results of 6 model coupled atmosphere - ocean general circulation of the atmosphere contains MPEH5, IPCM4, INCM3, HADCM3, GFCM21 and NCCCSM under scenarios of greenhouse gas emissions SRESS includes A1B, A2 and B1 were Downscaling using the LARS-WG software. To determine the accuracy of the models and scenarios, temperature and precipitation observational data were compared with temperature and precipitation available data on Canada base models and scenarios and weighted method was used to evaluate uncertainty models and scenarios. Then, base of scenario and models uncertainty, was predicted variables in coming period (2011-2034) and (2046-2069) compared with the base period (1987-2010). After the downscaling of climate variables, IHACRES rainfall-runoff models used to simulate runoff in future periods.
    Results
    Based on the results, it's expected that temperature will be increased respectively 1.72 ,1.55 and 1.39 ° C in 2011-2034 and 3.27, 2.88 and 2.26 ° C in 2046-2069, for A1B, A2 and B1 scenarios compared to the baseline in Dinavar basin. As well as precipitation changes respectively has been 15.22, 17.94 and 23.27 mm for A1B, A2 and B1 scenarios in 2011-2034, and -35.4, 7.97 and 2.58 mm for A1B, A2 and B1 scenarios in 2046-2069 compared to the baseline in this basin. The results showed that the amount of average flow and runoff volume has been increased in future periods except A1B scenario (2046-2069). But, flow regime of maximum daily discharges showed that it is adjust in future period. Flow - Frequency curve analysis with different probability showed that it is required to build large reservoirs to water supply in low flow seasons in future periods.
    Conclusion
    The results showed that the amount of average temperature and precipitation will be increased in future periods. So that the increase of temperature in the second period is more than the first period and increase of precipitation in the first period will be more than the second period. Also the amount of discharges in future period will be increased so that the increase in the first period will be more than the second period, and the volume of runoff in the first period will be more than the second period and in both periods were higher than the base period. But flow regime of maximum daily discharges showed the decreasing in future period, So that the maximum discharge rate decrease in the second period is more than the first period. Flow - Frequency curve analysis also showed that in the absence ofwater storage, agriculture andindustry and drinkingin the area faced withsupply problems.
    Keywords: Climate change, AOGCM Models, Emission Scenarios, IHACRES, LARS-WG
  • Pages 157-172
    Background And Objectives
    Nitrate anion can be repelled by the negative charges on clay mineral's surface and leached from soil profile to surface and groundwater. Natural clays are not effective adsorbents and entrapment media for anions, low water soluble, non polar and non ionic organic molecules. However, the natural clays may be modified using organic cations (surfactant) to adsorb and trap varieties of non ionic, anionic compounds and enhanced anions retention capacity that are detrimental to our aqueous environments. The objective was to study the adsorption efficiency and desorption of nitrate in aqueous solutions by modified Iranian zeolite clinoptilolite (Semnan) with hexa decyl tri methyl ammonium bromide (HDTMA-Br), a cationic surfactant.
    Materials And Methods
    The micro and nano zeolite was separated by centrifuge method. The micro and nano-zeolites were first modified by hexa decyl tri methyl ammonium bromide (HDTMA-Br). In this study, adsorption efficiency in initial concentrations of nitrate by modified zeolite with surfactant loading of 100 and 200% external cation exchange capacity)(ECEC) was investigated in a completely randomized factorial design. The nitrate release as affected by time at 4 and 14 mM of nitrate in surfactant loading 200% ECEC were also evaluated. The external cation exchange capacity (ECEC) of zeolite was determined by replacing the Na in non zeolitic exchange sites with tert butyl ammonium ions. Structure and morphology of zeolite was determined using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDX) and atomic force microscope (AFM).
    Results
    The results showed that adsorption efficiency of nitrate by nano organo zeolite with surfactant loading of 200% ECEC in 3, 6, 14, 20 and 30 mM nitrate were 92, 88, 77, 67 and 56 %, whereas in micro-zeolite were 75, 67, 50, 41 and 33 % respectively. Adsorption efficiency of nitrate by micro organo zeolite with surfactant loading of 100 % ECEC were 53, 46, 35, 28 and 20 % respectively. In nano-organo zeolite, nitrate desorption were 2.6 to 5.7 % and 8.9 to 12.2 % in 3 and 14 mM, respectively, whereas for micro organo zeolite were 21% and 33 % in 3 and 14 mM of initial nitrate concentration, respectively.
    Conclusion
    Results of this research showed that the particular separation of zeolite, initial nitrate concentration and level of surfactant loading had a highly effect on adsorption efficiency and cleaning of nitrate in aqueous solutions. Moreover, nano-organozelite showed high adsorption efficiency of nitrate and good quality to trap and retain of nitrate.
    Keywords: Nano, micro zeolite, organoclay, hexadecyltrimethylammonium, ECEC, clinoptilolite
  • Pages 173-187
    Background And Objectives
    Nowadays, land degradation is a serious problem in many parts of the world. Land degradation occurs as a result of various factors including climatic change, improper land use and management in arid, semi-arid and dry sub-humid areas. It has been recognized as a major socioeconomic, social and environmental problem in many countries of the world. Various models are provided in order to assess desertification in the world. It seems that the MEDALUS model has apparent advantages compared to the other ones, such as easy style, data accessibility and taking geometric mean. The objectives of this study were to mapping and quantitative evaluation of land degradation in Siyahpoush catchment using MEDALUS and adjusted MEDALUS model.
    Materials And Methods
    In this study, MEDALUS and adjusted MEDALUS models were applied to desertification assessment and mapping in Siyahpoush catchment. For this purpose, four important criteria (soil quality, climate, vegetation cover, management and policy) which were effective on desertification have been selected. Indices for each criterion are defined in the MEDALUS model. Index layers for each criterion were prepared using GIS. These indices were ranked in accordance with MEDALUS model. The geometric mean was then calculated and map was produced for each criterion. Land degradation map of the study area was finally prepared using the geometric mean criteria.
    Results
    The result showed that management quality and climate quality criteria with a geometric average of 1.91 and 1.62 have played the most important role in sensitivity of the area to desertification. Soil quality criterion with a geometric average of 1.39 and vegetation quality criterion with a geometric average of 1.41 were classified in moderate and high quality, respectively. Therefore, vegetation quality was determined as the most appropriate criterion. The ESAI index for MEDALUS and adjusted MEDALUS model ranged 1.38 to 1.79 and 1.37 to 1.93, respectively. This means that all area is located in critical class of desertification.
    Conclusion
    The management and climate quality were identified as the most inappropriate criteria and vegetation quality was found as the most appropriate criterion. According to the obtained results, the study area is classified as critical class by ESAs model, so that 90.1% and 99.2% of the study area is located in the severe critical sub-class (C3) whit MEDALUS and adjusted MEDALUS model, respectively. However, implementing management policies would help to restrain this phenomenon at field or regional level. In addition, monitoring of land degradation needs to be considered that have involved more effective indices in this region.
    Keywords: Desertification, MEDALUS, Geographic information systems, Soil quality
  • Pages 189-204
    Despite recent progress in developing reliable climate models, the different uncertainties inherent in climate change projections. Climate can change due to a number of anthropogenic and natural factors in spatial and temporal large scales. Therefore, a successful application of a climate parameters simulation in applied water research strongly depends on uncertainty analysis of model output. Here we present a detailed and quantitative uncertainty assessment of rainfall for first future epoch (2011-2040) and second future epoch (2040-2070), based on the projections of wide range of rainfall projections resulting from the factorial combination of four emission scenarios, five GCMs and two downscaling methods (LARS-WG æ SDSM) in Bojnourd and Mashhad synoptic stations. This enabled us to decompose the uncertainty in the ensemble of projections using Box-whisker plot and Bootstrapping method. The uncertainty in precipitation change in response to the general circulation model (GCM) from HadCM3, NCPCM, CNCM3, GFCM2, CGCM3, SRES emission scenarios (A1B, A2, B1, and B2) and two downscaling method (SDSM and LARS-WG) was investigated in two future epochs. In this study, we evaluate the impact of uncertainty in climate change projections on the future precipitation by Box-whisker plots and Bootstrap technique. In the first step, the outliers were excluded by box-and-whisker plots. In the next step the precipitation projected which is reported by ten different scenarios, is then a vector of about 6000 bootstrap replications (500 per model), from which we take the 2.5th and 97.5th percentiles to calculate the range containing 95% of projected estimates. The GCM models show wide variation in their results, particularly for Bojnourd precipitation forecasting. According to Box-whisker graph in Bojnourd synoptic station (BSS), the projected precipitations by CGCM3 and HadCM3 in first and second epoch fall under the 2.5th and 97.5th percentiles. In Mashhad synoptic station (MSS) some scenarios projected precipitation significantly different from other scenarios which were belonging to CGCM3 in January and March and GFCM3 in summer months. On the basis of these results, it is clear that both stations will experience an increase in precipitation for epoch1 and epoch2, with the largest increase found for epoch2. In the next step confidence interval estimation by the bootstrap method is investigated for the uncertainty quantification of precipitation projections using the random sampling method. In BSS the confidence interval band is large in all month except in August and October. It is interesting that for MSS, the range in GCM predictions is relatively small for all seasons except in spring. This means that the uncertainty in climate predictions is considerably smaller for these months. All GCM and downscaling outputs are inherently uncertain because no model can ever fully describe physical systems. Most studies in the literature on the climate change projection do not capture the full range of plausible future climate variation, making their findings seem more precise than they actually are, and as a result making them less credible among climate scientists and potentially misleading for policymakers. We feel that the methodological approach presented here addresses a fundamental shortcoming in the past research. We show that failing to account for climate uncertainty lead to a false sense of confidence about the likely future impacts of climate change, when in fact impacts are actually far less certain.
    Keywords: Box-Whisker, Bootstrap, Climate change, Rainfall, Uncertainty
  • Pages 205-220
    Background And Objectives
    Nowadays, different materials such as applying Fe chelates, soil acidifying materials and industrial wastes are used to correct soil Fe deficiency. Slag and convertor sludge of steel factories are useful as a reclamation material for Fe nutrition among the industrials wastes for this purpose. These materials contain considerable amount of Fe produced in large quantities every year. Application of slag and convertor sludge to soil may affect bioavailability and chemical forms of Fe in soil. On the other hand, environmental pollution caused by heavy metals such as lead (Pb) is a serious and growing problem and can affect nutrient management such as Fe. Considering interaction of Fe and Pb, this research was performed to investigate the effect of converter sludge enriched cow manure on the changes in Fe bio-availability in a Pb polluted soil.
    Materials And Methods
    A factorial experiment with a randomized complete block design with 3 factors in three replications was conducted in greenhouse conditions. Treatments were consisting of applying enriched cow manure (0, 15 and 30 t ha-1) with 0 and 5% pure Fe from converter sludge. In addition, the soil was polluted with Pb from Pb(NO3)2 source at the rates of 0, 200, 300 and 400 mg Pb kg-1 soil and incubated for one month. Then, the enriched cow manure was added to the Pb polluted soil and corn (Zea mays L. single grass 704) seeds were sown. After 60 days from the experiment, soil physio-chemical properties and soil and plant Fe concentration were measured.
    Results
    Increasing the loading rate of cow manure from 0 to 15 and 30 t ha-1 in a Pb polluted soil (300 mg Pb soil-1) caused an increasing in DTPA extractable-Fe by 21 and 35 times, respectively. Similar to this result, root and shoot Fe concentration was also increased, as, applying 30 t ha-1 cow manure in a polluted soil (200 mg Pb soil-1) caused an increasing in root and shoot Fe concentration by 7 and 12.3 times, respectively. Enriched cow manure with converter sludge had also a positive effect on root and shoot Fe concentration, as, applying 30 t ha-1 enriched cow manure in a Pb polluted soil (200 mg Pb soil-1) caused an increasing in root and shoot Fe concentration by 2 and 7.7 times, respectively.
    Conclusion
    The greatest DTPA extractable Fe and root and shoot Fe concentration was belong to the non- polluted soil treated with 30 t ha-1 cow manure enriched with 5% Fe pure from converter sludge. Considering the interaction effect of Fe and Pb, increasing the soil Pb pollution caused the significant decreasing in soil Fe availability and root and shoot Fe concentration. The result of this study showed that applying cow manure enriched with 5% Fe pure from converter sludge can probably increase soil and plant Fe bio-availability. However, the role of applying cow manure on decreasing Pb bio-availability and thereby, increasing soil Fe bio-availability (iron and lead competitive effect) cannot be ignored.
    Keywords: Iron, Converter sludge, Enriched cow manure, Lead
  • Pages 221-235
    Background And Objective
    Evaporation is one of the main components of water losses in submerged irrigation method in paddy fields. The amount of evaporation is a function of temperature, relative humidity, wind speed, vegetated surface, submerges depth, water table level and other elements. In different intermittent irrigation managements, paddy fields frequently are under submerged and non-submerged situation. In each irrigation practice, the water level changes from submerged to capillary crack. This research aims measuring of evaporation rate during rice growth in different submerged depths in Guilan Province paddy fields in Rice Research Institute near meteorological research station in 2013.
    Material and
    Methods
    Five different water level treatments (5, 2.5, 0, -5, -10 cm) where applied to the farm in three repetition and using mini Lysimeters the evaporation is measured in daily scale in the middle of pig plots.
    Results
    The results show that evaporation in different submerged levels is significantly different in 5%.The most and least evaporation amounts are consequently seen in 0 cm and 10 cm treatments respectively 120.8 millimeter and 94 millimeter. In all treatments the evaporation reduces during the time to the half. Precipitation minimize also evaporation rate till 75 %. Neglecting precipitation dates also does not change the difference between treatments. The comparisons show that higher levels of water on the soil surface cause higher evaporation losses. By reducing water level and narrowing water depth on soil surface, especially in vegetation period evaporation reduces. If the thickness of this layer reduces and reaches to zero or soil became semi saturated, evaporation increases again. If the thickness of this layer reduces and reaches to zero or soil became semi saturated evaporation increases again. Then when the soil became dryer and the water level stays at -10 cm below soil level, the evaporation decreases significantly.
    Conclusion
    The results of evaporation measurements and its fluctuations are highly strongly to fluctuations of soil temperature in every treatment (in depth of 5 and 10 cm under the top soil) and water temperature and treatments which have higher records of temperature in the soil and water environment, have severer evaporation rates. In case of enough available water, presence a thin layer of water on top soil surface can reduce effectively evaporation. But in the absence of water necessary to maintain submergence, to reduce evaporation losses it is recommended to keep water level table in lower than 5 cm from top soil surface.
    Keywords: depth of submerged, Evaporation, Mini lysimeter, Paddy field, Vegetation period
  • Pages 237-249
    Background And Objectives
    In order to provide feasibility of winter cropping in paddy fields, subsurface drainage systems should be installed to overcome waterlogging problems and to remove excess rainfall. In different countries, installation of subsurface drainage in paddy fields caused increases in yield and facilitated working conditions on the land. In Pakistan (Azhar et al., 2005) and India (Ritzema et al., 2008), the installation of subsurface drainage system resulted in increases in cotton, sugarcane, rice, and wheat yields. In a research (Carter and Camp, 1994), it was shown that subsurface drainage systems increased sugarcane yield. Totally, evaluation of influences of subsurface drainage systems showed positive effects on rice yields (Darzi et al., 2012; Mathew et al., 2001; Satyarayana and Bonestra, 2007), also it can provide possibility of second crop in paddy fields. Because of new installation of subsurface drainage systems in Northern Iran paddy fields, investigation of canola yield as a second crop has a great importance. By determining amount of yield improvement and harvested yield, farmers and government will have good point of view in future work.
    Materials And Methods
    In this study, the effect of three conventional subsurface drainage systems and a bi-level drainage system along with a control treatment on canola yield was investigated in paddy fields of Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University. Experiments were done in randomized complete block design with 5 treatments in 2014-15. Water table depth were measured daily and in harvest time some of crop index like plant number in one square meter, pod number in plant, grain number in pod, 1000 grain weight and yield of canola were determined. Data were compared statistically by Combined ANOVA with least significant difference (LSD) test at the 0.05 probability level in SAS statistical software.
    Results
    The results of statistical analysis showed that plant number, pod number, 1000 grain weight in subsurface drainage treatments were significantly more than control treatment. Also, the canola yield in subsurface drainage treatments were significantly 425 to 1025 kg ha-1 more than that in control treatment. However the rainfall during germination time was much, the drains worked well and water table was lower than 30 cm.
    Conclusion
    Improvement of aeration and quicker discharge of excess water in subsurface drainage treatments during canola growing season caused more canola yield. Generally, grain yield in drainage treatment with 0.9 m depth and 30 m spacing, Bi-level drainage treatment, drainage treatment with 0.65 m depth and 30 m spacing and drainage treatment with 0.65 m depth and 15 m spacing were 55, 35, 29 and 22 % more than that in control treatment. Due to these results and large areas of paddy fields in North of Iran, use of these areas during wet seasons for canola cultivation can be a helpful solution for producing oil grains and achieving to self-sufficiency.
    Keywords: Bi-level drainage, conventional drainage, Hyola 401, water table
  • Pages 251-264
    Background And Objectives
    Applying hydrologic models and forecast is a necessity in different studies in water resources. There should be multiple assumptions in forecasting the outflow of watersheds due to different complex relations in hydrologic cycle. Because of assumptions and simplifications those applied in the structure of models and developed relations, forecasts made by rainfall runoff models are always subject to uncertainties. Different sources of uncertainty are categorized into three parts: first, the uncertainty attributed to the applied data, second, the structure of model and third, and the parameters. It is also necessary to address uncertainties and improve the precision of the forecasts. Therefore, there are multiple methods developed to analyze uncertainties. For this aim, data assimilation is a recommended approach and particle filter method is one of the developed models in this regard. The main goal of this research is to apply particle filter to update and improve the HYMOD rainfall runoff model forecasts based on observed stream flow. In addition, by the use of this approach, quantification and decreasing the uncertainty is evaluated based on different sources of error.
    Materials And Methods
    In this study, improving the forecasts is implemented by data assimilation approach. To this aim, particle filter method, successive Bayesian estimation and posterior probability density function are applied for obtaining the soil moisture and Hymod parameters in daily scale in Kassilian river basin with approximately 67 square kilometers area. Particle filter is based on Bayes equation and maximum likelihood function of errors for the given time period. Moreover, this method should be combined with statistical resampling that prevents divergence of the analysis, and corrects degeneracy, sample impoverishment of particles and tendency of the state variables particle weights to unit value (1).
    Results
    Applying particle filter method makes it possible to use the intended model parameters for simulating and forecasting by random ensemble parameters generation and calculating prior probability density function. This method is also effective for precising forecasts and simultaneous application of parameters and soil moisture variable in analysis. Also this method helps to modify the forecasts using Baysian theory and definition of primary errors maximum likelihood function. In addition, this method also represents the posterior probability density function and corrects the prior density function.
    Conclusion
    The results show applicability of particle filter method in combination with statistical resampling for hydrological data assimilation and improvement of the precision of forecasts of outflow from Kassilian river basin. It is shown that, the applied method improved the Nash-Sutcliffe statistic in comparison with open loop procedure. As the Nash-Sutcliffe statistic improved by 22%, rising from 0.55 to 0.67.
    Keywords: HyMod model, particle filter, Data assimilation, Resampling, Degeneracy
  • Pages 265-278
    Background And Objectives
    Sharp crested weirs are used for the purpose of flow measurement, flow diversion and water level control in hydraulics, irrigation, and environmental projects. So exploring the features and characteristics of the hydraulic properties are an important issue in the design of these structures. Various studies have been done about sharp-crested weir. Few studies have been done about the impact of inequalityin the upstream and downstream bed level on hydraulic properties. The sharp-crested weirs like other weirs, unequal in the upstream and downstream bed level (such as the Check drop) cause changes on the hydraulic characteristics that must be studied.
    Materials And Methods
    Research conducted on Hydraulic laboratory which Situated in Research Institute of Soil Conservation and Watershed Management. The experiments were performed in the flume with 14 meters length, width of 60 cm and a height of 50 cm. Sharp crested weirs was built of Plexiglas with a thickness of 6 mm, edge thickness of 2 mm, a height of 20 cm and a length of 60 cm in the workshop and was placed within the flume. Upstream bed level increased with proper materials in three level 5, 10 and 15 cm from floor. At any stage, values of the weir crest level and upstream and downstream water level were recorded for different discharges. Computational Fluid Dynamics (CFD) was used to generalize the results. For this purpose, FLOW 3D software was used for modeling of Free-surface flow over weir. In This software, weir and it’s free surface are considered by using Fractional Area Volume Obstacle Representation and Volume Of Fluid methods respectively. The governing equations were Navier-Stokes and continuity equations for incompressible flows. For modeling turbulence, was used Re-Normalization Group (RNG) model.
    Results
    The results showed a good agreement Between experimental data and numerical simulation. changing procedure of discharge coefficient was the same in both methods. Maximum deference in the H, extracted from two methods, is 5% that is acceptable. The results showed that by increasing the upstream bed level, the upstream flow depth decreases, velocity and Froude number increase. But rising the upstream bed level to 0.75 (Z/P=0.75) does not affect on the discharge coefficient. In numerical method, Discharge coefficient values for H/P≥0.5 can be considered the average value of 0.73 for all cases. With increasing discharge Froude numbers are converging in different ratios of upstream bed level. In the special case where the upstream bed level is rised to Crest (vertical drop or Z/P=1), the discharge coefficient value will be 0.6. This value is the lowest between all cases and its magnitude is equal to discharge coefficient of the broad-crested weir. So in this case, the level of water is higher than the same rate of discharge in the other cases and this difference goes up by increasing discharge. In Z/P=1 he Froude number will be equal to a fixed value Fr = 0.94Cd.
    Conclusion
    In summary it can be concluded that by increasing the upstream bed level, the Froude number will increase and thus the nape becomes more horizontal. In the range of H / P 0.5, except when the Z/P tend towards one, in other cases, the rising bed level and the increasing H/P have no significant impact on discharge coefficient. In the Z/P
    Keywords: vertical drop, sharp-crested weirs, discharge coefficient, Froude number, Check Drop
  • Pages 279-286
    Background And Objectives
    The use of storage dams plays a key role in the development of industry, agriculture and employment communities Bottom outlet tunnels are one of the most significant components of the reservoir dams which are used in flood evacuation and control. They consist of inlet duct, main conveyance tunnel and flow regulator structures including gates and valves. A major problem with bottom outlet gate of dams is cavitation which happens in the high flow discharge. This phenomenon would destroy the surface of structure. It has been demonstrated that flow aeration is an effective way to reduce the cavitation damages. In this regard, the flow aeration rate is an important discussion that must be noted. Since, in this paper aeration coefficient evaluation is assessed.
    Materials And Methods
    This study, is to estimate the aeration coefficient of bottom outlet gate of four dams (Alborz, Zhaveh, Gotvand Olia, Jareh) using Gene Expression Programming (GEP) approach. To achieve this aim, experimental data were used collecting from hydraulic structures laboratory of Tehran Water Research Institute to train and test the model. The aeration coefficient was influenced by compressed Froude number (Frc) and aerator area to gate area ratio (Aa/Ag). 30 chromosomes and 3 genes were chosen to GEP performance. The model ability was assessed by two statistical parameters of correlation coefficient (R2) and root of mean square error (RMSE).
    Results
    The results show that GEP predicted the aeration coefficient of bottom outlet gates of dams with R2 of 0.803 and 0.639 and RMSE of 0.096 and 0.125 for training and testing stages, respectively. This model gave better results compared by regression equation with R2 of 0.718 and 0.402 and RMSE of 0.114 and 0.171 for training and testing parts, respectively. In the other words, the error of aeration coefficient prediction was decreased about 28% using GEP approach.
    Conclusion
    The results show that GEP intelligence approach is an adequate model to predict aeration coefficient of bottom outlet gates of dams. Also, the results of traditional regression equations were improved using this method. In the other words, these results indicated that GEP is reliable to evaluate the aeration coefficient of bottom outlet gates of dams by more accurate estimation to prevent cavitation phenomenon. So, use of this way is suggested in future studies related to this topic.
    Keywords: aeration coefficient, Gene Expression Programming, cavitation, bottom outlet gate
  • Pages 287-294
    Background And Objectives
    Low flows are the most important parameters for the qualitative and quantitative hydrological analysis of the catchments and have a significant role in the planning and water resource management. Several factors are involved in low flow trend, including, land use and vegetation that directly and indirectly affected by the interference of humans. Low flow data, within a watershed is used for a wide range of activities including: drought planning, investigation of ecosystem status, planning water demand, water pollution issues, development projects in the field of power generation and environmental studies. Low flows from various aspects have been investigated. Some of these cases can be pointed to research Riggs (1990), Warner (2003) and McMahon and Nathan (1991). They were used a linear correlation and multivariate regression methods to estimate low flows. For prediction and investigation of the effect of land cover variation on flow parameters, several studies have been done, including research of Zhao, (2010) and Wei and Zhang (2010). The impact of land use and climate change on the hydrology of Alabama coastal basins by Ruoyu, et al was evaluated by hydrological modeling. Direct and indirect effects of human in land use changing and its role on water resources have studied by some researcher. Including: Kashaigili, (2008) and Delgado et al (2010) the aim of this study was to investigate the role of land use change on a number of low flow indices in Taleghan catchment.
    Materials And Methods
    In this research, by using topographical maps with the scale of 1:250000 and 1:50000 and Positioning the Galinak gauging stations in Taleghan river, the study area was Determined. Then using aerial photographs with the scale of1:20000 and TM and ETM satellite images of 1366 and 1381, land use map in the four-level of rangeland, dry land farming, irrigated and rock outcrop were prepared. Then land use change was calculated. Base flow index using daily data and based on, one parameter recursive digital filter algorithm were extracted by HydroOffice, 2012. Low flow indices with 3, 7, 15, 30 and 60 days duration using daily data were extracted. Then relationship between low flow indices and land use in the period of study were investigated. In this research, land use changes in the basin using the interpretation of aerial photographs and satellite imagery in three intervals of the years 1349, 1366 and 1381 were investigated. Base flow index using daily data and one parameter recursive digital filter algorithm were extracted. Low flow indices with 3, 7, 15, 30 and 60 days duration using daily data were extracted. Then relationship between low flow indices and land use in the period of study were investigated.
    Results
    The results showed that all of the low flow indices in the first period of study have experienced a steep upward trend. This trend in the second period during the years 1349 to 1366 also shows an increasing trend but with little slope. In the period 1366- 1381 all indices, including base flow index and other low flow indices a minimal decline have experienced. Increasing rangeland coverage of 81 with respect to 49 was in accordance with the increasing of indices in the period studied.
    Conclusion
    Land use Changes due to direct and indirect human intervention has a direct impact on the trend of low flow indices.Conformity of vegetation cover trend in 49 to 81 years with trend of low flow indices, indicating a positive role of rangeland on increasing the low flow indices. So rangeland protection to ensure, base flow continuity in the research area, is essential.
    Keywords: Agriculture land use, Digital filter, Low flow indices, Rangeland land use, Satellite images
  • Pages 295-301
    Background And Objectives
    Bridges are the most important river structures and lots of bridges are damaging every years by river floods. One of the reason in bridge damage is local scour in around of bridge abutment. Investigations are reveal that controlling of scour methods are based on mechanism of scour. If the design criteria perfectly do not use, extinctive damages will be occurs in bridges foundation. Proper design and management of spur dike structure can control scour and crate stability for bridge .Effect f scours on flow properties and sediment transport are different and depend on scour design parameters, flow hydrology and amount of sediment. Different factors have effected scour phenomena. For study of these factors different researches are necessary. The aim of this research are study of effective parameters on maximum scour depth in bridges abutment in asymmetric composite sections.
    Material and
    Methods
    This research has contacted on a rectangular shape flume with dimension of 1 m width,12 m length and 60 cm depth in hydraulic laboratory of Shahrood University. In this research the amount of scour in cape of abutment have been studied with asymmetric T- Shaped spur dike by 4 relative conjunction of 0.2, 0.5, 2 and 5 for length of wing by the 9, 18, 27, 36 and 45 cm distance from abutment. The amount of discharges used in study were 18,20, 22, 24 and 26 litter per second.
    Results
    Result of study reveal that maximum depth of scour is decreasing with increasing of the upstream length of spur dike to downstream, also it is showing that depth of scour is decreasing with increasing the distance of spur dike from abutment. Decreasing of the scour depth was 100 percent with 18 lit/s discharge and 70 percent with 26 lit/s. Results also showed that dimensions of scour hole is increasing with increasing discharge. In this research assessment of hydraulic and geometric parameters like discharge, average flow velocity, depth of water, length of spur dike, length of spur wing and distance of abutment was done. Analysis of these factors led to obtain a dimensionless equation. Final results of study was a new equation to estimate maximum depth of scour around the abutment.
    Conclusion
    Main results of this research revealed that with increasing of the distance of spore dike from abutment amount of dike effect to abutment erosion is increasing so that depth of scour in cap of abutment is decreasing.
    Keywords: spur dike, scour, abutment, bridge, asymmetric
  • Pages 303-309
    Background And Objectives
    Rill erosion is a major factor of soil loss in the marl formations. The marl formations are very susceptible to water erosion processes and cover a wide area in some watersheds in arid and semi-arid regions. Rill erosion is active water erosion in these areas which temporally varies during year, from each event to other or during each rainfall event. Temporal variation of rill erosion during a given rainfall event can occur due to the change of soil properties and its effect on the characteristics of concentrated flow. Knowledge of temporal variation of rill erosion and effect of during a rainfall event can provide information on the mechanism of rill erosion in the hillslopes. The rate of temporal variation of flow characteristics and rill erosion can be affected by the rainfall intensity. Therefore, this study was conducted to the study of temporal variation of flow characteristics and rill erosion in a marl soil under different simulated rainfalls.
    Materials And Methods
    A laboratory experiment was carried out using six simulated rainfall intensities ranging from 10 mm h-1 to 60 mm h-1 with three replications. Soil samples were collected from the marl formations in west of Zanjan and separately purred to a flume with 4m in length and 0.94 m in width putted on 10% slope. Rill erosion and flow characteristics (discharge and concentration) were measured at 5-min from starting flow/ runoff in each rainfall intensity. Rate of rill erosion and flow characteristics versus rainfall duration was obtained and differences among the different rainfall intensities were computed using the variance analysis method. The dependency of rill erosion on the flow characteristics (discharge and concentration) was determined for all rainfall intensities. All data analysis was performed using SPSS version 21.
    Results
    Results indicated that there are substantial differences in the flow starting time, flow concentration and rill erosion among the rainfall intensities (P
    Conclusion
    The study revealed that the threshold and pick time of rill erosion were strongly varied during rainfall. The variation trend of rill erosion during rainfall increases with increasing the rainfall intensity. Rill erosion temporally varies during rainfall. Rill erosion increases during rainfall due to increases in flow discharge as well as flow concentration. Rill erosion is strongly dependent on the flow discharge in initial times of rainfall, while in the last times its trend is very different from flow discharge.
    Keywords: Flow discharge, Erodible particles, Marl formation, Rill, Flow concentration
  • Pages 311-317
    Introduction and
    Objectives
    Precision in designing and correct managements on sprinkler irrigation systems can help to improve and develop of these systems and cause efficiency raising in agriculture.
    Materials And Methods
    In this research, constant classic sprinkle irrigation systems (four systems) and one wheel move sprinkle system were evaluated and compared (in 2015). To evaluate of irrigation systems, Christiansen’s uniformity coefficient (CU), distribution uniformity (DU), application efficiency of low-quarter (AELQ), and potential application efficiency of low quarter (PELQ) were calculated in the experimental plots and adjusted with pressure changes for the whole system.
    Results
    The maximum an uniformity coefficient and distribution uniformity in all the systems were in Darab, Arsenjan and Sarvestan counties and they were 80.78, 69.56 and 68.21 percent for uniformity coefficient, respectively. These values showed normal distribution of data and symmetry measurements than the average and the distribution uniformities were 66.12, 55.4 and 53 percent, respectively.
    Conclusion
    The reason of low distribution uniformity in systems was water losses for deep percolation, outdated system, pressure loss, and pressure and discharge variations of sprinklers. Homogenization of application efficiency potential of low quarter and the actual application efficiency in all evaluated irrigation systems were showed supply water less than plants water requirement. These values were low that showed water losses because of deep percolation and outdated systems
    Keywords: Evaluation of sprinkler irrigation, Irrigation adequacy, wheel move system, uniformity coefficient