فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و پنجم شماره 5 (آذر و دی 1397)

نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال بیست و پنجم شماره 5 (آذر و دی 1397)

  • 340 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1397/10/01
  • تعداد عناوین: 19
|
  • احمدعلی عابدین پور، آرمین جبارزاده*، محسن یحیایی صفحات 1-24
    سابقه و هدف
    کشاورزی به عنوان یکی از منابع اصلی ثروت در اقتصاد به شمار می رود. بنابراین کشورهای در حال توسعه برای برون رفت از بحرانهای اقتصادی و به دلیل نقش به سزایی که این بخش در تامین غذا، رفاه جامعه و در نهایت رشد اقتصاد ملی ایفا می کند، آن را سر لوحه برنامه های اقتصادی خود قرار می دهند. مدیریت و برنامه ریزی در خصوص منابع آب کشاورزی بسیار حیاتی است. در این پژوهش، علاوه بر تولید محصول به جنبه واردات آن هم توجه شده است. هدف این پژوهش بررسی ظرفیت زمین برای کاشت و منابع موجود برای تولید محصول می باشد تا از این طریق بتوان در راستای بهبود شرایط اقتصادی و اجتماعی کشاورزان در کشور گام برداشت.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش داده های مورد مطالعه برگرفته از گزارشات مستند از وزارت جهاد کشاورزی و کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران است. در این مطالعه ابتدا یک مدل ریاضی جامع ارائه داده شد که اهدافی نظیر کاهش میزان آب مصرفی، افزایش تولید محصولات استراتژیک و توجه به عوامل اجتماعی همچون اشتغال نیروهای محلی را در نظر گرفته است. در واقع، می توان تعیین نمود که چه میزان آب برای تولید چه محصولی بایستی اختصاص یابد تا هم از لحاظ مدیریت جامع منابع آب مفید باشد و هم کشاورزان سود بیشتری داشته باشند. به طور عمومی ذات مسائل تصمیم در دنیای واقعی دارای عدم قطعیت می باشد و یافتن جواب بهینه و درست بدون توجه به این موضوع موجب تصمیم گیری غیر واقعی خواهد شد. اگر چه رویکرد تصمیم گیری فازی می تواند بسیاری از شرایط غیر قطعی مساله را در نظر بگیرد، اما این رویکرد دارای محدودیتهای کاربردی می باشد و در بعضی از شرایط ممکن است نتواند عدم قطعیت موجود در دنیای واقعی را بخوبی ترسیم نماید. بر همین اساس، مفهوم جدیدی از عدم قطعیت با عنوان عدد زی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین، برای حل مسئله چند هدفه از یک رویکرد چند هدفه تعاملی استفاده شده است. روش مورد استفاده در این پژوهش برنامه ریزی ریاضی خطی است و با نرم افزار سیپلکس حل شده است.
    یافته ها
    در کشور الگوی کشت محصولات کشاورزی بر مبنای نیاز منطقه ای، وضعیت ذخایر آبی و میزان صادرات وجود ندارد و این مسئله نه تنها هدر رفت منابع آبی را به دنبال داشته که باعث کاهش بهره وری و زیان کشاورزان شده است. بدون تبعیت از برنامه خاصی، نوسان شدید قیمت محصولات کشاورزی در بازار مصرف وجود دارد. با توجه به استراتژیک در نظر گرفته شدن برخی محصولات کشاورزی مانند گندم، یونجه و جو در تحقیق حاضر، میزان تولید این محصولات نسبت سایر محصولات بیشتر است. در 22% از حجم زمین مورد نظر محصولی کاشت نخواهد شد و این امر به عواملی همچون منابع مورد نیاز برای کاشت و همچنین به صرفه بودن کاشت نسبت به واردات آن بستگی دارد.
    نتیجه گیری
    نتایج بدست آمده نشان میدهد که برای مدل، استراتژیک بودن محصولات کشاورزی از اهمیت بالا و میزان تولید آنها از اولویت بیشتری برخوردار است. این پژوهش با توجه به آمار وزارت کشاورزی در سال 1393، 18/61% سهم کل محصولات کشاورزی را پوشش می دهد که این رقم در مقایسه با مقالات قبل بسیار رقم چشم گیری است. از طرفی تحلیل نتایج بدست آمده بر اساس رویکرد عدد زی بیانگر ارائه یک جواب محافظ کارانه نسبت به سایر روش های رویکرد فازی و قطعی است.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی کاشت، عدم قطعیت، عدد زی، مدیریت منابع آب، برنامه ریزی چند هدفه
  • زینب ریاحی، مسعود بازگیر *، فاطمه ولی زاده کاخکی، محمود رستمی نیا صفحات 25-46
    سابقه و هدف
    آتش سوزی یک تهدید بزرگ منابع طبیعی در جهان محسوب می شود و به عنوان عاملی مهم در تغییر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک می باشد. آگاهی از پیامدهای مثبت یا منفی آتش سوزی بر ویژگی های خاک از نظر مدیریت منابع طبیعی می-تواند حائز اهمیت باشد. این مطالعه با هدف بررسی اثر آتش سوزی در مراتع منطقه بدره استان ایلام بر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک و نیز مقایسه آن با مناطق بدون آتش سوزی (شاهد) اجرا گردید.
    مواد و روش ها
    پس از بررسی های صحرایی و میدانی در مراتع منطقه بدره در شرق استان ایلام، پنج نمونه خاک از عمق های 5-0 و 20-5 سانتی متری به صورت تصادفی جمع آوری و به آزمایشگاه منتقل شدند و تجزیه های فیزیکی (بافت، میانگین وزنی قطر خاکدانه، رطوبت اشباع و جرم مخصوص ظاهری) و شیمیایی (مواد آلی، نیتروژن کل، فسفر قابل جذب، پتاسیم قابل جذب، کلسیم و منیزیم محلول، ظرفیت تبادل کاتیونی) روی نمونه های خاک انجام گرفت.
    یافته ها
    بیشترین مقدار شن (4/46 درصد) و سیلت خاک (4/24 درصد) در مرتع سوخته و بیشترین مقدار رس (39 درصد) در مرتع شاهد به دست آمد. آتش سوزی میزان میانگین وزنی قطر خاکدانه و تخلخل خاک را در مراتع سوخته در مقایسه با مراتع شاهد به ترتیب 28/14 و 76/8 درصد به طور معنی داری (05/0=α) کاهش داد. جرم مخصوص ظاهری خاک در مرتع سوخته در مقایسه با مرتع شاهد 1/9 درصد بیشتر بود. در عمق سطحی خاک آتش سوزی باعث افزایش رطوبت اشباع خاک به میزان 98/16 درصد در مقایسه با تیمار شاهد گردید. آتش سوزی مقدار ماده آلی خاک را از 66/2 درصد در مرتع شاهد به 19/2 درصد در مرتع سوخته به طور معنی داری (05/0=α) کاهش داد. اسیدیته خاک در مرتع سوخته (45/7pH=) نسبت به مرتع شاهد (07/7pH=) به طور معنی داری افزایش نشان داد. بیشترین میزان ظرفیت تبادل کاتیونی خاک (82/24 سانتی مول بار در کیلوگرم خاک) و کمترین (98/18 سانتی مول بار در کیلوگرم خاک) به ترتیب در خاک مرتع شاهد و سوخته حاصل گردید همچنین با افزایش عمق خاک، ظرفیت تبادل کاتیونی خاک 14/10درصد کاهش یافت. بیشترین فسفر قابل جذب خاک، منیزیم و کلسیم محلول در مرتع سوخته در عمق سطحی حاصل گردید. آتش سوزی در عمق زیرین خاک، تاثیر معنی داری بر مقدار فسفر قابل جذب، منیزیم و کلسیم محلول خاک نداشت.
    نتیجه گیری
    به طور کلی نتایج نشان می دهد آتش سوزی در مراتع منطقه بدره استان ایلام بر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک تاثیر داشته است به طوری که در بیشتر موارد باعث کاهش کیفیت خاک از لحاظ شیمیایی (کاهش ماده آلی، نیتروژن، ظرفیت تبادل کاتیونی) و فیزیکی (تغییر بافت، کاهش میانگین وزنی قطر خاکدانه، تخلخل و جرم مخصوص ظاهری) و در برخی موارد آتش سوزی با آزاد شدن عناصر غذایی نظیر فسفر، کلسیم و منیزیم در خاک باعث بهبود چرخه عناصر غذایی در خاک شده است.
    کلیدواژگان: آتش سوزی، خاک مرتع، میانگین وزنی قطر خاکدانه، عمق خاک، ماده آلی
  • علیرضا عرب عامری *، خلیل رضایی، مجتبی یمانی، کورش شیرانی صفحات 47-67
    سابقه و هدف
    در طی دهه های گذشته، زمین لغزش ها به دلیل طبیعت مخربشان موضوع مهم پژوهش بوده اند. زمین لغزش ها از فرآیندهای ژئومورفیک رایج در مناطق کوهستانی می باشند که باعث حرکت توده ای مواد سنگی، رگولیت و یا خاک می گردند. تعیین زمین لغزش های آینده به فرآیندهای زمین شناختی، ژئومورفولوژیکی و هیدرولوژیکی بستگی دارد که باعث بی ثباتی در گذشته و حال حاضر شده اند. به منظور ساخت جاده ها، راه آهن، خطوط لوله آب و خطوط الکتریسیته در مناطق کوهستانی تهیه نقشه پراکنش زمین لغزش بسیار مهم می باشد. به منظور ارزیابی حساسیت زمین لغزش تعدادی از تکنیک های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد که دامنه ای از ارزیابی های کیفی بر اساس قضاوت های کارشناسی که ذاتی می باشند تا ارزیابی های کمی بر اساس تکنیک های آماری پیشرفته و یا مدل های ریاضی را شامل می شود.
    مواد و روش ها
    مراحل روش شناسی که در تحقیق حاضر مورد استفاده قرار گرفته است شامل 6 گام می باشد. گام نخست: تهیه منابع داده هایی که در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته است شامل: داده های مربوط به عملیات میدانی، گزارشات تاریخی، نقشه توپوگرافی با مقیاس 1:50000، داده های هواشناسی، نقشه زمین شناسی با مقیاس 1:100000، مدل رقومی ASTER با قدرت تفکیک 30 متر و تصاویر لندست 8 با قدرت تفکیک 30 متر. گام دوم. تهیه نقشه پراکنش زمین لغزش: در این پژوهش نقشه پراکنش زمین لغزش با تعداد 80 موقعیت زمین لغزش با استفاده از عملیات میدانی گسترده و تفسیر عکس های هوایی تهیه گردید. گام سوم: تهیه پارامترهای موثر در زمین لغزش. گام چهارم: آنالیز تست هم خطی بین پارامترهای موثر در زمین لغزش. در این پژوهش 12 پارامتر به عنوان پارامتر موثر در زمین لغزش مورد استفاده قرار گرفتند که شامل طبقات ارتفاعی، شیب، شکل-شیب، طول شیب، فاصله از آبراهه، شاخص خیسی توپوگرافی، نسبت مساحت سطح، فاصله از جاده، سنگ شناسی، لیتولوژی، بارندگی و کاربری اراضی می باشند. گام پنجم: ترکیب مدل داده محور شواهد وزن قطعی و مدل دانش محور تحلیل سلسله مراتبی با استفاده از رابطه بین موقعیت زمین لغزش ها و داده های مختلف. گام ششم: صحت سنجی مدل با استفاده از شاخص های مساحت زیرمنحنی و شاخص سطح سلول هسته.
    یافته ها
    نتایج حاصل از رابطه فضایی بین موقعیت زمین لغزش ها و پارامترهای موثر در زمین لغزش ها با استفاده از مدل شواهد وزن قطعی (قطعیت، عدم قطعیت، عدم اطمینان، و احتمال) در جدول 3 و شکل 3 نشان داده شده است. مقایسه بین نقشه قطعیت و عدم قطعیت نشان داد که مقادیر قطعیت برای مناطقی که دارای مقادیر عدم قطعیت پایین می باشد، بالا می باشد و بالعکس. این موضوع بیانگر پتانسیل بالای وقوع زمین لغزش در مناطق دارای درجات بالای قطعیت و درجات پایین عدم قطعیت می باشد. مقادیر بالای عدم اطمینان در مناطق دارای مقادیر قطعیت پایین قرار دارند. وزن دهی پارامترهای موثر در زمین لغزش با استفاده از روش AHP نشان داد که پارامترهای لیتولوژی، طبقات ارتفاعی، فاصله از جاده، شیب و بارندگی به عنوان مهمترین فاکتورهای موثر در وقوع زمین لغزش می باشند. نسبت سازگاری ماتریس 036/0 بدست آمد که مقدار دقت خیلی خوبی است که منعکس کننده دقت بالای سازگاری اولویت بندی بین پارامترها می باشد.
    نتایج
    به علت برخی از محدودیت های روش های دانش محور فرآیند تحلیل سلسله مراتبی و داده محور شواهد وزن قطعی، زمانی که به صورت انفرادی در زمینه تهیه نقشه حساسیت زمین لغزش مورد استفاده قرار می گیرند، به منظور رفع آن از روش ترکیبی استفاده گردید. نتایج مساحت زیرمنحنی نشان داد که نرخ موفقیت و نرخ پیش بینی برای مدل ترکیبی به ترتیب 872/0 (3/87%) و 903/0 (3/90%) می باشد. نتایج حاصل از مقادیر شاخص SCAI در مدل ترکیبی در کلاس های حساسیت زیاد و خیلی زیاد قابل قبول می باشد. نقشه حساسیت زمین لغزش حاصله نشان داد که مناطق با حساسیت لغزش بالا در منطقه مطالعاتی عمدتا در طول جهات شمال غربی تا غربی پراکنده شده اند. این نقشه می تواند اطلاعات مفیدی را در زمینه مدیریت شیب و برنامه ریزی کاربری اراضی در مناطق لغزشی در اختیار مهندسین، تصمیم گیران و برنامه ریزان قرار دهد.
    کلیدواژگان: روش داده محور، روش دانش محور، صحت سنجی، حوضه فریدون شهر
  • احمد احمدی *، ابوطالب هزارجریبی، خلیل قربانی، موسی حسام صفحات 69-87
    سابقه و هدف
    اجرای روش های مختلف آبیاری در نواحی متفاوت، متاثر از عواملی مانند شرایط اقلیمی، کیفیت آب، وضعیت توپوگرافی، مشخصات خاک، نوع محصول و عوامل اقتصادی- اجتماعی است، وجود برخی محدودیت ها در هر یک از عوامل فوق در منطقه مورد مطالعه منجر به تغییر سامانه آبیاری پیشنهادی می گردد. مسائل و موضوعات مربوط به انتخاب روش آبیاری پیشنهاد شده با شاخص های کمی و کیفی مورد بررسی قرار می گیرد، امکان استفاده از این دو به طور همزمان در روش پردازش تجزیه و تحلیل سلسله مراتبی، آن را به یک ابزار قدرتمند برای تحلیل مسائل در این بخش تبدیل نموده است. با توجه به مطالب فوق و قدرت فرآیند تحلیل سلسله مراتبی در رابطه با تصمیم گیری برای انتخاب روش آبیاری مناسب برای منطقه و قوی تر شدن آن در تلفیق با سامانه ی اطلاعات جغرافیایی و بکارگیری کمتر این دو با یکدیگر در مطالعات انجام شده در سنوات گذشته در مناطق مختلف کشور و همچنین خراسان شمالی و به خصوص شهرستان اسفراین، نسبت به مطالعه آن اقدام شد.
    مواد و روش ها
    این پژوهش در شهرستان اسفراین، از توابع استان خراسان شمالی و بین مدارهای 57 درجه و 30 دقیقه طول شرقی و 37 درجه و 4 دقیقه عرض شمالی و مساحت کل 5192 کیلومترمربع است انجام شده است. در این تحقیق روشی برای امتیازدهی به عوامل تاثیرگذار در انتخاب سامانه های آبیاری نوین، بسط و ارائه شده است. در این روش میزان تاثیر عوامل مختلف با استفاده از ارقام صحیح (3+) تا (3-) در هفت درجه امتیازگذاری می شوند. به منظور تاثیر بیشتر عوامل مهم تر و یا جلوگیری از اثرگذاری یکسان عوامل با درجه اهمیت متفاوت، ضریبی به عنوان وزن هر عامل، لحاظ گردیده است. این ضریب بر اساس شرایط پروژه با استفاده از روش فرایند تحلیل سلسله مراتبی تعیین می شود. با تلفیق فرایند تحلیل سلسله مراتبی و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، این وزن در لایه های اطلاعاتی واردشده ضرب شده است. امتیاز نهایی، از جمع جبری امتیازات به دست آمده هر عامل برای هر منطقه به دست می آید. این امتیاز درواقع پتانسیل استفاده از هر یک از سامانه های آبیاری نوین است. داده های مربوط به این تحقیق، از بانک اطلاعاتی آبیاری تحت فشار مدیریت جهاد کشاورزی شهرستان اسفراین تهیه گردیده است.
    یافته ها
    در تحقیق حاضر مکان یابی روش های آبیاری نوین برای 77075 هکتار از اراضی مستعد کشت آبی (زراعت و باغ ها) شهرستان اسفراین انجام شد و نتایج به صورت نقشه هایی که در آن امتیازات هر منطقه از محدوده طرح برای هر یک از سامانه های آبیاری نوین نشان داده شده است، ارائه شد. نتایج این تحقیق نشان داد که: از مجموع 77075 هکتار از اراضی که به عنوان محدوده مطالعاتی محسوب می گردد، مساحت 58835 هکتار معادل 5/76 درصد محدوده مناسب برای سامانه آبیاری کم فشار، 17105 هکتار معادل 22 درصد محدوده مناسب برای سیستم آبیاری موضعی و1135 هکتار معادل 5/1 درصد محدوده مناسب برای سیستم آبیاری بارانی است.
    نتیجه گیری
    سیستم آبیاری کم فشار در اکثریت منطقه به جز نواحی شمالی به دلیل وضعیت توپوگرافی نامناسب، بالاترین امتیاز را کسب کرده است؛ بنابراین، روش آبیاری کم فشار جهت بالا بردن راندمان آبیاری در اکثریت محدوده پیشنهاد می گردد و در سایر مناطق (شمالی)، سیستم آبیاری موضعی به عنوان بهترین سامانه آبیاری نوین انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: سامانه های نوین آبیاری، فرایند تحلیل سلسله مراتبی، GIS
  • حامد نوذری*، مریم وفایی صفحات 89-107
    سابقه و هدف
    افزایش تقاضای آب و منابع آب محدود در مناطقخشک و نیمه خشک، مدیریت و برنامه ریزی جهت استفاده بهینه از منابع آب را ضروری و لازم ساخته است. از سوی دیگر منابع آب سطحی در ایران سهم عمده ای در تامین نیاز آبی بخش های مختلف شرب، کشاورزی و صنعت دارد. در همین راستا، مدیران جهت برنامه ریزی منابع آب به خصوص مخازن سد ها، نیاز به اتخاذ سیاست های بهینه دارند. از این رو تلاش های زیادی به منظور توسعه مدل های کامپیوتری در بخش مذکور صورت گرفته است. یکی از روش های بسیار موثر برای بررسی وضعیت سیستم ها، روش پویایی سیستم می باشد که یکی از روش های قدرتمند و بصری شبیه سازی است. مدلهایی که با این روش نوشته می شوند با بینش فرآیندهای بازخورد، کاربران سیستم را به فهم بهتری از رفتار دینامیکی سیستم ها در طول زمان نایل می سازند. اما Vensim یک ابزار مدل سازی بصری است که این امکان را می دهد تا بتوان مدل های سیستم های پویا را مفهوم سازی، شبیه سازی، تجزیه و تحلیل و بهینه سازی کرد. لذا در این تحقیق به منظور بهینه سازی منحنی فرمان عملکرد سد چغاخور از روش های پویایی سیستم و الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر هوش تجمعی استفاده شد. در نهایت دقت عملکرد این روش ها مورد ارزیابی قرار گرفت.
    مواد و روش ها
    منطقه مورد مطالعه در نزدیکی شهر بروجن واقع گردیده است. سد چغاخور خاکی بوده و آب آن عمدتا از طریق نزولات جوی و چشمه ها تامین می شود. در این تحقیق نتایج با داده های ماهانه جمع آوری شده در یک دوره 10 ساله (1393-1383) از سد چغاخور مقایسه می شوند. روابط بین جریان ورودی، حجم ذخیره مخزن و میزان رها سازی هر دوره تعیین و با استفاده از روش پویایی سیستم در محیط VENSIM و با استفاده از روش فراکاوشی pso در محیط MATLAB تعریف شدند. تابع هدف و محدودیت ها برای هر دو مدل یکسان می باشد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد مقدار ضریب تعیین که بیانگر همبستگی بین داده های شبیه سازی شده توسط روش پویایی سیستم و داده های مشاهده ای می باشد در حجم مخزن برابر 995/0 و برای میزان رهاسازی مخزن سد برابر با 991/0 می باشد. پس از بهینه سازی، اختلاف بین نیاز پایین دست و مقادیر رهاسازی شده کاهش یافت و باعث کاهش هدر رفت آب شد. میزان این اختلاف برای روش پویایی سیستم برابر با 78/11 میلیون متر مکعب و برای روش PSO برابر با 82/18 میلیون متر مکعب بود. این در حالی است که در شرایط واقعی این اختلاف برابر با 68/25 میلیون متر مکعب بوده است.
    نتیجه گیری
    در مجموع نتایج نشان داد که مدل پویایی سیتم نسبت به الگوریتم PSO از دقت بیشتری در بهینه سازی منحنی فرمان سد برخوردار است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، منحنی فرمان سد، سد چغاخور، الگوریتم PSO، پویایی سیستم
  • حمزه ابراهیم نژادیان *، محمد مناف پور، وحید بابازاده صفحات 109-127
    سابقه و هدف
    سرریزها از مهمترین و حساسترین بخش ها در سازه سدها به شمار می آیند که وظیفه تخلیه دریاچه سد در مواقع اضطراری و سیلابی را بر عهده دارند. با وجود این که مطالعات زیادی برای شناخت مشخصات جریان بر روی سرریزها انجام شده است، اما اطلاعات اندکی در مورد تاثیر همگرایی دیواره های سرریز برروی مشخصه های هیدرولیکی جریان فوق بحرانی پاییندست تنداب و پتانسیل وقوع کاویتاسیون موجود است. برای کاهش هزینه های ساخت سرریزهای نسبتا طولانی و همچنین لحاظ عوامل توپوگرافیکی، دیواره های سرریز را بخصوص در تنداب ها به صورت همگرا اجرا می کنند. دراثر همگرایی دیواره ها و اندرکنش جریان سرریز با این دیواره ها، جریان فوق بحرانی موجی، شکل میگیرد که حاصل این اندرکنش، تشکیل امواجی در پاییندست سرریز و روی دیواره های تنداب می باشد. این پدیده، میدان جریان پاییندست را تحت تاثیر قرار داده، شرایط نامتعادل هیدرولیکی روی سرریز را باعث می شود و بنابراین ارتفاع امواج روی دیواره، طرح دیوارهای کناری تنداب را تحت تاثیر قرار داده و از این لحاظ پروفیل امواج روی دیواره نیز اهمیت می یابد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق با استفاده از نرم افزار Flow-3D، مدل آشفتگی و روش حجم محدود به شبیه سازی جریان بر روی سرریز همگرا سد گاوشان پرداخته شده و سپس تاثیر همگرایی دیواره های سرریز سد گاوشان تحت زوایای مختلف همگرایی شامل 0، 1، 2، 5/2 و 3درجه بر مشخصه های هیدرولیکی جریان مانند نحوه توزیع سرعت متوسط، فشار متوسط کف و عمق متوسط جریان و همچنین احتمال وقوع کاویتاسیون مورد بررسی قرار گرفت. برای صحت سنجی نتایج حاصل از تحلیل عددی، از نتایج آزمایشگاهی مدل هیدرولیکی سرریز استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج حاکی از افزایش سرعت متوسط و عمق متوسط جریان با افزایش جمع شدگی دیواره های سرریز می باشد. همچنین موقعیت مینیمم عمق جریان روی سرریز با افزایش جمع شدگی دیواره ها به تاج سرریزنزدیک تر می شود. جمع شدگی دیواره ها باعث ایجاد دو دسته موج های ثانویه در کناره ها و محور سرریز می شود که منجر به افزایش آشفتگی در جریان و افزایش ارتفاع دیواره های سرریز می شود.
    نتیجه گیری
    با افزایش زاویه همگرایی، عدد فرود در طول مسیر جریان کاهش می یابد. با بررسی مقادیر فشار مشخص شد که به علت بالاآمدن عمق جریان در امتداد دیواره ها، فشار نیز در نزدیک دیواره های شوت افزایش پیدا می کند. بعلاوه با محاسبه ی شاخص کاویتاسیون در مقاطع مختلف مدل عددی مشخص شد که با افزایش زاویه ی همگرایی، شاخص کاویتاسیون افزایش یافته و در نتیجه بالاترین ریسک پدیده ی کاویتاسیون برای مدل با حداقل زاویه ی همگرایی خواهد بود.
    کلیدواژگان: دیواره ی همگرای سرریز، شبیه سازی عددی، نرم افزارFlow 3D، پدیده ی کاویتاسیون، مدل آشفتگی
  • سید یونس حسینی*، مهدی ناصری، صادق صادقی طبس صفحات 129-148
    سابقه و هدف
    مسائل بهره برداری از مخزن دارای اهداف مختلف و متنوع هستند که به ندرت منتهی به یک جواب بهینه می شوند و معمولا در آن ها مجموعه ای از جواب های بهینه (پارتو) موجود است. حل مسائل فوق در گذشته تنها با کاربرد روش های ساده کننده میسر بوده است که از آن جمله می توان به استفاده از ضرایب وزنی برای اهداف مختلف و تبدیل آن ها به یک تابع هدف استفاده کرد. اما در سال های اخیر با توسعه الگوریتم های چند هدفه تکامل-گرا، ابزار مناسبی برای حل آن ها فراهم شده است. در این راستا، هدف پژوهش حاضر، بررسی کارایی الگوریتم های بهینه سازی چندهدفه MOPSO، SPEA-II و NSGA-II در مسئله بهره برداری بهینه از مخزن با استفاده از مدل-های بهره برداری LDR، N-LDR جهت تولید پاسخ های بهینه پارتو در راستای توسعه پایدار و مقایسه نتایج با سیاست بهره برداری SOP است.
    مواد و روش ها
    جهت نیل به هدف مذکور، ابتدا روش های بهینه سازیNSGA-II , MOPSO و SPEA-II برای هر یک از توابع استاندارد خانواده ZDT با شرایط یکسان (تعداد جمعیت و تعداد اجرا برابر) مورد ارزیابی قرار گرفتند. پس از ارزیابی روش های بهینه سازی چندهدفه با استفاده از توابع استاندارد خانواده ZDT، مدل های بهره-برداری از مخزن LDR ،NLDR و SOP در محیط برنامه نویسی MATLAB کدنویسی شده و با روش های بهینه-سازی چندهدفه تلفیق گردیدند. برای هر یک از دو مدل شبیه سازی-بهینه سازی (LDR و NLDR) دو تابع هدف بدین شرح تعریف گردید، تابع هدف اول کمینه سازی مجموع درصد کمبودهای برآورد نشده و تابع هدف دوم بیشینه سازی اعتمادپذیری که بیشینه آن در شرایط بهره برداری SOP حاصل می گردد. مدل های بهره برداری از مخزن برای یک دوره 37 ساله از سال 1356 تا 1392، جهت یافتن ضرایب مربوطه در هر دو مدل خطی و غیر خطی، در شرایط یکسان برای هر یک از الگوریتم های بهینه سازی چند هدفه به تعداد 5000 تکرار اجرا گردید و جبهه پارتو بهینه حاصل شد.
    یافته ها
    با بررسی نتایج حاصله مشاهده شد روش SPEA-II در مدل بهره برداری NLDR به نتایج مناسب تری دست یافته است لذا از میان پاسخ های جبهه پارتوی بهینه حاصله از این روش، سه پاسخ به عنوان نمونه (با استفاده از معیارهای مختلف) انتخاب گردید و شاخص های اعتمادپذیری، برگشت پذیری، آسیب پذیری و MSI برای سه پاسخ مذکور محاسبه شد. با مقایسه مقادیر توابع هدف و سایر معیارهای توسعه پایدار در پاسخ NLDR-C و شرایط SOP می توان مشاهده نمود با بکارگیری مدل بهینه سازی چندهدفه می توان با میزان کمبود کمتر (MSI 76/21 نسبت به 32/26) تقریبا به ماکزیمم اعتمادپذیری (اعتماد پذیری در شرایط SOP) دست یافت. حال آن که در پاسخ NLDR-A کمترین میزان کمبود (MSI برابر 02/13) به نسبت سایر پاسخ های نمونه و سیاست SOP به چشم می خورد.
    نتیجه گیری
    با توجه به یافته های تحقیق مشاهده شد روش بهینه سازی SPEA-II در تمامی توابع استاندارد خانواده ZDT به جبهه پارتوی مطلوب تری نسبت به سایر روش های بهینه سازی دست یافته است. همچنین این روش در مقایسه با سایر روش های بهینه سازی دارای جبهه کامل تری از جواب های پارتو می باشد که این امر نشان از کارایی این روش بهینه سازی در مسائل بهینه سازی چند هدفه دارد. همچنین در رابطه با مدل های بهره برداری LDR و NLDR با تعداد تکرار یکسان، مشاهده شد مدل بهره برداری غیرخطی نتایج بهتری از خود نشان داده است که این امر می تواند به دلیل درجه آزادی بیشتر رابطه غیرخطی در تعیین منحنی فرمان رهاسازی مخزن سد باشد. در این تحقیق مجموعه ای از جواب های بهینه (بهینه پارتو) جهت برآورده نمودن اهداف مذکور ارائه گردید.
    کلیدواژگان: سیاست بهینه بهره برداری، بهینه سازی چندهدفه، سد نهرین طبس، توسعه پایدار
  • سیده زهره تقدیسی حیدریان* ، رضا خراسانی، حجت امامی صفحات 149-166
    سابقه و هدف
    برای مدیریت بهینه منابع آب و خاک توجه به ویژگی های فیزیکی خاک به خصوص ساختمان خاک ضروری است. ویژگی های فیزیکی خاک با اضافه کردن مواد آلی و معدنی بهبود می یابد. اضافه کردن برخی مواد آلی همواره باعث افزایش کارایی جذب عناصر و بهبود خصوصیات فیزیکی خاک می شود اما اثر برخی از مواد معدنی نظیر زئولیت علی رغم تاثیر مثبت بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک می تواند تاثیر منفی نیز داشته باشد که احتیاج به تحقیق بیشتری دارد. بنابراین، این تحقیق با هدف تاثیرکاربرد زئولیت و کود گاوی بر برخی پارامترهای فیزیکی خاک انجام شد.
    مواد و روش ها
    به منظور بررسی تاثیر زئولیت و کود گاوی بر برخی پارامترهای فیزیکی در خاک زیر کشت گیاه ذرت آزمایش گلدانی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار در گلخانه پژوهشی در شرایط کنترل شده انجام شد. فاکتورهای آزمایشی شامل زئولیت طبیعی در سه سطح (صفر، 6، 12 درصد وزنی) و کود گاوی پوسیده در سه سطح ( صفر، 5/0، 1 درصد وزنی یا صفر، 20، 40 تن هکتار) بودند. خاک آزمایشی از عمق 30-0 سانتی متری نمونه برداری شد. ویژگی های اولیه خاک، کود گاوی و زئولیت طبق روش های استاندارد اندازه گیری شد. خاک هر گلدان با تیمارهای آزمایشی با نسبت های معین مخلوط و بذر ذرت در آن کاشته شد. مراقبت روزانه و آبیاری کلیه گلدان ها با آب مقطر در حد ظرفیت زراعی براساس روش وزنی تا قبل از گلدهی گیاه ذرت به مدت 75 روز انجام گرفت. در پایان دوره رشدی گیاه از طوقه جدا و خاک هرگلدان هوا خشک شد. پارامترهای فیزیکی شامل جرم مخصوص ظاهری، درصد رطوبت اشباع، رس قابل پراکنش در آب و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها براساس روش های استاندارد اندازه گیری شدند.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که افزایش مقدار زئولیت، باعث افزایش درصد رطوبت اشباع (تخلخل کل خاک)، رس قابل پراکنش در آب و کاهش جرم مخصوص ظاهری و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (الک خشک) شد. کود گاوی باعث کاهش معنی دار جرم مخصوص ظاهری، رس قابل پراکنش در آب و افزایش میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (الک تر)شد. علی رغم تاثیر مثبت زئولیت بر روی جرم مخصوص ظاهری و درصد رطوبت اشباع، روی پارامترهای رس قابل پراکنش در آب و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (الک تر) تاثیر منفی داشت.
    نتیجه گیری
    زئولیت مانند هر ترکیب دیگر ممکن است اثرات مثبت و منفی داشته باشد. علی رغم تاثیر مثبت زئولیت روی برخی پارامترها، بر رس قابل پراکنش در آب و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (الک تر) تاثیر منفی داشت. با توجه به اثر مثبت کود گاوی بر رس قابل پراکنش در آب و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها تلفیق کود گاوی با زئولیت جهت تعدیل اثر منفی زئولیت تا حدودی قابل توصیه است.
    کلیدواژگان: پایداری ساختمان، تخلخل، رس قابل پراکنش در آب، زئولیت، کود گاوی
  • مهنوش فرزادمهر، مهدی دستورانی *، عباس خاشعی سیوکی صفحات 167-184
    سابقه و هدف
    هدایت هیدرولیکی اشباع خاک یکی از مهمترین خصوصیات هیدرولیکی خاک است که بر حرکت آب در خاک موثر است. شناخت این ویژگی می‏تواند به درک بسیاری از مشکلات زیست محیطی کمک کند. از طرفی اندازه‏گیری این ویژگی با روش‏های مستقیم مزرعه‏ای و آزمایشگاهی دشوار، زمانبر و هزینه‏بر است و استفاده از روش‏های جایگزینی را می‏طلبد که بتوان با صرف وقت، هزینه و زمان کمتری آن را از روی داده‏های زودیافت خاک تخمین زد. روش‏های ناپارامتریک از جمله روش‏های غیرمستقیم و نوین برآورد خصوصیات هیدرولیکی خاک از جمله هدایت هیدرولیکی اشباع می‏باشند. هدف از این پژوهش مقایسه روش درخت تصمیم و یک روش یادگیری برپایه نمونه ( IBk) که یک رده‏بند با k همسایه نزدیک است در برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، از روی خصوصیات زودیافت آن است.
    مواد و روش‏ ها
     در این پژوهش، از مجموعه داده‏ای با اطلاعات خاک‏شناسی 151 نمونه خاک که از منطقه‏ای در بجنورد گردآوری شده بود استفاده شد. خصوصیات زودیافت خاک شامل درصد شن، سیلت، رس، جرم مخصوص ظاهری، جرم مخصوص حقیقی، هدایت الکتریکی، درصد کربن آلی، درصد مواد خنثی‏شونده، رطوبت اشباع و اسیدیته بود. هدایت هیدرولیکی اشباع نمونه‏ها با استفاده از دستگاه نفوذسنج گلف اندازه‏گیری شده بود. برای تعیین مهمترین پارامترها در پیش‏بینی و مدل‏سازی هدایت هیدرولیکی اشباع، از آزمون گاما استفاده شد. ترکیبات مختلف از پارامترهای موجود در بانک داده بر اساس مقدار گاما با یکدیگر مقایسه شدند و ترکیب بهینه برای مدل‏سازی معین شد. مدل‏سازی با استفاده از دو روش ناپارامتریک یعنی درخت تصمیم با بهره‏گیری از الگوریتم M5P و روش یادگیری برپایه نمونه با بهره‏گیری از الگوریتم IBk با استفاده از ترکیب بهینه پارامترها که کمترین مقدار گاما را داشت صورت گرفت. برای بهبود عملکرد IBk دو نوع تابع وزن‏دهی فاصله استفاده شد. در آخر معیارهای ارزیابی مدل‏ها شامل ضریب تعیین (R2)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین قدر مطلق خطا (MAE) و درصد میانگین قدر مطلق خطا (MAPE) محاسبه شدند.
    یافته ‏ها
    ترکیب بهینه‏ ای که از آزمون گاما به دست آمد برای مدل‏سازی هر دو روش استفاده شد. این ترکیب شامل پارامترهای درصد شن، سیلت، رس، درصد مواد خنثی شونده، هدایت الکتریکی و جرم مخصوص ظاهری خاک بود. مدل M5P، پارامتر جرم مخصوص ظاهری خاک را به عنوان مهمترین متغیر دسته‏بندی‏کننده انتخاب کرد و سه رابطه خطی برای برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع با توجه به مقدار جرم مخصوص ظاهری ایجاد کرد. معیارهای ارزیابی نشان دادند که این مدل با جذر میانگین مربعات خطای 89/23 سانتی‏متر بر روز و میانگین قدر مطلق خطای 50/20 درصد، دقت بالایی در پیش‏بینی هدایت هیدرولیکی اشباع نداشت. استفاده از دو نوع تابع وزن‏دهی تاثیری بر بهبود نتایج مدل IBk نداشتند. مدل IBk نیز با جذر میانگین مربعات خطای 23/31 سانتی‏متر بر روز و میانگین قدر مطلق خطای 24/23 درصد دقت بالایی نداشت.
    نتیجه‏ گیری
    برای برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع، درخت تصمیم مدل مناسبتری نسبت به مدل یادگیری برپایه نمونه بود، همچنین این مدل اطلاعاتی از ساختار خاک تحت بررسی نیز به دست داد.
    کلیدواژگان: آزمون گاما، درخت تصمیم، الگوریتم IBK، الگوریتم M5P
  • مهدی یلتقیان خیابانی ، سید مهدی هاشمی شاهدانی * صفحات 185-200
    سابقه وهدف
    شرایط غیرمعمول بهره برداری کانال های آبیاری به سبب تشدید خشکسالی های پی در پی در اکثر شبکه های کشور عملکرد ضعیف شبکه های آبیاری کشور در توزیع عادلانه آب بین مصرف کنندگان را سبب شده است. در این شرایط بهره گیری از راهبردهای نوین در بهبود فرآیند بهره برداری مورد توجه قرار گرفته که اجرای آن نیازمند وجود سامانه کنترل خودکار در کانال می باشد و اصولا با شیوه های بهرهبرداری مرسوم اکثر شبکه های کشورمان انجام پذیر نیست.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق، سامانه کنترل خودکار مرکزی پیش بین جهت بهره برداری کانال اصلی آبیاری طراحی شد. همچنین شبیه سازی هیدرولیک جریان در کانال با استفاده از مدل ساده شده انتگرالی- تاخیری در محیط نرم افزارمتلب انجام گرفت. با تعریف متغیر جدید تفاوت خطای سطح آب بین بازه های کانال آبیاری، استراتژی بهره برداری تفاوت خطای سطح آب به عنوان بخش نرم افزاری سامانه بهره برداری به کنترل گر پیش بین اضافه شد. کانال مورد مطالعه در این تحقیق، کانال اصلی شبکه ی آبیاری رودشت است که با دو مشکل عمده نوسانات ورودی و کم آبی مواجه می باشد. براین اساس سناریوهای بهره برداری مختلفی با استفاده از اطلاعات واقعی بهره برداری کانال انتخاب شد و سامانه کنترل خودکار در شرایط مختلف بهره برداری مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور سنجش کارایی استراتژی بهره برداری تفاوت خطای سطح آب در توزیع عادلانه آب بین آبگیرهای واقع در کانال اصلی، بهره برداری کانال با و بدون بهره گیری از استراتژی بهره برداری مذکور بررسی شد.
    یافته ها
    نتایج تحقیق حاکی از عملکرد مطلوب سامانه کنترل خودکار در مدیریت بهره برداری کانال آبیاری تحت نوسانات ملایم و شدید بود به نحوی که میزان شاخص عدالت محاسبه شده به ترتیب 21/1 و 33/4 درصد برای دو سناریوی مذکور بدست آمد. با افزودن سناریوی کم آبی، ضرورت به کارگیری استراتژی «بهره برداری تفاوت خطای سطح آب» توسط کنترل گر پیش بین مشخص شد، زیرا با مقادیر بدست آمده 22/15 و 5/22 درصدی شاخص عدالت دیگر کنترل گر به تنهایی قادر به پیاده سازی توزیع عادلانه به نحو مطلوب نبوده است. همچنین نتایج نشان داد به کارگیری استراتژی مذکور به ترتیب سبب بهبود 13 و 17 درصدی شاخص عدالت توزیع آب در سناریوهای نوسان ملایم و نوسانات شدید شد.
    نتیجه گیری
    نتایج این تحقیق نشان داد که در شرایط وخیم بهره برداری، به کارگیری استراتژی های بهره برداری به منظور ارتقا عملکرد سامانه های کنترل ضروری است. مزیت عمده بهره گیری از استراتژی بهره برداری تفاوت خطای سطح آن است که بدون هیچ گونه نیاز به صرف هزینه اضافی جهت تغییر در زیرساخت سامانه کنترل خودکار، میزان مطلوبیت عدالت توزیع آب قابل بهبود است. راهبرد اختلاف خطای رقوم سطح آب به عنوان یک روش سیستماتیک در توزیع عادلانه آب بین آب بران در طول کانال اصلی، می تواند در بهبود عملکرد سامانه های کنترل خودکار نقش قابل توجهی را در شرایط کم آبی ایفا نماید.
    کلیدواژگان: عدالت توزیع، کانال آبیاری، مدیریت بهره برداری، مدرن سازی
  • ولی بهنام، احمد غلامعلی زاده آهنگر، محمد رحمانیان* ، ابوالفضل بامری صفحات 201-216
    سابقه و هدف
    فلزات سنگین یکی از مهمترین آلاینده های خاک می باشند. افزایش مقدار آن ها با توجه به پایداری آن ها در محیط زیست منجر به توجه محققان در دهه های اخیر شده است. از طرفی آلودگی خاک ها توسط فلزات سنگین که از خودروها تولید می شوند نیز یک مسئله زیست محیطی جدی می باشد. با توجه به اهمیت آلودگی خاک، بررسی امکان آلودگی خاک توسط خودروها گوناگون ضرورت پیدا می کند. ویژگی های توزیع مکانی آلودگی در خاک های آلوده عامل مهمی جهت شناسایی نقاط آلوده و برطرف کردن آن می باشد. این تحقیق با هدف بررسی توزیع مکانی فلزات سنگین روی، مس و نیکل در خاک های کنار جاده ای مسیر زابل – زاهدان انجام گرفت.
    مواد و روش ها
    با استفاده از روش نمونه برداری سیستماتیک منظم 252 نمونه خاک از عمق صفر تا 20 سانتی متر جمع آوری گردید. ویژگی های مختلف خاک شامل غلظت کل فلزات روی، مس و نیکل، پ هاش، هدایت الکتریکی خاک، کربن آلی، کربنات کلسیم معادل و بافت خاک اندازه گیری شد. فاکتور غنی شدگی و شاخص زمین انباشتگی برای تعیین وضعیت و روند آلودگی خاک این منطقه استفاده شد. نقشه پهنه بندی غلظت مس و روی با استفاده از روش کریجینگ معمولی و مدل نمایی، و برای فلز نیکل با استفاده از روش کریجینگ معمولی و مدل گوسی تهیه شد. دقت روش ها با استفاده از خطای قدر مطلق میانگین و مجذور میانگین مربعات خطا مقایسه شد و روشی که دارای بالاترین مقدار دقت بود برای تهیه نقشه فلزات سنگین خاک مورد استفاده قرار گرفت.
    یافته ها
    با افزایش فاصله از جاده غلظت فلزات سنگین کاهش یافت. برای تهیه نقشه نیکل مدل گوسی، و برای روی و مس مدل نمایی دارای بالاترین دقت بود. میانگین غلظت روی، مس و نیکل در فاصله صفر، 50 و 100 متری به ترتیب برابر با 33/54، 75/52، 56/51، 67/9، 40/9، 03/9 و 26/10، 02/10، 76/9 میلی گرم بر کیلوگرم بود. مقادیر روی، مس و نیکل در خاک های کنار جاده ای در منطقه مورد مطالعه کمتر از حد مجاز سازمان جهانی بهداشت (WHO)1بود. نتایج این مطالعه نشان داد رابطه بین روی، مس و نیکل یک رابطه مثبت و معنی دار است. در واقع وجود همبستگی بین فلزات مختلف نشان دهنده منبع مشترک آنها است.
    نتیجه گیری
    نتایج توزیع مکانی فلزات نشان داد که این خاک ها نسبت به مس، روی و نیکل غیرآلوده می باشند. غلظت و پراکنش این عناصر در منطقه دارای منشا زمین شناسی و انسانی می باشند. عناصر مس، روی و نیکل به طور طبیعی در خاک وجود دارند اما فعالیت های انسانی مانند فعالیت های کشاورزی و احتراق سوخت های فسیلی سبب تجمع بیشتر این فلزات در قسمت هایی از منطقه مورد مطالعه شده است.
    کلیدواژگان: آلودگی، خاک های کنارجاده ای، تغییرات مکانی، فاکتور غنی شدن
  • زهرا حبیبی، مهدی رحمتی *، اسماعیل کریمی، علی اصغر علیلو صفحات 217-231
    سابقه و هدف
    گزارش های متناقضی در مورد تغییر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و پاسخ های بیولوژیکی خاک های اصلاح شده با بایوفیلم وجود دارد. اگرچه گزارشی از مقایسه اثرات صمغ عربی در بافت های مختلف خاک وجود ندارد، گزارشات اثرات بیوپلیمرهای متفاوت به عنوان آنالوگ بالقوه ای از بایوفیلم در خاک های مختلف به صورت متناقض وجود دارد. با فرض اینکه کلاس بافت خاک، به عنوان ویژگی ذاتی آن ها، ممکن است اثرات اصلاح کننده ها یا تهویه کننده های مختلف را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین جهت ارزیابی عملکرد صمغ عربی در دو کلاس بافت خاک متفاوت، تحقیق حاضر با هدف بررسی اثرات صمغ عربی به عنوان مشابهی از بایوفیلم (پلی ساکاریدهای برون سلولی) بر چندین ویژگی خاک در خاک هایی با بافت لوم و لوم رسی انجام گرفت.
    مواد و روش ها
    برای انجام این تحقیق با دو خاک مختلف شامل کلاس های بافت لوم رسی و لوم، یک آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی (CRD) با دو فاکتور شامل نوع خاک و مقادیر مختلف صمغ عربی(صفر، 5 و 10 گرم درکیلوگرم خاک) و سه تکرار و دو مشاهده انجام گردید، سپس، بعد از اتمام مرحله انکوباسیون خاک های تیمار شده، نمونه های خاک دست خورده و دست نخورده از گلدان ها تهیه و برای اندازه گیری جرم مخصوص ظاهری، رطوبت اشباع خاک و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، پایداری خاکدانه ها در حالت خیس(WAS)، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (MWD)، بعد فرکتال جرمی خاکدانه ها، اسیدیته خاک (pH)، مقدار کربن آلی خاک، ظرفیت تبادل کاتیونی و تنفس میکروبی خاک اندازه گیری شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که اثر صمغ عربی بر رطوبت اشباع، جرم مخصوص خاک، هدایت هیدرولیکی اشباع و فعالیت میکروبی در خاک لوم نسبت به خاک لوم رسی کمتر بود. کاربرد صمغ عربی در خاک لوم رسی موجب افزایش تقریبا 12 و 18 و 317 درصد به ترتیب در مقدار رطوبت اشباع حجمی و جرمی و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک لوم رسی شد. درحالی که اثرات خیلی ناچیزی بر این خصوصیات در خاک لوم داشت. استفاده از صمغ عربی همچنین، جرم مخصوص خاک لوم رسی را کاهش داد درحالی که هیچ تغییری در جرم مخصوص خاک لوم مشاهده نشد. همچنین در خاک های تیمار شده، صمغ عربی تغییرات مثبتی را در کربن آلی خاک و پایداری، اندازه و بعدفراکتال جرمی خاکدانه ها که مستقل از نوع خاک می باشند را نشان داد.
    نتیجه گیری
    با توجه به اینکه تغییرات کمتری در خصوصیات بافت لوم (درشتر از خاک لوم رسی می باشد) مشاهده شد، پیشنهاد ما کاربرد مقدار بالاتری از صمغ عربی (بیشتر از 10 گرم بر کیلوگرم) در خاک درشت بافت یا استفاده آن به همراه بقایای مواد آلی برای دستیابی به اثرات قابل توجه در این خاک ها می باشد.
    کلیدواژگان: بعدفراکتال، بیوپلیمر، پایداری خاکدانه، هیدروکلوئید
  • علی بافکار *، ندا بابلی صفحات 233-247
    سابقه و هدف
    در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم ترین مسائل پیش روی بشر می باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می شود مواد آلاینده نیز به طرق مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می گردند و این مسئله در آینده بحرانی تر خواهد شد. آلودگی محیط زیست مخصوصا آب که عامل مهمی در محدود ساختن پیشرفت های انسان است، چنان اهمیت پیدا کرده است که مبارزه با آن مورد بحث سمینارهای جهانی و منطقه ای قرار گرفته است. آلودگی آب های زیرزمینی و سطحی به نیترات در بسیاری از مناطق دنیا به صورت یک مشکل جدی مورد توجه است. روش-های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مختلفی برای حذف نیترات وجود دارد از جمله این فرآیندها می توان به اسمز معکوس، تبادل یون، کلریناسیون نقطه شکست، الکترودیالیز و دنیتریفیکاسیون شیمیایی اشاره کرد. در سال های اخیر توجه فراوانی به مواد کم هزینه نظیر پوست درخت، نانوجاذب های گیاهی و سایر مواد زائد به عنوان جاذب شده است. این مطالعه با هدف بررسی امکان استفاده از جاذب برگ درخت بلوط به عنوان یک جاذب ارزان قیمت و مقرون به-صرفه در حذف نیترات از محلول های آبی صورت گرفت.
    مواد و روش ها
    به منظور انجام آزمایش های جذب، نخستین قدم تهیه جاذب مورد نظر است. برای این کار و به منظور رسیدن به نتیجه مطلوب، از جاذب برگ درخت بلوط به عنوان بهترین گزینه استفاده شد تا بتوان جذب را در بهترین شرایط به دست آورد. پس از آماده سازی جاذب آزمایش های مشخصه یابی جاذب از جمله دانه بندی ذرات و سطح ویژه جاذب به روش جذب متیلن بلو صورت گرفت. سپس آزمایش های ناپیوسته انجام و روش تجزیه و تحلیل داده ها ذکر گردید. مطالعه حاضر درمقیاس آزمایشگاهی و به صورت ناپیوسته انجام شد. در این پژوهش جاذب برگ درخت بلوط ابتدا در برابر آفتاب نسبتا خشک و به وسیله آسیاب خانگی خرد شده و سپس برای تهیه مواد نانو متری جاذب از الک شماره 200 عبور داده شد. و پس از شستشو با آب مقطر در آون با دمای 70 درجه سلسیوس به مدت 24 ساعت خشک شد. در این تحقیق اثر عواملی مانند pH، جرم جاذب، زمان تماس و غلظت اولیه نیترات مورد آزمایش قرار گرفت. تمام آزمایش ها در سیستم ناپیوسته با سه بار تکرار انجام گرفت. تجزیه و تحلیل داده ها و رسم نمودارها توسط نرم افزار اکسل صورت گرفت. از مدل های سینتیک لاگرگرن و هوو برای بررسی فرآیند جذب استفاده شد، همچنین با استفاده از مدل های ایزوترم فروندلیچ و لانگمیر، داده های جذب تعادلی مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفتند.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که برای جاذب مورد مطالعه زمان تعادل پس از 120 دقیقه و حداکثر جذب نیترات در5 pH= به دست آمد. با افزایش جرم جاذب از 3/0 تا 7/0 گرم راندمان حذف از 93/88 تا 82/93 درصد افزایش یافت، اما با افزایش میزان جاذب از 7/0 تا 6/1 گرم راندمان جذب تقریبا کاهش یافت. با افزایش غلظت نیترات محلول (120-5 میلی گرم بر لیتر)، راندمان حذف از 41/94 به 35/89 درصد کاهش یافت.
    نتیجه گیری
    بر اساس نتایج بدست آمده فرایند جذب از مدل هوو و همکاران تبعیت کرده و داده های جذب با ایزوترم فروندلیچ مطابقت بیشتری داشت. بنابراین می توان اظهار نمود که برگ درخت بلوط می تواند بعنوان یک جاذب مناسب و مقرون به صرفه با حداقل تکنولوژی در حذف نیترات مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: نیترات، راندمان حذف، نانو جاذب، برگ درخت بلوط
  • احمد کریمی، ناهید مغانی *، جهانگرد محمدی، مهدی نادری صفحات 249-263
    سابقه و هدف
    نوع کاربری زمین تاثیر چشم گیری بر ویژگی های خاک دارد. مطالعه تاثیر کاربری زمین بر ویژگی های کیفیت خاک، امکان شناسایی روش های مدیریتی پایدار و به تبع آن پیشگیری از تخریب فزاینده خاک را فراهم می کند. تغییر کاربری اراضی، قطع یکسره ی درختان، جنگل ها و تبدیل مراتع به اراضی کشاورزی باعث تخریب یا اخلال در اکوسیستم های طبیعی، کاهش ظرفیت تولید فعلی یا آینده ی خاک شده و اثرات زیان باری بر خصوصیات فیزیکی خاک دارد. با توجه به گستردگی تغییرات کاربری اراضی در ایران و از آن جایی که ویژگی های کیفیت خاک و مقادیر آن ها با توجه به اهداف تحقیق و شرایط منطقه ای متفاوت می باشند، تحقیق حاضر جهت بررسی ویژگی های کیفیت خاک به ویژه ویژگی های فیزیکی در کاربری های مختلف در بخشی از شهرستان شهرکرد انجام شد.
    مواد و روش ها
    این پژوهش در بخشی از حوزه آبخیز بارده با مساحت 80 کیلومتر مربع واقع در 40 کیلومتری شمال غربی شهرستان شهرکرد (مرکز استان چهارمحال و بختیاری) انجام شد. کاربری عمده اراضی در این منطقه، مراتع طبیعی و کشت دیم است. تعداد 85 نمونه از خاک سطحی به صورت تصادفی و نمونه مرکب (حاصل از سه نمونه واقع در رئوس مثلث متساوی الاضلاع به علاوه یک نمونه واقع در مرکز مثلث) با فواصل 1 کیلومتر و از عمق (0-20) سانتی متری برداشته شد به نحوی که با توجه به نقشه کاربری اراضی منطقه از کاربری مرتع 58 نمونه، کاربری کشت دیم 17 نمونه و از کاربری کشت آبی 10 نمونه از خاک سطحی تهیه گردید. همچنین از نقاط نمونه برداری نمونه دست نخورده جهت اندازه گیری جرم مخصوص ظاهری و هدایت هیدرولیکی خاک تهیه شد و ویژگی های فیزیکی از جمله توزیع اندازه ای ذرات، جرم مخصوص ظاهری، تخلخل کل، شاخص های پایداری خاکدانه و هدایت هیدرولیکی اشباع در آن ها اندازه گیری شد. تجزیه و تحلیل آماری براساس روش های آمار کلاسیک و با استفاده از نرم افزار آماری Statistica Ver.8 انجام شد. برای بررسی ویژگی های کیفیت فیزیکی خاک در کاربری های مختلف از تجزیه واریانس (ANOVA) و مقایسه میانگین (روش دانکن در سطح 5 درصد) استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که جرم مخصوص ظاهری، درصد سیلت، پایداری ساختمان خاک به روش الک تر و خشک در اراضی کشاورزی (کشت دیم و آبی) بیشتر از اراضی مرتعی بود که از لحاظ آماری معنی دار نبود. تخلخل کل خاک و درصد شن در کاربری مرتع دارای مقدار بیشتری نسبت به کاربری کشت دیم و آبی بود. هم چنین در کاربری کشاورزی به خصوص کشت دیم در مقایسه با کاربری مرتع درصد رس بیشتر، ولی هدایت هیدرولیکی اشباع کمتر است که این تفاوت معنی دار نبود. نتایج تجزیه واریانس و مقایسه میانگین خصوصیات مورد بررسی، از لحاظ آماری تفاوت معنی داری را بین سه کاربری مرتع، کشت آبی و کشت دیم نشان نداد.
    نتیجه گیری
    برای جلوگیری از تخریب اراضی و کاهش کیفیت خاک در کاربری ها، راهکار طولانی مدت در اراضی زراعی، کاهش عملیات خاک ورزی و افزودن ماده آلی به خاک می باشد. در اراضی مرتعی نیز باید از ورود دام های مازاد بر ظرفیت مرتع و ورود دام به مرتع قبل از آمادگی مرتع جهت چرا ممانعت کرد.
    کلیدواژگان: کاربری اراضی، کیفیت خاک، نمونه مرکب، حوزه آبخیز بارده
  • محمدحسین داوودی *، جلال قادری، کاظم خاوازی صفحات 265-280
    سابقه و هدف
    در خاک های آهکی ایران به علت pH بالا، عناصر غذایی از حلالیت اندکی برخوردار بوده و جذب آنها توسط گیاهان با مشکل مواجه است. برای رفع این مشکلات و برای دستیابی به عملکرد مطلوب در چنین خاک هایی ناگزیر به استفاده ازگوگرد به عنوان یک ماده اصلاحی برای کاهش موضعی pH خاک و افزایش حلالیت عناصر غذایی می باشد. هدف از اجرای این تحقیق بررسی اثر گوگرد همراه با باکتری تیوباسیلوس بر تغییرات pH، هدایت الکتریکی، فسفر، گوگرد، روی و آهن قابل استفاده در خاک های زیر کشت گندم و غلظت عناصر غذایی در دانه آن در چهار منطقه از خاک های این استان با گوگرد قابل جذب متفاوت بود.
    مواد و روش ها
    آزمایشی شامل چهار تیمار مصرف گوگرد (500،250،0 و1000 کیلوگرم بر هکتار)، در سه تکرار و در قالب طرح بلوک- های کامل تصادفی، در چهار مزرعه با مقدار گوگرد قابل جذب متفاوت ( 7، 13، 18و 27 میلی گرم برکیلوگرم خاک)، در مناطق مختلف استان کرمانشاه (چغانرگس، ماهیدشت، نجف آباد و قمشه) و در سال زراعی 95-1394، اجرا شد. قبل از کاشت، خصوصیات شیمیایی و فیزیکی خاک های مورد آزمایش با روش های استاندارد آنالیز گردید.گندم در کرت های آزمایشی کشت شد و نمونه برداری از خاک در دو مرحله از رشد گندم (پنجه زنی و ساقه رفتن) و پس از برداشت برای اندازه گیری خصوصیات شیمیایی خاک و نسبت به برآورد عملکرد گندم و اندازه گیری عناصر غذایی در دانه آن با روش های متداول اقدام گردید
    یافته ها
    نتایج نشان داد که در تمام خاک های مورد آزمایش، تاثیر مقادیر مختلف گوگرد همراه با باکتری تیو باسیلوس بر کاهش pH خاک، افزایش هدایت الکتریکی، فسفر،گوگرد، آهن و روی قابل استفاده خاک در مرحله پنجه زنی، ساقه رفتن و پس از برداشت گندم در مقایسه با تیمار شاهد در مزارع چغانرگس، ماهیدشت اختلاف معنی داری در سطح یک در صد (p<0.01) و در نجف آباد و قمشه در سطح پنج در-صد (p<0.05) وجود داشت. کم ترین مقدار pH خاک و بیش ترین مقدار خصوصیات اندازه گیری شده در تمام مزارع آزمایشی با مصرف 1000 کیلوگرم گوگرد بر هکتار و در مرحله ساقه رفتن شاهده شد. پس از برداشت محصول، به علت ظرفیت بافری، pH خاک و عناصر غذایی، نسبت به مرحله ساقه رفتن کاهش یاقتند. هم چنین با مصرف گوگرد مقدار غلظت عناصر غذایی به طور معنی داری در دانه گندم در هر چهار مزرعه افزایش و بیش ترین غلظت این عناصر با مصرف 1000 کیلوگرم گوگرد بر هکتار گوگرد بود.
    نتیجه گیری
    تاثیر گوگرد همراه با باکتری های تیوباسیلوس بر خصوصیات شیمیایی خاک و مقدار غلظت عناصر غذایی در دانه گندم امیدوارکننده بود و این بیانگر پتانسیل خوب آن برای کاربرد در بخش کشاورزی می باشد و هرخاک آهکی دارای پتانسیل خاصی برای اکسیداسیون گوگرد است که وابسته به خصوصیات آن خاک می باشد و تنها مقدار کربنات کلسیم معیار مناسبی برای کاربرد گوگرد برای افزایش حلالیت عناصر غذایی نمی باشد.
    کلیدواژگان: pH، هدایت الکتریکی، فسفر، گوگرد، روی
  • نیما اکبری *، کاظم اسماعیلی، سعید رضا خداشناس صفحات 281-292
    سابقه و هدف
    یکی از کاربردهای مهم پرش هیدرولیکی کنترل فرسایش پایین دست کانال از سیستم های انتقال آب با سرعت بالا مانند تنداب ها و سرریزها بوسیله مستهلک کردن مقدار زیادی از انرژی جنبشی پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش می باشد. حوضچه های آرامش معمولا از بتن صاف و نفوذ ناپذیر ساخته می شوند که این امر مشکلاتی از نظر زیست محیطی و همچنین هزینه و صعوبت اجرا به دنبال دارد. استفاده از حوضچه های آرامش در کانال های طبیعی پوشش داده شده با ریپ رپ و کانال های سنگی رو به گسترش است. این حوضچه ها ذاتا زبرتر و نسبت به حوضچه های آرامش سنتی نفوذپذیر می باشند. در حال حاضر تاثیر نفوذپذیری کانال بر روی مشخصات پرش هیدرولیکی مانند اعماق مزدوج و طول پرش نامشخص است. در این تحقیق مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش با بستر نفوذپذیر متخلخل به عنوان جایگزینی برای حوضچه های بتنی در اینگونه موارد مورد بررسی قرار گرفته است.
    مواد و روش ها
    برای انجام آزمایش ها یک کانال آزمایشگاهی به طول 6 متر و عرض 80 سانتی متر با جداره شیشه ای مجهز به مخزن تامین هد به ارتفاع 3 متر در ابتدای کانال در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه فردوسی مشهد طراحی و ساخته شد. دبی موردنیاز آزمایش ها توسط سیستم آب رسانی آزمایشگاه مجهز به پمپ سانتریفیوژ با توان آبدهی 100 لیتر بر ثانیه تامین گردید. از دو دریچه کشویی در ابتدا و انتهای کانال به منظور ایجاد جریان فوق بحرانی، تنظیم عمق پایاب و تثبیت موقعیت پرش استفاده شد. از سه نوع شن خوب دانه بندی شده با میانگین قطر دانه بندی مختلف در محدوده 8/9 تا 38 میلی متر با طول ها و ضخامت های متفاوت برای ایجاد بستر نفوذپذیر استفاده گردید. آزمایش ها برای پنج عدد فرود متفاوت در محدوده 3/5 تا 4/7 انجام شد. عمق اولیه، ثانویه و طول پرش برای هر آزمایش اندازه گیری شده و با نتایج حاصل از بستر صاف نفوذناپذیر مقایسه گردید.
    یافته ها
    درمجموع اهداف مختلف موردنظر این تحقیق که در درجه اول شامل ارزیابی اثر بالقوه نفوذپذیری کف حوضچه آرامش بر روی مشخصات پرش هیدرولیکی مانند نسبت اعماق مزدوج و طول پرش بود، به دست آمد. نتایج آزمایش ها نشان داد که پارامترهایی مانند میانگین قطر دانه بندی بستر حوضچه، طول و ضخامت بستر و عدد فرود جریان بر ابعاد پرش هیدرولیکی و میزان افت انرژی حاصل از آن موثرند.
    نتیجه گیری
    نفوذپذیری بستر سبب کاهش ابعاد پرش هیدرولیکی شده بطوریکه نسبت اعماق مزدوج در مقایسه با بستر صاف به طور میانگین 19 درصد و نیز طول پرش حدودا 31 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: حوضچه آرامش، بستر نفوذپذیر، تخلخل، پرش هیدرولیکی
  • مریم احمدوند، جابر سلطانی* ، مریم وراوی پور، سید ابراهیم هاشمی گرمدره صفحات 293-304
    سابقه و هدف
    یکی از مهم‏ترین آلاینده ها در آب های سطحی و زیرزمینی نیتروژن محلول به فرم نیترات می باشد. سیستم های زهکشی مصنوعی با افزایش نسبی سرعت انتقال زه آب به آب های سطحی نسبت به حالت طبیعی باعث می شوند زمان به وقوع پیوستن فرآیندهای طبیعی از جمله دنیتریفیکاسیون کاهش یابد. بیوراکتورهای دنیتریفیکاسیون با ایجاد یک محیط از منابع کربنی و عبور آب زهکش از میان آن باعث افزایش دنیتریفیکاسیون و حذف نیترات از محیط می گردند. در این مطالعه از بیوچار به عنوان دیواره کربنی در بیوراکتور استفاده شده است. در گام نخست به مقایسه عملکرد بیوراکتور پر شده با بیوچار و بیوراکتور پر شده از پوشال گندم در حذف نیترات و آمونیوم از زه آب زهکش های زیرزمینی پرداخته شد. پس از آن تاثیر ارتفاع بیوراکتور بر غلظت نیترات و آمونیوم خروجی از بیوراکتورهای پر شده با بیوچار پوشال گندم مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این تاثیر گذر زمان بر کارایی بیوراکتورها در حذف نیترات و آمونیوم برای یک دوره چهار ماهه مورد بررسی گردید.
    مواد و روش‏ ها
     در راستای اهدف تحقیق، بیوراکتورهایی با لوله های پلی اتیلنی با ارتفاع 125 سانتی متری شبیه سازی شدند. فاکتور تغییر ارتفاع در 4 سطح شامل 5/32، 5/62، 5/92، 125 سانتی متر که به ترتیب با H1 ، H2، H3 و H4 نشان داده شده، مورد بررسی قرار گرفت. شاهد (B0) حاوی 30 درصد حجمی پوشال گندم و بیوراکتورهای نمونه (B1) حاوی 30 درصد حجمی بیوچار پوشال گندم می باشند.
    یافته ‏ها
     نتایج نشان داد، غلظت نیترات خروجی از بیوراکتورهای دنیتریفیکاسیون به طور معنی داری تحت تاثیر بیوچار به کار رفته در آن ها قرار دارد. میانگین غلظت نیترات خروجی از بیوراکتورهای دارای 30 درصد بیوچار 16/18 میلی گرم در لیتر است در حالیکه این مقدار در بیورکتورهای فاقد بیوچار برابر با 01/49 میلی گرم در لیتر می باشد. همچنین با افزایش ارتفاع بیوراکتور غلظت نیترات خروجی از بیوراکتور کاهش می یابد. در پایان دوره 4 ماهه نمونه برداری غلظت نیترات خروجی از تیمارهای نمونه H1B1، H2B1، H3B1 وH4B1 از 160 میلی گرم در لیتر به ترتیب به مقادیر 91/20، 85/12، 04/8 و 23/5 میلی گرم در لیتر کاهش یافت، در حالیکه در تیمارهای شاهد H1B0، H2B0، H3B0 وH4B0 غلظت نیترات خروجی در پایان دوره نمونه برداری برابر با 17/42، 36/36، 99/28 و 65/19 میلی گرم در لیتر است. گذر زمان در سطح 1 درصد تاثیر معنا داری در میزان حذف نیترات دارد و در پایان دوره 4 ماهه آزمایش، میانگین غلظت نیترات خروجی از بیوراکتورهای نمونه به پایین ترین حد یعنی 77/21 میلی گرم در لیتر می رسد، این در حالی است که میانگین غلظت نیترات خروجی در روز اول نمونه برداری 21/59 میلی گرم در لیتر مشاهده گردید. غلظت آمونیوم خروجی از بیوراکتورهای حاوی بیوچار و بیوراکتورهای فاقد بیوچار در مقایسه با غلظت آمونیوم ورودی به آن ها افزایش یافت، علت این امر را می توان اینگونه بیان کرد که بخشی از نیترات توسط باکتری های بی هوازی به آمونیوم تبدیل می گردد. ولی علی رغم این افزایش مقدار آن بسیار ناچیز و کمتر از 5/0 میلی گرم در لیتر است.
    نتیجه‏ گیری
     راندمان حذف نیترات در بیوراکتورهای دارای بیوچار بیشتر از بیوراکتورهای فاقد بیوچار هست. افزایش ارتفاع بیوراکتور سبب افزایش حذف نیترات می گردد.
    کلیدواژگان: بیوچار، نیترات، دنیتریفیکاسیون، آمونیوم
  • سید عباس حسینی *، تقی مهدوی، مجید خیاط خلقی صفحات 305-313
    سابقه و هدف
    زمانی که سیستم منابع آب با مشکلات جدی و بحران مواجه می شود می بایست جهت حل اساسی مشکل ریشه های مسبب اصلی و تاریخچه شروع مشکلات مشخص گردد تا بتوان راه حل موثری ارائه کرد. اقدامات وقتی می توانند موثر باشند که به موقع صورت گیرند در غیر این صورت هزینه بالا و تاثیر کمتری خواهند داشت. در این مقاله تاریخ هجوم آب شور به سیستم منابع آب دشت آذرشهر با استفاده از تحلیل آماری و سیستم اطلاعات جغرافیایی شناسایی و علت موثر واقع نشدن اقدامات بحث شده است و درنهایت به ارزیابی اثرات آن در تامین نیازهای 20 سال آینده در نرم افزار WEAP پرداخته شده است.
    مواد و روش ها
    تغییرات وارده بر دستگاه ها معمولا تدریجی است تا اینکه این اثرات کوچک جمع شده و از آستانه تحمل سیستم بالاتر رود.در این تحقیق با استفاده از داده های کیفیت آب زیرزمینی،تراز آب زیرزمینی دشت آذرشهر و همچنین تراز دریاچه ارومیه تاریخ پیشروی عمده و هجوم آب شور به آبخوان اواخر سال 1379 بعد از حدود 5 سال خشک سالی متوالی مشخص گردید. با استفاده از شبکه عصبی تغییرات منابع برای 20 سال آینده پیش بینی و با توجه به نیازها به ارزیابی اثرات تغییر در تامین نیازهای 20 سال آینده در نرم افزار WEAP بر اساس سناریو سال آبی پرداخته شده است .
    یافته ها
    در اثر 5 سال خشک سالی متوالی برداشت ها از آبخوان به سرعت افزایش یافته، و از انجاییکه هیچ اقدام سازه ای قابل توجه و علی الخصوص اقدامات غیر سازه ای (مولفه های حکمرانی خوب) از قبیل شفافیت (دسترسی کامل تمام گرودارن به داده های اطلاعاتی) و مشارکت تمام گرودارن در حل مشکل و نهایتا پاسخگویی کافی در برابر عدم اقدامات موثر وجود نداشته، اثرات تجمعی این 5 سال خشک سالی موجب تغییر بزرگی در سیستم شده است.در اثر این تغییر، ظرفیت سیستم به شدت متاثر شده و امکان تامین نیازهای آتی در دشت مقدور نخواهد بود و این موضوع پایداری اقتصادی و اجتماعی منطقه را به شدت تهدید می کند.
    نتیجه گیری
    تغییر بزرگ وارده بر سیستم منابع آب آذرشهر پس از 5 سال خشک سالی متوالی در انتهای سال1379 بانفوذ گسترده آب شور از محدوده جزیره اسلامی به آبخوان رخ داده است.اقدامات سازه ای صورت گرفته به قدری کوچک بوده که نتوانسته اثر این تغییر واردشده بر سیستم را خنثی کند و در عمل تا سال1393 شوری آب زیرزمینی گسترش یافته است.اگر بخواهد سطح کشت سال آبی 1394-1395 در 20 سال آینده حفظ شود و مقدارسطح شور شده از سطح شور شده سال آبی 1394-1395فراتر نرود، در تامین نیاز کشاورزی 16 تا 18میلیون مترمکعب کمبود خواهد بود. می توان با مدیریت تقاضای آب کشاورزی با اجرای طرح های تحت فشار و قطره ای به صورت پله ای (هر 5 سال 5%) این کمبود را به 13 میلیون مترمکعب در انتهای دوره 20 ساله و با کاهش سالیانه 1% از اراضی آبی زراعی در کنار مدیریت تقاضای آب کشاورزی این کمبود را در انتهای دوره 20 ساله به 10 میلیون مترمکعب کاهش داد.
    کلیدواژگان: هجوم آب شور، سیستم منابع آب دشت آذرشهر، شبکه عصبی، GIS، WEAP
  • مسعود کرباسی* ، نگین میرمرسلی صفحات 315-324
    سابقه و هدف
    فرم بستر یا به عبارتی ناهمواری های بستر به شکل های مختلف در بستر رودخانه اطلاق می شود که در اثر حرکت جریان به وجود می آید و تاثیر مستقیم و مهمی روی زبری بستر و در نتیجه مقاومت در مقابل جریان و تاثیر روی پروفیل سطح آب را در پی دارد. از آن جا که محاسبات دبی- اشل رودخانه و سرعت جریان کاملا تحت تاثیر زبری قرار دارد، لذا پیش بینی دقیق شکل بستر از اهمیت زیادی برخوردار است. به دلیل تاثیر پارامترهای مختلف در شکل گیری فرم بستر رودخانه ها، تعیین معادلات حاکم بر آن مشکل بوده و مدل های ریاضی نیز از دقت کافی برخوردار نیستند. امروزه استفاده از سیستم های هوش مصنوعی به عنوان راهکاری جدید در تحلیل مسائل آبی، گسترش یافته است. هدف این پژوهش، معرفی روشی است که با استفاده از آن بتوان فرم بستر رودخانه های ماسه ای را با دقت بالایی پیش بینی نمود.
    مواد و روش ها
    در پژوهش حاضر، برای به دست آوردن نتایج بهتر و کاهش پراکندگی داده ها، داده ها به طور تصادفی به دو بخش آموزش (70 درصد) که شامل 1647 داده ی آزمایشگاهی و آزمون (30 درصد) که شامل 560 داده ی آزمایشگاهی است تقسیم شدند. روش هوشمند درخت تصمیم بر روی داده های بخش آزمون در محیط برنامه نویسی وکا کدنویسی شد و در نهایت با استفاده از الگوریتم های (Random Forest) و (Random Tree) واسنجی بر روی داده ها انجام گردید. سپس روش های تجربی وان راین، انگلند هانسن و سیمونز و ریچاردسون بر روی داده های بخش آزمون اجرا گردید.
    یافته ها
    ارزیابی نتایج به دست آمده با استفاده از معیارهای آماری مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، نرخ دسته بندی صحیح (CCI) و مساحت زیر منحنی (ROC Area) انجام شده است. نتایج نشان داد که الگوریتم(Random Forest) برای داده های آزمایشگاهی با معیارهای آماری 85%CCI= درصد، 17/0RMSE=، 97/0ROC= دارای بهترین عملکرد است. از سوی دیگر با بررسی نتایج روش های تجربی مشخص شد که برای داده های آزمایشگاهی، روش وان راین با نتایج %64CCI= درصد، 07/1RMSE= دارای عملکرد بهتری می باشد. بین متغیرهای مختلف محیطی دبی، عرض، عمق، شیب، قطر متوسط ذرات رسوبی و دما برای داده های آزمایشگاهی دارای بیشترین اهمیت در پیش بینی فرم های بستر بودند.
    نتیجه گیری
    در این پژوهش برتری مدل های محاسباتی نرم در مدل سازی و پیش بینی فرم بستر مشهود بوده و مدل های اجرا شده در محیط وکا عملکرد بهتری داشتند. اصولا از آن جا که در شکل گیری فرم بستر رودخانه ها، عوامل متعددی دخالت دارند و همچنین به دلیل ماهیت پیچیده ی آن، پیش بینی این پدیده بسیار دشوار و گاهی کم دقت است. از آن جا که روش های هوش مصنوعی برای تحلیل مسائلی به کار می روند که شناخت و توصیف صریح از ماهیت مسئله وجود ندارد، بنابراین بسیاری از مسائل مربوط به فرم های بستر را می توان با این روش ها حل نمود.
    کلیدواژگان: پیش بینی، درخت تصمیم، رودخانه های ماسه ای، فرم بستر، هوش مصنوعی
|
  • Ahmad Ali Abedinpour, Armin Jabbarzadeh *, mohsen yahyaei Pages 1-24
    Background and Objectives
    Agriculture is considered as one of the main sources of wealth in the economy. Because of its significant role in providing food, social welfare and economic growth, developing countries should keep it at the forefront of their economic plans to overcome the economic crisis. Management and planning of agricultural water resources are strategically vital. In this research, both cropping and import aspects of the products have been considered. The aim of this research is to study of land capability and existed resources for agriculture production so that it improves the economic and social conditions of the farmers in country.
    Materials and Methods
    In this study, the data are collected from documented reports of the ministry of agricultural Jihad and the Iranian National Irrigation and Drainage Committee. A comprehensive mathematical model is presented that it aims to reduce the amount of water consumed, increase the production of strategic products, and consider the social factors such as the employment of local laborers. In fact, it is possible to determine how much water can be allocated and which product should be cropped so that both water resource management, and profitability is being guaranteed for farmers. Generally speaking, the nature of decision-making in the real world is uncertain, and finding a solution without regard to this issue will make the decision unrealistic. Fuzzy decision approach can be applied to tackle uncertainty in many problems, but this approach has its practical limitations, and in some circumstances, it may not be able to model the uncertainty accurately. Accordingly, we use a new concept of uncertainty which is called as the Z-number. To optimize multiple objectives, an interactive approach has been applied. The proposed mathematical model is linear one and is solved by Cplex software.
    Results
    In the country, there are no agricultural cropping patterns based on regional needs, the status of water resources and exports. This matter not only leads to the loss of water resources, but also have a significant impact on farmers' productivity losses and without a specific program, there may be a sharp price fluctuation of agricultural products in markets. Considering the strategic aspects of some agricultural products such as wheat, alfalfa and barley in the presented study, the production rate of these products is higher than other ones. Results show that the products will not be planted in 22% area of the land, and this is because the limitation of resources for planting or the import may be cost-effectiveness rather than planting.
    Conclusion
    The results show that in the proposed model, the strategic importance of agricultural products directly effects on the amount of production of them. According to the statistics of the Ministry of Agriculture in 2014, 61.18% of the total agricultural products are covered in this research. The obtained results show that decision making based on the Z-number approach provides a conservatism solution rather than fuzzy and deterministic approaches.
    Keywords: Crop planning, Uncertainty, Z-number, Water management, Multi-objective programming
  • Zeinab Riahi, Masoud Bazgir *, Fatemeh Valizadeh, Kakhki, Mahmoud Rostamnia Pages 25-46
    Background and objectives
    Fire is a major threat for natural resources in the world and is an important factor in changing physical and chemical properties of soil. Knowledge of the positive or negative effects of fire on soil properties can be a great importance for the management of natural resources. This study was conducted with the aim of the effect of fire on physical and chemical properties of soil in rangelands of Badreh area in Ilam provice and comparison with non-fire areas (control).
    Materials and methods
    After field studies in Badreh area in the eastern of Ilam province, soil samples were taken from 0-5 and 5- 20cm depths and collected randomly and transferred to the laboratory. Physical analysis (soil texture, mean weight aggregate diameter, saturation moisture and bulk density) and chemical (organic matter, total nitrogen, phosphorus available, potassium available, calcium and magnesium exchangeable, cation exchange capacity) were carried out on soil samples.
    Results
    The highest amount of sand (46.4%) and soil silt (24.4%) were found in burned pasture and the highest clay content (39%) was found in control rangelands. Fire decreased the stability of aggregates and soil porosity in burned rangelands compared to unprocessed rangelands (14.28 and 8.68%) significantly (α= 0.05). The bulk density of the burned pasture was 9.1% higher than that of the control pasture. In the soil surface layer, the soil moisture content increased 16.98% compared to the control treatment. The fire decreased the amount of soil organic matter from 2.66% in control pasture to 2.19% in burned pasture (α= 0.05). Soil acidity increased significantly in burned pasture (pH=7.45) compared to control pasture (pH=7.07). The highest cation exchange capacity (24.82 cmol kg-1) and the lowest (18.98 cmol kg-1) were obtained in control and burned rangelands respectively. Also, with an increase in soil depth, the cation exchange capacity of soil decreased to 14.10%. The most available phosphorus, magnesium and calcium were obtained in burned pasture at the soil surface. Fire had no significant effect in the subsoil layer, on the amount of soil phosphorus, magnesium and calcium exchangeable.
    Conclusion
    In general, the results indicate that fire in rangelands of Badreh area in Ilam province affected physical and chemical properties of soil. In most cases, soil quality is decreased chemically (decreasing organic matter, nitrogen, cation exchange capacity) and physically (soil texture changing, soil aggregate stability, porosity and bulk density), and in some cases, fire caused to release the nutrient elements such as phosphorus, calcium and magnesium in the soil and improved the nutrient cycling nutrients in the soil.
    Keywords: Fire, Soil pasture, Mean weight diameter, Soil depth, Soil Matter
  • khalil rezaei, mojtaba yamani, korosh shirani, Alireza ArabAmeri * Pages 47-67
    Background and objectives
    During the past decades, landslides have been a significant subject of research as a consequence of their devastated nature. Landslides are common geomorphic processes in mountain areas and are responsible for mass movements involving rock materials, regolith and/or soil debris. for manufacture roads, railways, water pipe line and electric line, the preparation of landslide distribution map is very much significant. Determine the occurrence of future landslides depend on the geological, geomorphological and hydrological processes that led to instability in the past and also at present. To evaluate terrain susceptibility to landslides, a number of different techniques are used, ranging from qualitative assessments based on expert judgment, which are intrinsically subjective to quantitative assessments based on advanced statistical techniques or mathematical models.
    Materials and methods
    the steps of methodologies that were applied in the current study, including six steps. Step1. data sources that are used in the current study including data related to field Surveys, historical reports, topographic maps of 1:50,000-scale, meteorological data, geological map of 1:100,000-scale, A digital elevation model (DEM) with the resolution of 30 m £ 30m was extracted from the ASTER GDEM data, The Landsat 8 OLI images with the resolution of 30 m × 30 m. Step2. Preparing the inventory map. In this study, a landslide inventory map with a total of 80 landslide events was provided by the extensive field survey and interpretation of aerial photos. Step3. Landslide-conditioning factors. Step4. Multicolinearity analysis of landslide conditioning factors. In the current study, 12 factors were used as conditioning factors. These include elevation, slope, plan curvature, stream length, distance from streams, topography wetness index, surface area ratio, distance from roads, lithology, distance from faults, rainfall, and land use. Step5. Combination of EBF data driven and AHP knowledge driven models according to the relation between the landslides location and the different datasets. Step5. Validation of models using AUC and SCAI inficators.
    Results
    Results of the spatial relationship between landslide and conditioning factors using the EBF (belief, disbelief, uncertainty, and plausibility) model are shown in Table 3. Comparison between the belief map and the disbelief map showed that belief values were high for areas where disbelief values were low and vice versa. It revealed that high potential of landslide occurrence was for the areas with high degrees of belief and low degrees of disbelief. The high uncertainty values were in the areas with low belief values. Weighting of conditioning factors by AHP showed that parameters of lithology, elevation, distance to road, slope, and rainfall are the most effective prediction factors in landslide occurrence. The consistency ratio shows 0.034 value, which is reasonably good accuracy value, which reflect the high accuracy of ranking consistency between the factors.
    Conclusion
    Due to some shortening of the AHP knowledge driven and EBF data driven models when applied individually in landslide susceptibility mapping, it can be overcome by using ensemble techniques. The AUC results showed that the success rate and prediction rate for ensemble model are 0.872 (78.3 %), 0.903, respectively. results of SCAI values of the ensemble model is desirable, in the high and very high susceptibility classes. The resultant landslide susceptibility map show that the high susceptibility areas are mainly distributed along the northwest to west direction in the study area. this map can provide very useful information for planners, decision makers, and engineers in slope management and land use planning in landslide areas
    Keywords: data driven methods, knowledge driven methods, validation, ferydoun shahr watershed
  • Ahmad Ahmadi *, Abutaleb Hezarjaribi, khalil ghorbani, Mosa Hesam Pages 69-87
    Background and Objectives
    The implementation of different irrigation methods in different areas is influenced by factors such as climatic conditions, water quality, topography, soil characteristics, product type and socio-economic factors, some limitations in each of the above factors In the studied area, changes in the proposed irrigation system. issues and topics related to the choice of proposed irrigation method, can be investigated by quantitative and qualitative indicators, the possibility of using these two simultaneously in the method of hierarchical analysis process, it has turned it into a powerful tool for analyzing issues in this section. Considering the above and the power of the hierarchical analysis process to decide on the appropriate method for irrigation for the region and its strength in combination with GIS, and less use of these two with each other in studies in recent years, in different parts of the country, As well as the northern Khorasan province and the city of Esfarayn, It was studied.
    Materials and Methods
    This research was carried out in Esfarayne County, North of Khorasan province, and between 57 degrees and 30 minutes east longitude and 37 degrees and 4 minutes north latitude and total area of 5192 square kilometers. In this study, a method was developed and presented for grading the factors influencing the selection of new irrigation systems. The effects of different factors using the correct digits (+3) to (3) investments are rated at seven points. In order to influence more important factors or preventing the same effect of factors with a different degree of importance, The coefficient is considered as the weight of each factor. This index is based on project conditions are determined using analytic hierarchy process. By combining analytic hierarchy process and geographical information system (GIS), multiplied by the weight of the layers entered. The final score, obtained of algebraic summation scores of each factor for each region. This rating is in fact the potential use of each new irrigation systems. Data related to this study, has been prepared the irrigation database under management of Jihad Agriculture in Esfarayen city.
    Results
    In this research locating new methods of irrigation for 77,075 hectares of irrigated lands (agriculture and gardens) Esfarāyen city of North Khorasan province is performed and results are shown as maps with scores of each region of plan area for each new irrigation systems. The results of this research show that: Out of 77,075 hectares of land in the study area is intended, in accordance 58835 hectares (76/5%) were recognized fit to Low Pressure Irrigation, 17105 hectares (22%) suitable for Local Irrigation Systems and 1135 hectares (1/5%) suitable for Sprinkler Irrigation Systems.
    Conclusion
    Low pressure irrigation system in the majority of regions except the northern areas because of unsuitable topography, has achieved the highest score. Therefore, Low Pressure Irrigation for raising irrigation efficiency suggested to the majority of area And in other areas (North), Localized irrigation system has been selected as the best new irrigation systems.
    Keywords: New irrigation systems, Analytical Hierarchy Process, GIS
  • Hamed Nozari *, Maryam Vafaee Pages 89-107
    Background and objectives
    Increasing water demands and limited water resources in arid and semiarid regions have required management and planning to optimal use of the water resources. On the other hand, the surface water resources providing a major portion of water supply for drinking, agriculture and industrial sectors. For this porpuse, managers need to adopt optimal policies for planning water resources use, especially reservoirs of dams. Therefore, many attempts have been made to develop computer models to perform such simulations. One of the most effective methods to evaluate complex systems is system dynamics. This approach is a feedback-based and object-oriented approach. Any dynamic system is characterized by interdependence, mutual interaction, information feedback, and circular causality. However, Vensim is a visual modeling tool that allows you to conceptualize, simulate, analyze, and optimize models of dynamic systems. Vensim model provides a simple and flexible way of building simulation models from causal loop or stock and flow diagrams. So, in this research, system dynamics and particle swarm optimization algorithm were used to optimize the rule curve of Choghakhor Dam. Finally, the accuracy of the methods was evaluated.
    Materials and Methods
    The study area is located near Borujen city. the Choghakhor dam is a earth fill dam and its water is mainly supplied through precipitation and springs. In this study, the results are compared with monthly data collected over ten years period (2004-2014) in the Choghakhor Dam. The relations between the inflow, the volume of reservoir storage and the rate of release of each period were determined and they were defined by using system dynamics approach in VENSIM model and using pso algorithm in MATLAB model. the objective function and all of the limitations are the same for both of the models.
    Results
    The results showed that The coefficient of determination (r2) which is a measure of the degree of correlation between the system dynamics simulation and the observation data was 0.995 for the reservoir volume and 0.991 for the release rate. After optimization the difference between the requirements and the release rates decreased and reduced the waste of water. The difference was 11.78 MCM for system dynamics approach and 18.82 MCM for PSO algorithm. While in observation, The difference was 25.68 MCM.
    Conclusion
    In general, the results showed that the system dynamics model is more accurate than the pso algorithm in optimisation of the reservoir operation by rule curve adjust in Choghakhor dam.
    Keywords: Optimized, Chghakhor dam, Rule curves dam, Algorithm PSO, System dynamics
  • hamzeh ebrahimnezhadian*, Mohammad Manafpour, vahid babazadeh Pages 109-127
    Background and objectives
    Spillways are one of the most important and most sensitive parts of the dams' structures, which are responsible for the drainage of the dam in emergencies and floods. Although many studies have been conducted to identify flow characteristics over the spillways, but little information is available on the effect of the convergence of spillway walls on the hydraulic characteristics of the supercritical flow downstream of the chute and the potential for cavitation occurrence. To Reduce the Cost of Long Spillways and also With Considering Topography, Spillways Side Walls Especially in Chutes is Execute Convergent. Due to the convergence of the walls and the interaction of the flow of spillway with these walls, the supercritical stream is formed, which the result of this interaction is the formation of waves at the downstream of the spillway and on the walls of the chute. This phenomenon affects the downstream flow, causes uneven hydraulic conditions on the spillway, and therefore the height of the waves on the wall affects the design of the walls of the chute, and in this regard, the profile of the waves on the wall is also important.
    Materials and Methods
    In this Study, using Flow-3D Software, Turbulence and Finite Volume Method, Flow Over Convergent Spillway of Gavshan Dam Simulated and Then, the effect of convergence of the spillway walls of Gavshan dam under different angles of convergence including 0, 1, 2, 2.5 and 3 degrees of convergence on hydraulic characteristics of the flow, such as the average velocity distribution, medium pressure and mean depth of flow, as well as the probability of occurrence of cavitation were investigated.. To verify the Numerical Result, Experimental Data of Hydraulic Model was used.
    Results
    The results showed that with Increasing in Convergence of Spillway side walls, the Average Speed and Depth of Flow Increased. Location of Minimum Depth of Flow on Spillways with Increasing Convergence on the side walls becomes closer to the Spillway Crest. Convergence of the side walls Creates Two Sets of Secondary wave in axes and corner of Spillways, which leads to an increase in the height of the Side walls.
    Conclusion
    With the Increasing Convergence Angle, Froude number Decreases along the Flow path. Also, through exploring the pressure values, it was relieved that due to the rise of the flow depth along the walls, the pressure increases near the chute walls accordingly. Furthermore, by calculating the cavitation number at different sections of each numerical model it is realized that as the convergence angle of the model narrows, the cavitation index increases and consequently, the highest cavitation risk will be spotted for the least convergent model.
    Keywords: Convergence side walls, Numerical simulation, Flow 3D Software, Cavitation, Turbulent Model
  • Seyyed younes hosini *, mehdi naseri, sadegh sadeghi tabas Pages 129-148
    Background and Objectives
    Reservoirs operation problems have various and diverse objectives that rarely lead to a global optimized answer, and usually there are a set of optimal answers (Pareto Front). Solving these problems in the past has been possible only with the use of simpler methods, including the use of weight coefficients for various purposes and the conversion of them into a just one objective function. But in recent years, with the development of multi-objective methods, there is a good way to solve them. In this regard, the purpose of the present study was to investigate the efficiency of multi-objective optimization algorithms MOPSO, SPEA-II and NSGA-II in the reservoir operation problem using LDR, N-LDR operation models to generate the optimal Pareto front in order to sustainable development.
    Materials and Methods
    In order to obtain the mentioned purpose, First, the NSGA-II, MOPSO, and SPEA-II optimization methods were evaluated using some benchmark problems such as standard ZDT family functions with identical conditions (equal population number and number of runs). After evaluating multi-objective optimization methods using standard ZDT family functions, NLDR, LDR and SOP operation models were coded in MATLAB programming environment and linked with multi-objective optimization methods. For each of the two optimization-simulation models (LDR and NLDR), the two objective functions were defined as follows: the first objective function was to minimize the sum of the MSI and the second objective function was the reliability maximization that the maximum of which is usually obtained under the SOP operation conditions. It turns out the two aforementioned objective functions are have a reverse relationship with each other and by increasing one of them, the other one will decrease. Reservoir operation models for a 37-year period from 1356 to 1392 were executed to find the coefficients in both linear and nonlinear models in the same conditions for each multi-objective optimization algorithm with 5000 itrations. The optimal Pareto front was obtained.
    Results
    By addressing obtained results, It was observed the SPEA-II optimization method in NLDR operation model, has reached to the best optimal Pareto front among others. So from its three answers were selected (by using various criteria) as sample and then sustainability indices such as reliability, resilience, vulnerability and MSI were computed for those three answers. By comparing the values of objective functions and other sustainable development criteria in SOP conditions and the NLDR-C response, it can be seen that using the multi-objective optimization model, we can by less shortages (less MSI 21, 79 compared to 32, 29), reach to approximately maximum reliability (reliability in SOP conditions). However in NLDR-A solution, the least shortage (MSI equal to 13.02) can be seen compare to other sample solutions and SOP policy.
    Conclusion
    Due to research findings, it was observed the SPEA-II optimization method in all of the standard ZDT family functions has reached to a more optimal Pareto front than other optimization methods. Also this method compared to other optimization methods, has a more complete front of Pareto's solutions, which indicates the efficiency of this optimization method in multi-objective optimization problems. In the case of LDR and NLDR models with the same number of iterations, also It was observed that the NLDR model has shown better results, which can be due to the higher degree of freedom of nonlinear relationship in determining the operation policy of the reservoir releasing. In this research, a series of optimal (Pareto optimal) solutions was presented to meet the stated objectives.
    Keywords: Optimal operation policy, Multi Objective Optimization, Nahrain Dam, Sustainable development
  • seyedeh zohreh taghdisi heydariyan *, Reza khorassani, hojat emami Pages 149-166
    Background and Objectives
    In order to optimize the management of soil and water resources, it is necessary to pay attention to the physical properties of soil, especially the soil structure. The soil physical property is improved by adding some mineral and organic matter. The positive effect of organic matter on soil properties and plant nutrition is clear, but adding some mineral materials like zeolite to soil in order to improve soil properties needs to more investigation. Therefore, the aim of this research effect of application of zeolite and cow manure on some physical parameters of soil.
    Materials and Methods
    In order to study, the effect of zeolite and cow manure on some soil physical parameters a factorial experiment was conducted based on completely randomized design with three replications in a greenhouse under the controlled conditions. The experimental factors consisted of natural zeolite at three levels (0, 6, 12 %) and cow manure at three levels (0, 0.5, 1%). Experimental soil samples were taken at a depth of 0-30 cm. Primary soil characteristics, cow manure and zeolite were measured according to standard methods. Soil of each pot was planted with experimental treatments with mixed ratios and corn seeds. All the pots watered with distilled water at field capacity based on weight before maize flowering plants for 75 days. At the end of the growth period, the plant was separated from the crown and the soil was dried. Physical parameters including bulk density, saturation moisture content, water dispersible clay and mean weight diameter of aggregates were measured according to standard methods.
    Results
    The results showed that the adding of zeolite levels increased the saturated moisture content (total soil porosity), the water dispersible clay and decreased the bulk density and the mean weight diameter of aggregates (dry sieve). The cow manure had no significant effect on bulk density, total porosity and saturated moisture content. However, the water dispersible clay and the mean weight diameter of aggregates (wet sieve) were significantly decreased by adding organic matter. Despite the positive effect of zeolite on bulk density and saturated moisture content, it showed a negatively effect on the water dispersible clay and the mean weight diameter of aggregates (wet sieve).
    Conclusions
    Zeolite, like any other compound, may have a positive or negative effect. Despite the positive effect of zeolite on some parameters, there was a negative effect on water dispersible clay and the mean weight diameter of aggregates. With considering the improving influence of organic matter on water dispersible clay and the mean weight diameter of aggregates the combination of cow manure with zeolite could somehow reduce the negative effects of zeolite.
    Keywords: Cow manure, Porosity, Structural stability, Water dispersible clay, Zeolite
  • Mahnoosh Farzadmehr, mehdi dastourani *, Abbas Khashei, Siuki Pages 167-184
    Background and objectives
    Soil saturated hydraulic conductivity is one of the most important physical characteristics of soils which affects water movement in soil. Knowledge of this parameter can help to understand and solve environmental problems. But measurement of this parameter by direct laboratory and field methods is hard, time consuming and expensive. Thus there is need to use alternative methods based on conveniently available soil properties to estimate it with less effort, time and cost. Nonparametric methods are new indirect methods to estimate hydraulic properties of soil, including soil saturated hydraulic conductivity (ks). The aim of this study was to use two methods such as M5P decision tree and an IBk instance-based learning method, which is a classifier with k nearest neighbors to estimate ks from conveniently available properties of soil.
    Materials and methods
    In this study a dataset of 151 soil samples which was collected from a site in Bojnord province was used. Conveniently available soil properties included sand, silt and clay percentage, bulk density, particle density, EC, OC, TNV, saturated moisture and pH. Saturated hydraulic conductivity was measured with the Guelph permeameter. The Gamma test was used to determine important parameters for predicting and the modeling procedure of ks. Then various combinations of parameters of the data set were compared to each other based on their Gamma value, to determine the optimum combination of parameters for modeling ks. Using the optimum combination which had the least Gamma value, the M5P decision tree and the IBk instance-based learning methods were performed. To improve the IBk, two different distance weighting systems were used. Finally, evaluation statistics of each model including R2, RMSE, MAE, and MAPE were calculated.
    Results
    The optimum combination determined by the Gamma test which was then used for modeling, included sand, silt and clay percent, TNV percent, EC, and bulk density. The tree selected bulk density as the most important discriminative parameter, and constructed 3 linear equations for predicting ks, based on the bulk density value. Evaluation criteria calculated for this model with RMSE= 23.89 cm/d and MAPE= 20.50% it didn’t predict ks accurately. Different weighting systems didn’t improve IBk performance. Also the IBk model with RMSE= 31.23 cm/d and MAPE= 23.24% didn't estimate ks accurately.
    Conclusion
    The decision tree model performed better than the instance-based learning model to estimate ks. Also the tree showed some information about the structure of the studied soil.
    Keywords: : Gamma test, decision tree, IBK algorithm, M5P algorithm
  • Mehdi Yaltaghian Khiabani, Mehdi HashemyShahdani * Pages 185-200
    Background and objectives
    Unconventional operational conditions within main irrigation canals, due to intensifying following drought conditions, has resulted to poor performances of the irrigation districts in water distribution between the water holders from the equity perspectives. Accordingly have convinced the managers to employ the modern operational strategies. However, hiring these smart operational strategy need automatic control systems and getting the advantages of the approach is quite impossible by using the conventional operational methods.
    Materials and methods
    An automatic control system, using Model Predictive Control, is designed and tested in the present study. Also, simulation of the hydraulic conditions of the irrigation canal is accomplished by a simplified mathematical model of Integrator-Delay (ID) model in Matlab. Moreover, the operational strategy of different error gets employed by the MPC controller by defining a new state variable of the “Difference Error”. The Roodasht main irrigation canal is selected as the case study of the research, due to special hydraulic conditions of this canal, including consequent water shortages periods as well as inflow fluctuation at the canal head-gate. Accordingly, a wide range of operational scenarios is chosen based on the practical operational information. Then, the performance of the designed MPC controller with and without employing the operational strategy is evaluated by the equity indicator within the operational conditions.
    Results
    The obtained results indicate that execution of the MPC controller is reasonable enough to handle both of the regular and severe inflow fluctuations. The equity performance indicator shows that MPC controller distributes irrigation water almost equitably under the frequent and severe inflow fluctuations so that the corresponding values obtained 1.21 and 4.33 percent respectively. However, the results reveal that equitable water distribution has not achieved when water shortages scenario has appeared. During the water shortages, MPC could not be able to meet the equity objective. So, the water level difference operational strategy is required to be employed by the MPC controller. According to the results, significant improvement equal to 13 and 17 percent has been achieved in equity index after upgrading the MPC controller with the strategy.
    Conclusion
    This study reveals the necessity of employing the operational strategy to improve the performance of the controller within the severe operational conditions. The main advantages upon upgrading the control systems with the operational policy, including the procedure used in this study, has not imposed and extra charges to the control system. Therefore, getting the advantages of the strategies is highly suggested to implement reasonable performances of the system. The developed plan for this study is recommended for the operation of those irrigation districts suffering from water scarcity. The strategy is capable of reasonably water distribution in a systematic manner between the off-takes locating along the canal.
    Keywords: Equitable Distribution, Irrigation Canal, Operational Management, Modernization
  • Vali Behnam, Ahmad Ahangar, Mohammad Rahmanian *, Abolfazl Bameri Pages 201-216
    Background and objectives
    Heavy metals are one of the most important soil pollutants. The increased level of them in the environment with respect to their stability has led to researchers attraction in recent decades. Soil contamination produced by heavy metals released from vehicles is a serious environmental problem. Considering the importance of soil contamination, evaluation of soil contamination by various industries seems to be necessary. Characteristics of the spatial distribution of pollutants in contaminated soils are important factors to identify and eliminate pollution. This study aimed to investigate the spatial distribution of heavy metals such as Ni, Zn, and Cu at the roadside soils of Zabol - Zahedan route.
    Materials and methods
    252 soil samples were collected from a depth of 0-20 cm, using a regular systematic sampling process. In addition to the total concentration of the metals in the soil, the soil’s properties including its pH, EC, organic matter, lime percentage and soil texture were measured. The contamination assessment of soil was done by using the enrichment factor and biological accumulation indicator. For heavy metals concentration maps of Cu and Zn, we used Ordinary Kriging and Exponential model and for Ni, we used Ordinary Kriging and Gaussian model. The method accuracies were compared by using mean absolute error (MAE) and root mean square error (RMSE), and the method with the highest accuracy was used to prepare the heavy metal maps.
    Results
    As the distance from the road increased, the concentration of heavy metals decreased. To prepare the map of nickel Gaussian model, and for the zinc and copper Exponential model has the highest precision. The average Zn, Cu and Ni concentration at 0, 50 and 100 meters intervals were 54.33, 52.75, 51.56, 9.67, 9.49, 9.03 and 10.26, 10.02, 9.76 mg kg-1. Zn, Cu and Ni concentrations in roadside roads in the study area were less than the WHO limit. The results of this study showed that the relationship between zinc, copper and nickel is positive and meaningful. In fact, the existence of correlations between different metals represents their common source.
    Conclusion
    The results of spatial distribution of metals showed that these soils are uncontaminated to Zn, Cu and Ni. The concentration and distribution of these elements in the region are of geological and human origin. Zn, Cu and Ni are naturally occurring in the soil, but human activities, such as agricultural activities and the combustion of fossil fuels, have led to the accumulation of these metals in parts of the study area.
    Keywords: Contamination, roadside soils, spatial variations, enrichment factor
  • Zahra Habibi, Mehdi Rahmati *, Esmaeil Karimi, Ali Asghar Alilou Pages 217-231
    Background and objectives
    There are controversial reports about the physical, chemical and biological properties of biofilms modified soils. Although there is no report on comparing the effects of Arabic gum on different soil textures, reports of different biopolymer effects as potential analogues of biofilms in different soils are contradictory. We assume that the soil texture class, as its intrinsic property, may affect the effects of various soil amendment. Therefore, in order to evaluate the performance of Arabic gum in two different soil texture classes, the present study was conducted to investigate the effects of Arabic gum as a similar to biofilm (extracellular polysaccharides) on several soil characteristics in loam and clay loam soils.
    Materials and Methods
    For this study, two different soil types including clay loam and loam texture classes, a factorial experiment in a completely randomized design (CRD) were carried out with two factors including soil type and different amounts of Arabic gum (0, 5 and 10 g per kg of soil) and three replications and two observations. Then, after the incubation stage of the treated soils, the disturbed and undisturbed soil samples were collected from the pots and prepared for measuring the bulk density, soil moisture content, hydraulic conductivity, saturated water content, soil aggregate stability (WAS), mean weight of aggregate diameter (MWD), mass fractal of aggregates, soil acidity (pH), organic carbon content, cation exchange capacity, and microbial respiration.
    Results
    The results showed that the effect of Arabic gum on saturated moisture content, soil bulk density, saturated hydraulic conductivity, and microbial activity in loam soil was lower than that of clay loam. The use of Arabic gum in clay loam soil increased by approximately 12, 18 and 317 percent, respectively, in the saturated volumetric and gravimetric water contents and the saturated hydraulic conductivity. While having very little effect on these properties in the loam soils. The use of Arabic gum also reduced the bulk density of clay loam soil, while no changes were found in the loam soils. Also, in treated soils, Arabic gum showed positive changes in soil organic carbon and the stability, size, and mass fraction dimension of aggregates, being independent from soil type.
    Conclusion
    Considering that less variation was observed in the properties of loam texture (which is courser than clay loam soils), we recommend the use of a higher amount of Arabic gum (greater than 10 g kg-1) in coarse texture soils or its use with residues of organic matter to have significant effects on these soils.
    Keywords: Aggregates stability, Biopolymer, Fractal dimension, Hydrocolloid
  • Ali Bafkar *, Neda Baboli Pages 233-247
    Background and Objectives
    The availability of clean and healthy water is one of the most important issues facing humankind, and as water levels increase further, pollutants also contaminate water resources in different ways, and this will become even more critical in the future. Environmental pollution, especially water, which is an important factor in limiting human progress, has become so important that the struggle has been addressed by global and regional seminars. Pollution of groundwater and surface water into nitrate in many parts of the world is a serious problem. Different physical, chemical and biological methods exist for nitrate removal, including reverse osmosis, ion exchange, decomposition of chlorination, electrodialysis, and chemical denitrification. In recent years, much attention has been paid to low-cost materials such as bark, plant nano adsorbents and other waste materials. The aim of this study was to investigate the possibility of using oak leaf absorbent as an inexpensive and cost effective absorbent for removing nitrate from aqueous solutions.
    Materials and Methods
    In order to carry out absorption tests, the first pace is to prepare the absorbent. To do this and in order to achieve the desired result, oak leaf absorbent was used as the best option to obtain the best in terms of absorption. After absorbent preparation, absorbent characterization experiments were carried out, including Particle Size and a Absorbent special surface by methylene blue absorption . Then, discontinuous tests were performed and the data analysis method was mentioned. The present study was conducted in a laboratory scale and was performed in a Discontinuous. In this study, oak leaf absorbent was first crushed against a relatively dry sunshine by household grinder and then passed through the sieve 200 to prepare absorbent nano materials. After being washed with distilled water in an oven at 70 ° C for 24 hours. In this study, the effects of factors such as pH, adsorbent mass, contact time and initial concentration of nitrate were tested. Experiments were performed in a discontinuous system with three replications. Data analysis and drawing of charts were done by Exel software. The kinetic models of Lagergrne and Ho were used to examine the adsorption process, Also using equilibrium absorption data was analyzed using Freundlich and Langmuir isotherm models.
    Results
    The results showed that for the absorbent, the equilibrium time after 120min and the maximum nitrate absorption at pH = 5 were obtained. . By increasing the absorbent mass from 0.3 to 0.7 grams, the removal efficiency ranged from 88.93 to 93.82 percent, However, with increasing adsorbent content from 0.7 to 1.6 g, the absorption efficiency Almost reduced. By increasing the concentration of dissolved nitrate (5-120 mg/l), the removal efficiency decreased from 94.41 to 89.35%.
    Conclusion
    Based on the results, the absorption process was followed by the Ho et al model and the absorption data was more consistent with the Freundlich isotherm. Therefore, it can be stated that oak leaf can be used as a suitable and cost effective absorbent with the least technology in nitrate removal.
    Keywords: nitrate, removal efficiency, nano‌absorbent, Oak leaf
  • Ahmad Karimi, Nahid Moghani *, Jahangard mohammadi, Mehdi Naderi Pages 249-263
    Background and objectives
    The type of landuse greatly affects soil properties. Assessing the effects of landuse on soil quality properties, helps to identify sustainable management practices and to prevention soil degradation. The landuse change, such as cutting forest trees and the grasslands conversion to agricultural lands destroys natural ecosystems, also causes current or future production capacity reduction and these are harmful effects on the soil physics characteristics. Considering the wide variation of land use in Iran and the fact that the values of soil quality properties are not the same in different regional conditions, this study was conducted to study the soil quality properties, especially physical soil properties, in different landuses in a part of Shahrekord.
    Materials and methods
    This research is located in a part of the Bardeh catchment area with an area of 80 km2 in 40 km northwest of Shahrekord (the center of Chaharmahal and Bakhtiari province). The main landuse in this area is natural pasture and dryland farming. 85 soil samples was done randomly (0-20 cm) and compound sample with distances of 1 km in pasture, dryland and irrigated farming. Considering the map of area landuse 58, 17 and 10 top soil samples were collected respectively from pasture, dryland and irrigated farming. In addition, at each sampling site, undisturbed soil samples were obtained to determine soil bulk density and saturated hydraulic conductivity and some physical characteristics such as soil particle size, bulk density, total porosity, stability of soil structure indicators and saturated hydraulic conductivity were measured in them. Statistical analysis was performed on the basis of statistical methods and using statistical software Statistica Ver.8. Analysis of variance (ANOVA) and mean comparison (Duncan method at 5% level) were used to study the soil quality characteristics in different landuses.
    Findings
    The results showed that bulk density, Silt percentage, stability of soil structure by dry and wet method in agricultural lands (dryland and irrigated farming) is more than pasture land that did not show a significant difference. While the total soil porosity and percentage of sand in the pasture landuse is higher than those of dryland and irrigated farming. Also, in agriculture, especially dryland farming, the percentage of clay is more than the pasture landuse, but the saturated hydraulic conductivity is less that did not show a significant difference. The results of analysis of variance and the mean comparison of studied characteristics did not show a significant difference between pasture, dryland and irrigated farming.
    Conclusion
    To prevent land degradation and soil quality reduction, reduction the tillage operations and the addition of organic matter are recommended. In pasture lands, the grazing must be prevented prior to pasture preparation.
    Keywords: Land use, Soil quality, Compound sample, Bardeh catchment
  • Mohammad Hossein Davoodi *, Jalal Ghaderi, Kazem Khavazi Pages 265-280
    Background and Objectives
    Low availability of some nutrients is one of the major factors for the widespread occurrence of plant nutrient deficiency in calcareous soils. Therefore, in order to achieve optimal yield in such soils, the use of sulfur as a correction agent is necessary to reduce the local pH of the soil and increase the solubility of the nutrients. The aim of this study was to evaluate the Sulfur effect on some chemical properties of soil (pH, EC, P, S-SO4, Fe and Zn) and nutrients concentration in wheat grain.
    Materials and Methods
    For this purpose, an experiment was carried out in four sites (Chogha Narges, Mahidasht, Najaf Abad and Ghomsheh) with different levels of available sulfur (7, 13, 18, 27 mg kg-1soil) in Kermanshah Province. Sulfur was applied at 0, 250, 500, and 1000 kg ha-1 as PS using randomized complete block design with three replications in a during cropping season 2015-2016. Seeds of wheat were planted in plots. Before cultivation soils were used and its characteristics were analyzed. Soil samples at tillering, stem elongation and post harvesting stage from each treatment plot was collected for determining pH, EC, P, S-SO4, Fe and Zn. Finally, grain yield and nutrient measurements with conventional methods were measured.
    Results
    The result showed that PS significantly decreased the soil pH and adversely, increased EC, P, S-SO4, soil DTPA- extractable Fe, and Zn in the Chogha Narges, Mahidasht (p< 0.01) and in Najaf Abad and Ghomsheh (p<0.05) at tillering, stem elongation and post harvesting stage compared with the control.
    The lowest pH and highest EC, P, S-SO4, Fe and Zn value was observed with 1000 kg ha-1 So at stem elongation. After harvesting due to the reduced amount of sulfur oxidation and buffering capacity of soil, pH and nutrients gradually reduced compared with stem elongation stage. However, nutrients concentration in wheat grain was significantly increased with the application of PS compared with the control. The highest nutrients concentration was observed with 1000 kg ha-1 .
    Conclusion
    The effect of sulfur together with Thiobacillus bacteria on the chemical properties of the soil and the amount of nutrients concentration by wheat was promising, which indicates its good potential for use in agriculture. Thus each calcareous soil has its own potential for elemental sulfur oxidation that related to soil characteristics, and only soil calcium carbonate content is not a suitable criterion for sulfur application in order to improvement nutrient availability.
    Keywords: EC, P, pH, S, Zn
  • Nima Akbari *, Kazem Esmaili, Saeed khodashenas Pages 281-292
    Background and Objectives
    An important application of the hydraulic jump has been to control channel scour downstream from high-velocity conveyance systems such as chutes and spillways by dissipating a large portion of the kinetic energy in a hydraulic jump stilling basin. Hydraulic jump stilling basin generally is made of smooth and impermeable Concrete which has environmental, cost and construction problems. It is becoming more common to use hydraulic jump stilling basins in natural rip-rap lined or bound rock channels. These basins are inherently rougher and permeable compared to traditional basins. At present the influence of channel permeability on the hydraulic jump characteristics such as sequent depth and jump length is uncertain. In this research hydraulic jump characteristics in a stilling basin with porous permeable bed as an alternative to concrete basins is studied.
    Material and Methods
    To conduct the experiments a laboratory flume of 6 meters long and 80 centimeters wide with glass walls, equipped with a head tank up to 3 meters high was designed and built at Ferdowsi University’s hydraulic laboratory. The flow rate required for the experiments was supplied by a centrifuge pump with a capacity of 100 liters per second. Two slice gates were used at the beginning and at the end of the flume to develop super-critical flow, adjust the downstream depth and fix the jump position. Three different types of well-granulated gravel in the range of 9.8 to 38 millimeters with different lengths and thicknesses were used to create the permeable bed. The experiments were carried out for five different Froude numbers within the range of 5.3 to 7.4. For each experiment initial depth, sequent depth and jump length were measured and compared with the results of smooth impermeable bed.
    Results
    In general the various purpose of this study have been achieved. Primarily, these were to evaluate the potential effects of stilling basin bottom permeability on the hydraulic jump characteristics of sequent depth ratio and jump length. The experiments showed that parameters such as mean grain size of porous bed, length and thickness of the bed and Froude number of upstream flow affect the hydraulic jump dimensions and the energy dissipation caused by the jump.
    Conclusion
    Permeability of the bed reduces the hydraulic jump dimensions so that the sequent depth ratio is reduced by an average of 19 percent compared to smooth bed and also the jump length is reduced by about 31 percent.
    Keywords: Stilling basin, Permeable bed, Porosity, Hydraulic jump
  • maryam ahmadvand, Jaber Soltani *, Maryam Varavi pour, seyed ebrahim hashemi garmdare Pages 293-304
    Background and objectives
    Aqua solutions containing nitrogen as nitrate are considered to be one of the most important pollutants of surface water and underground water. Denitrification bioreactors would provide a carbon sourced environment. Passing drainage water through such bioreactors would result in an increase in denitrification level and also, an increase in nitrate elimination from the environment. Denitrification bioreactors provide a carbon sourced environment. Passing drainage water through such bioreactors results in an increase in denitrification level and nitrate elimination. In this study, biochar is used as carbon wall in bioreactors. At first, nitrate and ammonium elimination performance of biochar-filled bioreactors and wheat straw-filled bioreactors are compared to each other. Later, effect of height of bioreactor on concentration of output nitrate and ammonium is taken under study. Also, performance of bioreactors in nitrate and ammonium elimination is investigated in a four month time period.
    Materials and methods
    In order to perform this research, poly-ethylene bioreactors with height of 125 centimeters were used. Height factor is taken under study in four levels; H1= 32.5cm, H2=62.5cm, H3=92.5cm, and H4=125cm. Control bioreactors (B0) were filled with 30% wheat straw and sample bioreactors (B1) were filled with 30% Biochar of wheat straw.
    Results
    Results showed that output nitrate concentration of denitrification bioreactors significantly depends on biochar type. Output concentration of biochar-filled bioreactors (B1) were measured 18.16 mg/liter while the output nitrate concentration of wheat-straw filled bioreactors (B0) were 49.01 mg/liter. Also it has been shown that increasing bioreactor’s height would reduce output nitrate concentration in both bioreactors. After four month of sampling, output nitrate concentration from 160 mg/liter was reduced in different treatments; 20.91 mg/liter in H1B1, 12.85 in H1B2, 8.05 mg/liter in H3B1 and 5.23 in H4B1. Also in control treatments nitrate concentration was reduced to 42.17 mg/liter in H1B0, 36.36 mg/liter in H2B0, 28.99 mg/liter in H3B0 and 19.65 mg/liter in H4B0. Time also has a significant effect on nitrate elimination (P <0.01). after four month of experiment, average concentration of output nitrate in sample bioreactors reached the minimum 21.77 mg/liter, while it was measured 59.21 mg/liter on the first day of experiment. Concentration of output ammonium in both biochar-filled and wheat straw-filled bioreactors was increased comparing to concentration of input ammonium. It can be explained as some of the nitrate is dissimulate to ammonium by anaerobic bacteria. But this increase was less than 0.5 mg/liter, hence was negligible.
    Conclusion
    performance of nitrate elimination in biochar-filled bioreactors is more than wheat-straw bioreactors. Also height increase in bioreactors would result in more nitrate elimination.
    Keywords: Biochar, Nitrate, denitrification, ammonium
  • seyyed abbas hosseini *, taghi mahdavi, Majid Khayyat Kholghi Pages 305-313
    Background
    When the water supply system faces serious problems and crises, it is necessary to identify the root causes and the history of the problems, in order to provide an effective solution. Measures can be effective when timely; otherwise they will have a high cost and less impact. In this paper, the history of salt water influx into the water resources system of AZARSHAHR plain was identified using the statistical analysis and GIS, and the reason for the ineffectiveness of the actions has been discussed, and ultimately evaluated its effects on supply the demand of the next 20 years in WEAP software.
    Materials and Methods
    Changes in systems are usually gradual until these small effects accumulate and rise above the threshold of tolerance. In this study, using groundwater quality data, groundwater water level and Lake URMIA level, the date of the influx of saline water into aquifer was identified in late 2000 after five years of drought. Using the neural network, resource changes for the next 20 years are anticipated and according to the demands, assess the effects of change in supply the demand of the next 20 years will be evaluated in the WEAP software based on the water Year scenario.
    Results
    As a result of five consecutive droughts, the extraction of the aquifer have increased rapidly, and since no significant structural measure, and in particular, non-structural measures such as transparency (full access to data), and the participation of all stakeholders in solving the problem and eventually lack of adequate responses to the lack of effective measures, the cumulative effects of these 5 drought years have brought about a big change in the system. Due to this change, the system's capacity was severely affected and the possibility of supply the future demands in the plain would not be possible, which seriously threatened the economic and social sustainability of the region.
    Conclusion
    A large change occurred on the AZARSHAHR water supply system after five consecutive drought years at the end of 2000 with a large influx of saline water from the Islamic island to the aquifer. The structural measures undertaken were so small that failed to neutralize the effect of this large change. In practice, salinity of groundwater has expanded by the year 2014. If it wants keep the crop of 2015-2016 in the next 20 years, there will be a deficit of 16 to 18 million cubic meters in supply of agricultural demands. With management of agricultural water demand, with the implementation of Drip irrigation system In the form of stepping up (every 5 years 5%) will reduce this deficiency to 13 million cubic meters at the end of the 20-year period, with an annual decline of 1% of arable crops along with management Agriculture demand will reduced this deficit to 10 million cubic meters at the end of the 20-year period.
    Keywords: The influx of salt water, water resources system of AZARSHAHR plain, neural network, GIS, WEAP
  • Masoud Karbasi *, negin mirmorsali Pages 315-324
    Background and objectives
    The bed forms or in the other word, bed irregularities are structures that form due to stream flow and they have direct impact on roughness and flow resistance in sand bed rivers. Bed forms have different shapes and forms in sand bed rivers. Since river discharge and flow velocity are totally affected by roughness, accurate prediction of the shape of the bed is of great importance. Due to the influence of different parameters in the formation of the river bed form, it is difficult to determine the governing equations and the mathematical models with sufficient precise. Today, the use of artificial intelligence systems has expanded as a new way of analyzing water resources issues. The objective of this research is to introduce a method that can be used to predict the shape of the river bed with high precision.
    Materials and methods
    In the present study, the data were randomly divided into two parts of the training (70%) including 1647 laboratory data and test (30%) containing 560 laboratory data. The decision trees were coded on the data of the test section in the WEKA programming environment, and finally calibration was performed on the data by using Random Forest and Random Tree algorithms. Then the experimental methods of Van Rijn, Engelund and Hansen and Simons and Richardson were implemented on test data.
    Results
    Evaluation of the results were done using root mean square error (RMSE), Correctly Classified Instances and Roc area under curve. The results showed that the best performance reached by Random Forest algorithm for experimental data with statistical criteria of CCI=85 (%), RMSE=0.17, ROC=0.97. On the other hand, by examining the results of empirical methods, it was determined that for laboratory data, van Rijn method has better performance with the results of CCI=64 (%), RMSE=1.07. Between different variables, discharge, width, depth, slope of the channel, average diameter of sediment particles and temperature for laboratory data were the most important parameters in predicting bed forms.
    Conclusion
    In this research, the superiority of soft computing models was evident compared to the empirical methods in modeling and predicting of the bed form. Models performed better in the WEKA environment.
    Basically, because of the formation of the river bed form is depended on several factors, and also because of its complex nature, the prediction of this phenomenon is very difficult and sometimes with high errors. Since artificial intelligence methods are used to analyze issues that do not explicitly describe the nature of the problem, so many of the issues of bed form can be solved with these methods.
    Keywords: prediction, decision tree, sand rivers, bed form, Artificial intelligence