فهرست مطالب

فصلنامه حفاظت منابع آب و خاک
سال دهم شماره 1 (پیاپی 37، پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/08/01
  • تعداد عناوین: 9
|
  • اصغر عزیزیان*، بهاره بهمن آبادی، مهنوش جناب صفحات 1-18
    برآورد صحیح تبخیروتعرق یک موارد مهم در محاسبه بیلان آب در سطح مزرعه و حوضه آبریز بشمار می آید. عدم وجود داده های اقلیمی مشاهداتی جهت استفاده از روش های تجربی و نیز هزینه بر بودن انجام اندازه گیری تبخیروتعرق با لایسیتمترها استفاده از آنها را در بسیاری از حوضه ها با محدودیت اساسی روبرو می نماید. جهت غلبه بر مشکلات مذکور، پژوهش حاضر با هدف ارزیابی و به چالش کشیدن عملکرد داده های تبخیروتعرق بدست آمده از مدلهای بازتحلیل شده W3RA، HBV-SIMREG، PCR-GLOBW، WATER-GAP و Ensemble براساس داده های اندازه گیری شده توسط لایسیمتر در بخشهای مختلف ایران به انجام رسیده است. نتایج بدست آمده نشان داد که در تمامی ایستگاه های مورد بررسی مدل Ensemble با دارا بودن بیشترین مقدار RMSE (mm/day42/3=RMSEmin، mm/day 57/7= RMSEmax) از عملکرد پایینی در برآورد تبخیر و تعرق برخوردار می باشد و این در حالیست که داده های بدست آمده از مدلهای بازتحلیل شده HBV-SIMERG و W3RA از بیشترین تطابق با داده های لایسیمتری برخوردار هستند. همچنین تحلیل نتایج بر اساس شاخص MBE نیز نشان داد که داده های بدست آمده از مدل W3RA نسبت به دیگر مدلها از کمترین میزان اریب نسبت به داده های زمینی برخوردار می باشند و این در حالیست که مدل Ensemble تمایل به کم برآوردی بسیار زیادی دارد. بطورکلی محاسبات نشان داد که مدل بازتحلیل شده HBV-SIMREG نسبت به مدلهای دیگر از خطای نسبتا کمی در برآورد مولفه تبخیروتعرق در تمامی اقلیمهای مورد بررسی برخودار می باشد و این درحالیست که مدل PCR-GLOBW علی رغم همبستگی بسیار بالا با داده های لایسیمتری دارای خطای زیادی است.
    کلیدواژگان: مدلهای هیدرولوژیکی، پنمن-مانتیث، بیلان آب، نیاز آبی
  • محمدرضا خزائی*، رضا کاظمی صفحات 19-30

    در بسیاری از نقاط دنیا در آینده شدت و فراوانی بارش های سیل آسا در اثر تغییر اقلیم افزایش خواهد یافت. لذا لازم است چنین مطالعاتی بر اساس سناریوهای تغییر اقلیم بازنگری شوند. از ابزار های کارآمد در چنین مطالعاتی، مدل های مولد داده های هواشناسی از جمله LARS-WG است. با آنکه GCMها تغییرات ویژگی های مختلف بارش را برای آینده پیش یابی می کنند، معمولا در کاهش مقیاس توسط LARS-WG تنها تغییرات میانگین های ماهانه اعمال می شود؛ و از تغییرات سایر مشخصات بارش چشم پوشی می شود. در این مقاله، ضمن ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر بارش های سیل آسای گرگان و خرم آباد، نتایج روشی که تغییرات مشخصات مختلف بارش را در کاهش مقیاس اعمال می کند (روش کامل تر) با روش متداولی که تنها تغییرات میانگین ها را اعمال می کند (روش ساده تر) مقایسه شده است. برای اقلیم آینده از سناریوهای بارش مدل CanESM2 تحت سناریوهای انتشار RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 در دوره 2065-2036 استفاده شد. نتایج نشان داد که برای ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر بارش های سیل آسا، علاوه بر تغییرات میانگین ها، لازم است تغییرات سایر آماره ها نیز اعمال شود. زیرا تفاوت نتایج دو روش قابل توجه است. مثلا در گرگان برای سناریوهای انتشار مختلف، بارش های روزانه حداکثر سالانه ی با دوره بازگشت 15 سال در آینده نسبت به دوره تاریخی، طبق روش کامل تر بین 16 تا 21 درصد، اما طبق روش ساده تر، بین 37 تا 49 درصد افزایش می یابند. طیق روش کامل تر، شدت بارش های سیل آسای هر دو ایستگاه در آینده افزایش خواهد یافت. این افزایش برای دوره بازگشت 2 سال بین 23% تا 30% و برای دوره بازگشت 30 سال بین 25% تا 29% خواهد بود.

    کلیدواژگان: بارش حدی، تغییراقلیم، روش کاهش مقیاس، عدم قطعیت
  • ابراهیم نجاران، امیرعباس کمان بدست*، محمود شفاعی بجستان، علیرضا مسجدی، هوشنگ حسونی زاده صفحات 31-44

    آبشکن های نفوذپذیر سازه هایی هستند که با انحراف جریان فرساینده از قوس بیرونی رودخانه بطرف مرکز آن، فرسایش ساحل بیرونی رودخانه را مهار می کنند. در این مطالعه به بررسی الگوی فرسایش و رسوبگذاری در اطراف سازه آبشکن در شرایط نصب فاصله متفاوت آبشکن ها از یکدیگر پرداخته شده است. المان های بتنی شش پایه از جمله مصالحی هستند که با قرار گرفتن روی هم یک سازه نفوذپذیر را تشکیل داده و بدون خشکاندن بستر رودخانه قابل اجرا می باشند. در این راستا چگونگی عملکرد این سازه ها نیازمند بررسی می باشد. با این مفهوم در تحقیق حاضر عملکرد این سازه در کانال آزمایشگاهی با عرض 60 سانتیمتر و قوس 180 درجه ملایم و تحت شرایط هیدرولیکی مختلف (Fr= 0.227, 0.244, 0.261, 0.278) انجام شد. داده های موردنیاز آزمایش در فواصل مختلف بین بلوک ها شامل 60، 72، 84 و 96 سانتیمتر با طول موثر 12 سانتیمتر معادل 20 درصد عرض فلوم اندازه گیری شد. آزمایش شاهد در شرایط مشابه سایر سناریوها بدون نصب صفحات انجام گردید. مقایسه نتایج آزمایش های شاهد و اصلی نشان داد که نصب صفحات مستطیلی نفوذپذیر با فاصله پنج برابر طول موثر بهترین راندمان را در کاهش حداکثر عمق آبشستگی در دیواره خارجی داشته بطوریکه نسبت به آزمایش های شاهد به میزان 1/70 و 9/57 درصد به ترتیب در اعداد فرود 227/0 و 261/0 کاهش داشته است.

    کلیدواژگان: مدیریت رسوب، فرسایش، المان بتنی شش پایه، مهندسی رودخانه، هیدرولیک
  • محمدصادق عسکری*، گلناز رستم خانی، ستاره امانی فر، تورج خوش زمان صفحات 45-62

    توسعه یک روش دقیق و سریع به منظور ارزیابی تاثیر عملیات زراعی بر کیفیت خاک اهمیت بسیاری در مدیریت پایدار منابع و نظارت بر روش های مدیریتی در اکوسیستم های کشاورزی دارد. هدف از این پژوهش ارزیابی کارایی طیف سنجی به عنوان یک روش کمی و سریع به منظور نظارت بر کیفیت فیزیکی و زیستی خاک تحت مدیریت های کشاورزی در استان زنجان بود. بدین منظور 77 نمونه خاک از عمق 20-0 سانتی متری در دو کاربری کشاورزی دیم و آبی جمع آوری و مهمترین ویژگی های فیزیکی و زیستی موثر بر ارزیابی کیفیت خاک در اراضی استان با استفاده از روش های استاندارد اندازه گیری شدند. سپس داده های طیفی نمونه های خاک در محدوده مریی و مادون قرمز تهیه و مدل های طیفی با استفاده از رگرسیون حداقل مربعات جزیی محاسبه شد. میانگین بازتابی طیف های خاک در محدوده 450 تا 2450 نانومتر، تفاوت معنی داری بین کاربری ها دیم و آبی (05/0p ˂) نشان داد. همچنین نوع کاربری تاثیر معنی داری (001/0p ˂) بر اغلب ویژگی های فیزیکی و زیستی اندازه گیری شده داشت. مدل های طیفی با دقت "عالی" (8/0RPD>2) برای زیست توده میکروبی، پایداری خاکدانه و مقدار شن و با دقت "متوسط" (65/0RPD>5/1) برای جرم مخصوص ظاهری، هدایت هیدرولیکی اشباع و مقدار سیلت بدست آمد. درحالیکه ضریب جذب پذیری با دقت مناسبی توسط مدل های طیفی برآورد نشد. تاثیر عملیات مدیریتی تحت کاربری های دیم و آبی با استفاده از بازتاب مشخصه طیفی خاک قابل تمایز بود

    کلیدواژگان: آنالیز چند متغیره، داده های طیفی، کاربری کشاورزی، مدیریت خاک
  • مسعود عبدی، حسین ابراهیمی*، ابوالفضل اکبرپور صفحات 63-78

     تعیین بهینه تعداد چاه مورد نیاز و دبی پمپاژ بهمراه انتخاب محل حفر چاه برای تامین نیاز آبی مصارف مختلف از مسایل مهم مدیریت منابع آب در مناطق خشک و نیمه خشک است. در این تحقیق از الگوریتم ازدحام ذرات و فرایند تحلیل سلسله مراتبی استفاده شد. تغییر مختصات چاه ها با توجه به ضخامت متغیر آبخوان و همچنین کیفیت متفاوت آب در مناطق مختلف، به ترتیب در هزینه های استخراج و تصفیه آب تاثیرگذار خواهد بود و از طرفی با فاصله گرفتن از محل مصرف، هزینه انتقال افزایش خواهد یافت. تغییر دبی پمپاژ چاه ها نیز بر روی انرژی مصرفی پمپ در فرایند استخراج آب و انتقال موثرخواهد بود. بر اساس نتایج حاصله هزینه طرح بهینه نسبت به طرح موجود تا حدود 10 درصد کاهش یافته است. نتایج AHP نشان داد افت سطح آب و کیفیت آب زیرزمینی بیشترین ضریب وزنی و فاصله از محل مصرف و اختلاف ارتفاع مناطق مختلف نسبت به محل مصرف کمترین ضریب وزنی را داشتند. با توجه به نتایج مدل منطقه با اولویت 1 جهت حفر چاه تعیین گردید متوسط افت سالیانه سطح آب در این قسمت از 13/1تا 3/0 متر متفاوت می باشد. در این قسمت422 حلقه چاه عمیق وجود دارد که حدود60 حلقه از آنها دارای آبدهی بیش از 20 لیتر در ثانیه بوده و گزینه مناسبی برای چایگزینی چاه های تامین آب شرب شهر هستند

    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، بهینه سازی ازدحام ذرات، تحلیل سلسله مراتبی
  • الهه دارائی، حسین بیات*، پویا زمانی صفحات 79-92
    اثرات کاربرد چند ساله نانوذرات بر خصوصیات خاک کم تر شناخته شده است. بنابراین هدف از این پژوهش بررسی تاثیر سه ساله نانوذرات بر پایداری خاکدانه ها و برخی خصوصیات شمیایی خاک بوده است. برای این منظور مقادیر مختلفی از دو نوع نانوذره اکسید فلزی MgO و Fe3O4 (1، 3 و 5 درصد وزنی) با یک خاک لومی در سه تکرار مخلوط شد و اثرات احتمالی نانوذرات بر خواص مختلف خاک بعد از گذشت سه سال مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با بکاربردن نانوذره، پ-اچ خاک از 7/7 در تیمار شاهد به 1/8 تا 3/9 و قابلیت هدایت الکتریکی از 31/0 در تیمار شاهد به 34/0 تا 56/0 دسی زیمنس بر متر افزایش یافت. درصد کربنات کلسیم به سبب تجمع نانوذرات در خاک از 75/19 در تیمار شاهد به 5/20 تا 7/22 درصد افزایش یافت که در هر سه متغیر بیشترین افزایش مربوط به نانواکسید منیزیم 5 درصد بود. نانواکسید آهن 3 درصد وزنی موجب افزایش غیرمعنی دار ظرفیت تبادل کاتیونی از 50/23 در تیمار شاهد به 28/24 سانتی مول بار برکیلوگرم خاک شد. همچنین نانو ذرات به سبب دارا بودن سطح ویژه زیاد، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها را افزایش دادند که تاثیر نانو اکسید منیزیم (در مقایسه با شاهد از 33 تا 1242 درصد افزایش) نسبت به نانواکسید آهن (در مقایسه با شاهد از 97 تا 173 درصد افزایش) بیشتر بود. به طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که نانوذرات با دارا بودن خواص فیزیکوشیمیایی خاص می توانند خصوصیات خاک را تحت تاثیر قرار دهند.
    کلیدواژگان: ظرفیت تبادل کاتیونی، میانگین وزنی قطر خاکدانه، نانوذره اکسید آهن، نانوذره اکسید منیزیم
  • ذبیح الله خانی تملیه، حسین رضایی*، رسول میرعباسی نجف آبادی صفحات 93-112

    خشکسالی پدیده ای اجتناب ناپذیر و از جمله بلایایی است که باید آن را بدون امکان پیشگیری تلقی نمود، اما می توان این پدیده را مدیریت و ساماندهی کرد. هدف اصلی این مطالعه نشان دادن چگونگی استفاده از توابع مفصل تودرتو، در تحلیل چهار متغیره پدیده خشکسالی است که برای اولین بار در غرب کشور مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، ابتدا با استفاده از شاخص بارش استاندارد شده اصلاحی (SPImod) خصوصیات خشکسالی شامل شدت، مدت، فاصله بین آغاز دو خشکسالی متوالی و پیک خشکسالی استخراج گردید. سپس توزیع های فراوانی مختلف بر متغیرهای مذکور برازش داده شد و توزیع حاشیه ای مناسب برای هر خصوصیت خشکسالی مشخص گردید. بر این اساس برای متغیرهای شدت و مدت خشکسالی بترتیب توابع توزیع گاما و نمایی و برای متغیرهای فاصله بین آغاز دو خشکسالی متوالی و پیک خشکسالی، تابع مقادیر حدی بعنوان توابع توزیع حاشیه ای برتر شناسایی شدند. جهت تحلیل چهار متغیره با استفاده از روش مفصل های تودرتو متغیرهای مذکور دو به دو با هم جفت شدند و بر آنها 9 تابع مفصل کلایتون، علی- میخاییل- حق، فارلی- گامبل- مورگنسترن، فرانک، گامبل، گامبل- هوگارد، پلاکت، فیلیپ- گامبل و جویی برازش داده شد. جهت تشخیص تابع مفصل برتر از معیار آکاییکه، حداکثر درستنمایی و ضریب نش- ساتکلیف استفاده گردید. نتایج حاصل نشان داد که تابع مفصل جویی تابع برتر برای ایجاد توزیع چندمتغیره در منطقه مورد مطالعه است. همچنین روش تحلیل چهار متغیره مشخصه های خشکسالی، اطلاعات مفیدی جهت پیش بینی و برنامه ریزی برای مقابله با اثرات خشکسالی در اختیار مدیران و برنامه ریزان قرار می دهد.

    کلیدواژگان: تابع مفصل تودرتو، تحلیل چهار متغیره، دوره بازگشت، شاخص بارش استاندارد شده اصلاحی
  • علی عارفی نیا، خالد احمدآلی* صفحات 113-128
    دما یک عامل کلیدی در میزان عملکرد، نیازآبی و درنتیجه آب مجازی محصولات مختلف کشاورزی است. لذا بررسی اثر عرض جغرافیایی به عنوان یکی از موثرترین عوامل بر آب مجازی محصولات کشاورزی ب ضروری است. در این تحقیق محتوای آب مجازی نه محصول عمده زراعی یعنی گندم، جو، یونجه، چغندرقند، ذرت، هندوانه، گوجه، پیاز و سیب زمینی در استانهای شرقی با استفاده از آمار 20 ساله محاسبه گردید. سپس با استفاده از نرم افزار ArcGIS، متوسط آب مجازی هریک از محصولات در عرض های جغرافیایی از 25 تا 38 درجه شمالی به فواصل یک درجه محاسبه شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بررسی میزان همبستگی بین آب مجازی با نیازآبی و عملکرد محصولات نشان داد که میانگین آب مجازی با میانگین نیاز آبی محصولات مورد بررسی همبستگی مستقیم به اندازه 65 درصد و با میانگین عملکرد آنها 74 درصد همبستگی معکوس دارد. مقادیر میانگین آب مجازی محصولات مورد بررسی از کمترین به بیشترین عبارتست از 19/0، 38/0، 45/0، 46/0، 53/0، 57/0، 59/1، 69/1 و 80/1 هزار مترمکعب بر تن که به ترتیب مربوط محصولات ذرت، چغندرقند، پیاز، ، هندوانه، گوجه، سیب زمینی، یونجه، جو و گندم می باشد. نتایج نشان داد که الگوی تغییرات تابع آب مجازی محصولات مورد بررسی نسبت به متغیر مستقل عرض جغرافیایی در همه موارد گوسی شکل است که علیرغم مقادیر ماگزیمم متفاوت آب مجازی، این مقادیر، در بازه ی مکانی 30 تا 33 درجه عرض شمالی اتفاق افتاده است و با دور شدن از بازه ذکر شده به سمت عرض های بالاتر و یا پایین تر محتوی آب مجازی همه محصولات کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: عرض جغرافیایی، عملکرد محصولات زراعی، محصولات غالب، نیاز آبی، آب مجازی
  • وحیده اسماعیلی، جلیل اجلی*، علی فرامرزی، مهرداد عبدی، مرتضی قلی زاده صفحات 129-154
    فلزات سنگین از فعالیت های انسان وارد خاک و چرخه مواد غذایی شده و میتوانند موجب مسمومیت گردند. در این تحقیق تاثیر افزودن بیوچار چوب صنوبر، بیوچار مخلوط و زیولیت بر کاهش جذب سرب، نیکل و کادمیوم توسط سیب زمینی بررسی شد. ازیک راکتور با ابعاد آزمایشگاهی جهت تهیه بیوچار توسط فرآیند گازسازی (دمای 850 درجه سانتیگراد) استفاده شد. به این منظور آزمایشی به صورت کاملا تصادفی با سه تکرار در گلخانه ای در منطقه ی باسمنج تبریز اجرا شد. درصدهای مواد افزودنی 2، 3 و 5 انتخاب گردید. صفات میزان سرب، نیکل و کادمیوم در سطح احتمال 1 درصد معنی دار بودند. بیشترین و کمترین میزان جذب سرب مربوط به تیمار شاهد (89/6 میلیگرم بر گرم) و فاکتور بیوچار چوب (85/3 میلیگرم بر گرم) بود. فاکتور بیوچار چوب (75/2 میلیگرم بر گرم) نسبت به فاکتور بیوچار مخلوط (31/3 میلیگرم بر گرم) و زیولیت (5/4 میلیگرم بر گرم) کمترین نیکل را جذب داشت. بیشترین نیکل مربوط به تیمار شاهد (75/6 میلیگرم بر گرم) و کمترین نیکل مربوط به تیمارهای سطح دوم (3%) و سوم (5%) بیوچار چوب (8/2 و 05/2 میلیگرم بر گرم) و سطح سوم (5%) فاکتور بیوچار مخلوط (93/2 میلیگرم بر گرم) بود. بیشترین مقدار کادمیوم مربوط به تیمار شاهد (96/1 میلیگرم بر گرم) بود. فاکتور بیوچار چوب (18/1 میلیگرم بر گرم) نسبت به دو فاکتور بیوچار مخلوط (58/1 میلیگرم بر گرم) و زیولیت (52/1 میلیگرم بر گرم) کمترین میزان کادمیوم را داشت. با در نظر گرفتن کلیه شرایط، بیوچار چوب صنوبر بیشترین کاهش مقدار جذب قلزات (تا 70 درصد) را نشان داد.
    کلیدواژگان: سرب، نیکل، کادمیوم، جذب، خاک آلوده
|
  • Asghar Azizian *, Bahareh Bahman Abadi, Mahnoosh Jenab Pages 1-18
    Accurate estimation of evapotranspiration is one of the most important issues in water balance calculation at the catchment and field scale. The lack of meteorological observations for using empirical methods and the high costs of measuring evapotranspiration using lysimeter restricts the usability of these methods in most cases. To tackle these problems, this research addressed the performance of reanalysis models including W3RA, HBV-SIMREG, PCR-GLOBW, WATER-GAP, and Ensemble for estimation of evapotranspiration at different climate regions of Iran. Besides, the reference evapotranspiration for assessment of the above models obtained using lysimeter measurements. Findings showed that in most cases studies the Ensemble model’s performance with the RMSE value ranges from 3.42 to 7.57 mm/day is the weakest one, while the results of HBV-SIMREG and W3RA show the best agreements with lysimeter dataset. Analyzing the outputs based on mean bias error (MBE) depicted that the estimated evapotranspiration based on W3RA and Ensemble have the minimum and maximum bias, respectively. As an overall conclusion, although results indicate that PCR-GLOBW has the maximum correlation coefficient (CC) with the reference datasets, HBV-SIMREG is the best and reliable model for estimation of evapotranspiration in most climate regions of Iran and can be considered as an alternative dataset, especially in data-limited areas.
    Keywords: Hydrological models, Penman-Monteith, Water balance, Water requirement
  • MohammadReza Khazaei *, Reza Kazemi Pages 19-30

    The frequency and intensity of extreme rainfalls will increase over many areas of the globe due to climate change. So, it is required to revise result of such studies based on the climate change scenarios. One of the most effective tools in such studies is Weather Generators, including LARS-WG. While GCMs predict future changes in the various characteristics of precipitation, usually in downscaling using LARS-WG, just changes of monthly averages are considered. In this paper, the future climate change impact on extreme precipitation in Gorgan and Khoramabad stations are assessed; while, the results of two methods of applying just change in averages (simple method) or applying changes in various characteristics of precipitation (complete method) in downscaling are compared. For future, CanESM2 outputs under RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5 scenarios for 2036-2065 period were used. The results showed that for climate change impact assessment on extreme rainfalls, additional to change in averages, change in other precipitation characteristics should be considered. Because the results of the two methods are different. In Gorgan, for example, the annual maximum daily rainfall with a return period of 15 years in the future will increase by 16 to 21 percent according to the more complete method, but between 37 and 49 percent according to the simpler method. Based on the complete, Intensity of the extreme rainfalls at both stations will increase in the future. This increase will be between 23% and 30% for the 2-year return period and between 25% and 29% for the 30-year return period.

    Keywords: Extreme precipitation, Climate Change, Downscaling method, Uncertainty
  • Ebrahim Najjaran, AmirAbbas Kamanbedast *, Mahmood Shafai Bejestan, Alireza Masjedi, Hooshang Hasonizadeh Pages 31-44

    Permeable vanes are structures that move the erosion of the outer bank of the river by diverting the erosive flow from the outer arch of the river to its center. In this study, the pattern of erosion and sedimentation around the hydraulic structure in the installation conditions of different distances from each other has been studied. Six-pillar concrete elements are materials that form a permeable structure overlapping and are applicable without drying the riverbed. These blocks need to be examined for how the structure works. With this concept, in the present study, the performance of this structures were performed in a laboratory channel with a width of 60 cm and a 180 degree flume under different hydraulic conditions (Fr = 0.227, 0.244, 0.261, 0.278). The required data were measured at different distances (5L, 6L, 7L, 8L) with an effective length equal to 20% of the width of the flume (L=12cm). Control experiment was performed in similar conditions to other scenarios without groins construction. Comparison of the results of the control and main experiments showed that the construction of permeable rectangular groin with a distance of 5L had the best efficiency in reducing the maximum depth of scour at the outer bank compared to the control experiments equal to 70.1% and 57.9% in Froud numbers of 0.227 and 0.261, respectively.

    Keywords: Sediment management, erosion, Six-pillar concrete elements, River Engineering, Hydraulic
  • MohammadSadegh Askari *, Golnaz Rostamkhani, Setareh Amanifar, Toraj Khoshzaman Pages 45-62

    Developing a precise and rapid method for assessing the impact of farming operations on soil quality is important for sustainable resource management and monitoring management approaches in agricultural ecosystems. The objective of this study was to evaluate the efficiency of spectroscopy as a rapid and quantitative approach for monitoring physical and biological soil quality under agricultural management in Zanjan province. 77 soil samples were collected from the depth of 0-20 cm under irrigated and rain-fed agriculture. Important physical and biological properties, affecting soil quality in this province, were measured using standard methods. Then, soil spectral data were determined in VIS-NIR region and spectral models were calculated using partial least square regression. The average reflectance of soil spectra from 450 to 2450 nm, were significantly different (p < 0.05) between rain-fed and irrigated land uses. Moreover, land use type had a significant impact on most physical and biological properties, measured in this study. Spectral models with excellent accuracy(RPD>2.5 and R2>0.8) were noted for soil microbial respiration, clay content and soil organic content. The models with good accuracy (2<RPD0.76) for microbial carbon biomass, aggregate stability, sand content and with moderate accuracy (1.5<RPD0.65) for bulk density, hydraulic conductivity and silt content were obtained. However, sorptivity was not estimated with appropriate accuracy using spectral models. The effect of management operations under irrigated and rain-fed land use was detectable using soil reflectance spectral signature, and spectral data showed an overall good ability for evaluating physical and biological indicators of soil quality.

    Keywords: Multivariate analysis, Spectral data, agricultural land use, Soil management
  • Masuod Abdi, Hossein Ebrahimi *, Abolfazl Akbarpur Pages 63-78

    Determining the optimal number of required wells and pumping flow and selecting the place of drilling wells to meet the water needs of different uses is one of the important issues of water resources management in arid and semi-arid regions.The results showed that changing the coordinates of wells due to the variable thickness of the aquifer and also different water quality in different areas, will affect the cost of extraction and water treatment, respectively, and on the other hand, the distance from the place of consumption will increase the cost of transmission Changing the pumping flow of wells will also affect the energy consumption of the pump in the process of water extraction and transfer. Based on the results, the cost of the optimal design has been reduced by about 10% compared to the existing design. The results showed that water level drop and groundwater quality had the highest weight coefficient.Also, the areas that had the most drop, the best water quality, the shortest distance and the lowest height to the place of consumption, had the highest weight coefficient and the areas that had the lowest drop, The average annual drop in water level in this area varies from 1.13 to 0.3 meters. There are 422 deep wells in this area, about 60 of which have a discharge of more than 20 liters per second and are a good option for replacing the city's drinking water supply wells.

    Keywords: Groundwater, Particle swarm optimization, Hierarchical Analysis
  • Elahe Daraei, Hossein Bayat *, Pouya Zamani Pages 79-92
    Little is known about the long term effects of nanoparticles on soil properties. Therefore, the objective of this study was to investigate the three years effects of nanoparticles on aggregate stability and some of the soil chemical properties. Different amounts (1, 3 and 5 percentage by weight) of two types of nanoparticle of metal oxides, MgO and Fe3O4 were mixed with a loamy soil in three replications and their possible effects on different properties of the soil after three years were investigated. The results showed that application of nanoparticles, increased the pH of the soil from 7.7 in the control to 8.1- 9.3 and the electrical conductivity from 0.31 in the control to 0.34 -0.56 dSm-1, due to the increase in the alkali cations. The percentage of calcium carbonate increased from 19.75% in the control to 20.5-22.7% due to the accumulation of nanoparticles in the soil, with the highest increase in three variables with 5% magnesium nano oxide. 3% nano iron oxide significantly increased the cation exchange capacity from 23.50 in the control to 24.28 cmolc/kgsoil. Also the nanoparticles increased the mean weight diameter, due to their high specific surface area, with the greater effect of magnesium nano oxide (increased from 33 to 1242 percentage compared to the control) than iron nano oxide (increased from 97 to 173 percentage compared to the control). In general, the results of this study showed that, nanoparticles with specific physico-chemical properties can affect some properties of soil.
    Keywords: cation exchange capacity, Iron nano oxide, Magnesium nano oxide, Mean weight diameter
  • Zabihollah Khani Temeliyeh, Hossien Rezaie *, Rasoul Mirabbasi Pages 93-112

    Drought is a natural disaster and inevitable phenomenon, which should be considered preventable, but can be managed and organized. The main purpose of this study is to show how copula functions are used in the four-variable analysis of drought in the west of Iran. For this purpose, the drought characteristics, including severity, duration, inter arrival time and peak were extracted using modified Standardized Precipitation Index (SPImod). Then the frequency distributions were fitted to the mentioned drought characteristics and the best fitted marginal distribution were specified for every drought characteristics. The results showed that the gamma and exponential distributions had the best fitness on the drought severity and duration, respectively. Also, for drought peak and inter arrival time variables, the GEV function was known as the best fitted marginal distribution. In order to four variate analysis of drought characteristics, these variables were paired two by two using nested copula method. For this purpose, the fitness of nine copula functions, including Clayton, Ali-Mikhail- Haq, Farlie- Gamble- Morgenstern, Frank, Gamble, Gamble- Hougaard, Plackett, Philip Gamble and Joe were examined using Akaike Information Criterion (AIC), Maximum Likelihood (ML), and Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) criteria. The results showed that Joe copula is the best function for constructing the multivariate distribution in the study area. Also, this study showed that a four-variate analysis of drought provide useful information for planners and managers for drought prediction and planning to cope with drought consequences.

    Keywords: Four Variate Analysis, Modified Standardized Precipitation Index, Nested Copula Function, Return Period
  • Ali Arefinia, Khaled Ahmadaali * Pages 113-128
    Temperature is a key factor in yield, crop water requirement, and then virtual water of various agricultural products. Therefore, it is necessary to investigate the effect of latitude as one of the most effective factors on the variation of virtual water of agricultural products. In this research, the virtual water content of nine major plants including wheat, barley, alfalfa, sugar beet, corn, watermelon, tomato, onion and potato in four eastern provinces (including 56 cities) of Iran was calculated based on 20-year statistical data. Then, the average virtual water of each plant was calculated in different latitudes from 〖25〗^° to 〖38〗^°N at 1^° intervals using ArcGIS software. The regression between the average virtual water with crop water requirement and yield of the products revealed a positive correlation between virtual water and crop water requirement (r=0.65) and a negative correlation between virtual water and yield (r= 0.74). The average virtual water from the lowest to the highest was 0.19, 0.38, 0.45, 0.46, 0.53, 0.57, 1.59, 1.69, and 1.80 thousand cubic meters per ton for corn, sugar beet, onion, watermelon, tomato, potato, alfalfa, barley, and wheat, respectively. The results showed that the variation pattern of virtual water of the studied products across different latitude was Gaussian. Despite the different maximum values of virtual water, they occurred in the latitude range of 〖30〗^° to 〖33〗^° N and by moving away from the mentioned range to higher or lower latitude, the virtual water content of all products decreases.
    Keywords: latitude, crop yield, major crops, crop water requirement, virtual water
  • Vahideh Esmaeili, Jalil Ajalli *, Ali Faramarzi, Mehrdad Abdi, Mortaza Gholizadeh Pages 129-154
    Heavy metals enter from human being activities into soil and food cycle and can lead to poisoning. In this research, the influence of adding poplar wood biochar, mixture biochar and zeolite on the decrease of Pb, Ni and Cd adsorption by potato was investigated. To produce biochar, a lab scale gasification reactor (850°C) was used. A random trial including 3 repetitions was conducted in a greenhouse located in Basminj, Tabriz. Additives percentages were 2, 3 and 5 wt%. The amount of Ni, Pb and Cd traits were significant at 1% probability level. The highest and lowest Pb adsorption were belonged to treatment with no additives (6.89 mg per g) and poplar biochar factor (3.85 mg per g). Compared to mixture biochar (3.31 mg per g) and zeolite (4.5 mg per g), poplar wood biochar factor (2.75 mg per g) had the lowest Ni adsorption. The second (3%) and third (5%) levels treatments of poplar biochar (2.8 and 2.05 mg per g) accompanied with the third level (5%) mixture biochar factor (2.93 mg per g) had the lowest Ni and the treatment with no additives (6.75 mg per g) had the maximum Ni. The highest Cd amount was belonged to the treatment with no additives (1.96 mg per g). Furthermore, poplar biochar factor (1.18 mg per g) included the lowest Cd amount compared to the mixture biochar (1.58 mg per g) and zeolite (1.52 mg per g). Considering all, the poplar wood biochar showed the highest decline of metal adsorption.
    Keywords: Lead, nickel, Cadmium, Adsorption, Contaminated Soil