فهرست مطالب

فصلنامه حفاظت منابع آب و خاک
سال سیزدهم شماره 1 (پیاپی 49، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/06
  • تعداد عناوین: 10
|
  • نیازعلی ابراهیمی پاک، علی عبدزادگوهری*، آرش تافته صفحات 1-11
    زمینه و هدف

    عوامل مختلفی در افزایش تولید محصول گندم موثر می باشند که یکی از مهم ترین آن ها، آب است. تعیین آب مصرفی واقعی گندم در مناطق خشک و نیمه خشک از اهمیتی خاص برخوردار بوده و استفاده اقتصادی از آب یک مسیله جدی و بسیار مهم برای کشاورزان و محققانی است که گندم را به صورت آبی کشت و تولید می کنند . فصل کشت گندم به دلیل تغییر الگوی انرژی موثر بر تبخیر-تعرق، اثر مستقیمی بر نیاز آبی آن دارد و به طور قطع در فصل زمستان، نیاز آبی کمتری نسبت به بهار و تابستان خواهد داشت. این پژوهش به منظور بررسی سامانه نیاز آب در تعیین مقدار واقعی آب آبیاری و عملکرد گیاه گندم بر اساس حل معکوس تابع تولید در شرایط تنش آبی برای گندم رقم الوند در استان قزوین انجام شد.

    روش پژوهش: 

    این پژوهش در سال های زراعی 1396- 1398 در استان قزوین در زمینی به مساحت 600 متر مربع در ایستگاه تحقیقاتی اسماعیل آباد (49º 52' N, 36º15' E, 1285 MSL) انجام شد. طرح آزمایشی به صورت کرت های خرد شده و در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار بود. به طوری که عامل اصلی مدیریت آبیاری شامل تامین نیاز آبی 20 (I1)، 40 (I2)، 60 (I3)، 80 (I4) و 100 درصد (I5) و تیمار فرعی شامل آبیاری تا پایان مرحله گلدهی (S1) و مرحله خمیری شدن دانه (S2) بود. سامانه نیاز آبی کشور که توسط موسسه تحقیقات خاک و آب کشور ارایه شده است، سامانه ای است برای تعیین نیاز آبی محصولات زراعی و باغی که توانایی برآورد و تعیین نیاز آبی، آب مصرفی و برنامه ریزی آبیاری گیاهان را در سطح منطقه، شهرستان، حوضه آبریز، دشت دارد. یکی از نکات برجسته این سامانه، مکان محور بودن آن است و استفاده کننده در هر مکان با مراجعه به سامانه، نیازهای منطقه ای خود را استخراج می کند و می تواند آب مصرفی برای الگوی کشت را تحت گزینه های مختلف کاربری به ذی نفعان بخش آب کشاورزی با قابلیت به روزرسانی ارایه نماید.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که ریشه میانگین مربعات خطا در روش تافته، پاسکویله و ریس به ترتیب با 122، 83 و 126 میلی متر در روز بود که در این میان، روش پاسکویله نسبت به سایر روش ها، دارای برآورد بهتری بود. در روش پاسکویله بهترین ریشه میانگین مربعات خطای نرمال با 18/0 درصد مشاهده شد. شاخص توافق یا سازگاری در روش تافته، پاسکویله و ریس به ترتیب با 95/0، 98/0 و 95/0 درصد و ضریب کارایی مدل به ترتیب با 77/0، 91/0 و 73/0 بود. همچین نتایج آنالیز آماری نشان داد که مقادیر اندازه گیری و شبیه سازی شده به خط یک به یک نزدیک و ارتباط مناسبی دارند و مقادیر ضریب تبیین در سال های مورد مطالعه را 98/0 نشان داد. نتایج برآورد میزان تبخیر- تعرق گیاه گندم با استفاده از سیستم نیاز آب در دشت قزوین با روش های تافته و همکاران. (2013)، پاسکویله و همکاران. (2017) و ریس و همکاران، (98/0=R2) بالا بوده و ریشه میانگین مربعات خطا در روش های تافته، پاسکویله و ریس به ترتیب 120، 83 و 126 میلی متر در روز بود که در این روش روش پاسکویله برآورد بهتری نسبت به روش های دیگر داشت.

    نتیجه گیری

    به طور کلی و با توجه به نتایج آماری، تقریب خوبی بین داده های واقعی و استفاده از سیستم نیاز آب در تعیین میزان آب آبیاری در شرایط تنش آبی مشاهده شد که بیانگر ارزیابی مناسب سیستم نیاز آبی و توانایی شبیه سازی است. تابع عملکرد گندم در رابطه با تیمارهای مختلف آبیاری بود و این سیستم می تواند به عنوان ابزار مناسبی در برآورد نیاز آبی برای بهبود مدیریت آب در گندم استفاده شود.

    کلیدواژگان: تبخیر-تعرق، حل معکوس عددی، رقم الوند، نیاز آبی
  • امیر نیک اختر، علی نشاط*، نجمه یزدان پناه صفحات 13-25
    زمینه و هدف

    روش کمآبیاری با هدف صرفهجویی در مصرف آب میتواند بهعنوان یک راهکار سودمند در شرایط کم آبی و با استفاده مناسب از واحد حجم آب مصرفی، مطرح شود. مصرف بهینه آب و استفاده مناسب از کود، علاوه بر افزایش میزان عملکرد گیاه، موجب افزایش بهره وری آب و کود می شود. نیتروژن یکی از عناصر اساسی در تغذیه گیاه است که به دلیل اهمیتی که در فرایندهای حیاتی گیاه انجام می دهد، کمبود آن بیش از سایر عناصر، عملکرد را کاهش می دهد. تحقیق حاضر با هدف بررسی اثر تنش آبی و سطوح مختلف کود نیتروژن بر عملکرد و بهره وری گیاه سویا رقم ویلیامز در استان هرمزگان انجام پذیرفت.

    روش پژوهش: 

    این آزمایش به صورت طرح کرت های خرد شده در قالب بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار در شهرستان حاجی آباد (استان هرمزگان) در دو سال زراعی 1400 و 1401 انجام شد. عامل اصلی، آبیاری در شش سطح بدون آبیاری و تامین 40، 60، 80، 100 و 120 درصد نیازآبی و عامل فرعی مقادیر کود نیتروژن (منبع اوره) در چهار سطح شامل صفر، 50، 100، 150 و 200 در کیلوگرم در هکتار بود. هر واحد آزمایشی دارای ابعاد 5×20 متر و دارای 10 ردیف کشت بود.

    یافته ها

    اثر متقابل آبیاری و سطوح کود نیتروژن بر عملکردهای بیولوژیکی، غلاف و دانه، شاخص برداشت، وزن هزار دانه، تعداد دانه در بوته، طول غلاف، بهره وری مصرف آب در بیولوژیکی، غلاف و دانه در سطح یک درصد معنی دار بود. اثر متقابل آبیاری و کود نشان داد که بیشترین میزان عملکرد بیولوژیکی، غلاف و دانه در شرایط تامین 100 درصد نیاز آبی و مصرف 150 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به ترتیب با میانگین 6051 ، 4941 و 3049 کیلوگرم در هکتار مشاهده شد. حداکثر میزان شاخص برداشت در اثر متقابل آبیاری و کود نیتروژن در شرایط تامین 100 درصد نیاز آبی و با مصرف کودی 100 و 150 کیلوگرم در هکتار با میانگین 43/0 درصد بود. اثر متقابل آبیاری و کود نیتروژن نشان داد که بیشترین وزن هزار دانه در شرایط تامین 100 درصد نیاز آبی و مصرف کود به مقدار 200 کیلوگرم در هکتار با میانگین 8/120 گرم بود. بیشترین بهره وری مصرف آب مبتنی بر عملکرد بیولوژیکی، غلاف و دانه در شرایط بدون آبیاری و مصرف کود نیتروژن به مقدار 150 کیلوگرم در هکتار به ترتیب 61/5، 71/3 و 28/2 کیلوگرم بر مترمکعب مشاهده شد.

    نتیجه گیری

    بر اساس نتایج، دسترسی به آب و نیتروژن کافی، دو عامل بسیار مهمی هستند که بر رشد و عملکرد سویا اثر می گذارند. بنابراین علاوه بر کمبود آب، کمبود نیتروژن نیز باعث تنش بر رشد و عملکرد سویا می شود. با روند صعودی مصرف کود نیتروژن، میزان عملکرد کاهش یافت و در صورتی که آب به قدر کافی موجود نباشد، افزایش مصرف کود نیتروژن باعث تشدید اثر تنش رطوبتی شده و در نتیجه عملکرد گیاه کاهش می یابد، از این رو در شرایط کمبود آب، مصرف بیش از حد کود نیتروژن قابل توصیه نیست. با توجه به نتایج، آبیاری کامل و مصرف نیتروژن تا 150 کیلوگرم در هکتار برای منطقه مورد مطالعه پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: آب مصرفی، تابع تولید، رقم ویلیامز، عملکرد دانه، نیاز آبی
  • احسان لرنژاد، حسین ابراهیمی*، حمیدرضا ربیعی فر صفحات 27-40
    زمینه و هدف

    تحلیل رویدادهای هیدرولوژیکی یکی از مولفه های مهم ارزیابی مدیریت منابع و مصارف آب به شمار می روند. مقدار مصرف آب به طور مستقیم به پدیده های اقلیمی در یک منطقه بستگی دارد. بارندگی از یکی از شاخص های مهم تغییر اقلیم به شمار می رود که در تحلیل احتمالاتی پدیده های هیدرولوژیکی موردتوجه محققان قرار گرفته است. این تحقیق با هدف ارزیابی تحلیل روند و برآورد دوره بازگشت بارندگی در مدیریت منابع آب استان لرستان با استفاده از روش من-کندال اصلاح شده و مدل سازی احتمالاتی دومتغیره انجام گرفته است. 

    روش پژوهش: 

    محدوده مورد مطالعه استان لرستان واقع در بخش غربی ایران است. برای دستیابی به این هدف، سری های زمانی اطلاعات بارندگی برای دوره آماری 35 ساله از 1365 تا 1400 گردآوری شد. به منظور تحلیل روند بارش در استان از آزمون ناپارامتریک من-کندال اصلاح شده استفاده گردید. هم چنین برای تعیین دوره بازگشت دومتغیره مدت و ارتفاع بارش از توابع مفصل ارشمیدسی استفاده شد.  

    یافته ها

    نتایج بررسی ها نشان داد که اکثر نقاط استان لرستان ارتفاع بارندگی در دوره بازگشت 10 ساله کمتر از 50 میلی متر در روز است. این مقدار بارندگی به طور متوسط بین 100 تا 200 میلیون مترمکعب آب کشاورزی را برای هشت شهرستان تامین خواهد کرد. نورآباد و الشتر به ترتیب بیش ترین و کم ترین مقادیر پیش بینی شده آب را در 10 سال آینده داشته اند. علاوه بر این مقایسه روند بارش ها نشان داد که در سطح اطمینان 5 درصد روند کاهشی و افزایشی معنی داری وجود نداشته است. 

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد اگرچه روند کاهشی یا افزایشی معنی دار با استفاده از روش من-کندال در شهرستان های استان لرستان شناسایی نشده است اما دوره بازگشت بارندگی نشان دهنده کاهش منابع آب در دسترس برای کشاورزی است. برنامه ریزی بر اساس توابع توزیع دومتغیره نشان داد که مدت بارندگی می تواند نقش تعیین کننده ای در محاسبه دوره بازگشت داشته باشد.

    کلیدواژگان: روش من-کندال، تحلیل هیدرولوژیکی، توابع مفصل، آزمون ناپارامتریک
  • احسان فتاپور، علی افروس*، بابک امین نژاد، علی صارمی، امیر خسروجردی صفحات 41-51
    زمینه و هدف

    کاربرد مدل های هیدرولوژیکی در حوزه های آبریز همواره مورد توجه محققین منابع آب بوده است. مدل های شبیه سازی هیدرولوژیکی ابزارهای ارزشمندی برای بررسی موضوعات چالش برانگیز مرتبط با مدیریت حوزه آبریز همچون اثر تغییر اقلیم بر منابع آب و تاثیر شهرسازی بر سیلاب ها و خشکسالی ها هستند. مدل هیدرولوژیکی توزیعی مکانی WetSpa برای شبیه سازی جریان رودخانه در مقیاس حوزه به کار برده می شود. این مدل جهت پیش بینی هیدروگراف ها و پارامترهای هیدرولوژیکی توزیعی- مکانی حوزه از نقشه های توپوگرافی، کاربری اراضی، نقشه خاک و سری زمانی روزانه هواشناسی (بارندگی، تبخیر و درجه حرارت) مشاهده شده استفاده می کند. در این مقاله از مدل شیءگرا، مدولار و فرآیندمحور WetSpa که بر اساس رویکرد مدل سازی انعطاف پذیر تهیه شده، جهت شبیه سازی هیدروگراف روزانه در حوزه خرم آباد استفاده شده است. 

    روش پژوهش: 

    ورودی های مدل شامل نقشه های رقومی ارتفاع، تیپ خاک، کاربری اراضی و سری های زمانی بارش، دما و تبخیر و تعرق پتانسیل است که از آمار 6 ایستگاه هواشناسی در یک دوره ده ساله (سال آبی 85-84 تا 94-93) استفاده گردید. پس از آماده سازی ورودی های مدل، در ابتدا نقشه های پارامترهای توزیعی به وسیله مولفه پیش پردازش GIS مدل، به طور خودکار به قالب map تولید می شوند. پس از آن، واسنجی مدل با استفاده از یک دوره آماری 5 ساله (سال آبی 85-84 تا 89-88) از داده های بارش، دما و تبخیر و تعرق پتانسیل انجام شد. مدل جهت استفاده از داده های بارش، دما و تبخیر از پلیگون های تیسن استفاده می کند. بدین منظور از دبی های روزانه ایستگاه هیدرومتری چم انجیر واقع در خروجی حوزه آبریز مورد مطالعه استفاده گردید. واسنجی مدل با تعیین مقادیر 11 پارامتر عمومی (کلی) مدل به صورت دستی صورت گرفت، به نحوی که بهترین انطباق بین هیدروگراف شبیه سازی و مشاهده-ای به دست آید. در نهایت اعتبارسنجی مدل براساس یک دوره آماری 5 ساله (سال آبی 89-88 تا 94-93) و مقادیر پارمترهای عمومی (کلی) به دست آمده در مرحله واسنجی انجام شد. 

    یافته ها

    نقشه های پارامترهای توزیعی تولید شده که بعد از آماده سازی ورودی های مدل تولید می شدند نشان داد که متوسط ضریب رواناب پتانسیل حوزه 63 درصد و زمان تمرکز حوزه 17 ساعت می باشد. در ادامه طبق11پارامتر کلی که نماد و دامنه تغییرات آن ها در جدول (3) مشخص شده اند، مقادیر پارامترهای کلی مدل در مرحله واسنجی به دست آمد. مقایسه هیدروگراف شبیه سازی شده توسط مدل و هیدروگراف مشاهده ای در مرحله واسنجی نشان داد که بهترین انطباق بین داده های مشاهده ای و شبیه سازی شده با ضریب همبستگی 39/0 ایجاد شده است. اعتبارسنجی مدل نیز براساس دوره آماری 5 ساله (سال آبی 89-88 تا 94-93) و مقادیر پارامترهای کلی به دست آمد. فایل های خروجی مدل نشان داد که در دوره واسنجی 15/26 درصد از بارش تبدیل به رواناب می شود. در دوره اعتبارسنجی سهم کل رواناب از بارش برابر 42/26 درصد بدست آمد. همچنین نتایج شبیه سازی مدل، نسبت تبخیر به بارش را در دوره های واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب 18/57 و 20/69 درصد را نشان می دهد. نتایج ارزیابی مدل بر اساس شاخص کلینگ-گوپتا (KGE) نیز، مقدار 68/0 برای دوره واسنجی و 74/0 را برای دوره اعتبارسنجی نشان می دهد.

    نتایج

    در این مقاله به بررسی کارایی مدل WetSpa بهمنظور شبیه سازی جریان روزانه رودخانه خرم آباد در محل ایستگاه هیدرومتری چم انجیر پرداخته شد. با توجه به نتایج به دست آمده از این تحقیق میتوان گفت که مدل توزیع مکانی Wetspa توانایی شبیه سازی رفتار هیدرولوژیکی حوزه را با دقت قابل قبولی دارد. مقایسه گرافیکی هیدروگراف های محاسبه ای و مشاهده ای برای دوره واسنجی و ارزیابی نیز نشان دهنده تطابق نسبتا خوبی بین دو هیدروگراف می باشد. بررسی نتایج حاصل از محاسبه مولفه های بیلان آبی توسط مدل نشان می دهد که جریان خروجی در دوره واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب 15/26 و 42/26 درصد از کل بارش را به خود اختصاص داده است که با توجه به کاربری عمده کوهستان و مرتع در حوزه آبریز منطقی به نظر می رسد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی، مدل سازی هیدرولوژیکی انعطاف پذیر، مدل WetSpa
  • حامد امینی، اباذر اسمعلی عوری، رئوف مصطفی زاده*، معراج شرری، محسن ذبیحی صفحات 53-67
    زمینه و هدف

    خشکسالی پدیده ای جهانی است که می تواند در هر جایی رخ دهد و خسارات قابل توجهی به انسان و اکوسیستم های طبیعی وارد کند. لذا موضوع خشکسالی هیدرولوژیک و کاهش جریان در رودخانه های استان اردبیل نیز از موارد مهمی است که نیازمند مطالعه جامعی در این خصوص است. 

    هدف

    در تحقیق حاضر، به تحلیل و مقایسه خشکسالی هیدرولوژیک با استفاده از 4 آستانه مختلف (ثابت، متوسط سالانه، جریان زیست محیطی و فصلی) در 33 ایستگاه هیدرومتری استان اردبیل پرداخته شد. شدت وقایع خشکسالی با استفاده از نرم افزار Easy-Fit در دوره بازگشت های مختلف محاسبه شد. در این راستا، منحنی های بزرگی-مدت-فرآوانی خشکسالی محاسبه شد و بر اساس آن مقادیر وقایع خشکسالی در دوره بازگشت های مختلف محاسبه و مورد تحلیل قرار گرفت.

    روش

    برای مطالعه خشکسالی هیدرولوژیک از 4 آستانه مختلف استفاده شده و شدت خشکسالی هیدرولوژیک در دوره بازگشت های متفاوت محاسبه شد و سپس به بررسی خشکسالی هیدرولوژیک در دوره بازگشت های مختلف و منحنی های بزرگی-مدت-فراوانی پرداخته شد. 

    یافته ها

    بیش ترین رخداد خشکسالی در آستانه های ثابت، فصلی، سالانه و جریان زیست محیطی به ترتیب مربوط به ایستگاه های سامیان، مشیران، بوران و سامیان بوده است. هم چنین کم ترین رخداد خشکسالی مربوط به ایستگاه ویلادرق بوده است. بیش ترین رخداد های خشکسالی در هر چهار آستانه مذکور، اکثرا در تداوم های کم تر به خصوص یک ماهه دیده می شود. با توجه به تناسب داده ها با توزیع های متفاوت، توزیع های جانسون-اس بی و مقادیر فرین تعمیم یافته بیش ترین کاربرد را داشتند. بیش ترین شدت خشکسالی با افزایش دوره بازگشت مربوط به سطح آستانه متوسط سالانه و کم ترین شدت خشکسالی هیدرولوژیک، مربوط به سطح آستانه جریان زیست محیطی است. منحنی های بزرگی-مدت-فراوانی در همه ایستگاه ها روند افزایشی را نشان داد و این بدین معنا است که با افزایش تداوم خشکسالی هیدرولوژیک در همه آستانه های مورد مطالعه، شدت وقوع خشکسالی های هیدرولوژیک هم افزایش می یابد. بیش ترین شدت خشکسالی هیدرولوژیک به ترتیب مربوط به آستانه سالانه سپس آستانه فصلی و آستانه ثابت و از همه کم تر و پایین تر آستانه جریان زیست محیطی است. بنابراین، در دوره بازگشت های کم تر در هر چهار ایستگاه آستانه ثابت شدت یا بزرگی بیش تری را نسبت به آستانه فصلی نشان می دهد و در دوره بازگشت های بالاتر آستانه فصلی شدت بالاتر وقایع خشکسالی را نسبت به آستانه ثابت نشان می دهد.

    نتایج

    هم چنین می توان نتیجه گرفت که بزرگی خشکسالی هیدرولوژیک در آستانه ثابت در هر چهار ایستگاه منتخب نوسان کم تری را نسبت به سایر آستانه ها نشان می دهد. باید اشاره شود که در تعیین خشکسالی بر اساس آستانه ثابت، سالانه و فصلی، وقایع دارای تعداد و شدت بیش تر نسبت به آستانه جریان محیط زیستی خواهد بود. نقشه تغییرات مکانی شدت خشکسالی نشان داد که بیش تر خشکسالی ها در ایستگاه های واقع در شمال و شمال غرب (بران و دوست بیگلو) اتفاق افتاده است. تفکیک اثر عوامل انسانی و اقلیمی در ارزیابی خشکسالی از پیشنهادات تحقیق حاضر است که می تواند در مطالعات آتی مدنظر قرار گیرد.

    کلیدواژگان: حد آستانه، میانگین فصلی جریان، جریان زیست محیطی، شدت خشکسالی، تداوم خشکسالی
  • علیرضا سلطانی، حمزه علی علیزاده*، جعفر مامی زاده، جواد سروریان صفحات 69-79
    زمینه و هدف

    امروزه وابستگی بین مصرف انرژی با مصرف آب به یکی از موضوعات مهم شبکه های آبیاری تحت فشار تبدیل شده است. به طوری که همراستا با مسایل و مشکلات کمبود آب، افزایش هزینه های انرژی مصرفی در بخش کشاورزی به یک چالش مهم تبدیل شده است. هدف از این پژوهش بررسی راهکارهای مختلف کاهش مصرف انرژی در شبکه ی آبیاری تحت فشار صالح آباد می باشد. 

    روش پژوهش: 

    برای این منظور ابتدا تغییرات جزیی اثرگذار بر مصرف انرژی شامل تغییر قطر لوله آبده مورد ارزیابی قرار گرفت. در این سطح، سناریوهای مورد ارزیابی شامل دو قطر لوله آبده (لترال) 63 و 75 میلی متر می باشد. تحلیل هیدرولیکی شبکه آبیاری با استفاده از نرم افزارWaterGems  و مصرف انرژی در ایستگاه های پمپاژ مختلف  محاسبه شد. در سطح دوم ارزیابی ها، با تغییرات اساسی در شبکه شامل بخش بندی شبکه، کنترل نقاط بحرانی، استفاده از استراتژی های ممیزی انرژی و مدیریت ایستگاه های پمپاژ چهار سناریو برای کاهش مصرف انرژی در شبکه ی آبیاری تعریف شد. سناریوها عبارت بودند از: سناریو یک ناحیه بندی شبکه با لحاظ حفظ کانال تغذیه کننده اصلی شبکه، سناریو دوم ناحیه بندی شبکه با لحاظ تغییر کانال اصلی به لوله، سناریوی سوم اجرای یک خط اصلی جدید برای اراضی ثقلی و سناریو چهار حذف پمپاژ ثانویه با تغییر رقوم مخزن و تقویت پمپاژ اصلی. در سناریوهای اول تا سوم بخشی از شبکه آبیاری که قابلیت آبیاری بارانی بدون نیاز به ایستگاه پمپاژ ثانویه را دار می باشد، مشخص و در ادامه با تغییر نوع یا تعداد پمپ-های ایستگاه های پمپاژ ثانویه برای تامین دبی و هد مورد نیاز اراضی بالادست، میزان صرفه جویی در هر سناریو محاسبه گردید.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که با توجه به شرایط توپوگرافی شبکه، تغییر قطر لترال ها تاثیری بر صرفه جویی در مصرف انرژی نداشت. همچنین نتایج نشان داد که با ناحیه بندی شبکه آبیاری و اعمال سناریوهای یک، دو و سه سطح اراضی آبیاری شده بدون نیاز به ایستگاه پمپاژ ثانویه به ترتیب 8/610، 5/1591 و8/1621 هکتار و میزان صرفه جویی در انرژی مصرفی پمپاژ ثانویه به ترتیب 6/14، 1/46 و 4/47 درصد و در کل شبکه به ترتیب 9/3، 4/12 و 7/12 درصد بود. در سناریو چهارم به بهینه سازی ایستگاه پمپاژ اولیه پرداخته شد و مشخص گردید که با تغییر پمپ های ایستگاه پمپاژ اولیه امکان حذف تمام ایستگاه های پمپاژ ثانویه وجود داشت. سطح اراضی آبیاری شده بدون نیاز به ایستگاه پمپاژ ثانویه 2820 هکتار و میزان صرفه جویی در انرژی مصرفی کل شبکه در این سناریو 46/8 درصد بود.

    نتایج

    نتایج این مطالعه نشان داد که تغییر قطر لوله آبده تاثیر معنی داری بر مصرف انرژی شبکه ندارد. همچنین نتایج نشان داد که با ناحیه بندی و ایجاد تغییر در خط لوله آبرسان شبکه می توان 3121 مگاوات ساعت در مصرف انرژی سالانه شبکه صرفه جویی نمود. بنابراین پیشنهاد می شود در طراحی شبکه های آبیاری و زهکشی ناحیه بندی شبکه بر اساس فشار ورودی آبگیرها و استفاده از نیروی ثقل به عنوان یک راهکار تاثیرگذار در کاهش مصرف انرژی مد نظر قرار گیرد.

    کلیدواژگان: انرژی، ایستگاه پمپاژ اولیه، ایستگاه پمپاژ ثانویه، صالح آباد، ناحیه بندی
  • احسان بهجتی، امیر خسروجردی*، علی صارمی صفحات 81-92
    زمینه و هدف

    برج های خنک کننده از بخش های مهم و حیاتی واحدهای صنعتی محسوب می گردد که برای خنک سازی آبی که در فرآیندهای سردسازی سیستم ها در نیروگاه ها، پالایشگاه ها و دیگر واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از اجزای مهم برج ها حوضچه آرامش است که نقش اصلی حوضچه، جمع آوری آب جهت انتقال به سیستم می باشد که تعداد حوضچه های مکش معمولا منطبق بر تعداد هر پمپ طراحی می گردد. یکی از وظایف مهم سازه ی حوضچه ی آرامش در این ساختار، استهلاک انرژی می باشد. در این خصوص معمولا در این حوضچه از ساختار هیدرولیکی پرش هیدرولیکی برای استهلاک انرژی استفاده می شود. در فرآیند پرش هیدرولیکی، جریان از حالت فوق بحرانی به جریان زیر بحرانی تغییر حالت می دهد. این امر سبب اتلاف انرژی جریان می شود. در حوضچه های آرامش برجک های خنک کننده معمولا از شیب پایین دست در جهت کنترل پرش هیدرولیکی استفاده می شود. در پژوهش های مختلف نشان داده شده است که استفاده از پلکان به جای سطح شیبدار می تواند در حد زیادی، اتلاف انرژی را در حوضچه آرامش افزایش دهد.  در این پژوهش با جایگزین کردن سطح پلکانی به جای سطح شیبدار، تاثیرات این فرآیند بر خطوط جریان و همچنین تاثیرات آن بر بوجود آمدن کاویتاسیون بررسی می گردد. 

    روش و پژوهش: 

    در این پژوهش از مدل عددی فلوینت برای مدل سازی عددی جریان در اطراف سازه ی حوضچه آرامش برجک خنک کننده استفاده می شود. در این راستا،  ابعاد حوضچه آرامش در برج خنک کننده بتنی از نقطه نظر مهندسی ارزش بسیار حایز اهمیت می باشد و باید به نحوی طراحی شود که شرایط کارکرد پمپ ها ایمن باشد. وجود سرعتهای بالا و کاهش فشار در تخلیه کننده ها مشکلات جدی در ارتباط با وقوع پدیده کاویتاسیون به بار می آورد. از آن جایی که مدل سازی مدل فیزیکی معمولا مستلزم صرف زمان و هزینه زیادی است،  از مدل نرم افزاری فلوینت کالیبره شده با داده های مدل فیزیکی ساخته شده در آزمایشگاه برای پیگیری این پژوهش استفاده شد. در این مطالعه با توجه به شناخت جریان های گردابی مخرب ایجاد شده در اطراف دریچه تحتانی در هنگام بازشدگی دریچه، بهینه سازی هیدرولیکی حوضچه آرامش و عرض مناسب حوضچه آرامش در پالایشگاه ها از اهداف اصلی این تحقیق است. 

    یافته ها

    بررسی افزایش دبی در مدل سازی عددی نشان داد، با افزایش دبی به دلیل افزایش افت انرژی به علت پله دار شدن آستانه ی انتهای، ارتفاع آب در حوضچه آرامش به صورت محسوسی افت پیدا می کند. این میزان افت، به طور متوسط در حدود 67 درصد برآورد می شود. همچنین، نتایج حاصل از پروفیل های سطح آب نشان داد که آستانه ی انتهای حوضچه آرامش به صورت پلکانی، دارای افت بیشتری در حدود 5/12 درصد نسبت به حالات شیبدار می باشد. همچنین، به ازای افزایش دبی تا 250 درصد این افت به سمت مقادیر بیشتر در حدود متوسط 124 درصد حرکت خواهد کرد. از این رو در مدل عددی، شرایط جریان در روی پلکان ها، درحداقل و حداکثر ارتفاع و شدت دبی مورد تجزیه و تحلیل قرار داده شد. در رابطه با بررسی افت فشار در حوضچه آرامش می توان بیان نمود که، توسعه جریان در مقطع حوضچه مبتنی بر افزایش عرض و ارتفاع مجرا بر مقدار سرعت در طول تخلیه کننده افزوده می گردد که منجر به افت فشار گردیده است.

    نتیجه گیری

    . نتایج حاصل از بررسی عدد کاویتاسیون در طول حوضچه بیانگر این مطلب می باشد که به ازای نسبت عمق آب به عرض حوضچه آرامش کمتر از 82/1 ،در طول حوضچه آرامش امکان بوجود آمدن خطر کاویتاسیون کاهش پیدا خواهد کرد. همچنین بلوک های مستهلک کننده در حوضچه تاثیر مثبتی در بهبود عملکرد هیدرولیکی داشته که منجر به افزایش استهلاک انرژی و تثبیت پرش، کاهش سرعت، طول، ارتفاع  پرش هیدرولیکی و همچنین کاهش خطر کایتاسیون نسبت به حالت بدون بلوک های مستهلک کننده ی می شود.

    کلیدواژگان: برجک خنک کننده، پرش هیدرولیکی، کاویتاسیون، فشار هیدرولیکی
  • سودابه بهیان مطلق، افشین هنربخش*، اصغر عزیزیان صفحات 93-110
    زمینه و هدف

    وقوع سیلاب های مکرر در ایران، لزوم یک سامانه پیش بینی و هشدار سیل با زمان پیش هشدار مناسب را ضروری می نماید. استفاده از مدل های عددی پیش بینی بارش در پیش بینی و هشدار سیل از جمله اقدامات مهمی است که توسط محققان در اکثر نقاط جهان به کاربر برده می شود. پایگاه داده TIGGE دربرگیرنده پیش بینی های میان مدت بارش شبیه سازی شده توسط مراکز پیش بینی جهانی است. هدف از پژوهش حاضر، ارزیابی کارایی و میزان عدم قطعیت ناشی از پیش بینی های بارش چهار مدل عددی پایگاه داده TIGGE (شامل CPTEC، ECCC، ECMWF و KMA) برای شبیه سازی سیلاب با مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS است.

    روش پژوهش:  

    در این تحقیق جهت ارزیابی عدم قطعیت دبی حاصل از مدل های پیش بینی بارش پایگاه داده TIGGE در حوضه آبخیز پلدختر، از آمار بارش هفت ایستگاه هواشناسی استفاده شد. همچنین سه رویداد سیل 24 اسفند 1397، 6 فروردین 1398 و 15 فروردین 1398 موردمطالعه قرار گرفت. در ابتدا پیش بینی های بارش از چهار مرکز CPTEC، ECCC، ECMWF و KMA استخراج گردید. به دلیل وجود خطای سیستماتیک در داده های مورد نظر، تصحیح اریبی روی آن ها صورت گرفت و به منظور تصحیح اریبی، از روش Delta استفاده شد. پیش بینی های پردازش شده و خام چهار مدل پیش بینی بارش، جهت پیش بینی سیلاب وارد مدل HEC-HMS شده و در مرحله بعد، ارزیابی عدم قطعیت جریان حاصل از مدل HEC-HMS در تمام اعضای چهار مدل پیش بینی بارش انجام شد. در تحقیق حاضر برای تحلیل عدم قطعیت از 5 فاکتور P، R، S، T و RD استفاده گردید. در نهایت احتمال هشدار سیل پیش بینی شد.

    یافته ها

    نتایج حاصله حاکی از برتری قابل توجه مدل ECMWF در پیش بینی رویدادهای بارش است. استفاده از هر 4 منبع بارشی، منجر به شبیه سازی قابل قبول دبی اوج سیلاب در سه رخداد مختلف شد. همچنین زمان وقوع دبی اوج پیش بینی شده اختلاف کمی با داده مشاهده ای داشت. با توجه به نتایج تحلیل عدم قطعیت، مدل ECMWF بر اساس فاکتورهای P، R، S، T و RD به عنوان بهترین مدل در نظر گرفته شد. مدل KMA در سیلاب های شدید و بسیار شدید عملکرد مناسبی داشت. سیستم پیش بینی گروهی مدل های TIGGE نیز در همه وقایع، عملکرد قابل قبولی داشت. همچنین مدل پیش بینی هواشناسی- هیدرولوژیکی زمان وقوع سیل و احتمال وقوع را به خوبی پیش بینی نمود.

    نتایج

    تحقیق مورد نظر، پیش بینی و هشدار سیل در حوزه آبخیز پلدختر را با استفاده از سیستم هواشناسی-هیدرولوژیکی، بر پایه پیش بینی های هواشناسی پایگاه داده TIGGE و شبیه سازی سیل با استفاده از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS مورد بررسی قرار می دهد. محصول نهایی این سیستم، دبی احتمالی و پیش بینی سیل است. نتایج حاصله نشان دهنده موفقیت پایگاه داده TIGGE در پیش بینی سیل است. مدل ECMWF در پیش بینی دبی اوج برتری داشت. از روش محاسبه باند بالا و پایین جهت تعیین عدم قطعیت استفاده شد که عدم قطعیت را به خوبی نشان داد. این سیستم زمان دبی اوج را به خوبی و با تاخیر زمانی اندک نمایش داد که بیانگر عملکرد خوب آن است. بارش پیش بینی شده حاصل از چهار مرکز مورداستفاده در این مطالعه (ECMWF ,ECCC , CPTEC , KMA) تفاوت های قابل توجهی دارند، برای کاهش این تفاوت ها از سیستم پیش بینی گروهی چند مدلی استفاده نمودیم که نتایج دلگرم کننده ای داشت.

    کلیدواژگان: مدل های عددی پیش بینی بارش، سیستم پیش بینی گروهی، تصحیح اریبی، سامانه پیش بینی و هشدار سیل
  • اصغر عزیزیان*، مرضیه حسینی صفحات 111-129
    زمینه و هدف

    یکی از پیامدهای تغییر اقلیم وقوع رخدادهای حدی نظیر خشکسالی است که شناسایی، پایش، ارزیابی و نیز اطلاع رسانی از شرایط وقوع حایز اهمیت است. در این مطالعه به بررسی اثر تغییر اقلیم بر وضعیت خشکسالی و نیز اقلیمی بخش های مختلف ایران در آینده نزدیک (2040-2021)، میانی (2060-2041) و دور (2080-2061) با بهره گیری از شاخص های خشکی برآورد شده توسط پایگاه اقلیمی کوپرنیک اتحادیه اروپا (مبتنی بر خروجی مدل اقلیمی GFDL-ESM2M) و تحت سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 پرداخته شده است.

    روش پژوهش: 

    در پژوهش حاضر از داده های اقلیمی شبیه سازی شده توسط پایگاه اطلاعاتی کوپرنیک برای محاسبه شاخص خشکی (Aridity Index) بخش های مختلف ایران در افق های زمانی مخلتف استفاده شده است. از آزمون من کندال برای بررسی روند تغییرات شاخص های خشکی در افق های زمانی مختلف استفاده بعمل آمده است. همچنین از شاخص خشکی برای تعیین وضعیت اقلیمی بخش های مختلف ایران در دوره های زمانی مختلف استفاده و روند تغییرات آن نیز مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که در آینده نزدیک و بر اساس سناریوی RCP4.5 متوسط سالانه شاخص خشکی به دلیل افزایش تبخیروتعرق مرجع در مقایسه با بارش دارای روند افزایشی در بیشتر بخش های کشور است و این تغییرات اقلیمی منجر به تغییر وضعیت اقلیمی بخش هایی از شمال کشور از مرطوب به نیمه خشک و نیمه مرطوب و قسمت هایی از مرکز و جنوب شرقی از خشک به نیمه خشک می شود. در حالی که بر اساس سناریوی RCP8.5 در قسمت هایی از شرق و مرکز کشور یک روند نزولی و در بخش هایی از آذربایجان غربی، آذربایجان شرقی، چهارمحال بختیاری و بخشی از کرمانشاه روند صعودی وجود دارد. همچنین در آینده میانی و بر اساس سناریوی RCP4.5 نیز یک روند نزولی در بیشتر بخش های کشور رویت می شود و تغییر اقلیم سبب افزایش گستره مناطق دارای اقلیم خشک در بخش های مرکزی و جنوب شرقی می شود و این در حالیست که بر اساس سناریوی RCP8.5 یک روند صعودی در بیشتر سطح کشور وجود دارد و تغییر اقلیم سبب افزایش گستره مناطق دارای اقلیم نیمه خشک و خشک در قسمت هایی از شمال غرب، شمال شرق و قسمتی از مرکز و جنوب کشور می شود. در نهایت در آینده دور و بر اساس سناریوی RCP4.5 نیز روندهای مذکور تقریبا صادق بوده و تغییر اقلیم منجر به گسترش مناطق با اقلیم خشک و نیمه خشک خواهد گردید.

    نتایج

    نتایج بدست آمده نشان می هد متوسط شاخص خشکی در آینده نزدیک، میانی و دور بر اساس سناریو RCP4.5 به ترتیب 5/0، 2/2 و3/2 درصد و مطابق سناریو RCP8.5 به ترتیب 2، 2/4 و 1/4 درصد نسبت به دوره پایه افزایش می یابد. این مساله گویای این نکته است که کاهش بارش و افزایش دمای سطح زمین در اثر تغییر اقلیم، به طور توامان منجر به افزایش وضعیت خشکی بخش های مختلف کشور خواهد شد. این مساله علاوه بر تغییر نوع اقلیم منطقه، اثرات جبران ناپذیری بر وضعیت منابع آب، کشاورزی، محیط زیست و شهرنشینی خواهد داشت. لذا توصیه می شود جهت کاهش اثرات مزبور، اقدامات مناسب در جهت کنترل میزان مصارف آبی در بخش های مختلف کشور متناسب با شرایط اقلیمی هر منطقه مدنظر مدیران و مسیولین قرار گیرد.

    کلیدواژگان: شاخص خشکی، گرم ترین فصل، سردترین فصل، مرطوب ترین فصل، خشک ترین فصل
  • حمیدرضا فولادمند* صفحات 131-140
    زمینه و هدف

    معادله هارگریوز یکی از ساده ترین روش های تخمین تبخیرتعرق پتانسیل گیاه مرجع است که دارای دو ضریب ثابت 8/17 و 0023/0 می باشد. این معادله در بسیاری از تحقیقات انجام شده در دنیا برمبنای داده های لایسی متر و یا معادله پنمن- مانتیت واسنجی شده است. هدف اصلی از این تحقیق واسنجی و ارزیابی معادله هارگریوز از سه حالت مختلف بر مبنای معادله پنمن- مانتیت برای دو ایستگاه سینوپتیک شیراز و زرقان در استان فارس می باشد.

    روش پژوهش: 

    در این تحقیق معادله هارگریوز در سه حالت مختلف برمبنای معادله پنمن- مانتیت برای دو ایستگاه های سینوپتیک شیراز و زرقان در استان فارس واسنجی و ارزیابی گردید. در حالت اول (H1) به جای استفاده از میانگین دمای ماهانه در معادله اصلی هارگریوز، از دمای موثر ماهانه استفاده شد و همچنین ضرایب 0023/0 و 8/17 نیز واسنجی شدند. دمای موثر ماهانه تابعی از دمای حداکثر و دمای حداقل ماهانه است و ضریب ثابتی دارد که در مرحله واسنجی باید تعیین گردد. در حالت دوم (H2) از معادله اولیه هارگریوز استفاده شد و  ضرایب ثابت 0023/0 و 8/17 واسنجی شدند و در حالت سوم (H3) فقط ضریب ثابت 0023/0 واسنجی شد. برای انجام این تحقیق از 25 سال داده های هواشناسی ماهانه ایستگاه های سینوپتیک شیراز و زرقان طی سال های 1367 تا 1391 برای واسنجی ضرایب حالت های ذکر شده اول تا سوم استفاده شد و ضرایب مورد نظر در هر ایستگاه و برای هر ماه سال به طور جداگانه با استفاده از گزینه Solver نرم افزار اکسل تعیین شدند. سپس از ده سال داده های هواشناسی ماهانه ایستگاه های هواشناسی شیراز و زرقان طی سال های 1392 تا 1401 برای ارزییابی نتایج استفاده شد. برای مقایسه نتایج در هر دو مرحله واسنجی و ارزیابی از مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، مجذور میانگین خطای نرمال شده (NRMSE)، میانگین انحراف خطا (MBE) و ضریب کارایی مدل (EF) استفاده شد.

    یافته ها

    نتایج در هر دو ایستگاه شیراز و زرقان و مراحل واسنجی و ارزیابی نشان داد که حالت سوم (H3) تخمین معادله هارگریوز یعنی تنها تعیین ضریبی به جای ضریب ثابت 0023/0 مناسب تر از حالت های دیگر است. مقدار این ضریب نیز در ماه های مختلف سال در دو ایستگاه بین 0022/0 تا 0027/0 به دست آمد.

    نتایج

    نتایج نشان داد که همانند بسیاری از تحقیقات انجام شده قبلی مناسب تر است که برای استفاده از معادله هارگریوز جهت محاسبه تبخیرتعرق، ضرایب این معادله برای منطقه موردمطالعه واسنجی گردد. ازطرف دیگر نتایج نشان داد که استفاده از دمای موثر ماهانه در تخمین تبخیرتعرق از معادله هارگریوز منجر به بهبود قابل توجه تخمین تبخیرتعرق نخواهد شد.

    کلیدواژگان: تبخیرتعرق، دمای موثر ماهانه، معادله پنمن- مانتیت، معادله هارگریوز
|
  • Niazali Ebrahimipak, Ali Abdzad Gohari *, Arash Tafteh Pages 1-11
    Background and Aim

    Different factors are effective in increasing wheat production, one of the most important of which is water. Determining the actual consumed water of wheat in arid and semi-arid regions is of particular importance and the economic use of water is a serious and very important issue for farmers and researchers who cultivate and produce wheat under irrigation. The season of wheat cultivation has a direct effect on its water requirement due to the change in the energy pattern affecting evapotranspiration, and it will definitely have a lower water requirement in winter than in spring and summer. Therefore, the present study was conducted in order to investigate the water requirement system in determining the actual amount of irrigation water and wheat plant yield based on the inverse solution of the production function under water stress conditions for Alvand variety wheat in Qazvin province.

    Method

    The research was conducted in 2017-2019 crop years in Qazvin province on a land of 600 square meters in Esmailabad research station (49º 52' N, 36º 15' E, 1285 MSL). The experimental design was in the form of split plots and in the form of a randomized complete block design with three replications. So that the main factor of irrigation management includes providing water requirements of 20 (I1), 40 (I2), 60 (I3), 80 (I4) and 100 percent (I5) and secondary treatment includes irrigation until the end of the flowering stage (S1) and The pulping of the seed was (S2). The country's using NIAZAB system was provided by the Soil and Water Research Institute (SWRI). This system is designed to determine the water requirement of farmland and Orchard products, which has the ability to estimate and determine the water requirement, Consumed water and plants irrigation planning at the level of the region, city, catchment and plain. One of the prominent points of this system is its location-based nature, and the user can extract their regional needs by referring to the system and can allocate the water used for the cultivation pattern under different usage options to the beneficiaries of the agricultural water stakeholder with the ability to provide an update.

    Results

    The results showed that the root mean square error in Tafteh, Pasquale and Raes methods was 122, 83 and 126 mm per day, respectively, and Pasquale method had a better estimation than other methods. In Pasquale's method, the best normalized root mean square error was observed with 0.18%. The index of agreement or consistency in Tafteh, Pasquale and Raes methods was 0.95, 0.98 and 0.95%, respectively, and the Coefficient of Efficiency of the model was 0.77, 0.91 and 0.73, respectively. The results of the statistical analysis showed that the measured and simulated values are close to the 1:1 line and have a good relationship, and the coefficient of determination values in the studied years showed 0.98. The results of estimation the amount of wheat plant evapotranspiration in the using NIAZAB system in the Qazvin plain with the methods of Tafteh et al. (2013), Pasquale et al. (2017) and Raes et al. (R2=0.98) were high and the root mean square error in Tafteh, Pasquale and Raes methods was 120, 83 and 126 mm per day, respectively, in which Pasquale's method had a better estimation than other methods.

    Conclusion

    In general and according to the statistical results, a good approximation was observed between the real data and the using NIAZAB system in determining the amount of irrigation water under water stress conditions, which indicates the appropriate evaluation of the water requirement system and the ability to simulate the wheat yield function in relation to different treatments. It was irrigation and this system can be used as a suitable tool in estimating water needs to improve water management in wheat.

    Keywords: Alvand cultivar, Evapotranspiration, numerical inverse solution, Water requirement
  • Amir Nikakhtar, Ali Neshat *, Najmeh Yazdanpanah Pages 13-25
    Background and Aim

    The deficit irrigation method with the aim of saving water consumption can be presented as a useful strategy in low water conditions and with the proper use of the amount of water consumption. Optimum use of water and proper use of fertilizer, in addition to increasing plant yield, increases the water productivity and fertilizer. Nitrogen is one of the main elements in plant nutrition, because of its importance in the plant's vital processes; its deficiency reduces performance more than other elements. The present research was conducted with the aim of investigating the effect of water stress and different levels of nitrogen fertilizer on the yield and productivity of Williams cultivar soybeans in Hormozgan province.

    Method

    This experiment was conducted in the form of split plots in the form of randomized complete blocks in three replications in Hajiabad city (Hormozgan province) in two crop years 2021 and 2022. The main factor was irrigation in 6 levels without irrigation and providing 40, 60, 80, 100 and 120% of water requirement and the secondary factor was the amounts of nitrogen fertilizer (urea source) in four levels including zero, 50, 100, 150 and 200 kg/ha. Each experimental unit had dimensions of 5×20 m2 and had 10 cultivation rows.

    Results

    The interaction effect of irrigation and nitrogen fertilizer on biological, pod and seed yields, harvest index, thousand seed weight, number of seeds per plant, pod length, water consumption efficiency in biological, pod and seed were significant at 1% level. The interaction effect of irrigation and fertilizer showed that the highest amount of biological, pod and seed yields in the conditions of 100% water requirement and 150 kg N/ha consumption were 6051, 4941 and 3049 kg/ha respectively. The maximum harvest index due to the interaction effect of irrigation and nitrogen fertilizer was in the conditions of 100% water requirement and with 100 and 150 kgN/ha fertilizer with an average of 0.43%. The interaction effect of irrigation and nitrogen fertilizer showed that the maximum thousand seed weight was with 120.8 g in the condition of 100 percent water requirement and fertilizer consumption of 200 kg/ha. The highest efficiency of water consumption based on biological, pod and seed yields were observed in conditions without irrigation and 150 kg N/ha in the amount of 5.61, 3.71 and 2.28 kg/m3 respectively.

    Conclusion

    According to the results, the availability of water and sufficient nitrogen are two very important factors that affect the growth and yield of soybean. Therefore, in addition to the lack of water, the lack of nitrogen also causes stress on the growth and yield of soybean. With the upward trend of nitrogen fertilizer consumption, the yield decreased and if there is not enough water, the increase in nitrogen fertilizer consumption aggravates the effect of moisture stress and as a result the yield of the plant decreases, therefore, in water shortage conditions, Excessive use of nitrogen fertilizer is not recommended. According to the results, full irrigation and nitrogen consumption up to 150 kg/ha are suggested for the studied area.

    Keywords: seed yield, Water requirement, water use, Williams cultivar
  • Ehsan Lornezhad, Hossein Ebrahimi *, Hamidreza Rabieifar Pages 27-40
    Background and Aim

    The analysis of hydrological events is one of the important components of the management of water resources and consumption. The amount of water consumption directly depends on the climatic phenomena in a region. Rainfall is one of the important indicators of climate change, which has been considered by researchers in the probabilistic analysis of hydrological phenomena. This research has been conducted with the aim of evaluating trend analysis and estimation of rainfall return period in water resources management of Lorestan province using modified Mann-Kendall method and bivariate probabilistic modeling.

    Method

    The study area is Lorestan province located in the western part of Iran. Based on the conceptual framework of the study, time series of rainfall data were collected for the statistical period of 35 years from 1365 to 1400. In order to analyze the trend of precipitation in the province, the modified Mann-Kendall non-parametric test was used. Furthermore, Archimedean joint functions were used to determine the return period of two variables, duration and height of precipitation.

    Results

    The results showed that in most parts of Lorestan province, the height of rainfall in the 10-year return period was less than 50 mm per day. This amount of rainfall will provide between 100 and 200 million cubic meters of agricultural water for eight cities. Noorabad and Aleshtar respectively have the highest and lowest predicted amounts of water in the next 10 years. Moreover, the comparison of precipitation trends showed that there was no significant decreasing or increasing trend at the 5% confidence level.

    Conclusion

    The results showed that although a significant decreasing or increasing trend was not detected using the Man-Kendall method in the cities of Lorestan province, the return period of rainfall indicates a decrease in available water resources for agriculture. Planning based on bivariate distribution functions showed that the duration of rainfall can play a decisive role in calculating the return period.

    Keywords: Mann-Kendall method, Hydrological analysis, Joint functions, Non-parametric test
  • Ehsan Fatapour, Ali Afrous *, Babak Aminnejad, Ali Saremi, Amir Khosrojerdi Pages 41-51
    Background and Purpose

    The use of hydrological models in watersheds has always been of interest to water resources researchers. Hydrological simulation models are valuable tools for investigating challenging issues related to watershed management, such as the effect of climate change on water resources and the effect of urbanization on floods and droughts. Spatial distribution hydrological model WetSpa is used to simulate river flow at basin scale. The model uses the observed topography, land use, soil map, and daily meteorological time series (rainfall, evaporation and temperature) to predict hydrographs and distributional-spatial hydrological parameters of the basin. In this article, the object-oriented, modular and process-oriented model of WetSpa, which is prepared based on the flexible modeling approach, is applied to simulate the daily hydrograph in Khorramabad basin.

    Method

    The inputs of the model include digital elevation maps, soil type, land use, and time series of precipitation, temperature, and potential evaporation and transpiration, which are from the statistics of 6 meteorological stations in a ten-year period (water year 84-85 until 93-94) is used. After preparing the inputs of the model, at first the maps of the distribution parameters are automatically generated in the map format by the GIS pre-processing component of the model. After that, the model is calibrated using a 5-year statistical period (water year 84-85 to 89-88) of precipitation, temperature, and potential evaporation and transpiration data. The model uses Thiessen polygons to apply precipitation, temperature, and evaporation data. For this purpose, the daily discharges of Jam Anjir hydrometric station located at the outlet of the studied watershed are used. Model calibration is done manually by determining the values of 11 global (general) parameters of the model, so that the best match between simulation and observational hydrograph is obtained. And finally, the validation of the model is carried out based on a 5-year statistical period (water year 89-88 to 94-93) and the values of the global parameters obtained in the calibration stage.

    Findings

    The maps of distributed parameters are produced, which after preparing the inputs of Mashdand's production model showed that the average potential runoff coefficient of the area is 63% and the concentration time of the area is 17 hours. In the following, according to the 11 global parameters, which symbol and range of changes are specified in table (3), the model global (general) parameters values  are obtained in the calibration stage. Comparing the simulated hydrograph by the model and the observed hydrograph in the calibration stage shows that the best match between the observed and simulated data is established with a correlation coefficient of 0.39. Validation of the model is also based on a 5-year statistical period (water year 89-88 to 94-93) and the values of global parameters. The output files of the model illustrate that 26.15% of the precipitation becomes runoff during the calibration period. During the validation period, the share of total runoff from precipitation is 26.42%. Moreover, the simulation results of the model demonstrate the ratio of evaporation to precipitation in the calibration and validation periods is 57.18 and 69.20%, respectively. Additionally, the results of the evaluation of the model based on the Kling-Gupta index (KGE) present the value of 0.68 for the calibration period and 0.74 for the validation period.

    Results

    In this article, the effectiveness of WetSpa model is investigated in order to simulate the daily flow of Khorram Abad River at Cham Anjir hydrometric station. According to the results obtained from this research, it can be said that the Wetspa spatial distribution model has the ability to simulate the hydrological behavior of the basin with acceptable accuracy. The graphical comparison of the calculated and observed hydrographs for the calibration and evaluation period also shows a relatively good match between the two hydrographs. Examining the results of calculating of the water balance components by the model demonstrates that the outflow in the calibration and validation period accounted for 26.15 and 26.42% of the total precipitation respectively, seems logical considering the major land use of mountains and pastures in the irrigation basin.

    Keywords: Simulation, flexible hydrological modeling, WetSpa model
  • Hamed Amini, Abazar Esmaliouri, Raoof Mostafazadeh *, Mearaj Sharari, Mohsen Zabihi Pages 53-67
    Background and Aim

    Drought is a global phenomenon that can occur anywhere and cause significant damage to humans and natural ecosystems. Therefore, the issue of hydrological drought and reduction of river flow in Ardabil province is also an important issue that requires a comprehensive study.

    Method

    In this study, hydrological drought characteristics are using Severity-Duration-Frequency (SDF) curves considering four different threshold levels (constant, annual average, seasonal, and environmental flow) in 33 hydrometric stations in Ardabil province. The severities of drought events are calculated using Easy-Fit software in different return periods. In this regard, drought magnitude-duration-frequency curves are calculated and based on that, the values of drought events in different return periods are calculated and analyzed.

    Results

    The highest drought event is determined for constant, seasonal, yearly, E-flow threshold levels in Samina, Mashiran, Booran, and Samian stations, respectively.  Also, the lowest occurrence of drought is associated with the Vildaragh station. The majority of drought events in all four aforementioned thresholds are mostly observed in shorter durations, especially within one-month periods. The Jonson_SB and General Extreme Value distributions were the most suitable statistical distributions. The highest intensity of drought increases with longer return periods associated with the average annual threshold level, and the lowest intensity of hydrological drought is linked to the threshold of environmental flow. The SDF curves for all stations demonstrate an increasing trend, indicating that with prolonged hydrological drought duration in all studied thresholds, the severity of hydrological drought occurrences also increases. The greatest intensity of hydrological drought is sequentially related to the annual threshold, followed by the seasonal threshold and the fixed threshold, with the threshold of environmental flow being the lowest and least. Consequently, for shorter return periods, the fixed threshold indicates greater intensity or magnitude compared to the seasonal threshold in all four stations, and for longer return periods, the seasonal threshold demonstrates higher intensity of drought events compared to the fixed threshold.

    Conclusion

    Furthermore, it can be concluded that the magnitude of hydrological drought at a fixed threshold shows less variability in all four selected stations compared to the other thresholds. It should be noted that in defining drought based on fixed, annual, and seasonal thresholds, events will have a higher number and greater intensity compared to the environmental flow threshold. The spatial changes in drought intensity are depicted on the map, indicating that most droughts have occurred in stations located in the northern and north-western regions (Borran and Dostbiglou). Separating the effects of human and climatic factors in drought assessment is a suggestion from this study that could be considered in future research.

    Keywords: Threshold Level, Mean seasonal flow, Environmental Flow, Drought severity, Drought duration
  • Alireza Soltani, Hamzehali Alizadeh *, Jafar Mamizadeh, Javad Sarvarian Pages 69-79
    Background and Aim

    Today, the dependency between energy consumption and water use has become an important issue in pressurized irrigation networks. In addition to the problem of water scarcity, rising energy costs are also a challenge for the agricultural sector. The objective of this study was to investigate different strategies to reduce energy consumption in the pressurized irrigation network of Saleh Abad.

    Method

    For this purpose, firstly, minor changes affecting energy consumption including change in diameter of lateral pipe were evaluated. In this level, evaluated scenarios were lateral pipe diameters in mm 63 and 75. Hydraulic analysis of irrigation network was calculated using WaterGems software and energy consumption in different pumping stations was calculated using energy audit. In the second level of evaluation, four scenarios were defined to reduce energy consumption in the irrigation networks by structural changes in the irrigation network based on energy audit strategies, critical point control, network sectoring and pumping station management. The scenarios were (i) network sectoring without changing the main canal line, (ii) change of main canal line to pipe line, (iii) implementation a new first pipe line for a part of the network that is irrigated by gravity water, and (iv) elimination of the secondary pumping station by increasing the primary pumping station head. In the scenarios i, ii and iii, the part of the irrigation network lands was determined that could be irrigated without the need for a secondary pumping station. In this scenarios, the energy saving was calculated in a new condition by varying the type or number of pumps in secondary pumping stations to provide upstream discharge and head requirements.

    Results

    The results showed that according to the topographic conditions of the network, changing the diameter of the laterals had no effect on saving energy. Also, the results showed that by network sectoring and applying scenarios(i), (ii), and (iv), the irrigated area without the need for a secondary pumping station were 610.8, 1591.5 and 1621.8 hectares, the energy saving in secondary pumping station were 14.6, 46.1 and 47.4% and the total energy consumed in network were 3.9, 12.4 and 12.7%, respectively. In the scenario iv, the primary pumping station was optimized. The result indicated that if the pumps type of the primary pumping station were changed and the water reservoir was implemented in higher level, it would be possible to eliminate the secondary pumping stations. In this case, the total area network (2820 ha) was irrigated without the secondary pump station and the energy saving was 8.46%.

    Conclusion

    The results of this study showed that changing the diameter of the lateral pipe had no significant effect on the energy consumption of the network. Also, the results showed that network sectoring and changes in main pipeline, it is possible to save up to 3121 MWh in the annual energy consumption of the network. Therefore, it is suggested that, network sectoring based on the input pressure of hydrants and the use of gravity, in the design of irrigation and drainage networks, considered as an effective solution to reduce energy consumption.

    Keywords: Energy, Primary pumping station, Secondary pumping station, Salehabad, Sectoring
  • Ehsan Behjati, Amir Khosrojerdi *, Ali Saremi Pages 81-92
    Introduction

    Cooling towers are an important and vital part of industrial units that are used for water cooling that is used in the cooling processes of systems in power plants, refineries and other industrial units. One of the important components of towers is the relaxation pool, the main role of which is to collect water for transfer to the system, the number of suction pools is usually designed according to the number of each pump. One of the important tasks of the relaxation pool structure in this structure is energy dissipation. In this regard, usually in this pond, the hydraulic structure of the hydraulic jump is used for energy dissipation. In the hydraulic jump process, the current changes from supercritical to subcritical. This causes a loss of flow energy. In cooling ponds, downstream slope is usually used to control the hydraulic jump. In cooling ponds, downstream slope is usually used to control the hydraulic jump. Various studies have shown that using stairs instead of ramps can greatly increase energy loss in the relaxation pool. In this study, by replacing the stepped surface with a sloping surface, the effects of this process on flow lines as well as its effects on cavitation are investigated.

    Method

    In this research, the Fluent numerical model is used to numerically model the flow around the structure of the cooling tower calm pond. In this regard, the dimensions of the relaxation pool in the concrete cooling tower are very important from an engineering point of view and should be designed in such a way that the operating conditions of the pumps are safe. Existence of high velocities and pressure drop in the dischargers causes serious problems related to the occurrence of cavitation phenomenon. Since modeling a physical model usually requires a lot of time and money, a numerical model calibrated with laboratory data was used to follow this research. In this study, due to the recognition of destructive eddy currents created around the lower valve when the valve is opened, hydraulic optimization of the relaxation pool and the appropriate width of the relaxation pool in refineries is one of the objectives of this study.

    Results

    The study of increasing the flow in numerical modeling showed that with increasing the flow due to the increase in energy loss due to the stepping of the end threshold, the water height in the calm pool decreases significantly. This drop is estimated at an average of about 67%. Also, the results of water level profiles showed that the threshold of the end of the pond in a stepped manner, has a greater drop than the sloping conditions. Also, in exchange for higher discharges, this drop will move to higher values. Therefore, in the numerical model, the flow conditions on the stairs were analyzed at minimum and maximum flow. Regarding the study of pressure drop in the relaxation pool, it can be stated that the development of flow in the pool section based on increasing the width and height of the duct increases the amount of velocity during the discharge, which has led to pressure drop.

    Conclusion

    The results of the study of cavitation number along the pond indicate that for the ratio of water depth to the width of the pond less than 1.82, the possibility of cavitation during the pond will be reduced. Also, depleting blocks in the pond have a positive effect on improving hydraulic performance, which leads to increased energy dissipation and jump stabilization, reduced speed, length, height of hydraulic jump and also reduces the risk of cation compared to the case without depleting blocks.

    Keywords: Cooling water, hydraulic jump, cavitation, static pressure
  • Soudabeh Behiyan Motlagh, Afshin Honarbakhsh *, Asghar Azizian Pages 93-110
    Background and Aim

    The occurrence of frequent floods in Iran necessitates a flood forecasting and warning system with a suitable lead time. The use of numerical rainfall forecasting models in flood forecasting and warning is one of the important measures taken by researchers in most parts of the world. The TIGGE database includes mid-term precipitation forecasts simulated by global forecast centers. The purpose of this research is to evaluate the efficiency and the degree of uncertainty caused by the rainfall forecasts of four numerical models of the TIGGE database (including CPTEC, ECCC, ECMWF, and KMA) for simulating floods with the HEC-HMS hydrological model.

    Methods

    In this research, the precipitation data of seven meteorological stations were used to evaluate the uncertainty of discharge from TIGGE database precipitation prediction models in the Poldokhtar watershed. Also, three flood events on March 24, 2017, April 6, 2018, and April 15, 2018, were studied. At first, precipitation forecasts were extracted from four centers CPTEC, ECCC, ECMWF, and KMA. Due to the existence of systematic error in the forecasts, a bias correction was done on them, and to correct the bias, the Delta method was used. Processed and raw forecasts of four rainfall forecasting models were entered into the HEC-HMS model for flood forecasting, and in the next step, the flow uncertainty assessment of the HEC-HMS model was performed in all members of the four rainfall forecasting models. In this research, 5 factors P, R, S, T, and RD were used for uncertainty analysis.

    Results

    The results indicate the significant superiority of the ECMWF model in predicting precipitation events. The use of all 4 rainfall sources led to an acceptable simulation of the flood peak flow in three different events. Also, the predicted peak discharge time had little difference from the observed data. According to the results of the uncertainty analysis, the ECMWF model was considered the best model based on P, R, S, T, and RD factors. The KMA model performed well in severe and very severe floods. The group prediction system of TIGGE models also had an acceptable performance in all events. Also, the hydrological-meteorological prediction model predicted the time of flood occurrence and the probability of occurrence well.

    Conclusion

    The intended research investigates flood forecasting and warning in the Poldokhtar watershed using the meteorological-hydrological system, based on meteorological forecasts of the TIGGE database and flood simulation using the HEC-HMS hydrological model. The final product of this system is probable discharge and flood forecast. The results reveal the success of the TIGGE database in flood forecasting. The ECMWF model excelled in predicting peak discharge. The upper and lower band calculation method was used to determine the uncertainty, which showed the uncertainty well. This system displayed the time of peak discharge well and with a small time delay, which indicates its good performance. The predicted rainfall from the four centers used in this study (ECMWF, ECCC, CPTEC, and KMA) have significant differences. To reduce these differences, we used a multi-model group forecasting system that had encouraging results.

    Keywords: Ensemble prediction system, Flood warning, HEC-HMS model, Numerical precipitation prediction models, TIGGE database
  • Asghar Azizian *, Marzieh Hosseini Pages 111-129
    Background and Aim

    One of the consequences of climate change is the occurrence of extreme events such as drought, which is important to identify, monitor, evaluate, and inform about the occurrence conditions. In this study, the effects of climate change on the drought situation in the near future (2021-2040), mid-term (2041-2060), and long-term (2061-2080) have been discussed using the Aridity Index estimated by the Copernicus Climate Change Database with the use of GFDL-ESM2M climate model output under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios.

    Method

    In the current research, climate data simulated by the Copernicus database is used to calculate the Aridity Index of different parts in various time horizons. Mann-Kendall's test is applied to investigate the changes of drought indices in different time horizons. Also, the aridity index is used to determine the climatic condition of different parts of Iran in several time periods and its changes are analyzed and investigated.

    Results

    The results illustrate that in the near future and based on the RCP4.5 scenario, the average annual dryness index has an increasing trend in most parts of the country, and these climate changes lead to a change in the climate of some parts of the north of the country from humid to semi-arid and semi-humid, and parts of the center and the southeast become dry to semi-arid. According to the RCP8.5 scenario, there is a downward trend in parts of the east and the center of the country, and an upward trend in parts of West Azerbaijan, East Azerbaijan, Chaharmahal Bakhtiari, and a part of Kermanshah, and climate change rises the spatial extent of dry climates in the country. Also, in the mid-term and based on the RCP4.5 scenario, a downward trend can be seen in most parts of the country, and climate change will increase the area of dry climate lands in the central and southeastern parts, while according to the RCP8.5 scenario, there is an upward trend in most of the country, and climate change causes a soar in semi-arid and dry climates in parts of the northwest, northeast, and parts of the center and south of the country. Finally, in the long-term and based on the RCP4.5 scenario, the mentioned trends will be almost true and climate change will lead to the expansion of areas with arid and semi-arid climates.

    Conclusion

    The results obtained in the this research showed that the average drought index in the near future, mid-term and long-term according to the RCP4.5 scenario are 0.5, 2.2 and, 2.3%, respectively and according to the RCP8.5 scenario,  2, 4.2 and, 4.1% have risen compared to the primary period, respectively, and it rises by 1.4 percent compared to the base period, and it is a good indication that the reduction in rainfall and the increase in the temperature of the earth's surface will lead to a soaring in the dryness of different parts of the country. In addition to changing the climate of the region, this issue will have irreparable effects on the condition of water resources, agriculture, environment and urbanization. Therefore, in order to reduce the aforementioned effects, it is recommended that managers and officials consider appropriate measures, correspond to each clime region, to control the amount of water consumption in different parts of the country.

    Keywords: Aridity Index, Hottest quarter, Coldest quarter, Wettest quarter, Driest quarter
  • Hamid Fooladmand * Pages 131-140
    Background and Aim

    The Hargreaves equation is one of the simplest methods for estimation of reference crop potential evapotranspiration which has two constant coefficients of 17.8 and 0.0023. The Hargreaves equation has been calibrated in many studies around world based on lysimeter data or the Penman-Monteith method. The main objective of this study was the calibration and validation of Hargreaves equation with three conditions based on the Penman-Monteith equation in Shiraz and Zarghan synoptic stations in Fars province. 

    Method

    In this study, the Hargreaves equation has been calibrated and evaluated with three different conditions based on the Penman-Monteith method in Shiraz and Zarghan synoptic stations in Fars province. In the first condition (H1), the monthly effective temperature was used instead of monthly mean temperature, and also the constant coefficients of 17.8 and 0.0023 were calibrated. The monthly effective temperature is the function of minimum and maximum monthly temperature and a constant coefficient that must be determined in calibration stage. In the second condition (H2), the constant coefficients of 17.8 and 0.0023 were calibrated, and in the third condition (H3) only the constant coefficient of 0.0023 was calibrated. For this study, 25 years (1988-2012) of monthly weather data of Shiraz and Zarghan synoptic stations in Fars province were used to calibrate the three mentioned conditions, and the coefficients of each condition for each month and each station were determined separately by using the Solver menu of Excel software. Then, 10 years (2013-2022) of monthly data of mentioned stations were used to evaluate the obtained results. Also, Root Mean Square Error (RMSE), Normalized Root Mean Square Error (NRMSE), Mean Bias Error (MBE) and model Efficiency Factor (EF) were employed to compare the results in calibration and evaluation stages.

    Results

    The results in calibration and evaluation stages for both stations showed that the H3 condition for estimating evapotranspiration was better than the other conditions, and only determining a coefficient instead of 0.0023is needed. The value of this coefficient was changed between 0.0022 to 0.0027 in both stations.

    Conclusion

    The results indicated that similar to many previous studies in the world, it is better to calibrate the coefficients of the Hargreaves equation for estimating reference crop potential evapotranspiration for study region. On the other hand, the results showed that using monthly effective temperature for estimating reference crop potential evapotranspiration in Hargreaves equation didn’t lead to the improvement of evapotranspiration estimation.

    Keywords: Evapotranspiration, Hargreaves equation, Monthly effective temperature, Penman-Monteith equation