فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و سوم شماره 4 (مهر و آبان 1395)
  • سال بیست و سوم شماره 4 (مهر و آبان 1395)
  • تاریخ انتشار: 1395/10/16
  • تعداد عناوین: 21
|
  • علیرضا کریمی*، عبدالغفور قلی زاده، رضا خراسانی، فرهاد خرمالی صفحات 1-23
    سابقه و هدف
    پتاسیم یکی از عناصر غذایی ضروری و پر مصرف برای رشد و توسعه گیاه توتون می باشد. مقدار پتاسیم در برگ توتون همبستگی بالایی با کیفیت برگ توتون دارد و یکی از مهم ترین شاخص ها جهت تعیین کیفیت برگ توتون می باشد. پتاسیم در خاک به ترتیب کاهش قابلیت استفاده برای گیاه شامل بخش های محلول، تبادلی، غیرتبادلی و ساختمانی می باشد.. این پژوهش با هدف بررسی شکل های مختلف پتاسیم (محلول، تبادلی، غیرتبادلی و ساختمانی) به همراه پتاسیم شبه کل (عصاره گیری شده با تیزاب سلطانی) در خاک های مناطق توتون کاری استان های گلستان، مازندران و گیلان انجام گرفت.
    مواد و روش ها
    در مناطق توتون کاری هر یک از استان های گلستان، مازندران و گیلان 3 خاکرخ حفر شد. تمام خاکرخ ها تشریح و بر اساس کلید سیستم جامع طبقه بندی خاک طبقه بندی شدند. شکل های مختلف پتاسیم (محلول، تبادلی، غیرتبادلی و ساختمانی) به همراه پتاسیم شبه کل اندازه گیری شده و ارتباط آنها با یکدیگر و با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مورد بررسی قرار گرفت.
    یافته ها
    در مناطق توتون کاری شمال کشور میانگین مقدار پتاسیم محلول، تبادلی، غیر تبادلی، شبه کل، ساختمانی و کل به ترتیب از صفر تا 24/38، 7 تا 513، 44 تا 1933، 70 تا 4267، 4114 تا 15607 و 4166 تا 16157 میلی گرم بر کیلوگرم خاک و میانگین درصد پتاسیم محلول، تبادلی، غیر تبادلی، شبه کل و ساختمانی به پتاسیم کل به ترتیب از صفر تا 32/0، 12/0 تا 41/4، 83/0 تا 96/11، 21/1 تا 72/33 و60/85 تا 96/98 متغیر می باشد. خاک های مورد مطالعه در استان گیلان کم ترین مقدار تمام شکل های پتاسیم را دارند و خاک های مورد مطالعه در استان مازندران از نظر شکل های محلول، تبادلی، غیرتبادلی و شبه کل و خاک های مورد مطالعه در استان گلستان از نظر شکل های ساختمانی و کل دارای بیشترین مقدار هستند. آزمون همبستگی شکل های مختلف پتاسیم با اجزای بافت خاک نشان داد که بین شکل های مختلف پتاسیم به جز پتاسیم محلول رابطه مثبت معنی دار با مقدار رس و سیلت و رابطه منفی با مقدار شن در سطح یک درصد وجود دارد. بالاترین ضریب همبستگی مقدار شن و سیلت با پتاسیم غیر تبادلی و مقدار رس نیز با پتاسیم شبه کل می باشد. همچنین، نتایج آزمون همبستگی نشان داد که بین تمام شکل های مختلف پتاسیم همبستگی مثبت معنی دار در سطح یک درصد وجود دارد به جز پتاسیم محلول که تنها با پتاسیم تبادلی و غیرتبادلی به ترتیب در سطح یک و پنج درصد همبستگی مثبت معنی دار دارد. مقایسه مقدار پتاسیم شبه کل با شکل های مختلف پتاسیم نیز نشان داد که پتاسیم شبه کل بین پتاسیم غیرتبادلی و پتاسیم ساختمانی قرار دارد و از نظر مقدار به پتاسیم غیر تبادلی بسیار نزدیک می باشد.
    نتیجه گیری
    مقدار پتاسیم قابل دسترس گیاه (پتاسیم محلول، تبادلی و غیرتبادلی) در مناطق توتون کاری استان مازندران بیشتر از استان های گلستان و گیلان بوده و در نتیجه مدیریت کودی پتاسیم در این مناطق با هم متفاوت خواهد بود. پتاسیم شبه کل همبستگی خوبی با شکل های دیگر پتاسیم داشت و از آنجائیکه شامل شکل های محلول، تبادلی، غیرتبادلی و بخشی از پتاسیم ساختمانی است، می تواند نشان دهنده قدرت تامین پتاسیم خاک برای گیاه در طول دوره رشد در نظر گرفته شود که نیاز است با آزمایش های گلخانه ای و مزرعه ای مورد بررسی قرار گیرد.
    کلیدواژگان: شکل های پتاسیم، توتون، پتاسیم شبه کل، پتاسیم قابل استفاده
  • علی اکبر سبزی پرور *، الهام فخاری زاده شیرازی، سید محمد جعفر ناظم سادات، یوسف رضایی صفحات 25-43
    سابقه وهدف
    دمای سطح زمین یک متغیر کلیدی در برآورد بیلان انرژی می باشد که در بررسی تغییر اقلیم نقش تعیین کننده ای دارد. به همین دلیل، پایش منطقه ای دمای سطح زمین در دهه های اخیر مورد مطالعه و تحقیق بسیاری از دانشمندان علوم مختلف قرار گرفته است. در گذشته دمای سطح زمین به وسیله ابزار سنجش دما، به شیوه زمینی اندازه گیری می شد که در سطح وسیع مقرون به صرفه نمی باشد. استفاده از تصاویر ماهواره ای برای تخمین دمای سطح، دسترسی به دما در حوزه و منطقه وسیع را آسان تر و کم هزینه تر نموده است. در این تحقیق محصول دمای سنجنده مودیس (MOD11) مورد ارزیابی قرار گرفت. اما از آن جا که به دلیل به کار بردن ضرایب تصحیحی که ممکن است در ایران پاسخگو نباشد، افزون بر تصاویر سنجنده فوق، تخمین دما با استفاده از تصاویر لندست (TM5) که قدرت مکانی آن از تصاویر مودیس بسیار بالاتر است، نیز مورد آزمون و مطالعه قرار گرفت.
    مواد و روش ها
    برای انجام این پژوهش از دو دسته داده های زمینی و ماهواره ای استفاده شد. داده های دما در 261 نقطه زمینی با استفاده از دماسنج مادون قرمز برداشت گردید. اندازه گیری های زمینی در 4 سطح گیاه شامل، تاج پوشش، میانه، 10 سانتی متری از کف و سطح خاک انجام پذیرفت و پس از پردازش های لازم داده های مناسب انتخاب گردید. داده های ماهواره ای، دربرگیرنده 26 تصویر سنجنده مودیس (MOD11 و MOD02) و 2 تصویر Level- 1G لندست-5 است، می باشد. منطقه مورد مطالعه مزارع گندم شهرستان مرودشت واقع در استان فارس می باشد. پس از انجام تصحیحات لازم، دمای سطح با استفاده از باند حرارتی تصویر لندست-5 محاسبه شد. بعد از تخمین دما از تصاویر لندست-5 و سنجنده مودیس، در نقاط برداشت زمینی اقدام به استخراج دما از تصاویر دمای سطح ماهواره لندست-5 و سنجنده مودیس گردید و سپس رابطه بین داده های مشاهده ای و تخمین زده شده دمای سطح از تصاویر لندست-5 و سنجنده مودیس استخراج شد. رابطه داده های تخمینی با داده های برداشت زمینی دما در 4 سطح گیاه مورد آزمون قرار گرفت. همچنین، با استفاده از 3 الگوریتم پنجره مجزا، بکر و لی (1990)، پرایس (1984) و یولیوری (1994) دمای سطح در منطقه مورد مطالعه تخمین زده و ضرایب الگوریتم های پنجره مجزا برای منطقه مورد مطالعه واسنجی گردید. با استفاده از داده های اندازه گیری شده دمای سطح، داده های تخمین زده شده اعتبارسنجی گردید. در این پژوهش برای تعیین معنی داری تفاوت بین جفت داده های مشاهده ای و تخمینی از آزمون فیشر استفاده شده است.
    یافته ها
    نتایج نشان می دهد که دمای سطح تخمین زده شده به وسیله ماهواره بیشترین همبستگی را با دمای تاج پوشش گیاهی دارد. بنابراین کلیه محاسبات آماری بر روی دمای تاج پوشش گیاه انجام پذیرفت. دمای تخمین زده شده به وسیله ماهواره لندست و سنجنده مودیس حاکی از بیش برآورد دما با خطای RMSE به ترتیب 4/4 و1/7 درجه سلسیوس بود. خطای دمای سطح تخمین زده شده با استفاده از الگوریتم های پنجره مجزا بین 5/3 تا9/3 درجه سلسیوس برآورد گردید که بهترین پاسخ را الگوریتم بکر و لی داشت. برای تعیین وجود یا عدم وجود اختلاف معنی دار بین داده های زمینی و داده های تخمین زده شده و به دست آمده از الگوریتم های محاسبه دما، از آزمون فیشراستفاده گردید که اختلاف معنی داری در هیچ یک از جفت داده ها مشاهده نگردید.
    نتیجه گیری
    استفاده از تصاویر ماهواره ای برای مطالعاتی که دما به صورت نسبی در یک منطقه وسیع مقایسه می گردد، بسیار کارآمد و مقرون به صرفه است ولی برای مطالعات دقیق نقطه ای و خرداقلیم در حال حاضر توصیه نمی گردد. انتخاب نوع تصاویر ماهواره (لندست یا مودیس) به دقت مورد نیاز برای برآورد پهنه ای یا نقطه ای دما بستگی دارد.
    کلیدواژگان: دمای سطح زمین، ماهواره، پنجره مجزا، فارس، گندم
  • ام البنی محمدرضاپور *، احسان معین الدینی، محمد جواد زینلی صفحات 45-64
    مشکل هزینه بالای سیستم های آبرسانی شهری، همراه با پیچیدگی های طراحی و مشکلات کارکرد نامناسب حال حاضر آنها، بهینه سازی طرح این سیستم ها را قبل از اعمال تغییرات در آنها به نیاز اولیه و اساسی مدیران در این زمینه تبدیل کرده است. به دلیل پیچیدگی غیر خطی و منحصر به فرد طراحی این شبکه ها، مهندسان در سال های اخیر این مشکل را به کمک هوش مصنوعی و الگوریتم های جستجوگر حل می کنند. در تحقیق حال حاضر به مطالعه موردی در یکی از شهرک های شهر کرمان و پیدا کردن راه حل آن به کمک الگوریتم های ژنتیک سریع آشفته و کرم شب تاب و سپس شبیه سازی شبکه با استفاده از نرم افزار WaterGEMS پرداخته شد. ابتدا شبکه آبرسانی منطقه مورد مطالعه در محیط WaterGEMS مدل شده و سپس مشخصات شبکه آبرسانی به الگوریتم های بهینه سازی وارد گشته و با استفاده از محدودیت های استاندارد فشار و سرعت، گزینه های بهینه این دو الگوریتم خارج شد. با اجرای مجدد نتایج حاصل از مدل های بهینه سازی در مدل WaterGEMS و کنترل محدودیت ها، به برآورد هزینه و مقایسه آن ها با یکدیگر پرداخته شد. بررسی نتایج مدل های بهینه سازی نشان می دهد که الگوریتم ژنتیک سریع آشفته به میزان %37.7 و الگوریتم کرم شب تاب نیز به مقدار %34.4 توانسته اند تابع هزینه را نسبت به حالت قبل از بهینه سازی شبکه کاهش دهند. در نهایت می توان بیان نمود که همه ی الگوریتم های بهینه سازی مورد استفاده در این مطالعه توانسته اند به کاهش چشمگیر هزینه های پروژه دست یابند
    کلیدواژگان: شبکه آبرسانی، بهینه سازی، الگوریتم کرم شب تاب، الگوریتم ژنتیک سریع آشفته، کرمان
  • مجید فکری*، منصور میرزایی ورویی صفحات 65-81
    سابقه و هدف
    پتاسیم یکی از عناصر غذایی پرمصرف بوده که نقش اساسی در رشد و متابولیسم گیاه ایفا می کند. آبشویی، یکی از عوامل موثر بر میزان پتاسیم محلول و تبادلی می باشد. مطالعه حرکت پتاسیم در خاک های کشاورزی به منظور بدست-آوردن توصیه کودی مناسب و کاهش آبشویی آن ها به خاک زیرسطحی و خروج از منطقه ریشه امری ضروریست. لذا پژوهش حاضر به بررسی میزان توزیع عمقی پتاسیم محلول و تبادلی تحت تاثیر نمک‎های کلسیمی و سدیمی در رژیم های رطوبتی-های مختلف می پردازد.
    مواد وروش ها
    اثرات کاربرد نمک های کلسیمی و سدیمی بر توزیع عمقی پتاسیم محلول و تبادلی و نسبت آنها در یک ستون خاک آهکی تحت تاثیر رژیم‎های رطوبتی مختلف بررسی شد. آزمایش به صورت طرح فاکتوریل در شرایط گلخانه در ستون-های خاک با سه تکرارانجام شد. تیمار نوع نمک شامل چهار سطح (کلرید کلسیم، سولفات کلسیم و کلرید سدیم هریک 10 میلی اکی والان در کیلوگرم خاک و یکی بدون نمک یا شاهد)، و تیمار رژیم رطوبتی شامل سه سطح (50، 75 و 100 درصد ظرفیت نگهداری آب در خاک ) بود. غلظت پتاسیم محلول و تبادلی در سه عمق خاک (5، 10 و 20 سانتی متر) در ستونهای خاک اندازه‎گیری شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که غلظت پتاسیم محلول تبادلی در نیمرخ خاک بستگی به تیمار رژیم رطوبتی داشت. بیشترین و کمترین پتاسیم محلول یا تبادلی در نیمرخ خاک به ترتیب در رژیم های رطوبتی 50% و 100% دیده شد و مقدار آنها با افزایش عمق خاک زیاد شد. با افزایش رطوبت خاک نسبت پتاسیم تبادلی به محلول بیشتر شد و به سمت عمق روند کاهشی نشان داد (به عبارت دیگربه علت آبشویی پتاسیم از ستون خاک مقدار پتاسیم محلول بیشتر از تبادلی کاهش یافت). اثرتیمارهای نمک بر پتاسیم محلول در رژیم های رطوبتی، به طورمعنی داری متفاوت بود. در رژیم های رطوبتی غلظت پتاسیم محلول ، حرکت آن در تیمار کلرید سدیم در مقایسه با تیمار گچ بیشتر و از کلرید کلسیم کمتر است. نمک های کلرید کلسیم > کلرید سدیم > سولفات کلسیم به ترتیب غلظت پتاسیم محلول و تبادلی و همچنین نسبت آن را در نیمرخ خاک افزایش داده، و همراه با بالا رفتن میزان آب خاک، حرکت پتاسیم را در نیمرخ خاک آهکی افزایش دادند. احتمالا قدرت یونی و ظرفیت کاتیون نمک بکار رفته بر افزایش غلظت پتاسیم محلول و تبادلی در خاک موثربوده است. همچنین یونهای کلسیم باعث هماوری ذرات خاک ودر نتجه افزایش نفوذ پذیری خاک می شوند که دلیل دیگری در مهاجرت بیشتر یون های پتاسیم در حضور کلسیم است.
    نتیجه گیری
    آبشویی زیاد به ویژه در خاک‎های شور ‎نه تنها باعث آبشویی پتاسیم و از دسترس خارج شدن این عنصر برای گیاهان می‎شود بلکه موجب آلودگی منابع آب‎های زیرزمینی شده و این امر می‎تواند خطری جدی برای محیط زیست تلقی شود. در پایان می توان اظهارکرد که برنامه ریزی درست و مدیریت صحیح در استفاده از منابع کودهای پتاسیمی، دقت در مصرف و توجه به کیفیت آب آبیاری از عوامل موثر بر کاهش آبشویی پتاسیم قابل جذب برای گیاهان می باشد.
    کلیدواژگان: پتاسیم، رژیم رطوبتی، عمق خاک، کلسیم، سدیم
  • علیرضا واعظی*، حکیمه قره داغلی، سعیده مرزوان صفحات 83-100
    سابقه و هدف
    فرسایش شیاری یکی از مهمترین اشکال فرسایش خاک در دامنه ها است که به دلیل تمرکز رواناب سطحی به وجود می آید. به طور معمول شیارها به عنوان مسیرهای کوچک و موقت جریان متمرکز هستند که به عنوان منبع مهم رسوب و تحویل رسوب در دامنه ها نقش ایفاء می کنند. گسترش شیارها اغلب در اراضی مرتعی تحت چرای شدید که ظرفیت نگهداشت آب آن ها پایین بوده و یا در اراضی تازه شخم خورده که ساختمان آن ها از بین رفته است، رخ می دهد. فرسایش شیاری بخش بزرگی از فرسایش آبراهه ای را در این عرصه ها به ویژه در مناطق نیمه خشک دربرمی گیرد. فرسایش شیاری در دامنه ها می تواند تحت تاثیر عوامل مختلف از جمله خصوصیات توپوگرافی، وضعیت پوشش گیاهی، شرایط بارندگی، ویژگی های خاک و روش-های مدیریتی قرار گیرد. شناخت عوامل موثر بر گسترش فرسایش شیاری برای برنامه ریزی مناسب جهت کاهش گسترش این نوع فرسایش ضروری است. این پژوهش تلاشی برای یافتن عوامل موثر بر گسترش شیار در دامنه های مرتعی بود.
    مواد و روش ها
    برای این منظور تعداد ده دامنه با شیب متفاوت و تحت فرسایش شیاری و فاقد پوشش گیاهی در حوزه آبخیز تهم-چای در شمال غربی زنجان انتخاب شد و تمام مشخصات شیارها همراه با برخی ویژگی های خاک در آن ها اندازه گیری شدند. تفاوت مشخصه های شیار، درجه شیب و ویژگی های خاک بین دامنه ها مورد ارزیابی قرار گرفت. تاثیر تندی شیب و ویژگی های خاک بر فرسایش شیاری با استفاه از روش ماتریس همبستگی تعیین شد. از روش رگرسیون خطی چندگانه برای ارائه رابطه ای برای برآورد فرسایش شیاری در دامنه های منطقه استفاده شد.
    یافته ها
    بر اساس نتایج، غیر از طول شیار، سایر ویژگی های شیار تفاوت معنی دار بین دامنه ها داشتند. همچنین تفاوتی معنی دار بین خاک شیارها از نظر شن، سیلت، رس، هدایت هیدرولیکی اشباع و درصد سدیم تبادلی وجود داشت. مساحت مقطع عرضی شیار از 01/ تا 29/0 متر مربع با میانگین 07/0 مترمربع بین دامنه ها متغیر بود. این متغیر به عنوان شاخص مهم شیار برای توصیف گسترش فرسایش شیاری در دامنه ها تشخیص داده شد. این شاخص، هم بستگی معنی دار با تندی شیب، سیلت، رس و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک داشت. مقدار مساحت مقطع عرضی شیار در دامنه هایی که دارای تندی شیب بالاتری بوده یا در دامنه هایی که دارای خاکی با ذرات سیلت و رس بیشتری بودند، بالاتر بود. تجزیه رگرسیونی خطی چندگانه نشان داد که سطح مقطع عرضی شیار رابطه ای معنی دار با تندی شیب و درصد سیلت خاک دارد (01/0< P و 38/0=R2). در واقع حدود 38 درصد از تغییرات فرسایش شیاری در دامنه های منطقه، با استفاده از معادله به دست آمده قابل توصیف بود. تندی شیب مهمترین خصوصیت توپوگرافی بود که حدود 20 درصد از تغییرات فرسایش شیاری در دامنه ها را تحت تاثیر قرار داد.
    نتیجه گیری
    با توجه به اهمیت تندی شیب و درصد سیلت خاک در بروز فرسایش شیاری، حفظ پوشش گیاهی با جلوگیری از چرای بی رویه برای مهار فرسایش شیاری در دامنه هایی است که دارای شیب بالایی بوده و خاک آن ها به فرآیندهایی فرسایشی حساس می باشد، بسیارضروری است. نگاهی به معادله به دست آمده نشان می دهد که سایر متغیرهایی در منطقه وجود دارند که به سهم خود گسترش شیارها در منطقه را تحت تاثیر قرار می دهند. شکل شیب، ویژگی های نیمرخی خاک و پوشش سطح زمین از متغیرهای ناشناخته ای بودند که در مطالعات آینده برای ارائه مدل ی مطمئن جهت پیش بینی فرسایش شیاری می توانند مورد بررسی قرار گیرند.
    کلیدواژگان: اراضی مرتعی، گسترش فرسایش شیاری، مشخصه های شیار، منطقه نیمه خشک، هدررفت خاک
  • عبدالله طاهری تیزرو*، حدیث پاکدل خسمخی، صفر معروفی، مجید وظیفه دوست صفحات 101-118
    سابقه و هدف
    توسعه منابع آب، مستلزم شناخت میزان، توزیع زمانی و مکانی آب، و همچنین ارزیابی دقیق عملکرد آن می باشد. یوسوپ و همکاران (2007) برای مدل سازی بارش-رواناب در یک حوضه کوچک در مالزی از مدل HEC-HMS استفاده کردند و نتایج آن را در هر دو مرحله صحت سنجی و اعتبارسنجی رضایت بخش اعلام نمودند (20). برنامه ریزی در مناطق فاقد آمار مستلزم تهیه ی داده های با کیفیت مناسب می باشد، لذا یکی از روش های رفع این معضل، استفاده از داده های ماهواره ای می باشد. بدین منظور، مدل های سطح زمین بزرگ مقیاس نظیر GLDAS که بر اساس مشاهدات ماهواره ای بروز شده اند، به دلیل ارائه پارامترهای هیدرولوژیکی از اهمیت بالایی برخوردار می باشند و به دلیل پوشش جهانی این داده ها، کاربرد داده های حاصل از این مدل در مطالعات بارش– رواناب مورد توجه واقع شده است. مدل GLDAS با هدف بررسی روند تغییرات اجزای بیلان آب و انرژی در سطح زمین، اقدام به تولید پارامترهای هواشناسی و هیدرولوژیکی با کیفیت کنترل شده در یک دوره آماری 1948 الی 2014 نموده است. هدف از این تحقیق، ارائه مدل تلفیقی در تخمین آبدهی مناطق فاقد آمار می باشد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق مدل GLDAS، با مدل هیدرولوژیکی WMS/HEC-HMS تلفیق شده و از آن به منظور انجام مطالعات بارش– رواناب منطقه پلرود استان گیلان استفاده گردید. در این خصوص از داده های مشاهداتی ایستگاه طول لات دوره آماری 2005-2003 برای واسنجی و سال 2006 برای صحت سنجی از طریق دو روش SMA و SCS به کار برده شد. در این رابطه، برای روش SCS پارامترهای مورد نیاز نظیر شماره منحنی، زمان تاخیر و میزان تلفات توسط نرم افزار مورد واسنجی قرار گرفت. برای روش SMA نیز، پارامترهای ذخیره خاک، نرخ نفوذ خاک، ضریب ذخیره لایه زیرزمینی اول و دوم و سایر پارامترهای مربوطه واسنجی شدند. پس از ارزیابی نتایج مدلGLDAS ، به بررسی داده های بارش، رواناب های سطحی و زیرسطحی و دما در پیکسل مربوط به ایستگاه هیدرومتری طول-لات، در 10 سال 2013-2004 پرداخته شد. سپس با استفاده از مدل WMS/HEC-HMS رواناب منطقه در مقیاس کل حوضه، با بکارگیری دو روش تلفات SCS و SMA، سال های 2009-2004 برای واسنجی ضرایب، و سال های 2013-2010 برای صحت سنجی شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که هر دو روش SMA و SCS، در مرحله تلفیق دو مدل HEC-HMS و GLDAS نتایج بهتری را ارائه می دهند. ارزیابی نتایج بر اساس معیارهای ضریب تعیین (R2)، ضریب نش- ساتکلیف (E)، خطای Bias، RMSE و درصد خطا نشان داد که تلفیق دو مدل HEC-HMS و GLDAS ابزار مفیدی جهت تخمین رواناب در نقاط فاقد آمار حوضه های آبریز خواهد بود.
    یافته ها
    نتایج نشان داد تلفیق دو مدل HEC-HMS و GLDAS در روش تلفات SMA، در سال 2013 (دوره صحت سنجی)، با ضریب تعیین 8/0، ضریب نش- ساتکلیف 77/0، معیار خطای 5/1 و 1/6 بهترین عملکرد را دارد. هم چنین مدل تلفیقی با در نظر گرفتن روش SCS در سال 2005 (دوره واسنجی) با ضریب تعیین 9/0، ضریب نش- ساتکلیف 86/0، معیار خطای 78/0 و 5/2 بهترین نتایج را ارائه داده است. به طور کلی نتایج این تحقیق بیانگر آن است که عملکرد مدل از طریق هر دو روش تلفات SMA و SCS قابل قبول می باشد. همچنین مدل در تخمین سیلاب های لحظه ای و مقادیر اوج آنها بهتر از جریان های غیر سیلابی عمل می کند. اگرچه در هر دو مورد، مدل نتایج قابل قبولی داشتند.
    نتیجه گیری
    به طور کلی مدل تلفیقی HEC-HMS و GLDAS ارائه شده در این تحقیق، ابزار قابل قبولی جهت پیش بینی رواناب در مناطق فاقد آمار می باشد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، HEC، HMS، WMS، GLDAS، حوضه پلرود
  • سید مرتضی سیدیان *، معصومه فراستی، علی حشمت پور، ابوالحسن فتح آبادی صفحات 119-135
    سابقه و هدف
    از موضوعات مهم در مهندسی رودخانه تعیین مشخصات آبراهه پایدار شامل عرض، عمق و شیب است که بیش از یک قرن مورد توجه بوده است. طراحی پایدار یک آبراهه در کارهای مختلفی مانند مهندسی رودخانه، کنترل سیل و انتقال آب مورد استفاده قرار می گیرد. آبراهه های پایدار معمولا توسط روابط تجربی که گاهی دقت بسیار کمی دارند طراحی می شود. هدف اصلی این تحقیق ارزیابی دو روش ANFIS و SVM در تخمین مشخصات آبراهه پایدار است.
    مواد و روش ها
    تعداد 325 داده اندازه گیری شده از مشخصات آبراهه های طبیعی و تحقیقات آزمایشگاهی برای آموزش، ارزیابی و آزمایش دو روش ANFIS و SVM مورد استفاده قرار گرفت. سیستم نوروفازی که ترکیب شبکه عصبی با منطق فازی می باشد اولین بار توسط ژانگ 1993 معرفی شد. ماشین بردار پشتیبان در الگوریتم های رگرسیون و طبقه بندی استفاده می گردد. 60% داده ها برای آموزش، 20% برای ارزیابی و 20% باقیمانده برای آزمایش استفاده شد. برای برآورد مشخصات آبراهه از دو ورودی شامل: 1- دبی و 2- دبی و قطر متوسط رسوب استفاده شد. از روابط تجربی افضلی مهر و همکاران، بری و سیمونز و آلبرتسون برای مقایسه با دو روش ANFIS و SVM استفاده گردید.
    یافته ها
    روش های ANFIS و SVM با ورودی (2) نسبت به (1) عرض را به ترتیب حدود 50% و 80% و عمق را به ترتیب 61% و 40% با خطای کمتری تخمین زدند. دقت پیش بینی ANFIS و SVM در دامنه های مختلف عرض و عمق متفاوت است. هر دو روش نتوانستند شیب را پیش بینی کنند. رابطه تجربی بری که عمق و عرض را با دقت قابل قبولی پیش بینی می کند در تخمین شیب دارای دقت کمی است.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان داد هر دو روش با ورودی (2) تغییرات هندسی آبراهه را با دقت قابل قبولی شبیه سازی می کنند و عرض و عمق را به خوبی تخمین می زنند. به طور کلی قابلیت تخمین عرض بیشتر از عمق است و هر دو روش با ورودی (1) و (2) قادر به تخمین شیب کانال پایدار نمی باشند. در اعماق کمتر از 2 متر تاثیر قطر متوسط رسوب نسبت به دبی بر پیش بینی عمق کم است. تغییرات شیب فقط به دبی و قطر متوسط رسوب بستگی ندارد و پارامترهای دیگری در تغییرات آن تاثیر دارند. تاثیر پارامترهای ناشناخته بر شیب-های بیشتر از 5/0% بیشتر است زیرا هر دو روش هیچ تخمین قابل قبولی ارائه نکرده اند. رابطه بری نسبت به دو رابطه سیمونز و آلبرتسون و افضلی دارای دقت بیشتری در پیش بینی مشخصات آبراهه است. مقایسه ANFIS با روابط تجربی نشان داد مشخصات آبراهه پایدار توسط ANFIS با دقت بیشتری نسبت به روابط تجربی پیش بینی می شود.
    کلیدواژگان: آبراهه پایدار، مشخصات هندسی، ANFIS، SVM
  • بختیار کریمی*، عادل سلطانی صفحات 137-154
    سابقه و هدف
    کاربرد همزمان کود و آب در سیستم آبیاری قطره ای به عنوان یک روش موثر و اقتصادی برای کشاورزی شناخته شده است. همچنین عدم مدیریت بهینه در آبیاری قطره ای باعث عدم کارایی توزیع آب و کود می شود. بدین وسیله مصرف بیش از حد آب و نیتروژن نه تنها عملکرد محصول را کاهش می دهد بلکه باعث آلوده شدن آبهای زیر زمینی می شود. با توجه به اینکه کیفیت آب سطحی و زیر زمینی در مناطق خشک از اهمیت قابل توجهی برخوردار است پس یک دستورالعمل جامع برای مدیریت کردن سیستم آبیاری قطره ای به منظور کشاورزی پایدار امری ضروری است.
    مواد و روش ها
    شبیه سازی توزیع نیترات در خاک با استفاده پارامترهای زودیافت می تواند کمک شایانی به طراحی سیستم-های آبیاری قطره ای زیر سطحی کند. در این مطالعه، به منظور شبیه سازی آن، آزمایش هایی برروی سه نوع بافت مختلف خاک و با هدف ارائه معادلاتی به منظور تخمین توزیع نیترات در خاک در جهات مختلف در سیستم های آبیاری قطره ای سطحی انجام پذیرفت.در این تحقیق، آزمایش ها در یک مدل پلکسی گلاس شفاف با ابعاد m5/0×m22/1×m3 و برروی سه نوع بافت (متوسط، سنگین و سبک) به انجام رسید. قطره چکان ها در سه عمق cm15، cm30 و cm45 مورد ارزیابی قرار گرفتند. دبی قطره چکان ها با زمان آبیاری 6 ساعت و با مقادیر 4/2 (Q1)، 4 (Q2)و 6 (Q3) لیتر در ساعت اعمال گردید. همچنین تیمارهای کود آبیاری شامل سه تیمار با غلظت نیترات 125، 250 و 375 میلی گرم در لیتر بود. به منظور اعمال تیمارهای کود آبیاری در این تحقیق از کود اوره (CH4N2O) (46 درصد ازت) استفاده گردید.
    یافته ها
    سپس، به کمک قضیه π باکینگهام و با استفاده از آنالیز ابعادی روابطی به منظور شبیه سازی توزیع نیترات در سیستم های آبیاری قطره ای زیر سطحی و برای سه نوع بافت مورد بررسی ارائه گردید که تابعی از نیترات اولیه خاک، غلظت نیترات در کود آبیاری، رطوبت اولیه خاک، فاصله شعاعی نقاط مورد نظر، حجم آب کاربردی در زمان آبیاری، هدایت هیدرولیکی خاک و دبی قطره چکان می-باشد. نتایج ارزیابی بین مقادیر اندازه گیری و شبیه سازی شده برای مدلهای توزیع نیترات در خاک بیانگر آن است که این مدلها علی رغم پیچدگی خاص توزیع یون نیترات (به دلیل فعل و انفعالات و واکنشهایی که نیترات در خاک انجام می دهد که شامل پدیده نیتریفیکاسیون و دی نیتریفیکاسیون می باشد) در خاک، دارای عملکرد مناسبی می باشد. نتایج ارزیابی بین مقادیر اندازه-گیری و شبیه سازی در خاک مورد استفاده در این تحقیق نشان می دهد که این مدلها برای اعماق مختلف نصب قطره چکان دارای پیش بینی نسبتا مناسبی بوده و همچنین پارامترهای آماری مربوط به این ارزیابی نیز نشان داد که این پارامترها در دامنه قابل قبولی می باشد.
    نتیجه گیری
    نتایج مقایسه بین مقادیر اندازه گیری شده و شبیه سازی شده نشان داد که این مدل ها با دقت بالایی نیترات را پیش بینی می-کنند. کاربرد این معادلات در طراحی سیستم های آبیاری قطره ای زیر سطحی می تواند منجر به بهود عملکرد این سیستم ها گردد.
    کلیدواژگان: آنالیز ابعادی، نیترات، آبیاری قطره ای سطحی، شبیه سازی
  • مهسا اسکویی، علیرضا عمادی*، علی شاهنظری صفحات 155-169
    سابقه و هدف
    سرریزها سازه های هیدرولیکی مهمی می باشند که برای تنظیم سطح آب، اندازه گیری جریان و تخلیه سیلاب در کانال-ها، رودخانه ها و مخازن سدها احداث می شوند. سرریزها بر اساس شکل تاج در عرض رودخانه، به دو گروه مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می شوند. یکی از راهکارهای موثر و اقتصادی برای افزایش ظرفیت تخلیه در عرض مشخص سرریزها، استفاده از سرریز کنگره ای می باشد. هدف اصلی از طرح کنگره ای سرریزها، افزایش طول سرریز به وسیله غیر خطی کردن شکل آن در پلان می باشد.. عوامل موثر بر ضریب دبی سرریز کنگره ای از موارد مهمی می باشد که باید به آن توجه شود. این مشخصه از جریان تحت تاثیر پارامترهای متعددی است که تغییر در هر یک از آنها نسبت به حالت استاندارد، شرایط جریان و راندمان تخلیه این سازه ها را تحت تاثیر قرار می دهد. یکی از این پارامترها شیب وجه های بالادست و پایین دست سرریز کنگره ای می باشد. هدف از این پژوهش بررسی آزمایشگاهی اثر شیب هم زمان وجه های بالا دست و پایین دست بر عملکرد هیدرولیکی سرریز کنگره ای مستطیلی می باشد.
    مواد وروش ها
    در این پژوهش 5 مدل سرریز کنگره ای مستطیلی در 4 شیب مختلف وجه های بالا دست و پایین دست به صورت هم زمان با استفاده از مدل آزمایشگاهی بررسی شد. پارامترهای موثر با استفاده از تجزیه و تحلیل ابعادی به روش باکینگهام در قالب شناسه های بدون بعد به دست آمد. آزمایش ها در فلومی با مقطع مستطیلی به طول 12 متر، عرض 5/0 متر و ارتفاع 8/0 متر با محدوده دبی 10 تا 70 لیتر بر ثانیه اجرا شد. سرریزهای مورد آزمایش از جنس پلکسی گلاس با ضخامت 10 میلی متر و تعداد 2 سیکل ساخته شد. سرریز ها با هندسه های متفاوت که عبارتند از ارتفاع های 15، 20 و 25 سانتی متر و همچنین طول تاج های 075/1، 275/1 و 675/1 مورد بررسی قرار گرفت. زاویه شیب سرریزهای مورد آزمایش به ترتیب از حالت سرریز کنگره ای مستطیلی بدون شیب به زاویه های 15، 30 و 45 درجه نسبت به راس تاج سرریز تغییر یافت.
    یافته ها
    نتایج نشان داد در محدوده دبی های کم، با ایجاد شیب هم ‎زمان وجه های بالا دست و پایین دست در مدل سرریز کنگره ای مستطیلی، ضریب دبی سرریز نسبت به حالت بدون شیب مدل حدود 12 درصد کاهش می یابد. با افزایش پارامتر بدون بعد Ht/P از میزان کاهش ضریب دبی سرریز کاسته می شود. در محدوده دبی های زیاد ضریب دبی سرریز کنگره ای مستطیلی با شیب هم زمان وجه-های بالا دست و پایین دست بیشتر از ضریب دبی سرریز کنگره ای مستطیلی بدون شیب می گردد. علاوه بر این نتایج این پژوهش نشان داد که افزایش ارتفاع سرریز در مدل سرریز کنگره ای مستطیلی با شیب هم زمان وجه های بالا دست و پایین دست، ضریب دبی سرریز را در حدود 18 درصد افزایش می دهد. همچنین نتایج حاکی از آن بود که افزایش طول موثر سرریز در مدل سرریز کنگره ای مستطیلی با شیب هم زمان وجوه باعث کاهش تقریبا 13 درصدی ضریب دبی سرریز در نسبت های Ht/P بیشتر از حدود 3/0 می شود.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش می توان نتیجه گرفت که شیب دار نمودن هم زمان وجه های بالا دست و پایین دست سرریز کنگره ای مستطیلی نقش موثری در کارآئی این سرریز دارد. به طوریکه در دبی های بالا به منظور بهبود عملکرد هیدرولیکی سرریز کنگره ای مستطیلی می توان از ایجاد شیب هم زمان دو وجه استفاده نمود.
    کلیدواژگان: سرریز غیر خطی، شیب دهنده، ضریب جریان، مدل فیزیکی
  • زهرا نجفی*، احمد گلچین، سعید شفیعی صفحات 171-186
    سابقه و هدف
    میزان کربن و نیتروژن آلی خاک توسط دو فاکتور اساسی شامل میزان کربن و نیتروژن ورودی به خاک و سرعت تجزیه ی آن ها کنترل می شود. ترکیبی از فاکتورهای محیطی و بیولوژیکی در سرعت معدنی شدن کربن و نیتروژن آلی در خاک نقش دارند و میکروب ها عامل اصلی در تجزیه کلش و بقایای گیاهی هستند. فاکتورهای غیر زنده شامل دما، نوع خاک، چگالی ظاهری، رطوبت خاک و کیفیت آب آبیاری از طریق تاثیرگذاری بر فعالیت های میکروبی بر معدنی شدن کربن و نیتروژن آلی موثرند. سرعت معدنی شدن کربن و نیتروژن آلی در مناطقی با دما و رطوبت بالا نسبت به مناطق سرد و خشک بیشتر است. با توجه به رابطه ی معکوس بین رطوبت خاک و میزان تهویه هدف این آزمایش بررسی تاثیر سطوح مختلف رطوبت خاک بر دینامیک کربن و نیتروژن آلی بقایای گیاهی یونجه و جو بود.
    مواد و روش ها
    به منظور بررسی تاثیر میزان رطوبت خاک بر دینامیک کربن و نیتروژن آلی یک آزمایش به صورت کرت های دو بار خرد شده، بر پایه ی طرح کاملا تصادفی، با سه تکرار و با استفاده از کیف کلش به اجرا در آمد. فاکتورهای مورد بررسی در این آزمایش شامل نوع بقایای گیاهی در دو سطح (جو و یونجه)، سطوح رطوبتی خاک در پنج سطح (10، 25، 50، 75 و 100 درصد رطوبت اشباع) و مدت زمان خوابانیدن بقایا در چهار سطح (1، 2، 3 و 4 ماه) بودند که به ترتیب در کرت های اصلی، فرعی و فرعی- فرعی قرار داده شدند. پس از سپری شدن فواصل زمانی خوابانیدن، کیف های کلش از خاک خارج و پس از اندازه گیری وزن بقایای گیاهی باقیمانده در آن ها میزان کربن آلی بقایا به روش خاکستر کردن در دمای 450 درجه ی سانتی گراد به مدت پنج ساعت و میزان نیتروژن کل با استفاده از روش کلدال اندازه گیری شد. مقدار هدررفت کربن و نیتروژن آلی از کسر میزان کربن و نیتروژن باقیمانده در هر بازه زمانی از میزان کربن و نیتروژن آلی باقیمانده در بازه ی زمانی ما قبل آن محاسبه گردید.
    یافته ها
    در رطوبت های 10، 25، 50، 75 و 100 درصد رطوبت اشباع به ترتیب 05/12، 21/54، 59/70، 52/66 و 42/62 درصد کربن بقایای یونجه و 36/10، 37/48، 63/60، 38/59 و 29/55 درصد کربن بقایای جو در یک دوره ی چهار ماهه تلف گردید. همچنین مقدار هدررفت نیتروژن آلی در سطوح رطوبتی ذکر شده برای بقایای یونجه به ترتیب 54/20، 65/57، 44/70، 62/59 و 51/57 درصد و برای بقایای جو به ترتیب 68/11، 05/56، 61/63، 27/52 و 58/47 درصد در یک دوره ی چهار ماهه بود.
    نتیجه گیری
    مقدار هدررفت کربن و نیتروژن آلی بقایا در اولین ماه خوابانیدن به مراتب بیشتر از سه ماهه ی بعدی خوابانیدن بود. نتایج همچنین نشان دادند که کمبود رطوبت خاک در مقایسه با بیش بود آن (کمبود تهویه) عامل محدود کننده تری برای تجزیه ی بقایای گیاهی بود و در حالت اشباع نیز مقدار قابل توجهی از کربن و نیتروژن آلی بقایا تجزیه گردید.
    کلیدواژگان: رطوبت خاک، دینامیک کربن و نیتروژن آلی، تجزیه ی کلش، بقایای یونجه، بقایای جو
  • مریم نوابیان*، کتایون کوچکی پستکی، مهدی اسمعیلی ورکی صفحات 187-202
    فسفر مهم ترین ماده مغذی موثر در پدیده خوراک وری منابع آب سطحی است. فرسایش ذرات خاک، از عوامل هدررفت فسفر از اراضی کشاورزی و تخلیه آن به زهکش های کشاورزی محسوب می شود. گیاه پالایی از سال 1980 به عنوان یک راهکار اجرایی و ارزان برای حذف آلاینده ها به کار گرفته می شود. در گیاه پالایی انتخاب گیاهی که علاوه بر توانایی بالای جذب آلاینده ها، امکان رشد در شرایط آلوده و تعرق بالا داشته باشد، اهمیت بسیاری دارد. تا کنون طیف وسیعی از گیاهان و درخت ها به منظور سنجش قابلیت کاربرد در فرآیند گیاه پالایی در سراسر دنیا مورد بررسی قرار گرفته اند. در پژوهش حاضر توانایی جذب فسفات توسط سه گیاه نی، تیفا و وتیور به منظور ارزیابی توانایی گیاه پالایی آن ها در کاهش فسفات زه آب اراضی شالیزاری استان گیلان، آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی در سه تکرار مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا 18 مخزن خاک آماده و پس از کشت گیاهان، آب حاوی کود سوپر فسفات تریپل با غلظت 8 میلی گرم بر لیتر فسفات و نیترات پتاسیم در دو سطح 10 و 20 میلی گرم بر لیتر نیترات در طول مدت آزمایش جهت شبیه سازی کیفی زه آب منطقه استفاده شد. مخازن با خاک با بافت سیلتی لوم پر و دو هفته بعد از کشت گیاهان و پس از اطمینان از استقرار گیاهان، محلول کود با ارتفاع 10 سانتی متر روی سطح خاک در تمام طول مدت آزمایش به مخازن اعمال شدند. در طول آزمایش، توانایی کاهش فسفات توسط گیاهان در عمق های 35 و 70 سانتی متر با اندازه گیری مقادیر ارتوفسفات عصاره خاک بررسی شد. نتایج نشان داد که بیش ترین مقدار جذب ارتوفسفات مربوط به گیاه نی در غلظت 10 و در عمق 35 سانتی متر به میزان 8/99 درصد و کم ترین مقدار آن در عمق 35 سانتی متر و غلظت 20 میلی گرم بر لیتر، به میزان 2/99 درصد توسط گیاه وتیور روی داد. میزان کاهش ارتوفسفات خاک توسط گیاه تیفا نیز در غلظت 10 و در عمق 70 سانتی متری خاک 9/99 درصد بود. نتایج نشان از تاثیر میزان حذف ارتوفسفات از غلظت نیترات زه آب داشت بنابراین در طراحی سیستم گیاه پالایی می بایست غلظت نیترات زه آب مد نظر قرار گیرد. گیاه نی به دلیل دارا بودن میانگین ارتوفسفات 019/0 میلی گرم بر لیتر و نیز خطای استاندارد 001/0، عملکرد بهتری نسبت به دو تیمار گیاهی دیگر در جذب ارتوفسفات از خود نشان داد. بعد از گیاه نی، گیاهان تیفا و وتیور به ترتیب با مقادیر میانگین ارتوفسفات 035/0 و 138/0 میلی گرم بر لیتر توانستند در جذب ارتوفسفات عمل نمایند. علاوه بر این نتایج نشان داد که افزایش عمق در گیاهان وتیور و نی منجر به کاهش حذف ارتوفسفات می شود.با توجه به نتایج این پژوهش، گیاه نی به عنوان مناسب ترین گیاه برای حذف فسفات بخش کشاورزی به خصوص در سیستم گیاه پالایی زهکش سطحی در استان گیلان پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: آلودگی منابع آب، پایش سبز، زهکش سطحی، کود فسفره و ازته
  • جواد سیدمحمدی*، لیلا اسماعیل نژاد، محمود شعبانپور صفحات 203-217
    سابقه و هدف
    اندازه‎گیری مستقیم برخی خواص خاک ممکن است مشکل، هزینه‎بر و وقت‎گیر باشد. بنابراین این خواص می‎توانند به اسانی از داده های زودیافت تخمین زده شوند. ظرفیت تبادل کاتیونی یک شاخص مهم حاصل‎خیزی و ظرفیت ذخیره آلاینده ها در خاک می‎باشد. ویژگی های هیدرودینامیکی خاک تعیین کننده جریان آب در خاک-گیاه- اتمسفر بوده که کنترل کننده فرآیندهایی مانند تغذیه آبی و جریان عناصر مغذی بین خاک و پوشش گیاهی می‎باشد. شناخت خواص هیدرودینامیک خاک برای مدلسازی فرآیندهای فیزیکی مربوط به ذخیره رطوبت خاک دارای اهمیت است. علی‎رغم پیشرفت‎های زیاد در روش‎های اندازه‎گیری، تعیین دقیق خواص هیدرولیکی خاک بخصوص برای خاک‎های دست‎نخورده و در محدوده خشک منحنی رطوبتی همچنان مشکل است. همچنین اندازه‎گیری خواص هیدرولیکی و ظرفیت تبادل کاتیونی خاک زمان‎بر، مشکل و پر‎هزینه است. به همین دلیل، این مطالعه سعی در توسعه توابع انتقالی مناسب برای تخمین رطوبت ظرفیت زراعی، نقطه پژمردگی دایم و ظرفیت تبادل کاتیونی خاک‎های نواحی جنوب استان گیلان دارد.
    مواد و روش‎ها: محدوده مورد مطالعه درمنطقه گیلوان در جنوب استان گیلان واقع شده است. اقلیم منطقه اریدیک بوده، بارندگی سالیانه 245 میلی‎متر و میانگین درجه حرارت 18 درجه سانتی‎گراد است. 240 نمونه خاک از لایه 0 تا 30 سانتی‎متری جمع آوری شد. سپس خواصی چون رس، شن و سیلت، آهک، مواد آلی، جرم مخصوص ظاهری و گچ اندازه‎گیری شدند. اولین مرحله در مطالعات آماری بررسی نرمال بودن داده ها است. برای تعیین نرمال بودن داده ها ازآزمون کولموگروف-اسمیرنوف استفاده شد. داده ها به دو دسته آزمون (25%) و آموزش (75%) تقسیم شدند. این تقسیم‎بندی به گونه‎ای انجام گرفت که ویژگی های آماری هر دو گروه مثل حداقل، حداکثر، انحراف معیار و... یکسان باشند. سپس مدل‎های رگرسیون و شبکه عصبی بر داده های آموزش اعمال شد. برای جلوگیری از خطا در فرآیندهای شبکه عصبی، داده ها به مقیاس استاندارد از 1/0 تا 9/0 تبدیل شد. توابع پرسپترون چند لایه، پس انتشار، و لونبرگ-مارکواردت برای توسعه شبکه های عصبی مصنوعی توسعه یافت. برای ارزیابی مدلها از معیارهای RMSE، R2، و MEF استفاده شد.
    یافته ها: در تجزیه رگرسیون، برای ظرفیت تبادل کاتیونی، درصد رس و ماده‎آلی، برای مقدار ظرفیت زراعی، رس، سیلت و جرم مخصوص ظاهری و برای نقطه پژمردگی دایم، درصد رس دارای تاثیر معنادار در مدل‎های توسعه یافته بودند. ضرایب تبیین در مدل‎های رگرسیون ایجاد شده برای ظرفیت تبادل کاتیونی، ظرفیت زراعی و نقطه پژمردگی دایم به ترتیب برای خطی 72/0، 84/0 و 73/0 و غیرخطی 78/0، 87/0 و 74/0 بودند. بهترین توابع انتقالی توسعه یافته برای خواص دیر یافت در شبکه عصبی مصنوعی از مدل پرسپترون چندلایه با 2 لایه پنهان، 8 نرون برای ظرفیت زراعی و پژمردگی و 6 نرون برای ظرفیت تبادل کاتیونی با در نظر گرفتن همه ورودی ها بدست آمد. ضریب تبیین برای ظرفیت تبادل کاتیونی 98/0، رطوبت ظرفیت زراعی 99/0 و رطوبت نقطه پژمردگی دائم 98/0 بود. مدل‎های شبکه عصبی برای تعیین خواص دیریافت با ورودی از داده های زودیافت که دارای بیشترین ضریب حساسیت بودند، طراحی شدند. نتایج این مدل‎ها شبیه به مدل‎های رگرسیون غیرخطی بود. نتایج در استفاده از داده های آزمون، نشان داد که مدل‎های بدست آمده از شبکه های عصبی با ورودی شامل همه داده های زودیافت دقیق‎تر از مدل‎های رگرسیون بود.
    نتیجه گیری: در روش رگرسیون، مدل‎های غیرخطی برای پیش‎بینی خواص دیریافت دقیق‎تر از مدل‎های خطی بودند. در شبکه های عصبی مصنوعی مدل‎هایی با تمام ورودی های زودیافت دقیق‎تر از مدل‎هایی بودند که شامل ورودی های زودیافت که دارای بیشترین ضریب حساسیت بودند. در صورتی‎که تعداد داده های زودیافت ورودی کافی نباشند مدل‎های رگرسیونی می‎توانند دقت قابل قبولی داشته باشند. اما اگر این داده ها کافی باشند شبکه های عصبی مصنوعی دقت بیشتری خواهند داشت. دقت شبکه های عصبی با کاهش پارامترهای ورودی کاهش می‎یابد.
    کلیدواژگان: توابع انتقالی خاک، شبکه عصبی مصنوعی، رگرسیون، ویژگی‎های دیریافت، گیلان
  • مریم علیزاده، پیمان افراسیاب*، محمدرضا یزدانی، عبدالمجید لیاقت، معصومه دلبری صفحات 219-233
    سابقه و هدف
    با توجه به منابع محدود خاک و اراضی حاصلخیز، لزوم حداکثر استفاده از پتانسیل های اقلیمی منطقه، ایجاد شرایط مناسب برای تنوع کاربری اراضی در دوره زراعی سالانه و مهم تر از همه تکمیل طرح های تجهیز و نوسازی اراضی و به ثمر رساندن هزینه های انجام شده، می توان با ایجاد زهکشی زیرزمینی، علاوه بر ایجاد شرایط مناسب تر برای کاشت، داشت و برداشت برنج، امکان کشت محصولاتی غیر از برنج را در فصل مرطوب فراهم نمود. لذا در این تحقیق تأثیر عمق و فاصله زهکش های زیرزمینی بر شدت زهکشی در سه مرحله مهم زهکشی (زهکشی میان فصل، زهکشی در زمان برداشت برنج و زهکشی در زمان کشت دوم) مورد ارزیابی قرار گرفته است.
    مواد و روش ها
    داده های مورد نیاز تحقیق از اراضی شالیزاری مؤسسه تحقیقات برنج کشور واقع در شهرستان رشت در زمینی به مساحت یک هکتار در سال زراعی 1393 به دست آمد. تیمارهای مورد آزمایش عبارت بودند از: عمق 8/0 متر با فاصله 5/7 متر (L7.5D0.8)، عمق 8/0 متر با فاصله 10 متر (L10D0.8)، عمق 8/0 متر با فاصله 15 متر (L15D0.8)، عمق 1 متر با فاصله 5/7 متر (L7.5D1)، عمق 1 متر با فاصله 10 متر (L10D1) و عمق 1 متر با فاصله 15 متر (L15D1). طول کلیه خطوط 40 متر و جنس لوله ها پی وی سی موج دار با قطر 125 میلی متر می باشد. از پوسته برنج به عنوان پوشش اطراف لوله های زهکش استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که تفاوت بین تیمار L7.5D0.8 با تیمارهای L10D0.8،L15D0.8 و L7.5D1 در سطح آماری 1% معنی دار گردید. همچنین در مرحله زهکشی میان فصل، زهکش های زیرزمینی با فاصله 5/7 متر و عمق 1 متر تقریبا باعث 4 برابر شدن شدت زهکشی نسبت به زهکش هایی با فاصله 5/7 متر و عمق 8/0 متر می شود. تفاوت بین تیمارهای L7.5D0.8 و L10D0.8 قبل شخم (وجود درز و ترک بیشتر) از لحاظ آماری معنی دار نگردید، همچنین تفاوت بین تیمارهای L7.5D0.8 و L15D0.8 در سطح آماری 5% معنی دار گردید. همچنین تفاوت بین تیمارهای L7.5D0.8 و L7.5D1 در سطح آماری 1% و تفاوت بین تیمارهای L10D0.8 و L15D0.8 در سطح آماری 1% معنی دار گردیده است. به عبارتی در زهکش های زیرزمینی با فاصله 5/7 متر و عمق 1 متر میزان دبی خروجی نسبت به عمق 8/0 متر افزایش یافت. تفاوت بین اکثر تیمارها در زمان زهکشی به منظور کشت دوم قبل از شخم در نقطه اوج هیدروگراف خروجی می باشد.
    نتیجه گیری
    ترک های به جا مانده از انجام زهکشی میان فصل و زهکشی در زمان برداشت برنج، نقش کلیدی و حساسی در زهکشی زیرزمینی و پارامترهایی نظیر شدت زهکشی در زمان کشت دوم دارد.
    کلیدواژگان: زهکشی زیرزمینی، اراضی شالیزاری، شدت زهکشی، زهکشی میان فصل، درز و ترک
  • هدیه بهنام، احمد فرخیان فیروزی*، عبدالامیر معزی صفحات 235-250
    کمبود مواد آلی در اکثر خاکهای ایران موجب پدید آوردن مشکلاتی از قبیل ناپایداری ساختمان خاک، تراکم و در نتیجه تخریب اراضی شده است. یکی از روش های بهبود کیفیت خاک کاربرد کمپوست و بیوچار ارزان قیمت است. بیوچار ماده ای غنی از کربن است که از حرارت دادن بیومس در شرایط اکسیژن محدود تهیه می شود. هر چند بیوچار به عنوان اصلاح کننده ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک شناخته شده است اما تاکنون اطلاعات اندکی در مورد تاثیر این ماده بر بهبود خصوصیات مکانیکی خاک های سنگین بافت وجود دارد. هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر کاربرد بیوچار باگاس نیشکر و کمپوست باگاس نیشکر به عنوان اصلاح کننده بر برخی ویژگی های مکانیکی خاک مانند مقاومت برشی، ضریب انبساط و انقباض پذیری و حدود پایایی خاک شامل رطوبت حد روانی ، حد خمیری و شاخص خمیرایی می باشد. بدین منظور آزمایشی در قالب طرح کاملا تصادفی وبا سه تکرار اجرا شد. سطوح صفر، 2%، 4% و 6% وزنی بیوچار باگاس نیشکر و سطوح صفر، 10، 20 و 30 تن در هکتار کمپوست باگاس نیشکر در ستون هایی از جنس PVC به طول 45 و قطر 10 سانتی متر به خاک اضافه شد. بیوچار به روش پیرولیز در دمای 550 درجه سانتی گراد و در مقیاس آزمایشگاهی تهیه شد. پس از تهیه ستون های خاک، تیمارها در گلخانه در رطوبت 70 درصد ظرفیت مزرعه به مدت 6 ماه گرماگذاری شدند. نتایج نشان داد کلیه تیمارهای بیوچار و کمپوست به طور معنی داری موجب کاهش مقاومت برشی خاک شدند-(01/0 p
    کلیدواژگان: اصلاح کننده خاک، مقاومت برشی، حدود پایایی، ضریب انبساط و انقباض پذیری
  • میر علی حبیب محمدی، سید امین اصغری پری*، سید محسن سجادی صفحات 251-265
    به فرآیندی که یک جریان رسوبی در زیر یک جریان شفاف حرکت می کند و رسوبات را به سمت دریاچه و اقیانوس ها منتقل می کند جریان غلیظ می گویند. پدیده جریان غلیظ بدلیل تغییرات چگالی بین دو سیال بوجود می آید و از فاکتورهای مهم در زمینه انتقال رسوب در مخازن سدها می باشد. آگاهی از سرعت پیشانی این جریان ها یکی از پارامترهایی است که در مخازن سدها دارای اهمیت بسیار است. انتقال رسوبات توسط جریان غلیظ به کنار بدنه سد، علاوه بر کاهش حجم مخزن باعث تاثیر بر المان های کلیدی سد از جمله ورودی رسوبات به آبگیر نیروگاه می شود، لذا کنترل ، استهلاک یا انحراف جریان غلیظ در افزایش عمر مفید سد نقش بسزایی دارد. روش های مختلفی جهت کنترل و استهلاک جریان غلیظ در مخازن سدها وجود دارد، که از آن جمله می توان استفاده از موانع نفوذناپذیر، نفوذ پذیر و جت آب ، جت هوا و استفاده توام مانع و زبری را نام برد. در تحقیق حاضر به بررسی و توصیف اثر ارتفاع، شکل و فاصله از ورودی جریان، یک مانع گابیونی به عنوان مانع با نفوذپذیر کم جهت کنترل جریان غلیظ رسوبی پرداخته شده است. آزمایشات در فلومی شیب پذیر به طول 10 متر، عرض 30 و ارتفاع 45 سانتی متر و در دو شیب 0 و 5/2 درصد صورت پذیرفت. سرعت پیشانی جریان غلیظ به وسیله کرنومتر در حین آزمایش اندازه گیری و از دوربین فیلم برداری برای کنترل محاسبات استفاده گردید. از 2 نمونه گیر سیفونی در قبل و بعد از مانع برای اندازه گیری غلظت جریان رسوبی استفاده شد. میزان تخلخل در مانع تقریبا 35 درصد بوده و برای کلیه ی آزمایشات دبی جریان مقدار ثابت 7/0 لیتر در ثانیه و میزان غلظت ورودی 20 گرم در لیتر بوده است. دبی رسوبی پیشانی جریان غلیظ قبل و بعد از مانع محاسبه گردید. نتایج نشان داد که بسته به شرایط اولیه جریان، جریان غلیظ پس از برخورد با مانع گابیونی از روی مانع و بخش بسیار اندک جریان در ارتفاعات بالا از داخل مانع عبور می کند. همچنین نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع مانع گابیونی و نزدیکی آن به ورودی جریان، باعث افزایش تاثیر آن در کاهش سرعت و دبی رسوبی جریان غلیظ عبوری از روی مانع می شود و به کنترل جریان غلیظ کمک می کند. طبق آزمایشات بهترین شکل برای موانع گابیونی از میان شکل های دیواره، پلکانی یک طرفه با پله در بالادست، پلکانی یک طرفه با پله در پایین دست و پلکانی دو طرفه، برای کاهش سرعت و غلظت جریان عبوری از مانع، پله دوطرفه است.
    کلیدواژگان: جریان غلیظ، کنترل رسوب، مانع گابیونی، ارتفاع مانع، شکل مانع
  • عباسعلی زمانی*، عبدالحسین پری زنگنه، فهیمه خاندوزی صفحات 267-280
    سابقه و هدف
    آلودگی آب توسط آلاینده های شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی در تمام دنیا به عنوان یکی از مشکل های مدیریت منابع آب درنظر گرفته می شود. یک موضوع مهم در پایش کیفیت منبع های آب تشخیص، تفکیک و منبع یابی پراسنجه های آلاینده فیزیکی و شیمیایی و وابستگی بین آن ها است. استفاده از روش های آماری برای تحلیل داده های بدست آمده از پایش کیفی آب می تواند برای رسیدن به این هدف مفید باشد. فلزهای سنگین به سبب تجزیه ناپذیری و ویژیگی تجمع پذیری مهم ترین آلاینده در منابع آبی هستند. فلزهای سنگین از منابع انسان زاد و طبیعی وارد منابع آبی می شوند.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق از روش های آماری چندمتغیره برای ارزیابی کیفیت آب شرب استفاده شده است. از «تحلیل مولفه های اصلی» در نمایان ساختن ویژگی های اصلی آب و از «تحلیل آماری همبستگی کانونی» برای پیداکردن وابستگی بین پراسنجه های کیفی و فلزهای سنگین استفاده شد. نمونه برداری از منابع آب زیرزمینی شهرستان رامیان در استان گلستان (23 منبع آب شرب روستایی) در سال 1390 انجام گرفت. پراسنجه های مورد استفاده در این مطالعه شامل: دما، هدایت الکتریکی، پی اچ، آمونیاک، فلوراید، سولفات، نیترات، نیتریت، فسفات، بی کربنات و فلزهای سنگین روی، کادمیم، سرب، مس، نیکل و کبالت می باشند. مقدار فلزهای سنگین در نمونه های آب به روش ولتامتری در آزمایشگاه تحقیقاتی علوم محیط زیست دانشگاه زنجان اندازه گیری شد. دما، هدایت الکتریکی در محل نمونه برداری به وسیله دستگاه قابل حمل اندازه گیری شد.
    یافته ها
    نتایج حاصل از تحلیل مولفه های اصلی، شش مولفه را مشخص کرد که 67/79% واریانس کل را به خود اختصاص می دهند و بیانگر ویژگی های کیفی تاثیرگذار آب هستند. در تحلیل همبستگی کانونی نیز سه دسته ی کانونی با داشتن ضریب های همبستگی 973/0، 795/0 و 624/0 نشان دهنده وجود وابستگی بالایی بین متغیرهای مورد بررسی بودند. بنابراین از دسته «متغیرهای پیش بینی کننده» ویژگی های هدایت الکتریکی، بی کربنات، نیتریت، پی اچ، نیترات و فسفات و از دسته «متغیرهای پاسخ» فلزهای روی، کبالت، کادمیم و نیکل بیش ترین اهمیت را در بین سایر متغیرهای مورد بررسی برای ارزیابی کیفیت آب شرب در منطقه مورد مطالعه دارا می باشند.
    نتیجه گیری
    نتایج حاصل از تحلیل همبستگی کانونی نشان داد که بین دو گروه متغیرهای کیفی و فلزی مورد بررسی وابستگی معنی داری وجود دارد که ممکن است بتوان با توجه به پراسنجه های انتخاب شده به فعالیت های انسانی به ویژه فعالیت های کشاورزی در منطقه نسبت داد. اطلاعات به دست آمده می تواند برای بهینه سازی برنامه پایش و مدیریت کیفیت آب مورد استفاده قرار گیرد. با اندازه گیری پراسنجه های وابسته نیازی به اندازه گیری تمام ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آب وجود ندارد.
    کلیدواژگان: کیفیت آب، تحلیل مولفه های اصلی، آنالیز چند متغیره، همبستگی کانونی
  • حسین حمیدی فر*، محمدحسین امید، محمد جواد امیری، مهدی بهرامی صفحات 281-293
    سابقه و هدف
    پیش بینی چگونگی پخش آلاینده ها به منظور محافظت و مدیریت رودخانه ها ضرورت دارد و از لحاظ سلامتی انسان و بهداشت عمومی حائز اهمیت است. ضریب انتشار طولی در رودخانه ها معمولا با روش های پرهزینه مطالعات میدانی یا فرمول های تجربی و راه حل های تحلیلی محاسبه می شود. بررسی ها نشان داده است که نتایج این روش ها فقط برای بازه ای از رودخانه که در آن توسعه داده شده اند و یا شرایط جریان و هندسه مقطع که فرمول برای آن استخراج شده است معتبر می-باشد. در این پژوهش کاربرد روش پردازش تصاویر دیجیتال به عنوان یک روش نوین در برآورد ضریب انتشار طولی آلاینده ها به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است.
    مواد و روش ها
    بررسی ها در یک کانال آزمایشگاهی به طول 18، عرض 9/0 و ارتفاع 6/0 متر با دیواره های از جنس پلکسی گلاس و سیستم بازچرخانی جریان انجام شدند. مقطع کانال از نوع مرکب بوده و عرض کانال اصلی برابر 45/0 متر و عمق لبریزی برای 14/0 متر در نظر گرفته شد. اندازه گیری سرعت بوسیله دستگاه سرعت سنج سه بعدی صوتی انجام شد. سه ردیاب مختلف شامل محلول پودر رنگ، محلول رنگ خوراکی و محلول پرمنگنات پتاسیم بررسی شدند و بر اساس معیارهای موجود، محلول پرمنگنات پتاسیم به عنوان مناسبترین ردیاب انتخاب شد. تزریق ردیاب به صورت عرضی-خطی انجام شد. با تصویربرداری از ابر آلودگی در سه مقطع مختلف در پایین دست محل تزریق و با استفاده از قانون جذب بیر-لامبرت، غلظت ردیاب متوسط گیری شده در عمق متناسب با شدت نور تصویر ثبت گردید و بر اساس آن ضریب انتشار طولی به کمک روش تبادل ممان استاندارد محاسبه شد.
    نتایج و بحث: نتایج نشان داد که روش پردازش تصویر دیجیتال می تواند بدون نیاز به نمونه گیری مستقیم، به عنوان یک روش با دقت بالا و مقرون به صرفه در مطالعات مربوط به انتشار آلودگی به ویژه در شرایط آزمایشگاهی مورد استفاده محققین قرارگیرد. از آنجا که آزمایش های تحقیق حاضر در یک کانال مرکب انجام شدند، تغییرات ضریب انتشار طولی نیز به ازای سه عمق نسبی 15/0، 25/0 و 35/0 بررسی شد.
    نتیجه گیری
    پس از انجام آنالیز ابعادی و تعیین پارامترهای بدون بعد موثر بر پدیده انتشار طولی در یک کانال مرکب، نتایج نشان داد که با افزایش عمق نسبی از 15/0 تا 35/0، مقدار بدون بعد ضریب انتشار طولی در کانال اصلی حدود 65% و در سیلابدشت حدود 56%افزایش می یابد. در نهایت، رابطه ای به منظور برآورد مقدار ضریب انتشار طولی در کانا ل های با مقطع مرکب ارائه گردید. تحقیقات بیشتری بایستی صورت پذیرد تا بتوان از قابلیت های این روش علاوه بر ررسی های آزمایشگاهی در مطالعات میدانی نیز بهره جست.
    کلیدواژگان: روش پردازش تصویر، ضریب انتشار طولی، کانال مرکب، کیفیت آب، ردیاب
  • فاطمه جابریان*، شهلا محمودی، سیدعلی ابطحی، مهرداد اسفندیاری صفحات 295-308
    سابقه و هدف
    کانی زئولیت با توجه به سطح ویژه زیاد و ظرفیت تبادل کاتیونی بالا به عنوان یک اصلاح کننده شرایط فیزیکی و شیمیایی خاک های مختلف می تواند تاثیرات ثانویه ای بر وضعیت قابلیت استفاده عناصر غذایی از جمله پتاسیم و تغییر شکل های مختلف این عنصر و در نتیجه چرخه آن گذارد. از طرفی افزودن این ترکیب به خاک های ورتی سولز که عمدتا دارای مقادیر بالای رس های تثبیت کننده پتاسیم مانند اسمکتیت هستند می تواند بر توزیع پتاسیم اثر بگذارد. جهت بررسی این امر تاثیر افزودن مقادیر مختلف زئولیت و تیمار تر و خشک شدن بر روی 6 خاک ورتی سولز که از مناطق مختلف استان فارس جمع آوری شده بودند، مورد مطالعه قرار گرفت.
    مواد و روش ها
    جهت انجام پژوهش بر اساس نقشه های خاکشناسی موجود، عکسهای هوایی و نقشه های توپوگرافی خاک های ورتی سولز در استان فارس مشخص گردید و تعدادی خاکرخ در مناطق مختلف آب و هوایی حفر گردیدند. پس از تشریح، تعداد 6 خاکرخ ورتی سولز به عنوان شاهد انتخاب شده که تقریبا تمام خاک های ورتی سولز مورد مطالعه در مناطق با رژیم رطوبتی زریک در نیمه شمالی و قسمت های مرکزی استان قرار دارند و همه آنها در گروه های بزرگ Haploxererts و Calcixererts قرار می گیرند. خاک ها در زمین نماهای دشت دامنه ای، فلات و اراضی پست قرار گرفته شده اند. آزمایش ها به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی 6×4×2×3 روی افق های سطحی با تیمارهای 0، 1، 5/2 و 5 درصد زئولیت و تیمارهای بدون تری و خشکی و با تری و خشکی با سه تکرار انجام شد. پس از پایان 8 روز شکل های مختلف پتاسیم شامل (محلول، تبادلی و غیر تبادلی) در نمونه ها اندازه گیری گردید. به منظور تجزیه آماری نمونه ها از نرم افزارهای SPSS، Excel، SAS و جهت مقایسه میانگین ها از آزمون دانکن استفاده شد.
    یافته ها
    خاک های مورد مطالعه دارای رژیم های رطوبتی یوستیک و زریک و رژیم های حرارتی مزیک، ترمیک و هایپرترمیک می باشند. اگر چه از لحاظ کانی شناسی نوع کانی ها در خاک های مختلف کم و بیش مشابه می باشد اما از آنجا که درصد فراوانی کانی های رسی در خاک ها بسیار متفاوت می باشد مقدار شکل های مختلف پتاسیم در خاک ها بسیار متفاوت می باشد. کاربرد زئولیت سبب افزایش مقدار پتاسیم محلول و تبادلی شد، اما تاثیری بر مقدار پتاسیم غیرتبادلی نداشت که این به دلیل مقدار بالای پتاسیم در زئولیت و تمایل بالای زئولیت برای جذب پتاسیم می باشد. کاربرد زئولیت بدون اعمال تیمار تر و خشکی و همراه با دوره های تر و خشک شدن سبب افزایش مقدار پتاسیم محلول در خاک های مختلف شده است. بیشترین مقدار افزایش در خاک هایی که کانی اسمکتیت کمتری داشتند مشاهده شد. تیمار تری و خشکی سبب کاهش معنی دار پتاسیم محلول در همه نمونه ها شد. پتاسیم تبادلی با کاربرد زئولیت به مقدار قابل توجهی افزایش یافته است. بیشترین مقدار افزایش در پتاسیم تبادلی در خاک هایی که کانی اسمکتیت کمتری دارند، مشاهده شد. کاربرد زئولیت سبب کاهش پتاسیم غیرتبادلی در خاک ها شده است اما در خاک 4 تاثیر متفاوتی داشته و سبب افزایش پتاسیم غیرتبادلی شده است. این امر نشان دهنده تثبیت پتاسیم در این خاک ها به دلیل مقدار بالای کانی های تثبیت کننده پتاسیم می باشد.تیمارهای تری و خشکی سبب کاهش مقدار پتاسیم محلول و غیرتبادلی و افزایش پتاسیم تبادلی گردید.
    نتیجه گیری
    افزایش پتاسیم محلول در نتیجه کاربرد زئولیت می تواند احتمال آبشویی پتاسیم را افزایش دهد؛ اما کاربرد زئولیت می تواند با نگه داشتن پتاسیم در فاز تبادلی از آبشویی و تثبیت پتاسیم جلوگیری کند. با توجه به کاهش محسوس مقدار پتاسیم قابل استفاده در خاک های فارس که در نتیجه کشاورزی فشرده و عدم استفاده از کودهای حاوی پتاسیم رخ داده است. استفاده از زئولیت ممکن است بتواند سبب بهبود وضعیت پتاسیم در این خاک ها گردد.
    کلیدواژگان: اسمکتیت، کانی رس، پتاسیم تبادلی، دوره های تر و خشک شدن
  • احمد جعفرزاده*، عباس خاشعی سیوکی، علی شهیدی صفحات 309-322
    سابقه و هدف
    در حال حاضر معتبرترین ابزار جهت تولید سناریوهای اقلیمی، مدل های سه بعدی جفت شده جوی-اقیانوسی گردش عمومی هوا می باشند که به طور مخفف از آن به عنوان AOGCM یاد می شود. یکی از مشکلات عمده در استفاده از خروجی مدل های AOGCM، بزرگ بودن مقیاس مکانی سلول محاسباتی آن ها، نسبت به منطقه مورد مطالعه است و باید نتایج خروجی این مدل ها کوچک مقیاس شوند. روش های آماری متعددی جهت ریزمقیاس نمودن خروجی های مدل هایAOGCM برای دستیابی به دقت بیشتر توسعه یافته اند. تفاوت دقت روش های ریزمقیاس نمایی متناسب با مکان و نوع مدل اقلیمی می تواند باعث اختلاف در نتایج شبیه سازی گردد. لذا بررسی دقت این روش ها از اهمیت بالایی برخوردار است. پژوهشگران زیادی در سرتاسر دنیا به بررسی دقت روش های گوناگون در ریزمقیاس نمایی پرداخته اند. نتایج پژوهشگران در سرتاسر دنیا بیانگر این مطلب می باشد که بر اساس نوع خروجی مدل هایAOGCM و همچنین کمیت و کیفیت داده های مشاهداتی منطقه مورد مطالعه شبیه سازی مولفه های اقلیمی متفاوت خواهد بود. هدف از این پژوهش بررسی دقت روش های ریزمقیاس نمایی آماری LARS-WG و SDSM برای بارندگی و متوسط درجه حرارت روزانه و برای ایستگاه سینوپتیک بیرجند می باشد.
    مواد و روش ها
    آمار مشاهداتی دوره 2000-1960 از سازمان هواشناسی استان استخراج شد. دوره 1990-1960 برای واسنجی و دوره 2000-1991 برای دوره صحت سنجی انتخاب شدند. سری شاخص های حدی اقلیمی در دوره صحت سنجی برای آمار مشاهداتی ایستگاه سینوپتیک و شبیه سازی شده توسط دو روش ریزمقیاس نمایی محاسبه شد. به منظور ارزیابی دقت دو روش در محاسبه شاخص ها، از آزمون های آماری استفاده شد. بدین ترتیب که حساسیت روش ها به ناهنجاری های بزرگ مقیاس (همبستگی داده ها) و توانایی روش های ریزمقیاس نمایی برای برگرداندن توزیع داده های مشاهداتی به ترتیب با آزمون های همبستگی پیرسون و رتبه نشان دار ویل کاکسون مورد ارزیابی قرار گرفت.
    یافته ها
    پس از بررسی نتایج مشخص شد که برتری قابل توجهی در آزمون همبستگی پیرسون بین دو روش وجود ندارد. هرچند که در دو روش نتایج برازش بیش از 50% شاخص های مشاهداتی و شبیه سازی شده قابل قبول است. نتایج عملکرد دو مدل در آزمون ویل کاکسون نشان داد که تفکر مبدل های اقلیمی به طور قابل ملاحظه ای بالاتر از روش های رگرسیون خطی می-باشد. نتایج این آزمون نشان داد که در روش LARS-WG بیش از 90% شاخص ها برازش خوبی را دارا می باشند. همچنین برازش شاخص های دما در روش SDSM-DC در مقایسه با روش LARS-WG بسیار نامطلوب بود.
    نتیجه گیری
    نتایج مطالعه نشان داد که به طور کلی روش LARS-WG در مقایسه با روش SDSM-DC دقت بهتری دارد. این برتری به خصوص در در پیش بینی تابع توزیع همسان با داده های مشاهداتی محسوس تر بود.
    کلیدواژگان: رتبه نشان دار ویل کاکسون، شاخص های حدی اقلیمی، همبستگی پیرسون، HADCM3
  • مسعود کرباسی* صفحات 323-330
    سابقه و هدف
    تخمین دقیق مقدار تبخیر-تعرق مرجع برای انجام بسیاری از تحقیقات ضروری و از مهم ترین مسائل در طرح های آبیاری و زهکشی و منابع آب به شمار می رود. یکی از این مسائل که می تواند در راستای اهداف ذکرشده اعمال شود، پیش بینی تبخیر-تعرق مرجع برای آینده است تا بتوان با برنامه ریزی های مناسب، امکان استفاده بهتر از منابع موجود را فراهم نمود (7). در سال های اخیر استفاده از روش های هوش مصنوعی و مدل هیبریدی بر پایه موجک در پیش بینی پارامترهای هیدرولوژیکی بسیار متداول گشته است (12). هدف تحقیق حاضر استفاده از دو مدل GMDH و موجک-GMDH در پیش بینی تبخیر-تعرق مرجع روزانه در ایستگاه سینوپتیک اهواز است.
    مواد و روش ها
    . بدین منظور یک دوره آماری 10 ساله (2000 الی 2009) که 7 سال (2000-2006) آن برای آموزش و 3 سال (2007-2009) جهت آزمون و صحت سنجی مدل های پیشنهادی در نظر گرفته شد. برای ایجاد سری زمانی تبخیر-تعرق مرجع روزانه در دوره مورد نظر از معادله استاندارد پنمن-مانتیث فائو 56 استفاده گردید. 9 ترکیب مختلف از داده های ورودی (تاخیرهای مختلف) و انواع موجک های مادر (13 موجک مادر) مورد ارزیابی قرار گرفت. در مجموع 126 مدل که 117 عدد از آن ها مربوط به مدل هیبریدی موجک-GMDH و 9 مدل شبکه عصبی GMDH بود، اجرا گردید. برای انتخاب بهترین مدل از معیارهای آماری نظیر ضریب تبیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و درصد متوسط خطا (MARE) استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که مدل هیبریدی موجک-GMDH (با RMSE 31/0 میلی متر بر روز) در مقایسه با مدل شبکه عصبی GMDH (با RMSE 22/1 میلی متر بر روز) دارای توانایی و دقت بالاتری در پیش بینی تبخیر-تعرق مرجع روزانه است. همچنین نتایج نشان داد که استفاده از تاخیرهای زمانی بیشتر از چهار روز تاثیر چندانی بر دقت مدل ها ندارد و در برخی موارد می تواند موجب کاهش دقت نیز گردد. نتایج تحقیق حاضر با تحقیقات مشابه که از تبدیل موجک برای پیش پردازش داده ها استفاده نموده اند، مطابقت دارد (1، 4، 5 و 12). بررسی انواع موجک های مادر نیز نشان داد که استفاده از موجک میر به علت پیچیدگی بیشتر باعث افزایش دقت مدل ها می گردد. یافته فوق با نتایج رجایی و ابراهیمی(2014)، شعیب و همکاران(2015) و طوفانی و همکاران (2012) مطابقت دارد(13، 15 و 17).
    نتیجه گیری
    نتایج این تحقیق نشان داد که مدل موجک- GMDH (درصد متوسط خطای مطلق 53/5) در پیش بینی تبخبر-تعرق مرجع برای یک روز بعد برتری چشم گیری بر مدل GMDH ( درصد متوسط خطای 11/22) دارد. از نتایج تحقیق حاضر می توان در برنامه ریزی آبیاری منطقه موردمطالعه استفاده نمود. در پایان پیشنهاد می گردد، مدل های پیشنهادی در اقلیم های مختلف ایران نیز مورد بررسی و ارزیابی قرار بگیرند.
    کلیدواژگان: تبخیر، تعرق مرجع، پیش بینی سری زمانی، تبدیل موجک، شبکه عصبی GMDH، ایستگاه سینوپتیک اهواز
  • یاسر شیخی، بابک لشکرآرا*، مهسا والی پور صفحات 331-338
    سابقه و هدف

    استفاده از آبگیرهای افقی یکی از روش های رایج در برداشت آب از مخازن و رودخانه ها می باشد. وقوع جریان گردابی در دهانه های آبگیر یکی از مشکلات عمده این نوع سازه ها است. گرداب تشکیل شده در دهانه آبگیر در مرحله اول منجر به کاهش راندمان آبگیری شده و در مرحله دوم بسته به نوع سازه، هوای ورودی به دهانه آبگیر می تواند منجر به بروز خسارت به آن شود. بنابراین تخمین عمق استغراق بحرانی بالای آبگیر به منظور جلوگیری از تشکیل گرداب و ورود هوا به آن از ضروریت های اصلی تحقیق بشمار می رود. مطالعه تحقیقات پیشین نشان داد که در اکثر روابط پیشنهادی توسط محققین اثر فاصله از کف کانال C در معادلات لحاظ نشده و معادلات تنها در دو حالت و به صورت دو معادله مجزا ارائه شده اند.

    مواد و روش ها

    در این تحقیق نتایج یک مطالعه آزمایشگاهی جهت بررسی اثر پارامترهای مختلف جریان و فاصله آبگیر از کف کانال بر عمق استغراق بحرانی برای آبگیرهای افقی در شرایط جریان آزاد ارائه شده است. در این راستا نخست معادله حاکم بر فضای تحقیق با استفاده از تئوری باکینگهام و رگرسیون غیر خطی تعیین گردید و در مرحله بعد جهت تدقیق نتایج از مدل های شبکه عصبی و برنامه سازی ژنتیک استفاده شد. بدین منظور در ابتدا با استفاده از تئوری آنالیز ابعادی معادله حاکم بر فضای تحقیق به صورت مشخص شد. سپس با استفاده از رگرسیون غیرخطی و نرم افزار تحلیل گر آماری SPSS معادله حاکم بر فضای تحقیق تعیین شد. تحلیل نتایج آماری نشان داد که معادله پیشنهادی جهت تخمین عمق نسبی استغراق بحرانیSc/Di در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی دارای ضریب همبستگی 9363/0 و دارای مجذور میانگین مربعات خطای 3165/0 می باشد. به منظور اعتبارسنجی این معادله از نتایج حاصل از تحقیقات احمد و میتال (2008) و ایوب لو و همکاران (2011) استفاده گردید.

    یافته ها

    مقایسه نتایج نشان داد، معادله حاصل از مطالعه احمد و میتال مقدار عمق استغراق بحرانی را 8 درصد بیشتر از نتایج آزمایشگاهی، معادله پیشنهادی ایوب لو و همکاران 5/6 درصد کمتر از نتایج آزمایشگاهی و در نهایت معادله پیشنهادی تحقیق حاضر، این مقدار را 5/0 درصد بیشتر از نتایج آزمایشگاهی تخمین می زند. از طرفی مدل شبکه عصبی مصنوعی مقدار Sc/Di را 1/1 درصد کمتر از نتایج آزمایشگاهی و مدل برنامه سازی ژنتیک این مقدار را 63/1 درصد بیشتر از نتایج آزمایشگاهی تخمین می زند.

    نتیجه گیری

    مقایسه نتایج حاصل از مدل های شبکه عصبی و برنامه سازی ژنتیک نشان داد که هر دو مدل دارای توابع خطای مناسب تری نسبت به معادله پیشنهادی هستند؛ این در حالی است که مقایسه توابع خطای محاسبه شده این دو روش هوشمند حاکی از برتری نسبی عمل کرد شبکه عصبی مصنوعی می باشد. از طرفی به دلیل فرم ساده و کارآمد معادله پیشنهادی، استفاده از این معادله جهت تخمین عمق نسبی استغراق بحرانی در دهانه های آبگیر افقی در شرایط جریان آزاد توصیه می گردد.

    کلیدواژگان: عمق استغراق، رگرسیون غیر خطی، شبکه عصبی، برنامه سازی ژنتیک
|
  • Alireza Karimi * Pages 1-23
    Background And Objectives
    Potassium (K) is one of the major essential nutrients for growth of tobacco. Tobacco leaf K content is highly correlated with tobacco leaf quality and is an important index reflecting tobacco leaf quality. The forms of soil Κ in the order of their availability for plants are soil soluble, exchangeable, non-exchangeable and structural potassium. This study aimed to investigate the forms of soil potassium (soluble, exchangeable, non-exchangeable and structural) and aqua-regia extractable potassium in tobacco cultivated areas of Golestan, Mazandaran and Gilan provinces.
    Materials And Methods
    Three soil profiles were described and sampled in each tobacco cultivated areas of Golestan, Mazandaran and Gilan provinces. All soil profiles were described and classifid according to Keys to Soil Taxonomy. The soluble, exchangeable, non-exchangeable, structural and aqua-regia extractable potassium were measured and their relationships with each other and soil physical and chemical characteristics were investigated.
    Results
    Mean concentrations of soluble, exchangeable, non-exchangeable, aqua-regia extractable, structural and total potassium in studied soils were 0 to 38.24, 7 to 513, 44 to 1933, 70 to 4267, 4114 to 15607 and 4166 to 16157 mg kg-1, and the percentage of mean concentarions of soluble, exchangeable, non-exchangeable, aqua-regia and structural potassium to total potassium varied from 0 to 0.32, 0.12 to 4.41, 0.83 to 11.96, 1.21 to 33.72 and 85.60 to 98.96 %, respectively. The lowest concentrations of all potassium forms were measured in the studied soils of Gilan Province. The highest concentrations of soluble, exchangeable, non-exchangeable and aqua-regia extractable K occurred in the studied soils of Mazandaran Province, and structural and total potassium in the studied soils of Golestan Province. The correlation analyses indicated the positive significant correlation (P
    Conclusion
    Plant available potassium (soluble, exchangeable and non-exchangeable potassium) in Mazandaran province tobacco cultivated areas was more than that in Golestan and Gilan provinces. Therefore, potassium fertilizer management should be different in these areas. Aqua-regia potassium had a good correlation with other forms of potassium. Since contains soluble, exchangeable, non-exchangeable and part of the structural potassium, could show the soil potassium ability for plants during the growing season to be considered, greenhouse and field experiments that need to be examined.
    Keywords: Potassium forms, Tobacco, Pseudototal potassium, Available potassium
  • Sabziparvar *, Seyed Mohammad Jafar Nazemosadat Pages 25-43
    Background And Objectives
    Land surface temperature (LST) is a key parameter in estimating energy balance that has determinate role in climate change studies. Various scientists have studied monitoring of LST in recent decades. The land surface temperature, which is measured by means of thermometers for certain points, for large scale basin is not cost effective. Using of satellite images for estimating LST make the estimates easier and more economical than ground measurement. In this study, MODIS land surface temperature (LST) was evaluated. In addition, due to use of correction factors which may not always be available for Iran, land surface temperature estimated by Landsat 5 image,which its spatial resolution is much higher than MODIS, was also evaluated.
    Materials And Methods
    For this study, two groups of data were used: satellite data and in-situ data. Ground measurements were collected from 261 points of a wheat farm in Marvdasht plain located in Fars province. Temperature was measured in four height of wheat including: canopy cover, middle, 10 centimeter from floor and soil surface. After statistical tests, acceptable data were selected for the comparison. In this study, twenty eight satellite images were implemented; including 26 MODIS images (MOD02 & MOD11 product) and 2 level-1G Landsat 5 images. Land surface temperature was estimated from thermal band’s of Landsat 5 images by applying the necessary corrections. After providing land surface temperature (LST) maps, land surface temperature was extracted from LST map (Landsat5 & MODIS) based on the measurement points. Afterward, the equation between the observed data and estimated surface temperatures from Landsat 5 (MODIS images) were obtained. Relationship between estimated and in-situ data was analyzed on four different heights of the wheat. Land surface temperatures were also estimated by three different split–window algorithms from Becker and Li (1990), Price (1984) and Ultivertal (1994) and the coefficients were calibrated. Finally, Fisher test was used to determine significant differences between the observed and the estimated data.
    Results
    It was found that the estimated temperature by satellite has the best correlations with the plant canopy temperature. Estimated data were evaluated against the in-situ data. Results showed that Landsat and MODIS images overestimated the LST by RMSE of 4.4 oC and 7.1 oC respectively. Error of Estimating LST with split–window algorithms was within the range of 3.5–3.7 degree centigrade. Among the three studied algorithms, Becker and Li (1990) approach showed the best performance (the least error). The significant differences between in-situ data and the satellite estimates were examined by Fisher Test. No significant differences were observed in any of the pairs of data.
    Conclusion
    For meso-scale and large-scale studies, using satellite images is efficient and economic than the point surface measurements. The choice of satellite images (Landsat or MODIS) is depend on the accuracy which is expected from the study.
    Keywords: Land surface temperature, Satellite, Split–window, Fars, Wheat
  • Omolbani Mohammad Reza Pour * Pages 45-64
    The high cost problem of urban water supply systems, along with the complexity of the design and unsuitable operation problems cause that optimization of the system before applying any changes, has become the basic needs of managers in this area. Due to the complexity of nonlinear and unique design of these networks, in recent years engineers using artificial intelligence and search algorithms to solve this problem. In the present study find solutions for the network in a town of Kerman with help of fast messy Genetic and firefly Algorithms and network simulation software intended WaterGEMS. First the water supply network in the study area simulated in WaterGEMS model and the properties required for optimization algorithms have been extract, then using the standard pressure and speed constraints, these algorithms create optimal choices. By entering these results in WaterGEMS model and re-running for limits check, the cost estimates are discussed and compared. The results show that the optimization of, fast messy Genetic algorithm with 37.7% is able to reduce the cost function of network compare to pre-optimized network. Also Firefly algorithm in the amount of 34.4%, is able to reduce costs. Finally, we can say that both optimization algorithms used in this study have been able to achieve a dramatic reduction in project costs.
    Keywords: water network, optimization, Firefly algorithm, Fast messy genetic algorithm, Kerman
  • Majid Fekri * Pages 65-81
    Background And Objectives
    Potassium is one of the macro nutrients, which plays a major role in the growth and development of plants. One of the factors affecting the amount of soluble and exchangeable potassium is the leaching. Study the movement of potassium in agricultural soils and reduce leaching of recommended fertilizer to subsurface soil and out of the root zone is essential. The aim of this study was to evaluate the depth distribution and potassium exchange by salts of calcium and sodium in different water regimes.
    Materials And Methods
    Effects of calcium and sodium salts on the depth distribution of soluble and exchangeable potassium in a calcareous soil were studied under the influence of different moisture regimes. The experimental design was a factorial with three replications. Treatments were four levels of salt (calcium chloride, calcium sulfate and sodium chloride, each 10 meq per kg of soil and one without salt or control), three levels of the moisture regimen of soil (50%, 75% and 100% of the water holding capacity in the soil), and three depths of soil columns (5, 10 and 20 cm). The concentrations of soluble and exchangeable potassium were measured in the treated soils.
    Results
    The results showed that the concentration of exchangeable and soluble potassium in the soil profile depends on the moisture regime's treatment. The maximum and minimum of the soluble or exchangeable potassium of soil was found in the moisture regime of 50% and 100%, respectively, and these value increased with increasing soil depth. The ratio of exchangeable potassium to soluble was increased with increasing the soil moisture. The salts of calcium chloride> sodium chloride> calcium sulfate, respectively, had most effects in the soluble and exchangeable potassium soil and also increased their ratio in the soil profile. The higher levels of the soil water increased the movement of potassium in the soil profile. Probably, the ionic strength and charge of cations of solution salts applied increase the concentrations of soluble and exchangeable potassium in the soil. The calcium ions cause soil particles to be collected and the result is an increase in soil permeability. It is another reason that more immigration potassium ions in the presence of calcium.
    Conclusion
    High leaching, especially in saline soils not only the leaching of potassium and out of reach of the element for plants but also pollute groundwater resources and this would be considered a serious threat to the environment. In the end, it can be stated that the correct planning and management of resources for the proper use of potassium fertilizers, accuracy and attention to quality irrigation water consumption affect potassium leaching loss.
    Keywords: Keywords: Potassium, Soil moisture, Sodium, Calcium
  • Hakimeh Gharehdaghli, Saeedeh Marzvan, Alireza Vaezi * Pages 83-100
    Background And Objectives
    Rill erosion is one of the most important soil erosion types in the hillslopes which occurs due to concentration of surface runoff. In general, rills are a small, ephemeral concentrated flow paths which function as both sediment source and sediment delivery systems for erosion on hillslopes. Rill development is common in overgrazed land where soil water retention capacity is diminished and also in freshly cultivated soil where the soil structure has been loosened. Rill erosion can be a large portion of the channel erosion in these areas, particularly in semi-arid regions. Rill development in the hillslopes can be affected by different factors including topographic characteristics, vegetation cover condition, rainfall characteristics, soil properties, and management practices. Knowledge of factors affecting rill erosion development is necessary to control this erosion in the hillslopes.
    Materials And Methods
    This study was conducted to find factors influencing rill development in semi-arid rangelands in the TahamChai catchment, north west of Zanjan, Iran. Toward this, ten sparse hillslope as affected by rill erosion were selected and all rill characteristics along with some soil properties were determined in the rills. Rill characteristics, slope steepness, and soil properties were compared among the hillslopes. Effects of slope steepness and soil properties on the rill erosion were recognized using the correlation matrix method. Multiple linear regression analysis was used to develop an equation for estimating rill erosion in the hillslopes.
    Results
    Results indicated that all rills characteristic expect length were significantly differed among the hillslopes. Significant differences were found among the hillslope soils in sand, silt, clay, saturated hydraulic conductivity, and exchangeable sodium percentage. Rill cross section area varied from 0.01 to 0.29 m2 with an average of 0.07 m2 in the hillslopes. It was recognized to be the most important rill characteristic to describe rill erosion development in the hillslopes. Significant correlations between this rill characteristic were observed and slope steepness, sand, silt, clay and saturated hydraulic conductivity. Rill cross section area was the highest where either the hillslopes tend to have higher slope steepness or they have higher percentage of silt and clay. Multiple linear regression analysis appeared that rill cross section area in the rangeland hillslopes was significantly related to slope steepness and silt (R2= 0.38, p
    Conclusion
    With regarding to the importance of slope steepness and silt in the rill erosion development, maintaining vegetation cover through preventing over-grazing in the hillslopes of the area where slope steepness is higher and the soil is sensitive to water erosion processes is very essential. According to the developed equation there are also other variables which may control rill development in the hillslopes. Land shape, soil profile characteristics and land surface cover can be introduced as unknown variables which can be investigated in the next studies in order to develop a reliable model to prediction of rill erosion in the hillslopes.
    Keywords: Rangelands, Rill development, Rill characteristics, Semi, arid region, soil loss
  • Hadis Pakdel Khasmakhi, Safar Marofi, Majid Vazifedoust, Abdolah Taheri * Pages 101-118
    Background And Objectives
    Water resources development, requires frequency water recognition, temporal and spatial water distribution, also detailed assessment of its performance. Yusop et al (2007) used HEC-HMS model for rainfall-runoff modeling in a small watershed in Malaysia and reported the Satisfactory results of both calibration and verification periods (20). Planning in ungauged areas is required providing appropriate data. Thus using satellite data, is one of the methods solving this problem. For this purpose, large-scale models of the earth's surface such as GLDAS, have been updated based on satellite observations, are important tools for providing hydrological parameters. The global coverage of GLDAS, using data of the model have been considered in rainfall-run off studies. GLDAS model to evaluate the components of the water balance and energy changes in the Earth's surface, attempted to produce meteorological and hydrological parameters of high quality in the period 1948-2015. The purpose of this study, presented integrated model to estimated discharge in ungauged data.
    Materials And Methods
    In this study, the GLDAS model integrated with hydrological model, WMS/HEC-HMS. Integrated model was used in rainfall-runoff studies in Polroud area in Guilan province. In this case, the Tol-lat station observation data was used during 3 years (2003-2005) for calibration and 1 year 2006 for verification through two SMA and SCS methods. In this regard, for the SCS method, model calibrated parameters such as curve number, lag time and initial abstraction. For the SMA method, model calibrated soil storage, soil percolation rate, groundwater 1 storage coefficient, groundwater 2 storage coefficient and other parameters. After evaluating GLDAS results, analyzed the precipitation, surface runoff, subsurface runoff and temperature data in the pixels corresponding to the Tol-lat gauging station along the 10 (2004-2013) years. Then, using WMS/HEC-HMS, simulated runoff in the watershed, using two losses method SCS and SMA, 2004-2009 for coefficient calibration and 2010-2013 for verification. The results indicated that SMA and SCS method offer better results through integrated model. Evaluation based on criteria coefficient of determination (R2), Nash coefficient (E), the standard error of Bias, a root mean square error (RMSE) and Error showed that integrated HEC-HMS and GLDAS models is a useful tool for estimating run off in ungauged watershed.
    Results
    The results show that integrated HEC-HMS and GLDAS models in SMA losses in 2013 (verification period), with 0.8 coefficient of determination, 0.77 and Nash coefficient, 1.5 RMSE and 6.1 Bias error. The integrated model with SCS method in 2005 (calibration period), with 0.9 coefficient of determination, 0.86 and Nash coefficient, 0.78 RMSE and 2.5 Bias error have highest efficient. Also the model in estimating the flood peak moment is better than the non-flood values. Although in both cases, the model results were acceptable.
    Conclusion
    The integrated model HEC-HMS and GLDAS presented in this study is an acceptable tool for predicting runoff in inaccessible and ungauged watershed.
    Keywords: simulation, WMS, HEC, HMS, GLDAS, Poulrood Basin
  • Seyed Morteza Sayedan* Pages 119-135
    Background And Objectives
    Determination of stable channel characteristics includes width, depth and slope is very important that considered for more than a century. Design of Stable channel was used in various works such as river engineering, flood control and water conveyance. The main objective of this study is evaluation of two methods of ANFIS and SVM to estimate stable channel characteristics.
    Materials And Methods
    325 measured data from the natural channel and laboratory investigations were used for training, testing and evaluation ANFIS and SVM methods. ANFIS system that combines neural network with fuzzy logic is the first time was introduced in 1993 by Zhang. Support Vector Machine can be applied not only to classification problems but also to the case of regression. 60% of data was used for training, 20% evaluation and the remaining 20% were used for test. To simulate the channel characteristics two input include: 1- discharge and 2- discharge and median sediment grains were used. The empirical formula Afzalimehr et al., Bray and Simmons and Albertson was used to compare with ANFIS and SVM. 1- discharge and 2- discharge and median sediment grains were used. The empirical formula Afzalimehr et al., Bray and Simmons and Albertson was used to compare with ANFIS and SVM.
    Results
    ANFIS and SVM methods with input (2) to (1) estimate width 50% and 80% respectively and depth 61% and 40% respectively with a lower error. ANFIS and SVM prediction accuracy in various range of width and depth is different. Both methods could not predict the slope. Bray empirical relationship that predicted depth and width of the reasonably accurately estimates the slope with less accuracy.
    Conclusion
    The results showed that both methods with input (2) simulate changes in channel geometry with reasonable accuracy and estimate the width and depth as well. Overall, estimation capability of width more than depth and both methods with input (1) and (2) can’t estimate of slope stable channel. In depth of less than 2 meters the impact of median grain size is little on the predicted depth. Changes in slope do not depend only on the discharge and median grain size and other parameters that affect the change. The effects of the unknown parameters on slopes greater than 0.5% are high because both methods did not provide any reasonable estimates. Compared with empirical relations showed ANFIS more accurately estimate characteristic of stable channel than Simons and Albertson, Afzalimehr et al. and Bray relationship.
    Keywords: Stable channel, Geometry, ANFIS, SVM
  • Bakhtiar Karimi *, Adel Soltani Pages 137-154
    Background And Objective
    Drip irrigation with fertigation provides an effective and economical way to supply water and nutrients to crops. However, less-than-optimum management of micro irrigation systems may cause inefficient water and nutrient use, thereby diminishing expected yield benefits and contributing to ground water pollution if water and nitrogen applications are excessive. The quality of ground, and surface waters is specifically vulnerable in dry regions where agricultural production occurs mostly by irrigation. Robust guidelines for managing micro irrigation systems are needed so that the principles of sustainable agriculture are satisfied.
    Materials And Methods
    Simulation of nitrate distribution in soil by means of found early parameters can effectively help to design the subsurface drip irrigation system. In this study, in order to develope equations to estimate the nitrate distribution, the experiments was carried out on three different soil textures and in different directions. In this study, experiments were carried out in a transparent plexy-glass tank (0.5m.1.22m.3m) using three different soil textures (fine, heavy and medium). The drippers were installed at 3 different soil depths (15cm, 30ch and 45cm). The emitter outflows were considered 2.4 , 4 and 6 lit/hr with irrigation duration of 6hr. The fertigation treatments include treatments with nitrate concentrations of 125, 250 and 375 mg per liter. The fertigation treatments include treatments with nitrate concentrations of 125, 250 and 375 mg per liter. In order to fulfil the fertigation treatments was used urea (CH4N2O) (46% nitrogen).
    Results
    Then, using the- theorem of Buckingham and Dimension Analysis (DA), equations were developed to estimate the pattern of nitrate distribution pattern (horizontal and vertical) in three soil textures. These equations are as function of initial nitrate, nitrate concentrations in fertigation, initial moisture, radial distance of points, applied water volume, hydraulic conductivity and emitter outflows. The results of the measured and simulated values for suggested models of nitrate distribution showed that despite the complexity of this ion, specifically the nitrate distribution in different conidtions (due to the interactions and reactions of nitrates in the soil due to the phenomenon of the nitrification and denitrification), have a good performance. Result showed that error statistical parameters related to comparisons between simulated and observed values are in an acceptable range.
    Conclusion
    The results of the comparisons between simulated and observed values showed that these equations are very capable in predicting the pattern of nitrate distribution in different directions. Considering these equations in designing surface drip irrigation systems could improve system performance.
    Keywords: Dimension analysis, nitrate, Surface drip irrigation, simulation
  • Alireza Emadi * Pages 155-169
    Background And Objectives
    Weirs are one of important hydraulic structures that are constructed to regulate water surface, flow measurement and flood discharge in canals, rivers and reservoirs. According to the shape of crest across river, weirs are divided to two direct and indirect groups. Using labyrinth weir is an effective and economical way to increase discharge capacity. Main goal of labyrinth design of weirs is increase the length of weir by making the shape of it nonlinear. Effective factors on labyrinth weir’s discharge coefficient are important which should be considered. Different parameters affect this characteristic of flow and any change in one of these factors affect the flow condition and discharge coefficient. One of these parameters is downstream and upstream ramps slope of labyrinth weir. This study is concentrated on experimental investigation of simultaneous slope of downstream and upstream ramps’ effect on hydraulic performance of rectangular labyrinth weir.
    Materials And Methods
    In this study 5 models of rectangular labyrinth weir in 4 different ramp slopes were investigated in hydraulic laboratory. Effective parameters on system were obtained by dimensionless indexes using Buckingham theory. Experiments are carried out in flume with rectangular profile, it’s length, width and height are 12, 0.5 and 0.8 meters, respectively and discharge range of 10 to 70 l/s. Weirs under experiments were made of Plexiglas with 10 mm thickness and 2 cycles. Weirs including different heights of 15, 20, 25 cm and different crest’s length of 1.075, 1.275 and 1.675 cm were investigated. In this study 4 different slopes were considered for rectangular labyrinth weir including without slope, 15, 30 and 45 degrees.
    Results
    Results indicated that in the case of upstream and downstream ramp's simultaneous slope, discharge coefficient decreased up to 7 percent compared to without slope condition. Increasing dimensionless parameter Ht/P leads to decrease discharge coefficient reduction. In the high discharge range, rectangular labyrinth discharge coefficient with upstream and downstream ramp's simultaneous slope is more than without slope condition. Furthermore, results showed that increase of weir height in rectangular labyrinth weir with upstream and downstream ramp's simultaneous slope results in discharge coefficient increase up to 13%. Increase of weir's effective length reduces the discharge coefficient up to 9% in Ht/P ratios that are more than 0.3.
    Conclusions
    With regard to the conclusion of this study, upstream and downstream ramps simultaneous slope plays an important role in efficiency of rectangular labyrinth weir. So, two ramps simultaneous slope can be used for high discharge in order to improvement of rectangular labyrinth weir's hydraulic efficiency.
    Keywords: Non, linear weir, Apron, Flow coefficient, Physical model
  • Zahra Najafi *, Ahmad Golchin, Saeid Shafiei Pages 171-186
    Background And Objectives
    The organic carbon and nitrogen contents of soils are controlled by the amounts of organic carbon and nitrogen input into soils and by the decomposition rates of organic carbon and nitrogen of plant residues. A combination of environmental and biological factors are involved in organic carbon and nitrogen mineralization. Microbes are agents responsible for litter degradation and abiotic factors such as temperature, soil type, bulk density, soil moisture and irrigation water quality influence organic carbon and nitrogen mineralization rates since microbial activities are affected by these factors. The rate of organic carbon and nitrogen mineralization is higher in warm and moist environments than in cold or dry sites. Due to the inverse relationship between soil moisture and aeration this experiment was performed to evaluate the effects of soil moisture levels on dynamics of organic carbon and nitrogen from alfalfa and barley residues.
    Materials And Methods
    This experiment was performed to evaluate the effects of soil moisture on organic carbon and nitrogen dynamics. For this purpose, a split – split plot experiment with three replications was conducted using litter bag method. Factors examined were types of plant residue (barley and alfalfa), soil moisture levels (10, 25, 50, 75 and100% of saturation levels) and incubation periods (1, 2, 3 and 4 months). At the end of incubation periods, the litter bags were pulled of the pots and the weights of plant residues remained in bags were measured. The plant residues were also analyzed for organic carbon and nitrogen using dry combustion and kjeldahl methods respectively. Organic carbon and nitrogen losses were calculated by subtracting the remaining amounts of organic carbon and nitrogen in one incubation time interval from those of the latter incubation.
    Results
    The results showed that the amounts of organic carbon lost after 4 months were 12.05, 54.21, 70.59, 66.52 and 62.04% for alfalfa residue and 10.36, 48.37, 60.63, 59.38 and 55.29% for barley residue when the soil moisture levels were adjusted at 10, 25, 50, 75 and 100% of saturation percentage (sp) respectively. The corresponding amounts for organic nitrogen lost were also 20.54, 57.65, 70.44, 59.62 and 57.51% for alfalfa residue and 11.68, 56.05, 63.61, 52.27 and 47.58% for barley residue respectively.
    Conclusion
    The amounts of organic carbon and nitrogen lost in the first month of incubation were higher than the sum of those lost in the other months of incubation. The results also showed that soil moisture deficit is a stronger limiting factor for plant residue decomposition than aeration and in saturated soils a significant amount of plant residues is decomposed.
    Keywords: Key words: Soil moisture, Organic carbon, nitrogen dynamic, Decomposition of plant residue, Alfalfa residue, Barley residue
  • Katayoun Kouchaki Pastaki, Maryam Navabiyan * Pages 187-202
    Phosphorus is the most effective nutrient in feed efficiency phenomenon in surface water resources. Soil erosion is the loss of phosphorus from agricultural land and discharge into the agricultural drains. Phytoremediation of 1980 as a practical and affordable solution used to remove pollutants. Phytoremediation selecting plants that absorb pollutants in addition to ability, to grow in polluted and have high transpiration is very important. There is a wide range of plants and trees in order to measure the efficiency of the process Phytoremediation around the world have been studied. This study aimed to evaluate the phytoremediation strategy to reduce phosphorus in agricultural drainage water, phosphorus uptake capacity by three plant Vetiveria zizanioides, Typha latifolia and Phragmites australis in a factorial in randomized complete design with three replications was studied in Guilan province. For this purpose, 18 boxes with soil was ready and after cultivation of plants, water containing superphosphate triple at a concentration of 8 mg/liter and potassium nitrate at two levels 10 and 20 mg/liter was used to simulate the drainage water quality. During the experiment, the ability to reduce phosphorus by plants at depth of 35 and 70 cm, extracts was determined by measuring orthophosphate. During the experiment, the ability to reduce phosphorus by plants at 35 and 70 cm was determined by measuring orthophosphate of soil extracts. The results showed that the maximum absorption of the orthophosphate was in reed at concentration 10 mg/liter and 35 cm with 99.8 percent and the least in depth of 35 cm and a concentration of 20 mg/liter of the Vetiver plant with 99.2 percent was occurred. Also reduction in soil's orthophosphate by Typha at concentration of 10 mg/liter and 70 cm was 99.9 percent. The results showed the effect of nitrate concentration on orthophosphate removal of effluent therefore nitrate concentration must be considered in design of phytoremediation system. Because Phragmites australis has lowers standard error (0.001) and mean orthophosphate (0.019 mg/l), was better than the two other plants in the uptake of orthophosphate. After Phragmites australis, Typha latifolia and Vetiveria zizanioides with mean values of orthophosphate 0.035 and 0.138 mg/l, respectively could absorb orthophosphate. Furthermore results showed the increasing in depth of soil in Vetiver and Phragmites australis plants leads to decrease in orthophosphate removal. According to the results, Phragmites australis is proposed to remove orthophosphate from agricultural waste water, especially in Phytoremediation of surface drainage system in Guilan province.
    Keywords: Green Remediation, Phosphorus, Urea Fertilizer, Pollution of Water Resources, Surface Drainage
  • Javad Seyedmohammadi *, Leila Esmaeelnejad Pages 203-217
    Background And Objective
    Direct measurement of some soil properties may be difficult, costly and time consuming. So, these properties can be predicted usefully using easily available data. Soil cation exchange capacity (CEC) is a vital indicator of soil fertility and pollutant sequestration capacity. Soil hydrodynamic properties drive the flow of water in the soil-plant-atmosphere system, and hence control processes such as aquifer recharge or nutrient fluxes between soil and vegetation. Knowledge of soil hydrodynamics is important for modeling physical processes related to soil water content. Despite great advances in measurement methods, it is still difficult to determine soil hydraulic properties accurately, especially for undisturbed soils and in the dry range. However, the measurement of the soil hydraulic properties and CEC is time-consuming, labor-intensive and expensive. That is why, the present study aimed to develop pedotransfer functions (PTFs) for the estimation of field capacity (FC), permanent wilting point (PWP), and CEC of the soils of Guilan province.
    Materials And Methods
    Study area is located in south of Guilan Province, Gilevan region, northern Iran. The climate is aridic. The annual precipitation is 245 mm, and the average temperature is 18 °C. A total of 240 soil samples from 0-30 cm layer of this region were collected. Then, both difficulty and easily available properties such as clay, sand and silt percent, CaCO3, organic matter, bulk density and gypsum were measured. The first step for using statistical methods is to study the normality of data. In order to know whether the data were normal, Kolmogorov-Smirnov test was used. Data were divided into two groups of test (%25) and train (%75). This division carried out in such a way that statistical characteristics of two groups such as minimum, maximum, standard deviation, etc. were similar. Then regression and artifitial neural network (ANN) models set on training data. For prevention of error in ANN process, data converted in standard scale from 0.1 to 0.9. Multi-layer percepteron, feed forward backpropagation, and Levenberg-Marquardt functions were used for extension of ANN. Relative root mean square error (RMSE), determination coefficient (R2) and model efficiency factor (MEF) criteria were used for evaluation of models.
    Results
    In regression analysis, for CEC, clay and organic matter percent, in FC moisture content, clay, silt as well as bulk density, and for PWP, clay percent showed significant effects in created models. Coefficients of determination in created linear models for CEC, FC and PWP were 0.72, 0.84 and 0.73, respectively.While these coefficients for non-linear models were 0.78, 0.87 and 0.74 for CEC, FC and PWP, respectively. The best PTFs for prediction of difficulty available properties in ANN obtained by multi-layer perceptron model with 2 hidden layers, 8 neurons for FC and PWP, 6 neurons for CEC and considering all inputs. Coefficients of determination for CEC, FC and PWP were 0.98, 0.99 and 0.98, respectively. ANNs designed for prediction of difficulty available properties with inputs include soil easily available properties that have the most sensitivity coefficient with difficulty available property. Test results of these models were similarity non-linear regression models. The results of models compared with test data showed that the models obtained from ANNs were more accurate than the regression model.
    Conclusion
    In regression method, non-linear models for prediction of soil difficulty available properties were more accurate than linear models. In ANNs, models with inputs including all of the soil easily available properties were more accurate than models with inputs include soil easily available properties that have the most sensitivity coefficient with difficulty available property.
    Keywords: Artificial neural network, Difficulty available properties, Guilan, Regression, Soil pedotransfer functions
  • Maryam Alizadeh, Peyman Afrasiab *, Mohammad Reza Yazdani, Abdolmajid Liaghat, Masoumeh Delbari Pages 219-233
    Background And Objectives
    Due to limited resources, soil and fertile land, the need for maximum use of the potential of climate, Create favorable conditions for a variety of land use in the annual crop and most important of all completed equipping and modernization plans and land And scoring costs out, we can create a subsurface drainage, provides the possibility of planting crops other than rice in the wet season, in addition to creating more favorable conditions for planting and harvesting rice. In this research, the effect of depth and space subsurface drainage systems on drainage intensity was investigated in three stages (mid-season drainage, drainage in time rice harvest and drainage during second planting season).
    Materials And Methods
    Data needed for the study was obtained from paddy fields Rice Research Institute in the city of Rasht in an area of one hectare in crop year. Drainage treatments included: six conventional subsurface drainage systems with rice husk envelope including drainage system with drain depth of 0.8 m and drain spacing of 7.5 m (L7.5 D0.8), drain depth of 0.8 m and drain spacing of 10 m (L10 D0.8), and drain depth of 0.8 m and drain spacing of 15 m (L15 D0.8), drain depth of 1 m and drain spacing of 7.5 m (L7.5 D1), drain depth of 1 m and drain spacing of 10 m (L10 D1), and drain depth of 1 m and drain spacing of 15 m (L15 D1). All lines are 40 meters long and made of PVC corrugated pipes with a diameter of 125 mm. Rice husk was used as a covering around the pipe drain.
    Results
    The difference between treatments L7.5D0.8 and L10D0.8 before tillage (there are more leaks and cracks) was not statistically significant, The difference between treatments was significant L7.5D0.8 and L15D0.8 at 5%. The difference between treatments L7.5D0.8 and L7.5D1 by 1% and the difference between treatments in the L10D0.8 and L15D0.8 by 1% level has been significant. In other words, the drain-distance 7.5 meters and a depth of 1 meter was increased discharge rate compared to 0.8 meters depth. The results showed that the difference between the treatment L7.5D0.8 with L15D0.8, L10D0.8 and L7.5D1 was significant 1% statistical level. Also in mid season drainage, spacing 7.5 m and a depth of 1 meter subsurface drainage almost 4 times the intensity of drainage compared to spacing 7.5 m and a depth of 0.8 m subsurface drainage. Most of the time difference between treatments in the drainage in order crop second in the state of cracks is in the peak of the hydrograph.
    Conclusion
    Cracks created at the time mid season and end season drainage at the time of rice cultivation a critical role has subsurface drainage and drainage parameters such as intensity during the second crop.
    Keywords: Subsurface Drainage, Paddy Field, Drainage Intensity, Mid, Season Drainage, Crack
  • Hedieh Behnam, Abdolamir Moezzi, Ahmad Farkhiyanfiroozi * Pages 235-250
    Lack of organic matter in numerous soils in Iran caused unstable soil structure, compaction and land degradation. One of the methods for improving soil quality is the application of cheap organic conditioner such as biochar and compost. Biochar is the carbon-rich product obtained by heating biomass in a closed system under limited supply of oxygen. Biochar represents a soil conditioner that can change soil physical and chemical properties, but little information is available about the biochar-induced changes on physical properties of fine textured soils. This research was conducted to study the effects of biochar and compost sugarcane bagasse on some soil dynamic properties (shear strength, coefficient of linear extensibility (COLE), liquid limit (LL), plastic limit (PL) moistures and plasticity index). The experiment was conducted with randomized completely design with three replicates. The treatments were including biochar at 4 rates (0, 2%, 4% and 6%) and compost at 3 rates (0, 10, 20 and 30 tons/ha) were added into columns of PVC with diameter of 10 cm and length of 45 cm after 6 month in a soil. A lab-scale slow pyrolyzer was used for biochar production under oxygen-limiting conditions at 550 C. The produced biochars were sealed in an airtight container at 550 C and stored at room temperature until use. After preparation the soil columns treatments were incubated for 6 in a greenhouse with field capacity moisture content of 70%. The results showed that biochar and compost values significantly decreased shear strength and COLE in comparison with the control (P
    Keywords: Soil amendment, Shear strength, consistency limit, coefficient of linear extensibility
  • Seyed Amin Asgharipari *, Seyed Mohsen Sajadi Pages 251-265
    The process by which a heavy flow of sediments move under a clear flow and transfers the sediment to the lake and the oceans is said turbidity current. For heavy flow between the fluid density changes occur and one of the most important factors in sediment transport and erosion in the reservoir. Turbulence of flows is known to be responsible for suspension of particles in the turbidity currents and volumetric concentration of sediments in such currents is less than 10%. The occurrence of the turbidity currents in dam reservoirs transfers sediments to near body of dams posing substantial threats to water release facilities like intakes and bottom outlet. The control of such currents has always been a problem in dam operation. The location of sediment accumulation is another factor affecting the operational lifetime of a dam greatly. There are different methods to control or divert turbidity current in the reservoir, such as construction of permeable and solid obstacles, jet screen and bubble screen and using obstacle with roughness. In the present study we investigated the effect of height and shape of obstacle and the distance of obstacle from entrance of flow by using the gabion obstacle as an obstacle with low permeability to control the turbidity current. In this research using flume with variable bed slope in 10 m long, 30 cm width and 45 cm height and in two slope of 0 and 2.5 percent. The head velocity of turbidity current during the test was measured with chronometer. The video camera was used to control the computation. 2 sampler flushing before and after the barrier was used to measure the concentration of turbidity current. The porosity of obstacle was approximately 35 percent. Input rate constant in all tests was 0.7 liters per second and the feed concentration of 20 grams per liter. Sediment discharge of turbidity current’s head before and after Gabion obstacle was calculated. The results showed that depending on the initial conditions of flow, some of turbidity current after the collision with the barrier Gabion passed over it and at high altitudes very little flow passed through the barrier. The results showed the height of Gabion obstacle and its proximity to the current input, increase its impact in reducing speed and sediment flow. According to the investigation the best form of Gabion obstacle between gabion walls, stair stepping one way in upstream, stair stepping one way in downstream two-wayand stair stepped to decrease velocity and discharge passing over obstacle is two-wayed stair steep.
    Keywords: Turbidity current, Sediment control, Gabion obstacle, Obstacle Height, Obstacle shape
  • Abbasali Zamani * Pages 267-280
    Background And Objectives
    Water is essential for all forms of life and its pollution is generally considered more critical than soil or air. Distinguishing and correlating among physical and chemical parameters and finding source of water contamination are major issues in monitoring water quality. Application of statistical methods in water quality monitoring can be useful to achieve this goal. Heavy metals are important water pollutants especially due to their bioaccumulation nature and toxicity. Anthropogenic and natural sources are the main entrance ways of heavy metals into water.
    Materials And Methods
    Water quality assessment with multivariate statistical methods is the main objective of this study. Statistical Principal Component Analysis (PCA) method was used to determine the major water quality parameters and Canonical Correlation Analysis (CCA) was employed to find the relationship between water quality parameters and heavy metal contents. Water samples from twenty three wells in Ramiyan district (Golestan province) were collected in 2012. Water quality parameters, such as; temperature (T), electrical conductivity (EC), pH, Ammonia (NH3), Fluoride (F-), Sulfate (SO42-), Nitrate (NO3-), Nitrite (NO2-), Phosphate (PO43-), Bicarbonate (HCO3-) and heavy metal contents including Zn, Cd, Pb, Cu, Ni and Co were used in this research. Heavy metal contents in water samples were determined by voltammetry method in Environmental Science Research Laboratory of University of Zanjan. Temperature, electrical conductivity in the samples was measured by a portable device in sampling sites.
    Results
    Principle Component Analysis identified six factors explaining 79.67% of total variance affecting water quality in the studied area. CCA also identified three canonic classes with correlation coefficients; 0.973, 0.795 and 0.624, respectively, suggesting that predictor variables (EC, HCO3-, NO2-, NO3-, pH & PO43-) and response variables (Zn, Co, Cd & Ni), were highly scored among all parameters in water quality assessment.
    Conclusion
    The results of canonical correlation analysis also show a significant correlation between the two categories of variables. The studied metals can be selected based on the main human activities in the area (agricultural activities in this region). The information obtained can be used to improve water quality monitoring and management program. By measuring relevant parameters, there is no need to measure all the physical and chemical properties of water, reducing considerable coasts of water analysis.
    Keywords: Water quality, Principle component analysis, Multivariate analysis, Canonical correlation analysis
  • Hossein Hamidifar *, Mohammad Hossein Ommid Pages 281-293
    Background And Objectives
    Predicting the spread of pollutants is essential for rivers protection and management as well as human health and public safety perspectives. Longitudinal dispersion coefficient is conventionally predicted using costly field tracer tests, empirical equation or analytical formulation. However, the results obtained by these traditional methods are valid for only the reach examined or the flow and geometry condition under which the formula presented. In this study, an innovative method is introduced to predict the longitudinal dispersion coefficient in waterways using the digital image processing technique.
    Materials And Methods
    The experiments were carried out in a recirculating glass-walled laboratory flume of 18m length, 0.9m width and0.6m height with an asymmetric compound channel section. The ratio of flood plain width to main channel width was 1 and the overflow depth was 0.14 cm. Flow velocity measurements were taken using three-dimensional Acoustic Doppler Velcimeter (ADV). Three different tracers including color powder, food color and potassium permanganate solution were tested to find the most suitable tracer and. The tracer was injected using a half-tube filled with the dye solution and released uniformly and instantaneously across the flume width. The injection section was taken sufficiently far downstream of the start of the flume such that the flow was fully developed determined by measured velocity profiles. The spreading of the tracer cloud was recorded at three locations 4.00, 6.44 and 8.88 m downstream of the injection point using three digital video capturing Fujifilm JX420 cameras. Then, the captured videos were used to extract image sequences.
    Results
    Using the Beer-Lambert law of absorption, which correlates the absorbance to both, the concentrations of the attenuating dye as well as the thickness of the material sample, the depth-averaged concentration of the tracer across the flume width was determined. The longitudinal dispersion coefficient was calculated by the standard method of change of moments. The results showed that the image processing technique could be used as a reliable, accurate and economic method in studying the longitudinal dispersion coefficient. Three different tests were conducted with different relative depths including 0.15, 0.25 and 0.35 in the compound channel.
    Conclusion
    As the magnitude of the relative depth increases from 0.15 to 0.35, the non-dimensionalized longitudinal dispersion coefficient increases 65 and 56% in the main channel and floodplain, respectively. Finally, an equation is proposed to calculate the longitudinal dispersion coefficient in compound channels based on the experimental data. More researches are needed to extend this method to the field condition.
    Keywords: Image processing technique, Longitudinal dispersion coefficient, compound channel, Water quality, Tracer
  • Fatemeh Jaberian * Pages 295-308
    Background And Objectives
    Due to the large surface area and high cation exchange capacity zeolite as an amendment of physicochemical soil characteristics can be secondary effects on the ability to use nutrients such as potassium and changing different forms of the element and thus the cycle. However, the addition of this compound to Vertisols mainly with high amounts in clay mineral with high capacity for k fixation such as smectite can affect the distribution of potassium. To investigate this, the effects of adding different amounts of the zeolite and wetting and drying treatment were studied on 6 Vertisols that were collected from different regions of Fars province.
    Materials And Methods
    Based on previous soil maps, aerial photos and topographic maps of Fars province`s Vertisols were selected and some soil profiles were dug in different climatic conditions. After description, six pedons were chosen as representative that almost all Vertisols studied in xeric moisture regimes in the northern and central parts of the province and all of them are in great groups Haploxererts and Calcixererts. Soils were located in the piedmont plain, plateau and lowland physiography. Experiment was a completely randomized 3×2×4×6 factorial arrangement on surface horizons after treatment of soils with zeolite (0, 1, 2.5 and 5%) and wetting and drying treatment. After 8 days, different forms of potassium consisting of soluble, exchangeable and non-exchangeable forms) were determined in the samples. Statistical analysis was done by using the software SPSS, Excel, SAS and comparison of means was carried out using the Duncan’s test.
    Results
    The studied soils comprise ustic and xeric moisture regimes and mesic, thermic and hyperthemic temperature regimes. Although the mineralogical composition of the various soils were more or less the same, due to the different amounts of various clay minerals in different soils the amounts of different kinds of K was very different in soils. The results showed that zeolite application can increase the amounts of soluble and exchangeable potassium while it has no effect on non exchangeable potassium, which could be due to the high amount of potassium in zeolite and great tendency of zeolite to absorb potassium. Zeolite application with and without wetting and drying treatment has increased the amounts of soluble potassium in different soils. Maximum increase was observed in soil which has the lower amounts of smectites. Wetting and drying treatment caused significant reduction of soluble potassium in all samples. Exchangeable K has significantly increased by the addition of zeolite. Highest concentrations of exchangeable potassium were observed in soils with less amounts of smectite. Zeolite application has reduced non-exchangeable potassium in soils but had different effect on soil no. 4 and has increased the non-exchangeable potassium. This indicates potassium fixation in the soils which could be due to the high amounts of minerals capable to fix potassium. Wetting and drying treatment caused the reduction of soluble and non-exchangeable K and increase of exchangeable K.
    Conclusion
    The increase of soluble K as a result of zeolite application can enhance possibility of potassium leaching but on the other hand it is also able to prevent the leaching and fixation of K by retention of potassium in exchangeable sites. Considering the very low amount of available potassium in highly calcareous soils of Fars, which is the results of intensive agriculture and little or no K fertilization, zeolite application, may be able to improve the status of potassium in these soils.
    Keywords: Smectite, clay minerals, exchangeable potassium, wetting, drying treatment
  • Ahmad Jafarzadeh*, Abbas Khashei, Siuki, Ali Shahidi Pages 309-322
    Background And Objectives
    Now most reliable tool to produce climate scenarios is use of Atmosphere-Ocean General Circulation Model outputs which stands as AOGCM. One of the using major problems of AOGCM outputs is computational large cell size of their simulation in any region. So first must their outputs has been downscaled and then they used. Present several stochastically methods for downscaling AOGCM outputs to increase their accuracy in simulate. It should be noted that Deference in downscaling methods can cause deference in simulation results. So assess accuracy of downscaling methods is very necessary in any region. Many researchers around the world to check the accuracy of various downscaling methods have focused. Results of Research study around the world indicates that simulation of climate and hydrological parameters depending on output of AOGCM models and also quality and quantity of observation data are very deferent. The aim of this study is assessment of statistical downscaling methods for precipitation and temperature include LARS-WG and SDSM in Birjand synoptic station.
    Materials And Methods
    Observation data of Birjand synoptic station include precipitation, maximum and minimum temperature and solar watch daily on 1960-2000 were taken of province Meteorological organization. The period 1960-1990 is used for models calibration (train) and 1991-2000 for validation (test) selected. Series of climate extremes indices evaluated for observed data of synoptic station and simulated by downscaling methods on validation period. Statistical tests are used for evaluation and analysis of downscaling methods performance. The sensitivity of the methods to large-scale anomalies (correlation between observed and simulated data) and their ability to replicate the observed data distribution in the validation period are separately tested for each index by Pearson correlation and Wilcoxon signed rank tests, respectively.
    Results
    By analysis of results defined that between of downscaling methods there isn’t significant superiority in person correlation test. While in correlation test in both model p-value of more 50% of observation and simulation indices is most of 0.05 and they acceptable. Results of performance models in Wilcoxon test showed that performance of weather generator technic is significantly better than linear regression method. Results of this test showed that more of 90% of indices have a suitable fit in LARS-WG. Also fit of temperature indices in SDSM-DC compared with LARS-WG were very weak.
    Conclusion
    results of this study showed that LARS-WG method compared with SDSM-DC method is more accurate generally. This accuracy in forecast of distribution function was more tangible.
    Keywords: Wilcoxon Signed Rank Test, Climate Extremes indices, Pearson Correlation, HADCM3
  • Masoud Karbasi * Pages 323-330
    Background And Objectives
    Reference evapotranspiration is one of the most effective components of agricultural water use and management of water resources. Determination of the water requirements of various plants during the growing season is necessary in order to prevent water waste and proper planning (7). In recent years the use of artificial intelligence technics and hybrid model in forecasting of hydrological parameters has become very popular (12). The objective of this study is to evaluate GMDH neural network and wavelet-GMDH hybrid models in forecasting of daily reference evapotranspiration at Ahvaz synoptic station.
    Materials And Methods
    For this purpose, 10-year period (2000 to 2009), 7 years (2000-2006) for training and 3 years (2007-2009) to test different models were considered. Reference crop evapotranspiration time series generated using standard penman-monteith equation. Different combinations of inputs (different delays) and various mother wavelets were examined. To test different models were considered different combinations of inputs (9 different delays); and different mother wavelets (13 mother wavelets). A total of 126 models 117 of them related to hybrid models wavelet- GMDH and 9 for GMDH neural network were carried out. To choose the best model, statistical criteria such as coefficient of determination (R2), root mean square error (RMSE) and the mean percentage error (MARE) was used.
    Results
    The results showed that wavelet-GMDH hybrid model (RMSE = 0.31 mm / day) compared with GMDH neural network (RMSE = 1.22 mm / day) has higher accuracy in forecasting daily reference evapotranspiration. The results showed that use of delays longer than four days have little effect on the accuracy of models and in some cases can result in reduced accuracy. The results of similar studies that have used wavelet transform to preprocessing data are in correspondence with our findings (1, 4, 5 and 12). Results of GMDH neural network showed that number of delays did not affect the accuracy of model. This study evaluates the accuracy of the wavelet-artificial neural network hybrid model for different mother wavelets. Results showed that Meyer mother wavelet due to its complexity and its shape improved the accuracy of models. These findings correspond with the findings of Rajaee and Ebrahimi(2014), Shoaib et al(2015) and Toofani et al (2012) (13, 15 and 17).
    Conclusion
    Results of this study showed that, at the forecasting of one day ahead reference evapotranspiration Wavelet-GMDH model (MAPE=5.53%) has significant superiority to GMDH model (MAPE=22.11%). The results of this study can be used in the planning of irrigation water in this area. At the end it is recommended that proposed models has been evaluated in different climate conditions of Iran.
    Keywords: evapotranspiration, Forecasting of time series, Wavelet transform, GMDH neural network, Ahvaz synoptic station
  • Yaser Sheikhi, Babak Lashkar, Ara *, Mahsa Valipour Pages 331-338

    Horizontal intakes are one of the most important parts of hydraulic sets such as river for irrigation or reservoir for power generation and industrial purposes. Air entrainment by means of a free air-core vortex occurring at intake pipes is an important problem encountered in hydraulic engineering. Formation of the vortices in front of intake is the result of complex interaction between many parameters and cause operational problems for turbine or pump and reduction of coefficient of discharge. Intake submergence depth could result in formation of the vortices. Study of previous research showed in the most of the equations that proposed by researchers were not included the effect of distance from the bottom of canal C in the equations and this equations was presented only in two state C=0 and C=Di/2 as two separate equations. In this study, the equation for estimating critical submergence are developed using experimental data. At first, the equation of present study was determined using dimensional analysis (Buckingham theory) and nonlinear regression and in the next step the Artificial Neural Network model and the Genetic Programming model was used for checking the accuracy of the results. At first, the overcoming equation of space research using the theory of dimensional analysis was defined as Sc/Di=f(C/Di, Vi/U, Fr). Then this equation was determined by nonlinear regression and SPSS software. The proposed equation includes the effect of vertical distance of intake to bottom of canal, velocity and Froud number. In this equation, the value of RMSE and are 0.3165 and 0.9363 respectively. Ahmed et al. (2008) and Ayoubloo et al (2011) Research was used to validate this equation. All the results was compared, Ahmed et al research in compared with experimental results predicted the depth of critical submergence 8% more, Ayoubloo et al research 6.5% less and the proposed equation of this research predicted the value 0.5% more. However, The Artificial Neural Network in compared with experimental results predicted the depth of critical submergence 1.1% less, while the Genetic Programming model estimates the depth of critical submergence 1.63% more. Compare the results of Artificial Neural Network and Genetic Programming was showed that the error functions of both of them are superior than the proposed equation. while the Genetic Programming model estimates the depth of critical submergence 1.63% more. Compare the results of Artificial Neural Network and Genetic Programming was showed that the error functions of both of them are superior than the proposed equation.

    Keywords: Critical Submergence, Nonlinear Regression, Neural Network, genetic programming