فهرست مطالب

محیط زیست و مهندسی آب - سال یکم شماره 1 (زمستان 1394)

مجله محیط زیست و مهندسی آب
سال یکم شماره 1 (زمستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/12/23
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقاله اصلی
  • فواد ارجی، اسما رحیمی صفحات 1-17
    سنتز جاذب MCM-41 به روش هیدروترمال در حضور اتانول به عنوان حلال و ماده فعال سطحی کمکی و در محیط قلیایی انجام پذیرفت. جاذب معدنی ZnCl2-MCM-41 به روش پیوند کووالانسی با توزیع مواد در حلال تولوئن و از اندرکنش بین ذره های ZnCl2 با گروه های سیلانول روی دیوارهحفره های MCM-41 تهیه شد. تعیین مشخصات این جاذب با استفاده از آزمایش های جذب نیتروژن، XRD، طیف سنجی FTIR و SEM انجام شد. سطح فعال MCM-41بر اساس معادلهBET برابر با m2/g 1099 به دست آمد که پس از تثبیت ذره های ZnCl2 روی سطح MCM-41 این مقدار به m2/g 602 کاهش یافت. اثر پارامترهای دما، pH، زمان تماس و غلظت اولیهیون نیکل(II) بر روی میزان جذب یون نیکل(II) بررسی گردید. ایزوترم جذب لانگ مویر بهتر از ایزوترم فروندلیچ رفتار داده های تجربی را پیش بینی نمود که نشان دهندهجذب تک لایه و همگن یون نیکل(II) روی جاذب معدنی سنتز شده است. در شرایط بهینه، بیش ترین ظرفیت جذب یون نیکل(II) با استفاده از ایزوترم جذب لانگ مویر mg/g 303 به دست آمد. بررسی سینتیک فرایند نشان داد که جذب یون نیکل(II) روی جاذب ZnCl2-MCM-41 را مدل شبه مرتبه دوم بهتر از مدل شبه مرتبه اول پیش بینی می کند ایزوترم دوبینین رادوشکوویچ انرژی آزاد فرایند برابرkJ/mol 8/9 بدست آمد که بیانگر شیمیایی بودن مکانیسم جذب یون نیکل(II) روی جاذب سنتز شده است.
    کلیدواژگان: MCM-41، جذب سطحی، ZnCl2، یون نیکل(II)، ایزوترم
  • میرجمال حسینی، جواد ملکی، ابراهیم محمدی صفحات 18-34
  • منصوره بایرام، فرزانه حیدری، صبا سقایی صفحات 35-50
    بررسی ویژگی های هیدرولیکی خاک همچون نقطه پژمردگی و ظرفیت زراعی برای مطالعه و مدل سازی حرکت آب و املاح در خاک لازم است. به دلیل تغییرات زمانی و مکانی این ویژگی ها، روش های غیرمستقیم در تخمین آن ها توسعه داده شده است. در این پژوهش از 10 مدل مختلف به منظور انتخاب بهترین مدل برای تخمین منحنی مشخصه رطوبتی (SWCC) در خاک های رسی، لوم رسی و لوم شنی استفاده شد. بدین منظور ابتدا SWCC خاک های موردمطالعه با استفاده از دستگاه صفحات فشاری به دست آمد. سپس مدل های مختلف بر داده های تجربی برازش داده شدند. هدایت هیدرولیکی اشباع نیز در آزمایشگاه اندازه گیری شد. نتایج نشان دادند که تمام مدل ها به جز مدل های کمپل و روسو عملکرد مناسبی در تخمین SWCC داشتند و از بین مدل های SWCC، مدل نمایی دوگانه در خاک های رسی، لوم رسی، لوم شنی با مقادیر SSR به ترتیب 4-10×5، 4-10×2 و 4-10؛ RMSE به ترتیب 013/0، 015/0 و 015/cm3/cm3 0؛ R2 به ترتیب 997/0، 995/0 و 998/0 بهترین عملکرد را نسبت به مدل های دیگر ارائه دادند. روشSSCBDTH331500 مدل Rosetta نیز دقت بالایی در تخمین هدایت هیدرولیکی اشباع داشت. نتایج این تحقیق به ارائه روش بهینه در برآورد SWCC کمک خواهد کرد.
    کلیدواژگان: رطوبت، SWCC، هدایت هیدرولیکی، خاک اشباع
  • همایون فقیه، عطا امینی، فرزانه حیدری، کیوان خلیلی صفحات 51-64
    بار رسوب جریان، شاخص مفیدی در پیش بینی فرسایش خاک در حوزه های آبخیز است؛ بنابراین تدوین مدلی برای برآورد بار رسوب می تواند در مدیریت و اجرای پروژه های آبخیزداری و مهندسی رودخانه مفید باشد. در این پژوهش روش دسته بندی داده ها به عنوان راه کاری برای افزایش دقت شبکه عصبی مصنوعی در تدوین مدل برآورد رسوب معلق بررسی شد. بدین منظور، میزان آورد رسوبات معلق رودخانه های خلیفه ترخان و چهل گزی در حوضه قشلاق در استان کردستان در سه حالت با روش شبکه عصبی مصنوعی با ساختار پرسپترون چندلایه برآورد شد. ابتدا داده های اندازه گیری شده، بدون هیچ گونه تفکیکی مدل سازی شدند. سپس داده های رواناب برمبنای وضعیت جریان به زیرمجموعه های پرآب و کم آب و داده های رسوب برمبنای غلظت رسوبات به زیرمجموعه های غلظت کم وزیاد دسته بندی شدند. از داده های مشاهده ای رواناب و رسوب برای واسنجی مدل ها استفاده شد. سپس مقادیر برآورد شده با داده های ثبت شده مقایسه و عملکرد این مدل ها با استفاده از معیارهای آماری مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بیانگر نقش موثر دسته بندی داده ها در بهبود عملکرد روش شبکه عصبی مصنوعی در برآورد رسوب است. به طوری که دسته بندی برمبنای غلظت رسوبات کارآیی مدل را در ایستگاه های چهل گزی و خلیفه ترخان به ترتیب 6/16 و 5/30 درصد افزایش داد. مقایسه دسته بندی های انجام شده نیز نشان داد که دسته بندی داده ها برمبنای غلظت رسوبات نسبت شدت جریان رودخانه موثرتر است. نتایج این پژوهش می تواند با تخمین دقیق تر میزان رسوبات معلق رودخانه های منتهی به دریاچه سد قشلاق، در بهبود مدیریت حوضه مورداستفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: آب سنجی، شبکه عصبی مصنوعی، حوضه قشلاق، غلظت رسوب، کردستان
  • غلامحسین کرمی، مهران عزیزی صفحات 65-80
    شبکه های آبیاری و زهکشی معمولا با مشکلات عدیده ای در مراحل مختلف طراحی، اجرا و بهره برداری مواجه می باشند که نه تنها باعث کاهش کارایی و حتی تخریب سازه های آن گردیده، بلکه بازسازی آن ها را نیز مشکل و غیر اقتصادی می نماید. این موضوع از دغدغه های اصلی برنامه ریزان امور آب کشور بوده و تاکنون اقدامات مختلفی در مدیریت بهینه شبکه های آبیاری صورت گرفته است، اما اغلب این اقدامات به دلیل فقدان جامع نگری از موفقیت چشمگیری برخوردار نبوده اند. هدف اصلی این پژوهش ارزیابی عملکرد شبکه های آبیاری و زهکشی واحد عمرانی B2 گاوشان در شهرستان کامیاران از دیدگاه اعضای تعاونی های آب بران بود. اطلاعات اولیه برای تنظیم پرسشنامه با تکنیک ارزیابی مشارکتی روستایی (PRA ) جمع آوری و بر اساس مدل SWOT تحلیل گردید که 12 نقطه قوت، 10 نقطه ضعف، 8 فرصت و 10 تهدید رتبه بندی و بر اساس آن 24 راهبرد ارائه شد. یافته ها نشان داد که عوامل درونی (نقاط قوت و ضعف) نسبت به عوامل بیرونی (تهدیدها و فرصت ها) از امتیاز وزنی بیشتری برخوردارند، به طوری که نقاط قوت با میانگین امتیاز وزنی 97/3 بیشترین و فرصت ها با میانگین امتیاز وزنی 36/3 کمترین امتیاز وزنی را به خود اختصاص داده اند. همچنین، امتیاز وزنی نقاط قوت بیشتر از نقاط ضعف است که نشان دهنده تاثیر مثبت معیارهای مرتبط با آن بر پروژه است .اما امتیاز وزنی تهدیدات بیشتر از فرصت هاست که نشان دهنده تاثیر منفی معیارهای مرتبط با آن بر پروژه است. بر اساس یافته ها راهبرد تنوع بخشی (ST) بهترین روش در بهینه سازی و توسعه متعادل عملکرد شبکه آبیاری شناخته شد و می بایست در اولویت قرار گیرد.
    کلیدواژگان: ارزشیابی مشارکتی روستایی، تعاونی های آب بران، شبکه آبیاری و زهکشی، مدل SWOT
  • محمدهمین جنتی، افشین اقبال زاده، سید عباس حسینی صفحات 81-94
    درسال های اخیر، فن های داده کاوی و یادگیری ماشین در زمینه های مختلف برای ساخت سامانه های اطلاعاتی هوشمند توسعه یافته اند. بااین حال، تعداد کمی از روش های ارائه شده توانایی پشتیبانی برخط را داشته و یا دارای انعطاف پذیری در آنالیز حجم زیادی از داده ها می باشند. در تحقیق حاضر، به منظور به دست آوردن تخمین های مناسب از پیش بینی عمق آبشستگی، در مدل تلفیقی شبکه عصبی و سیستم استنتاج فازی، از فن ازدحام ذرات (PSO) استفاده شد. آنالیزها با استفاده از 188 داده صحرایی عمق آبشستگی پایه منفرد که به وسیله سازمان حفاظت خاک آمریکا (USGS) ثبت گردیده، انجام شد. به منظور تسریع در یادگیری از طریق آموزش، برای افزایش دقت پیش بینی های کوتاه مدت از روش مومنتوم استفاده شد. نتایج نشان دادندکه روش PSO-ANFIS با کم ترین ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) نسبت به دیگر مدل های ارائه شده، دقت بیش تری دارد. ازاین رو، این روش با اطمینان بیشتری می تواند مورداستفاده طراحان و مهندسین قرار گیرد.
    کلیدواژگان: عمق آبشستگی، PSO، ANFIS، داده میدانی، پایه منفرد
  • حسام احمدی بیرگانی، سعید موسوی، سعید ثانی صفحات 95-110
    پژوهش پیشرو به بررسی اثر شاخص های آب و هوایی بر تجمع آلاینده SO2 هوای شهر اورمیه در طول دوره آماری سال های 1388 تا 1394 پرداخته است. با توجه به روزهای آلوده در سطح شهر و عدم تاثیر بسزای افزایش تعداد وسایل نقلیه و فعالیت های صنعتی در اطراف شهر اورمیه، عامل مهم آب وهوا بیش ازپیش نقش خود را نشان می دهد. ازاین رو بامطالعه شاخص های آب و هوایی موثر نظیر سرعت باد، جهت باد، دمای محیطی و ابرناکی برافزایش آلاینده ی SO2 هوای شهر اورمیه نتایج درخور توجهی کسب گردید. یافته های این مطالعه نشان داد تجمع SO2 هوای شهر اورمیه زمانی حداکثر است که سرعت باد 3-2 متر بر ثانیه، جهت باد بیش تر شرقی، جنوب شرقی، ابرناکی کم و دمای محیطی 5- تا 5+ درجه سلسیوس باشد. ماه بهمن در طول سال و ساعت های 20-15 عصر در طول شبانه روز بیش ترین فراوانی آلودگی هوای شهر اورمیه دیده می شود.
    کلیدواژگان: آلودگی هوا، شاخص های آب وهوا، آلاینده SO2، اورمیه
  • عباس خاشعی سیوکی، مریم باربد صفحات 111-122
    قرار گرفتن کشور ما در منطقه خشک و نیمه خشک لزوم استفاده بهینه از منابع آب، صرفه جویی و کاهش هدر رفت این منابع را اجتناب ناپذیر می کند. ازجمله راه های کاهش هدر رفت آب به خصوص در بخش کشاورزی استفاده از خاک پوش ها است. به منظور بررسی اثر مقدار و انواع خاک پوش بر کاهش رطوبت از سطح خاک، پژوهشی در قالب طرح کاملا تصادفی در سال 1393، شامل16 تیمار و 3 تکرار در محوطه دانشکده کشاورزی دانشگاه بیرجند انجام شد. تیمارهای مورد آزمایش در این تحقیق شامل خاک پوش های سنگریزه ( به تعداد 3 و 4 عدد)، کلش (به مقدار 10 و 20 گرم)، کوکو پیت (به مقدار 5 و 10 گرم) و زئولیت (به مقدار 5 و 20 گرم) بود. بدین منظور بعد از اشباع کردن، تمامی تیمارها توزین شدند. سپس کاهش رطوبت در هر روز برای همه ی تیمارها محاسبه شد. نتایج نشان داد اثر تیمارها بر کاهش تبخیر در طول آزمایش در سطح 1 درصد معنی دار است. همچنین تغییرات کاهش رطوبت در هیچ کدام از تیمارها به صورت منظم مشاهده نگردید. تیمارهای کوکو پیت 10، کلش 10 و کلش 20 بیش ترین اثر را در کاهش تبخیر از سطح خاک نشان دادند. با مقایسه ی مجموع تبخیر انجام شده پس از اتمام آزمایش، مشاهده شد که تمامی تیمارها اثر مثبت و معنی داری در کاهش تبخیر داشتند، این کاهش تبخیر در تیمار کلش 10، کوکو پیت 10، سنگریزه 4 و به خصوص در تیمار کلش 20، بیش تر از سایر تیمارها مشاهده شد.
    کلیدواژگان: خاک پوش، رطوبت خاک، کوکو پیت، کلش
|
  • Foad Raji, Asma Rahimi Pages 1-17
    In this study, MCM-41 was prepared via hydrothermal method in presence of ethanol as a co-solvent and co-surfactant in alkaline media. Inorganic sorbent ZnCl2-MCM-41 was synthesized via covalent grafting method by dispersion of samples into pure toluene for solid state interaction between silanol groups of MCM-41 surface and ZnCl2 particles. Samples were characterized by nitrogen adsorption analysis, XRD, BET surface area, and FTIR spectrometry. MCM-41 BET surface area measured was 1099 m2/g, which was later reduced to 602 m2/g after incorporation of ZnCl2 particles onto MCM-41 surface. Effect of different experimental conditions such as solution temperature, pH, contact time, and initial concentration of Ni(II) ions were investigated on the amount of nickel adsorption. For experimental data, the Langmuir isotherm showed a better fit than Freundlich isotherm, which indicates that nickel adsorption onto inorganic sorbent was homogeneous and monolayer. At optimum conditions, maximum adsorption capacity of Ni(II) by sorbent obtained was 303 mg/g according to Langmuir isotherm. Pseudo-second order model predicted kinetic of nickel adsorption onto synthesized sorbent better than other models. Free energy was 9.8 kJ/mol determined by Dubinin-Radushkevich model, which confirms chemical nature of nickel adsorption onto synthesized sorbent.
    Keywords: MCM-41, Adsorption, ZnCl2, Ni(II) ion
  • Mansure Bayram, Farzane Heidari, Saba Saghaei Pages 35-50
    Investigating the soil hydraulic properties such as wilting point and field capacity is very important in studying and modeling water and solute in soil. Due to the spatial and temporal changes of these characteristics, recent studies have led to the development of indirect methods to estimate the soil properties. In this study, 10 models were used in order to estimate the soil water characteristics curve (SWCC) in soils of Clay, Clay loam, and Sandy loam; hence, to choose the best model. For this purpose, first the SWCC for the studied soils was calculated using pressure plate and then, models were fitted to the experimental data. Saturated hydraulic conductivity was measured in the laboratory and it was estimated by Rosetta model. The results showed that except for Campbell and Russo, all models presented the appropriate performance in estimation of SWCC. Moreover, Biexponential model fitted well with the best performance compared with other models in soils of Clay, Clay loam, and Sandy loam with the sum of the squared residuals (SSR) of 5×10-4, 2×10-4, 1×10-4 respectively, RMSE: 0.013, 0.015, and 0.015 cm3/cm3 respectively and R2: 0.997, 0.995, and 0.998 respectively. SSCBDTH331500 method in Rosetta model predicted the amount of saturated hydraulic conductivity with high accuracy. The results of this research will help to provide the optimum method for estimating SWCC.
    Keywords: Soil Water, SWCC, Hydraulic conductivity, Saturated Soil
  • Homayoun Faghih, Ata Amini, Farzane Haidari, Keivan Khalili Pages 51-64
    Flow sediment load is a useful indicator in predicting soil erosion in watersheds. As a result, developing a model to estimate sediment load can be useful in the management and operations of watersheds and river engineering projects. In this study, the data classification was studied as a way to increase the accuracy of Artificial Neural Network (ANN) model for estimating suspended sediment. For this purpose, the amount of suspended sediments in the Khalifa-Tarkhãn and Chehelgazi Rivers in Gheshlagh watershed, Kurdistan, Iran was predicted in three modes using an ANN with multilayer configurations. The measured data were also modeled without such classification. Then the runoff data were classified as high and low flows and the sediment data based on sediment concentration were classified as high and low concentrations. The observed runoff and sediment data were used to calibrate the models. Then the calculated values were compared with observed data and the models efficiency was examined using statistical tests. The findings indicate the effective role of data classification in improving the ANN efficiency in sediment estimation. So that classification based on sediment concentration promoted the model efficiency in Chehelgazi and Khalifa-Tarkhān by 16.6 and 30.5% respectively. The comparison of classifications showed that in comparison with flow, the sediment classification has more affective role on models estimations. The results of this study can be used to improve the management of the basin by more accurately estimating suspended sediments transporting in the rivers leading to Gheshlagh Dam Reservoir.
    Keywords: Hydrometry, ANN, Gheshlagh Watershed, Sediment Concentration, Kurdistan
  • Gholamhossein Karami, Mehran Azizi Pages 65-80
    Irrigation and drainage networks are having numerous problems in various stages such as design, implementation and utilization usually that reduce efficiency and destroy its structures. Also its reform and restructuring is difficult and unprofitable. This subject is main concern for water planners in the country and so far several activities for management of irrigation and drainage networks have been taken but most of these measures have not had significant success due to the lack of holistically. The main purpose of this study was to assess the irrigation and drainage networks performance (Gavoshan B2 unit (from the viewpoint of water user cooperatives in Kamyaran Township. To prepare the questionnaire, preliminary data were collected by PRA techniques and analysed using SWAT model and 12 point of strength, 10 weakness, 8 opportunity, 11 threats were ranked and 25 strategy have been presented. Findings showed that internal factors (strength and weakness points) had higher score weight than external factors (treatments and opportunities). Strength points with mean score weight of 3.97 had maximum and opportunities with mean score weight of 3.36 had minimum score. Score weight of strength points are more than score weight of weakness, that it shows its related Criteria has positive effect of on project. Also score weight of threats points are more than score weight of opportunity, that it shows its related Criteria has negative effect of on project. Hence, based on results is determined that diversification strategy should be considered as priority for optimization development of irrigation networks performance.
    Keywords: Participatory Rural Appraisal, water Users Association, Iirrigation, Drainage System, SWOT model
  • Mohammad Heman Jannaty, Afshin Eghbalzadeh, Seyedabbas Hosseini Pages 81-94
    In recent years, newly-developed data mining and machine learning techniques have been applied in various fields to build intelligent information systems. However, few of these approaches offer online support or are flexibleto be adapted to large and complex datasets. Therefore, the present research work adopts Particle Swarm Optimization (PSO) techniques to obtain appropriate parameter settings for membership function and integrates the Adaptive-Network-based Fuzzy Inference System (ANFIS) model to make the model fit for predicting scour depth. A dataset of 188 scour depths for single piers presented by the USGS was used. Results of the model prediction show that the derived model is best fitted to the field data. The proposed one-order momentum method is able to learn quickly through one-pass training and provides high-accuracy short-term predictions. Moreover, this method is suitable for online learning but the two-order momentum method is appropriate for incremental learning. The PSO-ANFIS approach could provide better results in predicting scour depths compared with other models.
    Keywords: Scour depth, PSO-ANFIS, Field data, Single Piers
  • Hesam Ahmady-Birgan, Saeed Mosavi, Saeed Sani Pages 95-110
    In this research, the impact of meteorological parameters on SO2 accumulation between 2009 to 2015 years over Urmia City was investigated. Due to the polluted days and no remarkable effects relating to increasing industrial activities and transport services as well as the number of lorries and cars around the Urmia City, the parameter of meteorology plays a very crucial role in this issue. Therefore, some meteorological parameters considered were wind speed, wind direction, nebulosity, and temperature and SO2 pollutant as air pollution index. This study revealed that SO2 accumulation over Urmia City happens when the wind speed is 2-3 m/s, prevailing wind direction is Eastern, South-Eastern, nebulosity is none or low and the temperature is between -5 to °C. February month is the most polluted month in year and the highest pollution occurs at 15-20 h.
    Keywords: Air Pollution, Meteorological parameters, SO2 Pollutant, Urmia city
  • Abbas Khashei Siuki, Maryam Barbod Pages 111-122
    Iran is located in arid and semiarid areas; hence, it is essential to optimize the use of water resources, conserve, and reduce the loss of these resources. The use of mulch is one way to reduce water loss, especially in agriculture. This research was conducted in a completely randomized design in 2014. In order to investigate the effect of the amount and types of mulch on reducing soil surface moisture, nine treatments with three replications experiments were conducted in University of Birjand. The treatments were gravel mulch types (3 and 4), straw (10 and 20 g), coco peat (5 and 10 g), and zeolite (5 and 20 g). The treatments were saturated then weighed. The moisture loss per day was calculated for each treatment. The research showed that during testing the treatment, effect was significant at 1%. In addition, moisture content reduction did not change on a regular basis in none of the treatments. Moreover, it was found that the greatest effect in reducing evaporation from the soil surface obtained when coco peat, stubble, and straw were applied at 10, 10, and 20 g respectively). Comparing total evaporation after the completion of the experiment indicated that all treatments had positive and significant effect on reducing evaporation. The reduction of evaporation rate in treatments of straw 10 g, coco peat 10, gravel 4, and especially in straw 20 g was more than other treatments.
    Keywords: Mulch, Soil moisture, Coco Peat, Straw