فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و چهارم شماره 2 (خرداد و تیر 1396)
  • سال بیست و چهارم شماره 2 (خرداد و تیر 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/04/20
  • تعداد عناوین: 17
|
  • ابوالحسن فتح آبادی *، حامد روحانی، سید مرتضی سیدیان صفحات 1-21
    سابقه و هدف
    در طی دهه های اخیر با افزایش قابلیت مدل سازی با کامپیوتر شاهد افزایش پیچیدگی و تنوع مدل های هیدرولوژیکی بوده ایم. با افزایش پیچیدگی مدل، تعداد پارامترهای مدل زیاد شده که این مسأله باعث افزایش احتمال بیش برازشی و سخت شدن شناسایی پارامترها و ساختار مدل می شود. بدین منظور با استفاده از آنالیز حساسیت پارامترهای مهم که به نوعی رفتار مدل را کنترل می کنند شناسایی شده و سهم هر یک از پارامترها در عدم قطعیت خروجی مدل تعیین می شود. روش های مختلفی برای آنالیز حساسیت پارامترها و ورودی های مدل های مختلف وجود دارد که آن ها را به دو دسته موضعی و سراسری تقسیم بندی می کنند. در حالی که در روش های موضعی تغییرات خروجی مدل در حالتی که سایر پارامترها ثابت بوده و فقط یکی از پارامترها تغییر می کند بررسی می شود. روش های سراسری قادر بوده آنالیز حساسیت را برای کل دامنه پارامترهای مدل اجرا کرده و همچنین می توانند اثرات متقابل بین پارامترها و غیر خطی بودن را نیز در نظر بگیرند. در این پژوهش کارایی سه روش آنالیز حساسیت شامل روش های موریس، سوبول و شاخص آنتروپی در آنالیز حساسیت پارامترها و ورودی های مدل های هیدرلوژیکی TOPMODEL و HBV بررسی شد. در هر دو مدل مهم ترین پارامترها شناسایی شده و بر اساس اهمیت آن ها در خروجی مدل رتبه بندی شدند. این پژوهش در بخشی از حوزه گرگانرود )حوزه آبخیز چهل چای( انجام شد.
    مواد و روش ها
    سه روش آنالیز حساسیت موریس، سوبول و آنتروپی در این پژوهش بررسی شدند. روش موریس جهت آنالیز حساسیت و غربال گری و تشخیص پارامترها و ورودی های مهم ارائه شده است. این روش بر اساس روش نمونه های تصادفی و تکراری یک پارامتر در هر اجرا پایه گذاری شده است. روش سوبول یکی از متداول ترین روش های آنالیز حساسیت سراسری است که بر مبنای تجزیه واریانس می باشد. روش آنتروپی برای آنالیز حساسیت مبتنی بر اطلاعات متقابل با جدول مقایسات ارائه شده است. دو مدل هیدرولوژیکی TOPMODEL و HBV برای مقایسه سه روش آنالیز حساسیت استفاده شد، که به ترتیب دارای 13 و 9 پارامتر هستند. در این پژوهش از روش نمونه برداری مربع لاتین برای نمونه برداری تصادفی از مجموعه پارامترها به علت کارایی آن استفاده گردید. علاوه بر آن سه روش آنالیز حساسیت از لحاظ همگرایی، رتبه بندی پارامترها و تعداد محاسبات مورد نیاز ارزیابی شدند.
    کلیدواژگان: آنالیز حساسیت، آنترویی، سوبول، موریس، مدل هیدرولوژیکی
  • ابراهیم محمودآبادی، علیرضا کریمی*، غلامحسین حق نیا، عادل سپهر صفحات 23-44
    سابقه و هدف
    با ظهور سیستم های کامپیوتری در کنار سامانه اطلاعات جغرافیایی و دسترسی به داده های رقومی مکانی، روش های مختلف داده کاوی، مدل سازی و تخمین خصوصیات خاک، جایگاه خود را در علوم خاک و پدومتری باز کرده است. داده کاوی خصوصیات خاک با استفاده از روش های آماری کامپیوتر- محور به کشف الگوهای پنهان در بانک اطلاعاتی داده ها می پردازد که در نهایت منجر به برازش مدل به منظور استفاده و تخمین خصوصیات خاک می گردد. یکی از کاربردهای مهم این روش ها استفاده در معادله اسکورپن می باشد. دو جز اصلی معادله اسکورپن شامل متغیرهای محیطی و برنامه یادگیری می باشد. این مطالعه با هدف ارزیابی و مقایسه سه مدل عددی شامل روش رگرسیون چندگانه خطی، شبکه عصبی مصنوعی و برنامه ریزی بیان ژن به عنوان برنامه یادگیری (تابع f) در معادله اسکورپن با استفاده از داده های دورسنجی، توپوگرافی و پوشش گیاهی به عنوان داده های کمکی به منظور تخمین خصوصیات خاک از جمله کربنات کلسیم معادل، رس، چگالی ظاهری، نیتروژن کل، کربن آلی، شن، سیلت و ظرفیت رطوبت اشباع انجام گرفت.
    مواد و روش ها
    این پژوهش، در مراتع بخش باجگیران در استان خراسان رضوی و با مساحت 1225 هکتار انجام شد. به منظور بررسی پوشش گیاهی و خاک، تعداد 137 واحد مورد بررسی قرار گرفت. در هر واحد کاری 3 تا 5 پلات با فاصله 10 متر و در امتداد یک برش انتخاب شدند و نوع و تعداد گونه گیاهی و درصد پوشش گیاهی درون پلاتها ثبت گردید. سپس یک نمونه خاکی در هر برش و در مجموع 137 نمونه خاکی از سطح منطقه مورد مطالعه برداشته شد. داده های توپوگرافی منطقه از نقشه DEM، داده های طیفی و باندهای مختلف از تصاویر سنجنده ETM و شاخص های تنوع گیاهی و درصد پوشش گیاهی اندازه گیری شد و به عنوان متغیرهای کمکی در پیش بینی کربنات کلسیم معادل، رس، چگالی ظاهری، نیتروژن کل، کربن آلی، شن، سیلت و ظرفیت رطوبت اشباع به کار گرفته شدند. به منظور کاهش تعداد داده ورودی در شبکه عصبی مصنوعی و برنامه ریزی بیان ژن از نتایج PCR استفاده گردید سپس عملیات نرمال سازی و استانداردسازی بر روی داده ها صورت گرفت.
    یافته ها
    نتایج حاصل از ارزیابی مدل های رگرسیون چندگانه، شبکه عصبی مصنوعی و برنامه ریزی بیان ژن براساس آماره های ارزیابی شامل میانگین اریبی خطا (MBE)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب تبیین (R2) در فاز آزمون نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون، با توجه به مقادیر ضریب تبیین بالاتر برای کربنات کلسیم، رس، نیتروژن کل، کربن آلی، شن، سیلت، ظرفیت رطوبتی و چگالی ظاهری به ترتیب با مقادیر 72/0، 46/0، 67/0، 77/0، 62/0، 7/0، 85/0 و 69/0 و همچنین مقادیر خطای RMSE کمتر با مقادیر به ترتیب 46/7، 46/4، 03/0، 27/0، 6/5، 55/3 و 4/ 3 درصد برای کربنات کلسیم معادل، درصد رس، نیتروژن کل، کربن آلی، درصد شن، درصد سیلت، ظرفیت رطوبت اشباع و 08/0 گرم بر سانتی مترمکعب برای چگالی، بهترین نتایج را از بین روش های مورد مقایسه نشان داد. روش شبکه عصبی مصنوعی توانست 60 تا 85 درصد تغییرپذیری خصوصیات مورد بررسی را نشان دهد که از بین خصوصیات مختلف، بهترین تخمین برای ظرفیت رطوبت اشباع خاک با 85/0R2= و کربن آلی با 77/0R2= بود.
    نتیجه گیری
    نتایج ارزیابی تخمین خصوصیات خاک از طریق سه مدل عددی که بهترین نتایج بدست آمده برای مدل شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون بدست آمد. نتایج اعتبارسنجی مدل شبکه عصبی مصنوعی نشان داد که مقدارMBE مدل برای متغیرها نزدیک به صفر بوده و این امر موید این مطلب است که برازش، توسط مدل ایجاد شده نااریب بوده است. مقدار RMSE پایین مدل نیز نشان دهنده دقت مناسب و قابل قبول برآورد برای متغیرهای خاک می باشد. نتایج الگوریتم بیان ژن نیز حاکی از دقت بالاتر این روش نسبت به رگرسیون خطی برای اکثر خصوصیات خاک بود.
    کلیدواژگان: شبکه عصبی مصنوعی، سنجش از دور، مدل اسکورپن، نقشه برداری رقومی خاک، الگوریتم بیان ژن
  • نازنین قنبری*، کاظم رنگزن، مصطفی کابلی زاده، پوریا مرادی صفحات 45-65
    سابقه و هدف
    آلودگی آب های زیرزمینی یک فرآیند پیچیده و پر از عدم قطعیت، در مقیاس منطقه ای می باشد. توسعه یک روش یکپارچه جهت ارزیابی آسیب پذیری آبخوان ها، می تواند به منظور مدیریت بهینه و حفاظت از آن ها کارامد باشد. دشت رامهرمز به دلیل داشتن خاک حاصلخیز و منابع آب کافی دارای زمین های مستعد کشاورزی است که به دلیل توسعه کشاورزی، استفاده از کودهای شیمیایی و مواد آفت کش همواره در معرض خطر آلودگی قرار دارد. یکی از راه های مناسب برای جلوگیری از آلودگی آب های زیرزمینی، شناسایی مناطق دارای پتانسیل آلودگی می باشد. هدف از مطالعه حاضر، تهیه نقشه آسیب پذیری آبخوان آبرفتی دشت رامهرمز با استفاده از مدل دراستیک و سپس بکارگیری روش های هوش مصنوعی جهت بهبود نتایج حاصل از مدل دراستیک است. با توجه به اهمیت منابع آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه که برای مقاصد مختلف از جمله کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد، مطالعه آسیب پذیری آبخوان و حفاظت این مناطق برای توسعه و مدیریت بهینه منابع آب ضروری به نظر می رسد.
    مواد و روش ها
    در این مطالعه، ارزیابی آسیب پذیری آبخوان آبرفتی دشت رامهرمز در ابتدا با استفاده از مدل دراستیک انجام شد و در ادامه از روش های هوش مصنوعی جهت بهینه سازی مدل استفاده گردید. مدل دراستیک شامل پارامترهای: عمق تا سطح ایستابی، تغذیه، جنس سفره، نوع خاک، توپوگرافی، مواد تشکیل دهنده منطقه غیراشباع و هدایت هیدرولیکی می باشد که در ارزیابی آسیب پذیری سفره آب زیرزمینی موثر هستند. این روش بر اساس وزن های استاندارد پارامترهای مدل دراستیک و لایه های بدست آمده برای هر یک از هفت پارامتر میزان آسیب پذیری آبخوان را محاسبه می نماید. پس از آماده-سازی لایه ها، آسیب پذیری آبخوان آبرفتی دشت رامهرمز با استفاده از روش دراستیک، تعیین گردید. هم چنین نقشه آسیب پذیری آبخوان و شاخص دراستیک برای کل منطقه محاسبه شد. به منظور ارزیابی دقت نتایج این مدل، از داده های غلظت نیترات موجود در آبخوان جهت صحت سنجی استفاده شده است. در ادامه به منظور بهبود نتایج، مدل دراستیک با روش های شبکه عصبی مصنوعی، منطق فازی( سوگنو و ممدانی) و سیستم استنتاج تطبیقی عصبی- فازی تلفیق شد و چهار نقشه آسیب پذیری با استفاده از مدل های مختلف هوش مصنوعی حاصل گردید.
    یافته ها
    نقشه آسیب پذیری آبخوان نسبت به آلودگی، با تقسیم بندی به سه محدوده آسیب پذیری کم، متوسط و زیاد تهیه و شاخص دراستیک برای کل منطقه بین 48 تا 156 محاسبه گردید. ضریب همبستگی 97/0 بین شاخص دراستیک و غلظت نیترات نشان دهنده دقت نسبتا مناسب این روش است. نتایج نشان داد که مدل های هوش مصنوعی به کار گرفته شده، قابلیت بهبود نتایج مدل دراستیک اولیه را دارا می باشند. با مقایسه نتایج مدل ها می توان نتیجه گرفت که مدل سیستم استنتاج تطبیقی عصبی- فازی بهترین نتیجه را در بردارد.
    نتیجه گیری
    ضریب تعیین (R2) برای مدل های سیستم استنتاج تطبیقی عصبی- فازی، شبکه عصبی و مدل های فازی سوگنو و ممدانی به ترتیب 99/0، 94/0، 98/0 و 87/0 بدست آمد. طبق مدل نهایی، نواحی جنوب- جنوب شرقی منطقه دارای بیشترین میزان پتانسیل آلودگی هستند.
    کلیدواژگان: آسیب پذیری آب زیرزمینی، مدل دراستیک، سیستم اطلاعات جغرافیایی، هوش مصنوعی
  • علی بلیانی*، علیرضا واعظی صفحات 67-85
    سابقه و هدف
    فرسایش پاشمانی به عنوان نخستین فرآیند فرسایش خاک شناخته می شود که نتیجه متلاشی شدن سطح خاک توسط قطرات باران است. فرسایش پاشمانی فرآیندی پیچیده شامل جدا شدن ذرات خاک توسط قطرات باران و به دنبال آن انتقال پاشمانی بخشی از ذرات جدا شده است. کمی سازی فرسایش پاشمانی در خاک ها با بافت مختلف برای ترکیب های گوناگونی از شدت باران و محتوای رطوبت پیشین (Antecedent moisture content، AMC ) به منظور درک فرآیندهای فرسایش پاشمانی ضروری است. پژوهشهای فرسایش پاشمانی در شرایط مزرعه اغلب پرهزینه و زمان بر است. شبیه سازی باران به طور وسیع به عنوان روشی مؤثر برای برآورد فرسایش پاشمانی در طیف وسیعی از عوامل مرتبط با فرسایش بارانی به کار گرفته شده است. این پژوهش به منظور بررسی فرسایش پاشمانی در ارتباط با شدت باران و محتوای رطوبت پیشین خاک در بافت های مختلف خاک با استفاده از باران شبیه سازی شده انجام گرفت.
    مواد و روش ها
    فرسایش پاشمانی در سه بافت خاک (شن، سیلت و رس) و چهار سطح AMC (از حالت هوا خشک تا اشباع) با استفاده از چهار شدت باران شبیه سازی شده (40،30،20،10 میلی متر در ساعت) اندازه گیری شد. برای این منظور 48 واحد آزمایشی در سه تکرار طراحی شد و با استفاده از آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی مورد تحلیل قرار گرفت. واحدهای آزمایشی عبارت از جعبه هایی به ابعاد 35 سانتی متر ×25 سانتی متر با عمق سانتی5 متر بود. فرسایش پاشمانی با جمعآوری ذرات پاشمان یافته طی هر باران و سپس خشک کردن آن ها در دامای 105 درجه سانتی گراد برای مدت 24 ساعت اندازهگیری شد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک با استفاده از روش های رایج آزمایشگاهی تعیین شدند. داده های فرسایش پاشمانی با استفاده از آزمون دانکن برای مقایسه اثرات بافت خاک، شدت باران و محتوای رطوبت پیشین بر فرسایش پاشمانی تجزیه و تحلیل شد. داده ها با استفاده از نرم افزار SAS 9.2 تحلیل و نمودارها با استفاده از نرم افزار SigmaPlot 12.0 به دست آمد.
    نتیجه گیری
    نتایج این پژوهش نشان داد که خاک سیلتی، حساس ترین بافت خاک از نظر فرسایش پاشمانی می باشد. به علاوه تغییرات مقدار فرسایش پاشمانی بافت سیلت از سایر بافت ها بیش تر بود. مقدار فرسایش پاشمانی هر خاک را می توان با استفاده از دیاگرام به دست آمده بر مبنای شدت باران و رطوبت پیشین پیش بینی کرد.
    کلیدواژگان: پاشمان خاک، پراکنش ذرات خاک، خصوصیات سطح خاک، قطر هندسی اندازه ذرات
  • شیوا زارع، داریوش حیاتی * صفحات 87-106
    سابقه و هدف
    توجه به ساخت و توسعه شبکه های آبیاری و زهکشی به خصوص در حوزه پایاب سد‏ها، از اهمیت زیادی برخوردار است و اجرای این گونه پروژه ها قادر است که در کارآیی مصرف آب در بخش کشاورزی، تاثیر زیادی داشته باشد. البته نمی‏توان آثار نا‏خواسته ی اجتماعی و احتمالا تخریبی آن ها را از نظر دور داشت، به طوری که بعضی از سیاست ها، برنامه ها و طرح های توسعه به هدف های مورد انتظار خود دست نمی یابند و در عوض آثار مخرب زیست محیطی به جا گذاشته و به نا رضایتی اجتماعی دامن می-زنند. با توجه به خشکسالی موجود، کمبود آب و پایین بودن راندمان استفاده از آب‏های سطحی در دشت کربال که از دشت‏های حوزه‏ی پایاب سد درودزن در استان فارس می‏باشد، سازمان آب منطقه‏ای فارس، توسعه شبکه های آبیاری و زهکشی در این دشت را در دستور کار خود قرار داده است. از آنجایی که در پی اجرای هر پروژه عمرانی در بستر طبیعت، ارزیابی اقدامات و بررسی پیامد های آن به منظور رفع نقایص و بهتر نمودن کار های آتی ضروری می باشد، هدف این مطالعه، ارزیابی پیامد‏های گسترش کانال‏های آبرسانی از دیدگاه کشاورزان: مورد مطالعه حوزه پایاب سد درودزن بوده است.
    مواد و روش ها
    روش این پژوهش از نوع توصیفی-تحلیلی، کنترل متغیر ها غیر آزمایشی، هدف کاربردی و جمع آوری داده ها با فن پیمایش بوده است. تعداد جامعه ی آماری مورد نظر، 1029 نفر بهره‏بردار برآورد گردید که تعداد نمونه از فرمول کوکران 269 بهره بردار در نظر گرفته شد. در این پژوهش از روش نمونه گیری دو مرحله ای تصادفی استفاده گردید. به این ترتیب که در طبقه ی اول چهار بند در نظر گرفته شد (بند امیر، بند فیض آباد، بند تیلکان و بند موان). پس از آن در طبقه ی دوم، فاز های اجرایی در هر بند مشخص گردید که عبارت از فاز مطالعات اجتماعی و مشارکتی، فاز اجرایی و فاز در حال ساخت بودند به دنبال آن تمامی روستا ها و مزارع هر فاز مشخص گردید و به تناسب، تعداد بهره برداران در هر روستا به تصادف انتخاب شدند. ابزار سنجش پرسشنامه بوده و روایی صوری پرسشنامه توسط یک پانل از متخصصان مربوطه و پایایی آن با انجام مطالعه راهنما تایید شد. ضریب آلفای کرونباخ این مطالعه بین 54/0- تا 91/0برآورد گردید.
    یافته ها
    در خصوص ارزیابی پیامد‏های زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی طرح گسترش کانال‏های آبرسانی حوزه پایاب سد درودزن، بیشتر بهره‏برداران منطقه‏ی مورد مطالعه این اثرات را در حد متوسط و مطلوب ارزیابی نمودند. ارزیابی کلی بهره‏برداران از اجرای طرح نیز در حد مطلوب و بسیار مطلوب برآورد گردید. همچنین نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که برخی از متغیر های میانجی پژوهش تاثیر قابل توجهی را بر ارزیابی اثرات طرح داشته و بر اساس مدل علی پیشنهادی پژوهش، چهار متغیر نگرشی مورد سنجش در این مطالعه، اثرات مستقیم و غیر مستقیمی را بر متغیر وابسته ی ارزیابی اثرات کل شبکه های مدرن آبیاری و زهکشی منطقه ی مورد مطالعه، داشته اند. نتایج حاصل از واکاوی علی متغیر ها نشان داد که در میان این چهار متغیر نگرشی، نگرش نسبت به ساخت کانال و زهکش، نگرش نسبت به آینده ی کشاورزی و نگرش نسبت به میزان آب بها به ترتیب بیشترین اثر علی مستقیم را بر متغیر وابسته ی ارزیابی اثرات کل داشته اند. مشارکت اجتماعی نیز بیشترین تاثیر مستقیم را در بین متغیر های پژوهش بر ارزیابی اثرات کلی طرح داشته است.
    نتیجه گیری
    نتایج حاصل از تحلیل مسیر نشان داد، آن دسته از بهره بردارانی که مشارکت اجتماعی بیشتری داشته‏اند و در تصمیم گیری ها و امور عمرانی مربوط به روستایشان همکاری بیشتری را با نهادهای محلی داشته‏اند،افراد مسن‏تر و همچنین افرادی که سطح زیر کشت بیشتری داشته‏اند، اثرات کلی طرح را مطلوب‏تر ارزیابی نموده اند. همچنین افرادی که نگرش مثبت تری نسبت به ساخت کانال، نگرش مثبت‏تری نسبت به آینده ی کشاورزی و نگرش مثبت تری نسبت به میزان آب بها داشته اند نیز اثرات طرح را مطلوب تر ارزیابی نموده اند.
    کلیدواژگان: ارزیابی کشاورزان، گسترش کانال های آبرسانی، مشارکت اجتماعی، سد درودزن، فارس
  • شهاب شفیعی، غلامعلی مظفری*، احمد مزیدی صفحات 107-125
    سابقه و هدف
    حدهای بارشی در هر نقطه، به بارش های نابهنجار گفته می شود که در دنباله و دور از نقطه تمرکز توزیع فراوانی بارش آن نقطه قرار گرفته باشد. اخیرا حدهای بالا و دنباله بالایی توزیع فراوانی بارش مورد توجه بسیار بوده اند. در این راستا به فراخور ویژگی های جغرافیایی هر پهنه، آستانه های متعدد و متنوعی برای این ویژگی بارش معرفی و به کار گرفته شده است. یکی از نمایه های پرکاربرد مربوط به بارش روزانه، مبتنی بر توزیع تعمیم یافته مقادیر حدی است. هدف این پژوهش تعیین آستانه بارش های حدی در مناطق غربی ایران(استان های همدان، لرستان، کردستان، کرمانشاه و ایلام) و سپس تحلیل فضایی آستانه ها انتخاب شده است.
    داده ها و
    روش ها
    برای این منظور با استفاده از داده های بارش 69 ایستگاه سینوپتیک و اقلیم شناسی در یک دوره 50 ساله (1961 تا 2010) با روش توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته و روش ناپارامتریک (شاخص صدک 95ام و 99ام) آستانه بارش های حدی تعیین و سپس آستانه انتخاب شده با دو معیار اقلیمی مورد ارزیابی قرار گرفتند و سپس به تحلیل فضایی آستانه ها پرداخته شد. در این مطالعه سه آزمون توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته POT (آزمون MRL، TC، DI) آزمون ناپارامتریک، روش CPOT که از میانگین آستانه انتخاب شده از هر سه روش ناپارامتریک است و نیز روش پارامتریک (شاخص های صدک 95ام و صدک 99ام برای انتخاب آستانه بارش های حدی غرب کشور به کار گرفته شد. و نهایتا با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی به تحلیل و پراکنش فضایی آستانه های تعیین شده از روش های مذکور در ایستگاه های مورد مطالعه پرداخته شد.
    یافته ها
    نتایج حاصل از ارزیابی نشان داد که روش CPOT روش مناسبی برای انتخاب آستانه بارش حدی غرب ایران است که 81 درصد آستانه بارش های حدی ایستگاه های مورد مطالعه در داخل مقادیر مفروض هر دو معیار قرار می گیرد و کمترین مقدار را صدک 95ام برآورد کرده است که به طور کلی روش ناپارامتریک با توجه به دو معیار ارزیابی که معیار اول مربوط به طول سری داده های بالاتر از آستانه و دیگری به مقدار آستانه انتخاب شده است، نتایج رضایت بخشی نشان ندادند. آستانه بارش های حدی کمتر از نصف تعداد ایستگاه های مورد مطالعه در مرزهای مفروض هر دو معیار قرار گرفت.
    نتیجه گیری
    نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل روش های پارامتریک (توزیع حدی تعمیم یافته) و ناپارامتریک بر روی 69 ایستگاه تحت مطالعه نشان داد که آستانه بارش های حدی اکثر ایستگاه ها بین 22 تا 26 میلیمتر قرار دارد و روش CPOT یک روش اثبات شده و کارآمد برای تعیین آستانه بارش حدی غرب کشور است و همچنین روش MRL نیز یک روش رضایت بخش برای انتخاب آستانه بارش های حدی می باشد.
    کلیدواژگان: آستانه، بارش حدی، توزیع تعمیم یافته مقادیر حدی، غرب ایران
  • بابک مومنی*، محسن مسعودیان، محمد علی غلامی سفیدکوهی، علیرضا عمادی صفحات 127-145
    سابقه و هدف
    اجرای طرح تجهیز و نوسازی در اراضی شالی زاری، با تحول در زیرساخت های مدیریت مزرعه، سیستم سنتی آبیاری کرت به کرت را به مدیریت تحویل آب مبتنی بر استفاده از کانال های آبیاری و زهکشی برای هر کرت شالی زاری تغییر می دهد. با گذشت سال های متمادی از آغاز عملیات اجرایی این طرح، اغلب مطالعات قبلی مبنای کیفی داشته و علی رغم اشاره به وجود مشکلات اساسی در سیستم آبیاری آن، عمدتا تحلیل ها بر پایه میزان رضایت مندی کشاورزان و یا قضاوت های تجربی کارشناسان بخش های مختلف این پروژه بوده است و کمتر تحلیلی کمی مبتنی بر شاخص های کلیدی عملکرد، نظیر پایداری سیستم، انجام شده است تا اطمینان از تحویل آب زراعی در موعد مقرر، به مقدار مورد نیاز و برای مدت زمان مورد نیاز را نشان دهد و معیارهایی نظیر اعتمادپذیری، یکنواختی، به هنگام بودن و قابل پیش بینی بودن تحویل آب که از سوی پژوهشگران مختلف برای ارزیابی آن ارائه شده، در این طرح تاکنون محاسبه نشده است تا بتوان به این وسیله اثربخشی سیستم را محاسبه کرد و امکان برنامه ریزی، بازطراحی و اجرای اقدامات اصلاحی را مهیا نمود.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش، شاخص های مرتبط با پایداری تحویل آب شامل انواع معیارهای تغییرپذیری و قابلیت پیش بینی جریان تحویلی، در دو کانال آبیاری بتنی و خاکی و کرت های شالی زاری تحت پوشش آنها در پروژه تجهیز و نوسازی اراضی روستای اسماعیل کلای شهرستان جویبار استان مازندران محاسبه و مقایسه شد.
    یافته ها
    نتایج بررسی شاخص های کمی ارزیابی شده نشان می دهد؛ هرچند پوشش بتنی کانا ل ها موجب ارتقای معیار های تغییرپذیری تحویل آب نسبت به کانال خاکی شد، چنانکه شاخص های کفایت واعتمادپذیری در کانال بتنی به ترتیب 18 و 5 درصد، اعتمادپذیری در دامنه اطمینان پنجاه درصد به مقدار 0.14، شاخص به هنگام بودن تحویل آب به اندازه 4 روز و شاخص یکنواختی تحویل 0.27 بهتر از نتایج به دست آمده در کانال خاکی بود، اما ضعف ساختاری و مدیریتی در سیستم آبگیری و کنترل، با توجه به ضریب تغییرات 0.33 کفایت و 0.46 اعتمادپذیری، موجب شده توزیع آب بین کرت ها کافی و عادلانه نباشد و تغییرات زمانی تحویل آب در کرت های انتهایی کانال با یکنواختی کمتر از 0.5، شاخص به هنگام بودن عمدتا بیش از 10 روز و قابلیت اطمینان پایین، حتی در سطح 50 درصد، اختلاف زیادی با استانداردهای ارائه شده را نشان دهد. در هر دو کانال خاکی و بتنی رابطه همبستگی خطی بین جریان تحویلی و مورد نیاز عمدتا معکوس بود که نشان دهنده ضعف در مدیریت تحویل آب بر اساس تقاضا است. همبستگی معکوس بین متغیرهای تحویل آب در کانال بتنی به 0.97- می رسد، لذا مدیریت نامناسب تحویل آب در دهه های انتهایی را به درستی پیش بینی می نماید و در کانال خاکی هم مقدار متوسط 0.30 نشان از عدم همبستگی جریان تحویلی با نیاز آبی و به تبع آن پیش بینی پذیری کم سیستم دارد.
    نتیجه گیری
    به طور کلی شاخص های پایداری تحویل آب در مقایسه با استانداردهای تعریف شده حتی با پوشش بتنی کانال های آبیاری نیز با چالش های اساسی مواجه اند. از یک سو ساختار سنتی، تجربی و غیرتخصصی مدیریت حاکم بر تحویل آب به اراضی تجهیز و نوسازی شده، زمان بندی مناسبی برای استفاده از آب تامین شده در طول فصل کشت ندارد و از سوی دیگر ارتقای ساختار سازه ای سیستم موجود تحویل آب، نیازمند اصلاح وضعیت آبگیری، استفاده از سازه های کنترل جریان در کانال و تعریف برنامه تحویل آب بر اساس نیاز آبیاری کرت ها است.
    کلیدواژگان: ارزیابی، برنج، پیش بینی پذیری، تغییرپذیری، توزیع آب
  • علی سلامت منش*، سید احمد میرباقری صفحات 147-165
    سابقه و هدف
    مطالعه فرآیندهای جذب و واجذب فلزات سنگین در خاک به منظور ارزیابی چگونگی انتقال ویاتجمع فلزات وتعیین سرنوشت آنهادر لایه های خاک مسئله مهمی است که توجه بسیاری از محققین رابه خود جلب نموده است. توانایی انتقال فلزات تجمع یافته درلایه های خاک در اثر نفوذ جریانهای سطحی، بارش وحتی نفوذ فاضلابهای شهری وصنعتی در خاک از یک سو و واجذب فلزات از خاک بصورت محلول وانتقال آنها ونهایتا تراوش در آبهای زیرزمینی وآلوده نمودن آنها از سویی دیگر باعث شده تا اهمیت این مطالعات بیشترگردد. جریان فاضلاب خام در لایه های خاک نیز بواسطه فرآیند جذب و واجذب، باعث انتقال فلزات در ستون خاک می شود. هدف از این تحقیق که بصورت عملیات میدانی اجرا شد، بررسی وارزیابی فرآیند واجذب فلزات نیکل، روی وسرب موجود در خاک شهرک صنعتی سمنان است که در اثر نفوذ فاضلاب خام از خاک واجذب می شوند.
    مواد و روش ها
    با نفوذ دادن فاضلاب خام این شهرک، تغییرات غلظت فلزات در لایه های خاک اندازه گیری شده و مورد بررسی و ارزیابی آماری قرار گرفت بنابراین برای نفوذ دادن فاضلاب در خاک یک چاهک نفوذ حفاری شد. نمونه برداری از خاک از عمقهای 20 تا 300 سانتیمتری زیر چاهک نفوذ انجام گردید. قبل از اینکه نفوذ انجام شود از لایه های زیرین چاهک نفوذ نمونه هایی تهیه و غلظت آنها بعنوان غلظت اولیه تعیین شد وپس از نفوذ نیز از همان عمقها مقادیر غلظت فلزات سنگین بعنوان غلظت ثانویه منظور شد. همچنین ارزیابی آماری برای مقایسه میانگین ها در نمونه های زوجی به منظور تعیین اثر فرآیند واجذب این فلزات در کل ستون خاک انجام گردید و ازنرم افزار SPSS18 برای آنالیز داده ها استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که برای هر سه فلز مورد مطالعه، جابجایی مرکز توده جرمی ماکزیمم به لایه های پایینتر اتفاق افتاده است. از ارزیابی آماری مشخص شد که در ستون خاک مورد بررسی، فرآیند واجذب فلز نیکل از خاک به محلول فاضلاب موثر بود در حالیکه فلزات روی وسرب چندان تحت تاثیر فرآیند واجذب قرار نگرفته اند. نسبت انتقال فلزات نیکل، روی وسرب بترتیب 136، 21 و10 بدست آمد. غلظت فلزات نیکل، روی وسرب در محلول فاضلاب در انتهای ستون خاک بترتیب 07/4، 95/1 و25/1 ppm محاسبه شد.
    نتیجه گیری
    نفوذ جریان فاضلاب باعث انتقال همه فلزات به لایه های پائینتردر ستون خاک میشود. فلز نیکل سریعتر از دو فلز دیگر به آبهای زیر زمینی تراوش می کند. رتبه بندی فلزات تحت تاثیرفرآیند واجذب وبراساس تحرکپذیری وهمچنین برای میزان تراوش به آبهای زیرزمینی بصورت (Ni>Zn>Pb) بدست آمد.
    کلیدواژگان: فلزات سنگین، واجذب، فاضلاب خام، ستون خاک، انتقال
  • مجید محمودآبادی*، هدی رجب پور صفحات 167-183
    سابقه و هدف
    فرسایش بادی یکی از جنبه های تخریب اراضی در مناطق خشک و نیمه خشک جهان محسوب می شود. رطوبت خاک از طریق کنترل سرعت آستانه و نیز فرسایش پذیری خاک، بر شدت فرسایش تاثیرگذار است. پژوهش حاضر با هدف بررسی نقش مقادیر مختلف رطوبت اولیه و سرعت باد بر شدت فرسایش بادی و نیز سرعت آستانه فرسایش بادی در دو خاک با کلاس بافت متفاوت با استفاده از تونل باد در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی انجام شد.
    مواد و روش ها
    این پژوهش طی دو آزمایش جداگانه بر روی دو خاک با کلاس بافت متفاوت هر یک به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. در هر خاک دو فاکتور شامل سرعت باد و رطوبت اولیه هر یک در سه سطح و سه تکرار اعمال شد. به این منظور، دو خاک با کلاس های بافت لوم شنی و شنی انتخاب و در هر یک سطوح مختلف رطوبت اولیه ایجاد و سپس در معرض سرعت های مختلف باد قرار گرفت. با توجه به تفاوت در کلاس بافت و آستانه وقوع فرسایش در دو خاک، در خاک لوم شنی سه سطح رطوبت اولیه شامل 5/1، 5/6 و 5/11 درصد و در خاک شنی سه سطح رطوبت 1، 5/2 و 5/4 درصد (جرمی) اعمال شد. بعد از آماده سازی نمونه ها و انتقال به تونل باد، سرعتهای 5، 5/7 و 10 متر بر ثانیه در ارتفاع 10 سانتیمتری ایجاد و در نهایت تولید رسوب ناشی از فرسایش بادی اندازه گیری شد. علاوه بر این، سرعت آستانه فرسایش بادی به روش مشاهده ای تعیین گردید. همچنین، مقدار آستانه رطوبت اولیه برای هر خاک بر مبنای حداقل رطوبتی که در آن کاهش معنی دار شدت فرسایش مشاهده شد، تعیین گردید.
    یافته ها
    یافته های این پژوهش نشان داد که در هر دو خاک با افزایش سرعت باد و رطوبت اولیه، شدت فرسایش بادی به ترتیب افزایش و کاهش می یابد. شدت فرسایش در دو خاک لوم شنی و شنی بسته به میزان رطوبت اولیه و سرعت باد، به ترتیب بین 015/0 تا 768/0 و 086/0 تا 088/14 گرم بر متر مربع در دقیقه متغیر بود که دلیل این تفاوت در شدت فرسایش، به تفاوت در توزیع اندازه ذرات اولیه و ثانویه مرتبط دانسته شد. با افزایش رطوبت اولیه، سرعت آستانه فرسایش بادی در هر دو خاک، بصورت تابع توانی افزایش یافت. مقدار آستانه رطوبت اولیه در دو خاک لوم شنی و شنی به ترتیب برابر با 5/6 و 5/4 درصد جرمی تعیین شد. با افزایش رطوبت اولیه در خاک لوم شنی از 5/1 به 5/6 درصد، شدت فرسایش در سرعت های 5، 5/7 و 10 متر بر ثانیه، به ترتیب 6/64، 7/80 و 9/62 درصد و با افزایش رطوبت از 5/1 به 5/11 درصد، شدت فرسایش به ترتیب 3/82، 8/90 و 5/77 درصد کاهش یافت. افزایش رطوبت اولیه از 1 به 5/2 درصد در خاک شنی، شدت فرسایش بادی در سرعتهای یادشده را به ترتیب 7/27، 8/32 و 3/71 درصد کاهش داد در حالی که افزایش رطوبت از 1 به 5/4 درصد، کاهش شدت فرسایش به ترتیب به میزان 2/92، 6/86 و 9/93 درصد را در این خاک در پی داشت.
    نتیجه گیری
    یافته های این پژوهش اهمیت حفظ و یا افزایش سطح رطوبت خاک را در مهار فرسایش بادی نشان داد به طوری که با افزایش رطوبت اولیه می توان شدت فرسایش بادی تا حدود 90 درصد کاهش داد. همچنین مشخص گردید که مقدار آستانه رطوبت اولیه در خاک های مختلف، متفاوت است. این آستانه رطوبت در خاک شنی با مقدار 5/4 درصد کمتر از خاک لوم شنی (5/6 درصد) بود. در صورت کاهش سرعت باد به سمت مقادیر کمتر از سرعت آستانه در کنار راهکارهای مدیریت خاک برای حفظ و افزایش رطوبت، می توان فرسایش بادی را بطور قابل توجهی مهار نمود.
    کلیدواژگان: تونل باد، رطوبت خاک، سرعت باد، مناطق خشک
  • اباذر سلگی*، حیدر زارعی، محمدرضا گلابی صفحات 185-201
    سابقه و هدف
    نیاز روزافزون به آب سبب گردیده است که برنامه ریزی های مدیریتی به منظور کنترل مصرف آب در آینده از اهمیت بیشتری برخوردار باشد. با پیش بینی جریان رودخانه ها علاوه بر مدیریت بهره برداری از منابع آب، می توان حوادث طبیعی نظیر سیل و خشکسالی را نیز پیش بینی و مهار نمود. به همین دلیل برآورد صحیح و دقیق جریان رودخانه با استفاده از مدل های مختلف یکی از موضوعاتی است که در منابع آب مورد بررسی پژوهشگران می باشد. مدل های هوشمند جهت پیش بینی جریان رودخانه توسط پژوهشگران مختلف به کار رفته اند. یکی از این مدل ها که عملکرد خوبی از خود نشان داده است مدل برنامه ریزی بیان ژن می باشد. اخیرا شیوه استفاده از مدل های هوشمند به صورت ترکیبی مورد پذیرش قرار گرفته است که جهت انجام این کار معمولا از تبدیل موجک استفاده می شود.
    مواد و روش ها
    در این مطالعه از مدل برنامه ریزی بیان ژن(GEP) برای مدل سازی جریان در مقیاس های روزانه و ماهانه در رودخانه گاماسیاب استفاده شد. برای این منظور از داده های بارش، دما، تبخیر و جریان رودخانه گاماسیاب در ایستگاه وراینه با یک دوره آماری 43 ساله (1390-1348) استفاده شد. برای افزایش عملکرد مدل از دو روش پیش پردازش داده ها یعنی تبدیل موجک(Wavelet Transform) و تجزیه به مولفه های اصلی(PCA) استفاده شد. بدین صورت که سیگنال اولیه هر یک از پارامترهای ورودی با استفاده از تبدیل موجک تجزیه شد. سپس برای مشخص کردن زیرسیگنال های مهم از روش تجزیه به مولفه های اصلی استفاده شده و زیرسیگنال های مهم به عنوان ورودی به مدل برنامه ریزی بیان ژن وارد شد تا مدل ترکیبی برنامه ریزی بیان ژن-موجک(WGEP) حاصل گردید.
    یافته ها
    بررسی ساختارهای مختلف برای مدل برنامه ریزی بیان ژن نشان داد که عملکرد مدل در دوره روزانه خوب بوده ولی در دوره ماهانه عملکرد کاهش یافته است. مقایسه مدل ترکیبی برنامه ریزی بیان ژن-موجک با مدل برنامه ریزی بیان ژن نشان داد که عملکرد مدل ترکیبی در هر دو دوره زمانی روزانه و ماهانه از مدل ساده بهتر بوده است. دلیل این امر به خاطر پیش پردازشی است که روی داده ها پیاده شده بود. این در حالی است که نتایج مدل ترکیبی در دوره روزانه حدود 4 درصد و در دوره ماهانه 23 درصد ضریب تعیین مدل را افزایش داد. همچنین با توجه به تعداد زیاد زیرسیگنال ها به کار بردن روش PCA باعث افزایش سرعت اجرای برنامه شد.
    نتیجه گیری
    استفاده از روش های پیش پردازش داده ها باعث افزایش عملکرد مدل شده است و استفاده از روشPCA به عنوان یک ابزار کمکی برای تبدیل موجک موجب افزایش سرعت و دقت مدل شده است. به طور کلی نتایج این مطالعه نشان داد که می توان از ترکیب مدل برنامه ریزی بیان ژن با تبدیل موجک به عنوان یک ابزار مناسب برای مدل سازی و پیش بینی جریان رودخانه گاماسیاب بهره برد.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی بیان ژن، پیش پردازش داده ها، تبدیل موجک، روش PCA، مدل سازی جریان
  • مرضیه آیینه حیدری، مجید حجازی مهریزی*، اعظم جعفری، مریم یوسفی فرد صفحات 203-219
    سابقه و هدف
    آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین، یکی از ره آوردهای صنعتی شدن اجتماعات بشری می باشد. فلزات سنگین از آلاینده های پایدار محیط زیست می باشند، که از نتایج مهم پایداری این فلزات، انباشته شدن تدریجی فلزات در خاک می باشد. اگرچه مقدار کل فلزات سنگین در خاک یک شاخص مفید برای ارزیابی آلودگی خاک است، اما نمی تواند معیار مناسبی در ارتباط با فراهمی، تحرک و سمیت فلزات باشد. فلزات سنگین در خاک به شکل های مختلف شامل شکل محلول، شکل تبادلی، شکل متصل به مواد آلی، شکل متصل به اکسیدها و شکل باقی مانده وجود دارند که قابلیت دسترسی آن ها متفاوت است. با توجه به اطلاعات کم در ارتباط با آلودگی منطقه زرند، این پژوهش با هدف بررسی وضعیت آلودگی و توزیع شکل های شیمیایی فلزات مس، سرب و کادمیوم در خاک های اطراف کارخانه زغال شویی در زرند انجام شد.
    مواد و روش ها
    منطقه مورد مطالعه در 75 کیلومتری شمال غربی شهرستان کرمان و در نزدیکی شهر زرند قرار گرفته است. در این مطالعه بر اساس پوشش گیاهی غالب، چهار منطقه در اطراف کارخانه زغال شویی تفکیک و با استفاده از روش نمونه برداری سیستماتیک تصادفی، تعداد 135 نمونه مرکب (5 نمونه در هر نقطه) از عمق صفر تا 30 سانتی متری خاک جمع آوری و به آزمایشگاه انتقال یافت. برای تعیین غلظت کل فلزات سنگین، 20 میلی لیتر محلول پنج نرمال اسید نیتریک به 2/0 گرم نمونه خاک افزوده و به مدت 10 دقیقه حرارت داده شد. بعد از 24 ساعت، نمونه ها سانتریفیوژ و غلظت فلزات در عصاره با استفاده از دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد. جهت تفکیک شکل های شیمیایی فلزات سنگین شامل شکل تبادلی، قابل اکسید (متصل به مواد آلی)، قابل احیا (متصل به اکسیدهای آهن و منگنز) و شکل باقیمانده از روش عصاره گیری متوالی استفاده شد. در پایان هر مرحله، غلظت فلزات سنگین درعصاره ها با استفاده از دستگاه جذب اتمی تعیین شد. شاخص زمین انباشتگی جهت تعیین میزان آلودگی در منطقه مورد مطالعه با استفاده از غلظت کل فلزات تعیین شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد میانگین غلظت کل فلزات مس، سرب و کادمیوم در منطقه از میانگین غلظت استاندارد ارائه شده توسط دفتر آب و خاک معاونت محیط زیست انسانی بیشتر بود. براساس نتایج شاخص زمین انباشتگی، هر چهار ناحیه مورد مطالعه دارای آلودگی شدید سرب هستند، در حالی که مس و کادمیوم در محدوده غیرآلوده تا کمی آلوده قرار دارند. همچنین نتایج بررسی تغییرات مکانی فلزات مورد مطالعه بیانگر این بود که بیشترین مقدار کادمیوم و مس در جهت شمال غربی و غرب کارخانه با کاربری کشاورزی مشاهده شد. این نتایج نشان دهنده وضیعت نگران کننده فلزات مس، سرب و کادمیوم در منطقه چهار با کاربری کشاورزی می باشد. نتایج تفکیک شیمیایی فلزات مس و سرب در منطقه مطالعاتی نشان داد در هر چهار منطقه شکل باقیمانده این فلزات دارای بیشترین مقدار و شکل تبادلی کمترین مقدار را به خود اختصاص داده و از روند شکل باقیمانده > شکل متصل به اکسیدهای آهن و منگنز > شکل متصل به مواد آلی > شکل تبادلی تبعیت می کند.
    نتیجه گیری
    فلزات مس، سرب و کادمیوم باتوجه به میانگین غلظت ارایه شده توسط دفتر آب و خاک معاونت محیط زیست انسانی در وضیعت نگران کننده ای قرار دارند با این وجود نتایج جزء بندی شیمایی نشان داد که شکل باقی مانده فلزات سنگین که قابلیت دسترسی پایینی دارد بیشترین شکل را به خود اختصاص داده است. براساس نتایج شاخص زمین انباشتگی فلز سرب در محدوده آلودگی قرار دارد، اما بررسی توزیع فلزات در مناطق مورد مطالعه نشان داد که در مقایسه با کادمیوم و مس بخش عمده ای از سرب کل به شکل باقیمانده در خاک رسوب کرده است. بر اساس این نتایج فلزات کادمیوم و مس دراین مناطق نسبت به فلز سرب خطرسازتر بوده و امکان انتقال این فلزات به چرخه غذایی بیش از فلز سرب می باشد.
    کلیدواژگان: آلودگی زیست محیطی، زغال شویی، جزء بندی شیمیایی، فلزات سنگین، قابلیت دسترسی
  • ساحله کاکویی، علیرضا عمادی*، محمدعلی غلامی سفیدکوهی صفحات 221-237
    سابقه و هدف
    با توجه به کمبود منابع آب در کشور، بهبود مدیریت توزیع آب برای افزایش عملکرد شبکه های توزیع آبیاری یک امر اجتناب ناپذیر است. سیستم های کنترل نقش مهمی در توزیع آب در شبکه ها دارند و میزان موفقیت شبکه بستگی به چگونگی عملکرد آن ها دارد. طراحی و اجرای موفق آن ها به تنظیم ضرایب کنترلی وابسته است. هدف از این پژوهش تعیین ضرایب بهینه سیستم کنترل با استفاده از روش تکامل تصادفی تدریجی می باشد.
    مواد و روش ها
    در این مطالعه سیستم کنترل تناسبی- انتگرالی- دیفرانسیلی کنترل از بالادست و کنترل از پایین دست برای سازه تنظیم دریچه کشویی در مدل هیدرودینامیک ICSS توسعه داده شد. برای تنظیم ضرایب این سیستم های کنترل، از الگوریتم بهینه سازی تکامل تصادفی تدریجی در گزینه بهره برداری افزایشی و کاهشی در مدت زمان بهره برداری 5 ساعت در کانال اصلی شبکه آبیاری البرز به طول 6/12 کیلومتر استفاده شده است. برای ارزیابی ضرایب کنترل گرها، تابع هدف شامل شاخص های ماکزیمم قدرمطلق خطا، انتگرال قدرمطلق بزرگی خطا و زمان پاسخگویی سیستم در نظر گرفته شد. همچنین از شاخص های مولدن و گیتس برای ارزیابی عملکرد کانال استفاده شد.
    یافته ها
    در گزینه بهره برداری افزایشی و کاهشی ضرایب بهینه در هر یک از کنترل گرها بدست آمد. با استفاده از ضرایب بدست آمده، مدل در مدت زمان کم در هر یک از مراحل افزایشی و کاهشی قادر خواهد بود عمق را در عمق هدف تنظیم نماید. بیشترین مقدار خطا (انحراف از عمق هدف) در کنترل گرهای کنترل از بالادست و پایین دست به ترتیب در سازه C1 با مقدار 10 سانتیمتر و در سازه C3 با مقدار 6 سانتیمتر می باشد. کنترل گر کنترل از بالادست قادر به تنظیم سطح آب در پایین دست خود نمی باشد بنابراین تامین نیاز آبگیرهای TO14 و TO16 به علت قرار گرفتن در پایین دست سازه تنظیم C3، دچار اختلالاتی شده است که مقدار شاخص کفایت در تحویل در این سازه ها به ترتیب در محدوده عملکرد متوسط و ضعیف قرار می گیرد. در کنترل گر کنترل از پایین دست مقادیر این شاخص نسبت به کنترل گر کنترل از بالادست بهبود یافته است. شاخص های کفایت، راندمان، پایداری در تحویل در هر دو کنترل گر در کل کانال در محدوده عملکرد خوب و عدالت در تحویل در محدوده متوسط قرار دارند.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان می دهد ضرایب بهینه بدست آمده از مدل توسعه داده شده در هر دو کنترل گر کنترل از بالادست و کنترل از پایین-دست پاسخگوی تغییرات در بهره برداری در مدت زمان کوتاه می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم کنترل تناسبی- انتگرالی- دیفرانسیلی، مدل هیدرودینامیک ICSS، کانال اصلی شبکه آبیاری البرز، شاخص های ارزیابی
  • علی اصغر واحدی*، روح الله مقصودی صفحات 239-255
    سابقه و هدف
    با توجه به سناریوی گرمایش زمین به عنوان بزرگترین چالش زیست محیطی عصر حاضر و اهمیت حفاظت و انباشت هر چه بیشتر موجودی کربن در خاک در قالب بزرگترین مخازن کربن اتمسفری در زمین، پایش بهینه مخازن کربن آلی خاک در بوم سازگان های جنگلی می تواند ابزاری مناسب برای بررسی تغییرات پارامترهای اقلیمی در منطقه علاوه بر مدیریت حفاظتی بهینه بوم سازگان های مذکور در رابطه با روند تغییرات ذخایر کربن خاک و چرخش کربن محسوب شود. از این رو، یک پروتکل جامع با قابلیت اطمینان زیاد برای ایجاد مدل های پیش بینی ذخایر کربن آلی خاک با حداکثر دقت باید ارائه شود، طوری که با استفاده از مدل های مزبور شامل متغیرهای توصیفی با قابلیت اندازه گیری آسان با حداقل هزینه بتوان کنترل حفاظتی متناسب در رابطه با تغییرات مقادیر ترسیب کربن در سطوح مختلف لایه های خاک انجام داد.
    مواد و
    روش
    پژوهش حاضر در پارک جنگلی نور که به عنوان بزرگترین جنگل های جلگه ای شمال کشور محسوب می شود صورت گرفت. برای انجام پایش بهینه مخازن کربن آلی خاک در جنگل مذکور، 25 قطعه نمونه 400 متر مربعی با طرح بلوک تصادفی در توده های توسکا – انجیلی، پلت – انجیلی و اوجا – ممرز برای اندازه گیری مشخصه های کمی به منظور محاسبه شاخص های تنوع زیستی و فاکتور کربن خاک (در دو عمق 20- 0 و 40 – 20 سانتی متر) پیاده سازی شد. روش های محاسباتی تحلیل رگرسیون و تکنیک شبیه سازی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی برای انجام مطالعه حاضر استفاده شدند. برای تحلیل های محاسباتی از روش های سنتی مبتنی بر رگرسیون به روش تخمین منحنی و رگرسیون خطی چندگانه و برای پیشبرد تحلیل های شبکه عصبی مصنوعی از الگوریتم پس انتشار خطا با ساختار پروسپترون چند لایه استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که رگرسیون خطی چندگانه شامل شاخص های همبسته تنوع زیستی به عنوان عوامل توصیفی بر مبنای شاخص های اعتبارسنجی از جمله ضریب اطلاعات آکاییک و فاکتور تورم واریانس ( ) دارای اعتبار محاسباتی بوده ولی دارای دقت قابل ملاحظه ای نمی باشد. در تحلیل غیرخطی، مدل کرو بر حسب وفور پوشش علفی مدل بهینه ذخایر کربن لایه آلی خاک و مدل توانی تبدیلی لگاریتمی ( ) شامل غلبه گونه ای درختی (D)، وفور (Abunance) و یکنواختی (J'') پوشش علفی بهترین مدل لایه معدنی خاک محسوب شدند. تکنیک شبیه سازی نشان داد که در الگوریتم پس انتشار خطا، خروجی بهینه لایه آلی خاک با ماتریس ورودی Abundance و J'' با توپولوژی یک لایه پنهان و 15 نورون حاوی تابع Tan-sigmoid و خروجی بهینه لایه معدنی خاک با اضافه شدن لایه D به ماتریس مزبور با معماری دولایه پنهان و 35 نورون دارای حداکثر قطعیت پیش بینی نسبت به کلیه تحلیل های رگرسیون هستند.
    نتیجه گیری
    نوع روابط ریاضی (ساختار تابع) بین شاخص های تنوع زیستی و متغیر پاسخ مورد مطالعه صرفنظر از قطعیت ارتباط اکولوژیکی و بیولوژیکی بین آنها دارای قطعیت کم و محدودیت های تحلیلی و آماری زیاد از جمله وجود فاکتور تورم واریانس است. از این رو، کاربرد تکنیک شبکه عصبی مصنوعی می تواند بهترین جایگزین مدل های کلاسیک برای پیش بینی مقادیر مذکور باشند. در این خصوص، همانند پارامترهای محاسباتی مدل های کلاسیک، توپولوژی هر مدل در شبکه عصبی مصنوعی تعیین کننده معماری و کارآیی (دقت) پایش مقادیر ترسیب کربن در لایه های مختلف خاک می باشد.
    کلیدواژگان: ترسیب کربن، تنوع زیستی گیاهی، تحلیل رگرسیون، شبکه عصبی مصنوعی
  • عیسی معروف پور*، امین سیدزاده، مینا بهزادی نسب صفحات 257-271
    سابقه و هدف
    نفوذ حساس ترین و غالبا مشکل ترین پارامتر برای ارزیابی در سیستم آبیاری سطحی است به خصوص این که خصوصیات نفوذ نسبت به زمان و مکان متغیر می باشد. به طور کلی تعداد نسبتا زیادی اندازه گیری مزرعه ای نفوذ لازم است تا متوسط شرایط مزرعه را نشان دهد. هدف از این پژوهش دقت روش های غیر نقطه ای، استخراج معادلات نفوذ تجمعی نمونه و اصلاح شده با فرایند آبیاری، در شبیه سازی سامانه آبیاری جویچه ای انتها بسته می باشد. برای انجام شبیه سازی از مدل اینرسی صفر در نرم افزار WS و مدل های اینرسی صفر و هیدرودینامیک در نرم افزار SM استفاده شده است.
    مواد و روش ها
    این تحقیق در دو مزرعه از مزارع شرکت کشت و صنت نیشکر هفت تپه به نام های 1C201 و E201 که در آنها نیشکر در کف جویچه ها کشت شده بود، انجام شد. در هر کدام از مزارع 7 جویچه متوالی انتخاب شد. جویچه های زوج، آزمایشی و جویچه های فرد، نقش حایل را داشتند. متوسط طول جویچه ها در مزرعه 1C201، 268 متر و در مزرعه E201، 165 متر بود. در هر دو مزرعه شیب طولی جویچه های آزمایشی اندازه گیری و 001/0 (متر در متر) به دست آمد و عرض جویچه ها 5/1 متر و به روش انتها بسته آبیاری می شدند. به منظور تهیه آمار پیشروی و پسروی، طول جویچه ها به فواصل 20 متری ایستگاه گذاری شدند. در هر دو مزرعه 3 آبیاری متوالی ارزیابی شد. برای اندازه گیری دبی ورودی به جویچه های آزمایشی از WSC فلوم نوع 3 استفاده شد. معادلات نفوذ تجمعی نمونه کاستیاکوف لوئیس به روش ورودی – خروجی برای هر دو مزرعه به دست آمد. همچنین با استفاده از داده های پیشروی و پسروی و همچنین حجم آب ورودی و نفوذی در جویچه ها، معادلات نفوذ تجمعی نمونه اصلاح و معادلات نفوذ تجمعی اصلاح شده برای هر کدام از جویچه ها به تفکیک به دست آمد. سپس مقادیر پیشروی برای هر کدام از آبیاری های دو مزرعه، با استفاده از معادلات نفوذ تجمعی نمونه و اصلاح شده و مدل های هیدرودینامیک و اینرسی صفر دو نرم افزار WinSRFR و SIRMOD شبیه سازی شدند.
    یافته ها
    نتایج این تحقیق نشان داد که اعمال میزان دبی آزمایشات نفوذ در نرم افزار SM، فرایند شبیه سازی را به صورت قابل توجهی بهبود می دهد. همچنین مقایسه نتایج مدل های اینرسی صفر و هیدرودینامیک نرم افزار مذکور نشان داد که نتایج این مدل ها در شبیه سازی فرایند آبیاری جویچه ای انتها بسته با کشت نیشکر در کف جوبچه، مشابه بوده و اختلاف ناچیزی با هم دارند. ارزیابی نتایج شبیه سازی دو نرم افزار SM و WS در تحقیق حاضر نشان داد که در صورت استفاده از معادلات نفوذ تجمعی نمونه، دقت نرم افزارها در شبیه سازی فرایند پیشروی، در مزرعه 1C201 در درجات خوب و متوسط و در مزرعه E201 در رتبه ضعیف قرار داشت. با اصلاح معادلات نفوذ و استفاده از آنها در نرم افزارهای مذکور، میزان دقت شبیه سازی در مزرعه اول به رتبه عالی و در مزرعه دوم به درجات خوب و متوسط ارتقا یافت به طوری که این میزان بهبود بر اساس متوسط شاخص خطای مطلق نسبی در مزرعه 1C201، 63 درصد و در مزرعه E201 بیش از 56 درصد می باشد. همچنین نتایج نشان داد که نرم افزار SM در شبیه سازی آبیاری های هر دو مزرعه، با درصد میانگین مربعات خطای کمتر و درصد میانگین خطای مطلق کمتر عملکرد بهتری داشته است و هر دو نرم افزار مدت زمان های پیشروی محاسباتی را بیش از مقدار واقعی آنها پیش بینی کرده اند.
    نتیجه گیری
    به طور کلی نتایج این تحقیق نشان داد که اگر در طراحی، شبیه سازی و ارزیابی سامانه های آبیاری جویچه ای انتها بسته، از معادلات نفوذ اصلاح شده به جای معادلات نفوذ نمونه استفاده شود، دقت نتایج به صورت قابل توجهی افزایش داشته، که در نهایت باعث بهبود و افزایش شاخص های هیدرولیکی سامانه های آبیاری خواهد شد.
    کلیدواژگان: آبیاری سطحی، معادله نفوذ کاستیاکوف لوئیس، روش ورودی - خروجی، SIRMOD، WinSRFR
  • فرخ اسدزاده *، سامان جلال زاده، عباس صمدی صفحات 273-288
    سابقه و هدف
    رسوبات رودخانه ای از مهم ترین اجزای اکوسیستم های آبی هستند که نقش مهمی در چرخه عناصر غذایی و همچنین انتقال آلاینده ها در سیستم های آبی دارند. رسوبات رودخانه ای بر حسب اندازه و همچنین رژیم جریان رودخانه می توانند به دو شکل بار بستر و یا معلق انتقال یابند. تعادل رسوبات با آب منفذی و همچنین جریان آب رودخانه، سبب می گردد تا ترکیب رسوبات به طور مستقیم کیفیت آب و فعالیت های بیولوژیکی در محیط های آبی را تحت تاثیر قرار دهد. آزاد شدن آلاینده های آلی و غیرآلی و همچنین عناصر غذایی مورد نیاز جانداران به طور عمده تابعی از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی رسوبات بوده و آگاهی از این ویژگی های می تواند در مدیریت اصولی حوضه آبخیز موثر واقع شود. بر این اساس پژوهش حاضر با هدف بررسی و مقایسه ی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی رسوبات بستر و معلق رودخانه ی روضه چای در شهرستان ارومیه انجام شد.
    مواد و روش ها
    برای بررسی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی رسوبات تعداد 19 نمونه رسوب بستر شامل 6 نمونه از بخش بالادست رودخانه، 6 نمونه از بخش میانی و 7 نمونه از بخش پایین دست رودخانه و از عمق 5-0 سانتی متری تهیه شد. همچنین 6 نمونه رسوب معلق نیز در هنگام وقوع جریان سیلابی در امتداد رودخانه برداشته شد. نمونه ها به آزمایشگاه منتقل و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آن ها پس از عبور از الک 2000 میکرون تعیین گردید. از روش های خوشه بندی سلسله مراتبی و همچنین تجزیه به مولفه های اصلی به منظور گروه بندی رسوبات و تعیین موثرترین ویژگی-های آن ها استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که رسوبات بستر و معلق رودخانه به ترتیب حاوی مقادیر قابل توجهی از ذرات شن و سیلت هستند. میانگین مقدار سیلت و شن بسیارریز در رسوبات معلق به ترتیب برابر با 44 و 25 درصد بود در حالی که این مقادیر برای رسوبات بستر برابر با 8/15 و 5/15 درصد بود. با این حال رسوبات بستر به دلیل دارا بودن شن بیشتر، بافت درشت تری در مقایسه با رسوبات معلق داشتند. میانگین مقدار ماده ی آلی و هدایت الکتریکی در رسوبات بستر به ترتیب 7/1 و 5/2 برابر بیش از رسوبات معلق بود. ماده ی آلی و هدایت الکتریکی رسوبات بخش بالادست رودخانه به دلیل تخلیه فاضلاب های خانگی بیش تر از بخش های میانی و پایین دست بود. تجزیه به مولفه های اصلی و همچنین خوشه بندی سلسله مراتبی نشان داد که ماده ی آلی، هدایت الکتریکی و توزیع اندازه ی ذرات به عنوان تاثیر گذارترین ویژگی های رسوبات هستند.
    نتیجه گیری
    یافته های این پژوهش نشان می دهد که تخلیه فاضلاب های خانگی به بستر رودخانه سبب انباشت مواد آلی و املاح در رسوبات بستر بالادست رودخانه شده و در نتیجه باعث می شود تا رسوبات این بخش از رودخانه از نظر ویژگی های شیمیایی و فیزیکی متفاوت با رسوبات بخش های میانی و پایین دست شوند. بنابراین کنترل ورود فاضلاب های خانگی در بالادست رودخانه از قدم های اولیه در مدیریت زیست محیطی رسوبات این رودخانه است. از سوی دیگر یافته های این پژوهش بر اساس خوشه بندی سلسله مراتبی و تحلیل مولفه های اصلی بر تفاوت بارز ویژگی های رسوبات بستر و معلق تاکید دارد.
    کلیدواژگان: ترسیب انتخابی ذرات، سیستم رودخانه، ماده ی آلی، توزیع اندازه ذرات رسوب
  • مصطفی صادقی فر، علی بهشتی آل آقا*، مرتضی پوررضا صفحات 289-302
    سابقه و هدف
    آتش سوزی مهم ترین عامل تخریب در اکوسیستم های جنگلی به شمار می رود که می تواند دگرگونی هایی را در ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک در کوتاه مدت و بلند مدت ایجاد نماید. دگرگونی این ویژگی ها در خاک پس از آتش سوزی ممکن است پیامدهای منفی بر اکوسیستم جنگل حتی در بلند مدت داشته باشد. از آنجا که فراوانی رخدادهای آتش سوزی در جنگل-های زاگرس در سال های اخیر رو به افزایش بوده است، شناسایی اثرات بلند مدت و کوتاه مدت آتش سوزی بر ویژگی های خاک این جنگل ها به منظور جلوگیری از تخریب خاک بسیار ضروری می باشد. بنابراین در این پژوهش پاسخ کوتاه مدت و بلند مدت برخی از ویژگی های مهم فیزیکی و شیمیایی خاک به آتش سوزی در جنگل های زاگرس بررسی شد تا زمان بهبودی تغییرات هریک از این ویژگی ها پس از آتش سوزی تعیین شود.
    مواد و روش ها
    برای بررسی زمان بهبودی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک پس از آتش سوزی، 3 منطقه در یک رویشگاه با فاصله حدود 1 کیلومتر با زمان های مختلف آتش سوزی شامل 1 سال، 3 سال و 10 سال انتخاب شد. به منظور کاهش خطای اثرات محیطی، در نزدیکترین همسایگی هر یک از آنها قطعات نسوخته شاهدی در نظر گرفته شد و هر منطقه با شاهد خود مورد مقایسه قرار گرفت. سپس نمونه برداری به صورت تصادفی از عمق 0 تا 20 سانتی متری سطح خاک و با چهار تکرار انجام شد. در مجموع تعداد 24 نمونه ترکیبی از خاک برداشت شد. سپس ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک شامل:pH ، CEC، فسفر (P)، کربن آلی (OC)، نیتروژن (N)، EC، رطوبت اشباع خاک، جرم مخصوص ظاهری (BD) ، نسبت C:N، درصد اجزای تشکیل دهنده بافت خاک اندازه گیری شد. مقایسه ویژگی های اندازه گیری شده با آزمون تی (t test) در نرم افزار IBM SPSS انجام شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد کهpH ، CEC،EC و P خاک 1 سال بعد از آتش سوزی افزایش یافتند. همچنین در مدت 3 و 10 سال پس از آتش سوزیpH و CEC به سطح قبل از آتش سوزی بهبود یافتند اما EC و P خاک نسبت به شاهد کاهش معنادار یافتند. رطوبت اشباع خاک 1 سال بعد از آتش سوزی کاهش یافت، اما 3 و 10 سال بعد اختلاف معنی داری با سطح قبل از آتش سوزی نشان نداد. کربن آلی و نیتروژن خاک در تمامی زمان های مورد بررسی کاهش معنادار داشتند و حتی 10 سال بعد نیز به سطح قبل از آتش سوزی بهبود نیافتند. جرم مخصوص ظاهری 1 سال و 3 سال بعد از آتش سوزی کاهش یافت اما 10 سال بعد در مقایسه با شاهد تفاوت معناداری مشاهده نشد. نسبت C:N خاک، محتوای رس، شن و سیلت خاک در هیچ یک از زمان های پس از آتش سوزی تفاوت معناداری با شاهد نشان ندادند.
    نتیجه گیری
    نتیجه گیری شد که برخی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک ممکن است در کوتاه مدت بهبود یابند ولی برخی دیگر حتی پس از گذشت 10سال نیز، به سطح قبل از آتش سوزی بهبود نیابند. از میان این ویژگی ها مقدار ماده آلی خاک، نیتروژن و فسفر خاک از مهم ترین ویژگی هایی هستند که به زمان زیادی برای بهبودی پس از آتش سوزی نیاز دارند.
    کلیدواژگان: آتش سوزی، جنگل زاگرس، خاک، ویژگی فیزیکی- شیمیایی
  • محمد الباجی*، عظیمه عسگری صفحات 303-308
    سابقه و هدف
    گسترش فعالیت های کشاورزی و صنعتی برای تامین مواد غذایی همگام با روند رو به رشد جمعیت جهان و وقوع خشک سالی های پی درپی در سال های اخیر موجب افزایش بهره برداری از منابع موجود آب، وارد آمدن فشار بیش از اندازه به منابع آب و ایجاد بحران آب، بویژه در اکثر کشورهای واقع در مناطق خشک و نیمه خشک جهان شده است.
    این تحقیق به‏منظور بررسی امکان کاربرد پساب تصفیه‏خانه‏ی فاضلاب شهر شهرکرد برای کشاورزی و تعیین میزان محدودیت کاربرد پساب در سیستم آبیاری قطره‏ای از نظر تاثیر بر پتانسیل گرفتگی قطره‏چکان‏ها انجام شد.
    مواد و روش‏ها: به این منظور برخی خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی پساب تصفیه‏خانه‏ی فاضلاب شهر شهرکرد در بازه‏ی زمانی فروردین-شهریور سال 1394، بصورت ماهیانه اندازه‏گیری و با استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست ایران، استاندارد سازمان بهداشت جهانی (WHO)، استاندارد سازمان جهانی خواروبار و کشاورزی (FAO) و استاندارد طبقه‏بندی کیفیت آب متناسب با پتانسیل گرفتگی قطره‏چکان‏ها، مقایسه شد.
    یافته ها: بر اساس نتایج آزمایش‏های بررسی کیفیت آب، متوسط مقدار کلیفرم مدفوعی و کلیفرم کل پساب خروجی در طول دوره‏ی بررسی، به ترتیب 8/6416 و MPN/100ml 7/16966 محاسبه شد که خارج از محدوده‏ی مجاز توصیه‏شده در استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست ایران برای کاربرد پساب در کشاورزی است و کلرزنی بیش‏تر پساب پیش از تخلیه را ضروری می‏نماید. علاوه بر این بر اساس مقدار متوسط پارامترهای میکروبی کلیفرم مدفوعی و تعداد نماتد روده‏ای(N/100ml 0) و متناسب با استاندارد سازمان جهانی بهداشت، استفاده از پساب برای آبیاری گیاهانی که بصورت خام مصرف می‏شوند، امکان‏پذیر نیست. همچنین بر اساس استاندارد FAO کاربرد پساب از نظر مقدار متوسط غلظت بی‏کربنات در طی این دوره (me/L 64/4) برای گیاهان، محدودیت کم تا متوسط به دنبال دارد. محدودیت کاربرد پساب در سیستم آبیاری قطره‏ای از نظر مقدار متوسط تراکم کلیفرم کل، سطح pH (65/7) و سختی آب (mg/L 1/251)، در سطح متوسط و بر اساس مقدار متوسط شاخص‏های غلظت مواد جامد محلول (mg/L 5/405)، غلظت مواد جامد معلق (mg/L 2/35)، هدایت الکتریکی (dS/m 66/0)، غلظت آهن (mg/L 024/0) و غلظت منگنز (mg/L 013/0)، در سطح کم بود. علاوه بر این با توجه به مقدار منفی شاخص اشباع لانژلیر در طول این دوره (03/1-)، امکان ایجاد رسوب در آب، وجود نداشت.
    نتیجه گیری: با توجه به پتانسیل کم گرفتگی قطره‏چکان‏ها با عوامل فیزیکی و شیمیایی، عوامل بیولوژیکی، به عنوان عامل اصلی گرفتگی قطره‏چکان‏ها در هنگام کاربرد پساب تصفیه‏خانه‏ی فاضلاب شهرکرد در سیستم آبیاری قطره‏ای به شمار می‏آیند. بنابراین می‏توان سیستم‏های آبیاری قطره‏ای را در برنامه‏ی استفاده‏ی مجدد از پساب تصفیه‏خانه‏ی فاضلاب شهر شهرکرد برای آبیاری گیاهان علوفه‏ای و صنعتی مقاوم به غلظت‏های بالای بی‏کربنات و با در نظر گرفتن مدیریت‏های استفاده از فیلتر مناسب، اسیدشویی، شستشوی دوره‏ای لترال‏های آبیاری و بویژه کلرزنی سیستم آبیاری به کار برد.
    کلیدواژگان: آب نامتعارف، آبیاری، پساب، کیفیت آب
|
  • Hamed Rouhani, Seyed Morteza Seyedian, Abolhassan Fath Abadi * Pages 1-21
    Background And Objectives
    In recent decades following the massive increase in computational power, considerable progress has been made in hydrological models. As the complexity of the model increases, model parameters increases and this lead to increasing the chances of overfitting and difficulty in identifying both model parameter values and model structure. One possible way to mitigate over-parameterization/non-identifiability is reducing the number of parameters to a small number that can be sufficiently calibrated with limited data. Sensitivity analysis (SA) is a commonly used approach for identifying important parameters that dominate model behaviors. Overall, they can be categorized into two groups: local SA and global SA. The local SA explores the changes of model response by varying one parameter while keeping other parameters constant . On the other hand, the global SA examines the changes of model response by varying all parameters at the same time. No general rule has yet been defined for verifying the convergence of the General SA methods. In order to fill this gap this paper presents a convergence analysis of three widely used SA methods (Morris screening, Sobol and Entropy index) for two rainfall-runoff models, TOPMODEL and HBV. The simulations are carried out over ChehlChay watershed within Gorganrood River Basin.
    Materials And Methods
    The sensitivity and interaction analysis based onSobol, Morris screen and Entropy methods were applied. The Morris method has been proposed as a screening method to identify a subset of inputs that have the greatest influence on the outputs.Sobol SA is a global, variance-based method that attributes variance in the model output to individual parameters and their interactions.Mutual entropy analysis is a sensitivity analysis method in which the mutual entropy of two variables is regarded as the correlative extent between these two variables. The distribution character of data (X, Y) can be expressed by contingency tables. The HBV model and TOPMODEL are used as a test problem. There are thirteen and nine parameters in the HBV model and TOPMODEL models, respectively. In each model, samples of the model parameter space are obtained using a latin-hypercube. The convergence analysis has been performed by increasing the number of simulations until there was no significant change of the sensitivity measure. In addition, the three SA methods are evaluated and compared in terms of convergence, the related evolution of the parameter ranking results and required computation cost.
    Results
    Results of the quantitative convergence analysis for Morris screen was achieved at 700 and 1000 number of simulations for HBV and TOPMODEL models, respectively. Results for the Sobol method deviated considerably from the other methods by 22000 and 28000 for the TOPMODEL and HBV models, respectively. In Entropy method need about 6000 samples for the same purpose in both hydrological models. The ranking of parameters sensitivity indices in TOPMODEL for the first two most sensitive parameters for the three methods are similar. In general, the ranks of sensitive parameters are the same for all methods. Meanwhile for Entropy method, M and Srmax as the third and fourth ranking are vice versa than other two methods. In HBV model, Sobol and Morris screen methods provide similar results for those model parameters having the highest influence. For the parameter P, the sensitivity obtained from Entropy method was 3rd rank but in two other methods the parameter ranking varies from 3rd to sixth. In Entropy parameter FC becomes the most important parameter but in Morris screen and Sobol methods, the model parameter BETA selected as the parameter with the highest importance.
    Conclusion
    There is no single best strategy for all problems. Therefore in general use of two or more methods, preferably with dissimilar theoretical foundations, may be needed to increase confidence in the ranking of the key inputs.This study conducted a comprehensive evaluation of the effectiveness and efficiency of three SA methods by using the HBV and TOPMODEL models as test problem. The strengths and limitations of qualitative and quantitative SA methods are explored.For the Sobol method, a comparatively large number of simulations (>20 000) were required to sufficiently cover the parameter space. Hence, performing Sobol method for complex models is often becoming problematic. The Morris method, instead, is computationally cheap and needed only
    Keywords: Sensitivity analysis, Entropy, Sobol, Morris, Hydrological model
  • Alireza Karimi *, Adel Sepehr Pages 23-44
    Background And Objectives
    With the emergence of computers and geographic information system (GIS), as well as access to spatial digital data, different methods of data mining, modeling and estimation of soil properties found their place in soil sciences. Data mining of soil properties using computer-based statistical methods uncovers hidden patterns in the database which ultimately leads to the fitness of a model for estimation of soil properties. These methods can be used in the scorpan equation. Two main components of scorpan model include environmental variables and learning program. In the present study, three different methods including multiple linear regression (MLR), artificial neural network (ANN) and Gene Expression Programming (GEP) as “f’ function in scorpan model were evaluated and compared in estimating of soil properties using auxiliary data such as vegetation data, topography and remote sensing data.
    Material and
    Methods
    The study area with an area of 1225 ha was located in Bajgiran rangelands, Khorasan Razavi province, Iran. In order to investigate vegetation cover and soil 137 units were investigated in which 3-5 plots were selected with a distance of 10 meters apart along an accidental transect, and plant species names and numbers besides vegetation percentage were recorded. Next, one soil sample was taken from each transect (Totally 137 soil sample). Train attributes derived from digital elevation model; different bands derived from the ETM and used for computing spectral indices; and plant diversity indices were calculated using Simpson and Shannon-Wiener. These obtained parameters were used as covariate in estimating calcium carbonate equivalent, clay, density, nitrogen, carbon, sand, silt and saturated moisture capacity. Data deduction was done by PCA analysis to deduct the number of input data for ANN and GEP models, and finally, Normalization and standardization were carried out on the data.
    Results
    The results obtained from the evaluation of three numerical methods based on root mean square error (RMSE), mean bias error (MBE) and coefficient of determination (R2) showed that ANN model had the highest accuracy in estimating soil properties, given the higher coefficients of determination for calcium carbonate equivalent , clay, density, nitrogen, carbon, sand, silt and saturated moisture capacity with the values of 0.72, 0.46, 0.69, 0.67, 0.77, 0.62, 0.7 and 0.85, respectively, moreover, lower RMSE with the values of 7.46, 4.46, 0.08, 0.03, 0.27, 5.6, 3.5 and 3.4, respectively. ANN could explain 60-85 percent of variability of soil properties, among which the best estimates were for saturated moisture capacity and soil organic carbon with R2 = 0.85 and R2 = 0.77, respectively.
    Conclusion
    Evaluating the estimation of soil properties through three numerical models introduced ANN as the most accurate model. ANN validation results showed that mean bias error (MBE) for estimated soil properties were close to zero, and this confirms that the fitting has been created unbiased by model. Furthermore, the low RMSE of model verified accurate estimation of soil variables. The results also indicate that GEP had higher accuracy than the linear regression method for most soil properties.
    Keywords: Artificial neural network, Remote sensing, Scorpan model, Digital soil mapping, Gene expression programming
  • Nazanin Ghanbari *, Kazem Rangzan, Mostafa Kabolizade, Poria Moradi Pages 45-65
    Background And Objectives
    Groundwater pollution is a complex and full of uncertainty process, on a regional scale. Development of an integrated method for assessing groundwater vulnerability, can be efficient in order to optimized management and protection of them. Because of fertile soil and sufficient water resources, Ramhormoz plain is suitable area for agriculture that by development of agriculture, use of chemical fertilizers and pesticide, this plain always is at risk of contamination. One of the suitable approach to prevent groundwater contamination, identify areas of potential contamination. The aim of this study is to produce vulnerability map of Ramhormoz plain alluvial aquifer using DRASTIC model, and then use artificial intelligence techniques to improve the results of the DRASTIC model. Due to the importance of groundwater resources in the study area that are used for various purposes including agriculture, Aquifer vulnerability study and protect these areas for development and management of water resources is essential.
    Materials And Methods
    In this study, first, vulnerability evaluation of Ramhormoz alluvial aquifer plain was performed using DRASTIC model and in the following, artificial intelligence methods was used to optimize the model. DRASTIC model includes the following parameters: depth to water table, net recharge, aquifer media, soil media, topography, impact of vadose zone and hydraulic conductivity that are effective in groundwater vulnerability assessment. This method, based on the standard weights of DRASTIC model and obtained layers for each of the seven parameters, calculates the amount of aquifer vulnerability. After preparation of the layers, vulnerability of Ramhormoz alluvial aquifer plain was determined using drastic model. Also the groundwater vulnerability map and DRASTIC index was calculated for the entire area. In order to evaluation of accuracy of the obtained results from the model, nitrate concentration data existing in groundwater have been used for verification. Following In order to improve results, DRASTIC model was integrated by artificial neural networks, fuzzy logic (Sugeno and Mamdani) and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System methods and four vulnerability maps was obtained using different models of artificial intelligence.
    Results
    the groundwater vulnerability map toward the contamination was prepared by the division into three vulnerability ranges including low, medium and high and DRASTIC index was calculated for the entire area between 48 and 156. Correlation coefficient 0.97 between DRASTIC index and nitrate concentration reflects the relatively good accuracy of this method. Also, the results of the implementation of these models showed that the used artificial intelligence models have the ability to improve the primary DRASTIC model results. By comparing the results of the models can be concluded that the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System model has the best result.
    Conclusion
    The determination coefficient, R2, for the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System, neural networks and Mamdani fuzzy and Sugeno fuzzy models, is 0.99, 0.94, 0.98 and 0.87 respectively. According to the final model, South- Southeast regions have the highest potential for contamination.
    Keywords: groundwater vulnerability, DRASTIC model, geographic information systems, artificial intelligence
  • Ali Baliani *, Alireza Vaezi Pages 67-85
    Background And Objectives
    Splash erosion is recognized as the first stage in a soil erosion process and results from the soil surface bombing by rain drops. Splash erosion is a complex process including the detachment of soil particles by raindrops followed by splash transport of a part of the detached particles. Quantification of splash erosion in the soils with different textures for various combinations of rainfall intensities and antecedent moisture content (AMC) is essential to understand splash erosion processes. The investigation on the splash erosion in the field is often expensive and time-consuming. Rainfall simulation has been used extensively as a cost effective method for soil erosion prediction across a lot of related factors. This study was conducted to investigate splash erosion in relation to rainfall intensity and AMC in different soil textures using the simulated rainfalls.
    Materials And Methods
    Splash erosion was measured in three soil textural classes (sand, silt and clay) and four AMC (from air-dried to saturation conditions) using the four simulated rainfalls (10, 20, 30 and 40 mm h-1 in intensity). Forty-eight experimental units were designed at three replicates and analyzed using the factorial experiment in the completely randomized design. The experimental units were splash boxes with 25 cm × 35 cm dimensions and 5-cm depth. Splash erosion was determined using the accumulation of splashed particles during each rainfall and accordingly drying in 105 °C for 24-h. The physicochemical soil properties were determined using the conventional methods in the laboratory. Splash erosion data were analyzed using the Duncan parametric test for comparison of the effects of soil texture, rainfall intensity and, AMC on the splash erosion. Data were analyzed using the SAS 9.4 software and the diagrams were delineated using the SigmaPlot software.
    Results
    Significant differences were found in the splash erosion among the soil textures (P
    Conclusion
    Results of this study indicated that Silt is the most susceptible soil texture to splash erosion. Also, variations of splash erosion in silt texture were larger than other textures. Splash erosion of each soil could be reliably predicted based on the rainfall intensity and antecedent water content.
    Keywords: Soil splash, Soil particles distribution, Soil surface properties, Geometric particle-size diameter
  • Dariush Hhayati * Pages 87-106
    Background And Objectives
    Construction and development of irrigation and drainage networks in downstream of dams is a very important infrastructural project and its execution could enhance water use efficiency in agricultural activities, especially in water scarcity and drought condition. But, we cannot neglect their unwanted social and environmental side effects. Even, some social and environmental disadvantages of such projects are more than their advantages and may lead to social dissatisfaction. Regarding current drought, water scarcity, and low surface water use efficiency in Korbal plain of Doroodzan dam downstream in Fars province, Regional Water Organization has tried to develop irrigation and drainage networks. Whereas, impact assessment of every project which is executed in natural context in order to enhance its benefits and diminish its disadvantages is quite necessary, investigating farmers appraisal towards irrigation networks development project in downstream of Doroodzan dam was the main objective of this research.
    Materials And Methods
    This study was a descriptive-analytical, non-experimental and applied research and survey technique was used to collect data. Statistical population was all those farmers whom have been covered by the project (1029 farmers). Based on two stages random sampling method, 269 beneficiaries were selected as sample group. In first stage four dikes (Amir, Feysabad, Tilakan and Mavan) were considered. Then in second stage, phase of the project (social and participation study phase, execution phase and construction phase) for each dike were considered. After that, all villages classified towards those characteristics and finally sample farmers selected from each phase and each dike, randomly. Questionnaire was data collection instrument and its face validity was confirmed by a panel of relevant experts and a pilot study was done to determine its reliability. The Cronbach's alpha coefficient was between 0.54-0.91
    Findings: According to findings, most of beneficiaries appraised environmental, social and economic impacts of modern irrigation and drainage networks in mediate and desirable level. Besides, findings revealed that some moderate variables of the research had significant effect on the project impact assessment. Based on the causal model which proposed in this study, four attitudinal variables have had direct and indirect effect on the dependent variable. The results of path analysis showed that among those four attitudinal variables, farmers, attitude toward construction of irrigation canals, attitude toward the future of agricultural activities, and their attitude toward the water price had the most direct causal effect on the project impact assessment as dependent variable, respectively. Social participation had the greatest direct influence on dependent variable among the other variables.
    Conclusion
    According to path analyses results, it can be concluded those beneficiaries who had more social participation, more contribution in local decision- making, more crop under cultivation, had more positive attitude towards canals construction, and had more positive attitude towards future of agricultural activities and water current price, and those who were elder, have evaluated the project impacts more positively.
    Keywords: Farmer's appraisal, Irrigation networks development, Social participation, Doroudzan dam, Fars
  • Gh.A. Mozafari *, A. Mazidi, Sh. Shafie Pages 107-125
    Background And Objectives
    The limits of precipitation in any area, is said to be abnormal rainfall that is on the trail and away from the focus point of the distribution of rainfall. The high limits and high sequence distribution of precipitation have been of interest recently. In this regard, according to the geographical features of the area, many and varied threshold for this feature is introduced and applied. One of the most widely used indexes of daily precipitation is based on generalized distribution of limit values. The aim of this study was to determine the threshold of extreme rainfall in the western regions of Iran (Hamedan, Lorestan, Kordestan, Kermanshah and Ilam) and spatial analysis thresholds.
    Data and
    Methods
    For this purpose, data from rainfall of 69 synoptic stations and climatology in a 50-year period (1961 to 2010) with the distribution of general extreme value and non-parametric method (index percentile, 95th and 99th) of threshold rainfall were selected for sapacial analysis through two climatological criteria. In this study, three distribution test limit values generalized POT (test MRL, TC, DI) nonparametric test, procedure CPOT that the average threshold of these three non-parametric methods, and also the parametric method was applied (Indexes of 95th percentile and the 99th percentile have been selected for the threshold Extreme rainfall of the Western Country. And finally, using GIS to analyze the spatial distribution thresholds determined by the methods mentioned in the stations studied were discussed.
    Results
    The results of the evaluation showed that CPOT is a good way to choose the threshold of extreme precipitation of Western Iran that the 81 percent threshold Extreme rainfall stations studied in the given amounts fall in between both criteria and the lowest amount is estimated by 95th percentile which is generally non-parametric method according to both evaluation criteria that the first criterion related to the data series above the threshold, and the other is selected in the threshold value, did not show satisfactory results. Threshold Extreme rainfall less than half the number of stations studied fell at the borders of both criteria.
    Conclusion
    The results of the analysis of parametric methods (some generalized distribution) and nonparametric on 69 stations showed that Extreme rainfall threshold of most of the stations was between 22 to 26 mm and CPOT method is a proven and efficient method for determining the threshold of extreme precipitation in Western country and also MRL is a satisfactory method for selecting threshold extreme precipitation.
    Keywords: threshold, extreme precipitation, generalized distribution limit values, West Iran
  • Babak Moumeni *, Mohsen Masoudian, Mohammad Ali Gholami Sefidkohi, Alireza Emadi Pages 127-145
    Background And Objectives
    Paddy Fields Development and Renovation Project changes infrastructures of the rice farm management and converts traditional plot the plot irrigation system to water delivery management, which provides access to irrigation canals and drainage for each paddy plot. Even though many years have passed from the start of implementation of the project in northern provinces and several researchers have pointed fundamental problems out in the water distribution system of the project, but most previous studies have qualitative basis and the analysis is mainly based on the satisfaction of farmers or empirical judgments of experts in different parts of the project and until now less quantitative analysis has been provided on the basis of key performance indicators such as reliability indicating that ensure the delivery of agricultural water on time, to the extent necessary and for the time required and criteria such as dependability, steadiness, timeliness and predictability of the delivery of water provided by the researchers for its evaluation. Such indicators can measure the effectiveness of the system and finally it possible to provide planning, redesign and implementation of the corrective operation.
    Materials And Methods
    In this study, reliability indices including the variability and predictability of water delivery system were calculated and compared for two concrete and earthen irrigation canals and the plots that are covered by them in renovated paddy fields of Esmaelkola village in Joybar city of Mazandaran province.
    Results
    The results of the quantitative indicators evaluation shows that although concrete lining of canal has made noticeable effect on the promotion of variability indicators in earthen channel, as Concrete channels have shown better results than earthen channel in the values of these parameters: Adequacy and dependability indices, respectively, 18 and 5 percent, fifty percent level of delivery reliability as 0.14, timeliness of water delivery as much as 4 days and delivery steadiness index as 0.27, but structural and managerial problems in intake and control system leading to inadequate and inequitable distribution of water between plots of lined channel according to the coefficient of variation 0.33 for adequacy and 0.46 for reliability and timely variations of water delivery to downstream plots show a major difference with defined standards considering steadiness lower than 0.5, timeliness index that was mostly more than 10 days and low amount of fifty percent level of delivery reliability. Both earthen and concrete channels linear correlation was mostly reversed between the delivered and required volume of water that indicates the lack of water delivery management based on demand. The inverse correlation coefficient between the variables of water delivery is -0.97 for concrete lined channel, so, it is correctly predicted improper management of water delivery in the final decades, and in the earthen channel, the value of 0.30 shows there is no correlation between the volume of delivered and required water and consequently low predictability of the system.
    Conclusion
    Generally, even with the concrete canal lining, indicators of reliable water delivery are not favorable in comparison with standards of these criteria. On the one hand, traditional, experience-oriented, and non-technical management system that governs water delivery in renovated farms has no appropriate scheduling for the use of supplied water during the planting season and on the other hand improving the existing system need to reform plot's intakes and flow control methods in the canal and complimentary water delivery schedule based on the irrigation demand.
    Keywords: Evaluation, Predictability, Rice, Variability, Water Distribution
  • Ali Salamatmanesh *, Seyed Ahmad Mirbagheri Pages 147-165
    Background And Objectives
    The study of adsorption/desorption process for heavy metals in soil and the evaluation of how these are transferred or accumulated or what happens to them in layers of soil is an important issue, that has attracted the attention of many researchers. Ability of accumulated metal transfer in layers of soil, because of surface water infiltration, precipitation and even infiltration of municipal and industrial wastewater in soil on one hand, and desorption of metals from soil as solution and their transfer and percolation into groundwater, which causes groundwater pollution, on the other hand are among other reasons which add to the importance of these types of research. Flow of raw wastewater in layers of soil due to adsorption/desorption process leads to transport of metals in soil column. This research was carried out as field operations, the aim of which was to assess desorption process for metals Ni, Zn and Pb that exist in soil in Semnan industrial region due to raw wastewater infiltration that are released from soil.
    Materials And Methods
    After the region raw wastewater infiltration, changes of concentration of metals in soil layers were measured and a statistical assessment was carried out with data, then for infiltration of wastewater to be applied in soil a pit was excavated. Soil sampling from the lower layers of the infiltration pit was done and Samples depth was from 20 to 300 cm in different layers. Before infiltration of wastewater, samples from the lower depths of the infiltration pit was obtained and used for determining the initial concentration in the soil layers (pre-infiltration) and after infiltration of wastewater, amount of heavy metals concentrations in the same depths are considered as post-infiltration data. A statistical assessment was carried out for evaluating the effect of desorption process (a paired-samples T-test is used for comparison of means) for each metal in the total soil column. This assessment was conducted by using statistical package SPSS18.
    Results
    The results indicate that, displacement in the center of mass happens from the top to the lower layers for the three metals. The statistical assessment indicated in this soil column, desorption process of Ni from soil to wastewater solution was effective, but for metals Zn and Pb was not. Transport ratio was calculated and for Ni, Zn and Pb were 136, 21 and 10, respectively. Dissolved concentration was calculated for Ni, Zn and Pb at the end of soil column were 4.07, 1.95 and 1.25 (ppm), respectively.
    Conclusion
    wastewater infiltration leads to transfer of all of metals towards more depths in soil column. Ni percolates into the groundwater much faster than other metals. The order obtained from metals affected by desorption process and amount of percolation into ground water was Ni>Zn>Pb.
    Keywords: heavy metals, desorption, raw wastewater, soil column, transfer
  • Majid Mahmuodabadi * Pages 167-183
    Background And Objectives
    Wind erosion is known as one of land degradation aspects in arid and semiarid regions. Soil moisture affects the erosion rate through controlling threshold velocity and soil erodibility. This study was done to investigate the effect of initial soil moisture content on wind erosion rate and threshold velocity as well in two soils with different texture classes using a wind tunnel facility under controlled conditions.
    Materials And Methods
    The experiment was conducted in two separate tests on two soils with different texture classes, each as factorial based on completely randomized design. Two factors including wind speed and initial moisture each at three replications were applied for each soil. For this purpose, two soils with different texture classes of sandy loam and sandy were chosen, afterwards various levels of initial moisture were produced for each soil and then were exposed to several wind speeds. Regarding to the different texture and erosion threshold of the soils, three levels of initial moisture contents of 1.5, 6.5 and 11.5% for sandy loam and 1, 2.5 and 4.5% for sandy soil were produced. After preparing the soil samples and placing in the wind tunnel, wind velocities of 5, 7.5 and 10 m s–1 at 10 cm height were generated and finally, sediment yield due to wind erosion was measured. In addition, the threshold wind velocity was determined through the observation method. Furthermore, the critical moisture content for each soil was determined based on the minimum moisture amount in which a significant reduction in erosion rate was observed.
    Results
    Results of this study showed that with increasing wind speed and initial moisture content, wind erosion rates increased and decreased, respectively. The measured erosion rates for sandy loam and sandy soils ranged from 0.015 to 0.768 and 0.086 to 14.088 g m–2 min–1, this difference was attributed to the soils primary and secondary particle size distribution. With increasing the soils moisture content, the threshold wind velocity increased as a power function. The critical moisture contents of 6.5% and 4.5% were determined for sandy loam and sandy soils, respectively. With increasing moisture content in sandy loam soil from 1.5 to 6.5%, at wind velocities of 5, 7.5 and 10 m s–1, the erosion rate decreased by 64.6, 80.7 and 62.9%, while with increasing moisture content from 1.5 to 11.5%, it was reduced by 82.3, 90.8 and 77.5%, respectively. These reduction values for sandy soil for the increase in moisture from 1 to 1.5% were 27.7, 32.8 and 71.3% and for the increase in moisture content from 1 to 4.5% were 92.2, 86.6 and 93.9%, respectively.
    Conclusion
    The findings of this research revealed the importance of maintaining and or increasing in soil moisture to combat wind erosion, so that due to soil moisture increase, wind erosion rate can be restricted by 90%. It was concluded that the critical value of moisture content differs in various soils. This critical value for sandy soil (4.5%) was lower than that in sandy loam soil (6.5%). By reducing wind speed toward values less than the threshold velocity, in addition to soil management strategies to maintain and improve soil moisture, wind erosion can be reduced, remarkably.
    Keywords: Wind tunnel, Soil moisture, Wind speed, Arid region
  • Abazar Solgi *, Mohammad Reza Golabi Pages 185-201
    Background And Objectives
    An increasing need to water causes the importance of planning management in order to control water consumption in the future. River flow prediction, in addition to the management of water resources, can predict natural disasters such as flood and drought. Therefore, an accurate estimation of river flow using different models is an issue which has been considered by different water resource researchers. Intelligent models have been used to predict river flow. One of these models, which have shown appropriate performance, is Gene Expression Programming (GEP). A use of intelligent models in combinations has been lately accepted and for this purpose, the wavelet transform is usually used.
    Materials And Methods
    In this study, the GEP model was used for modeling flow in the daily and monthly scale in Gamasiyab River. For this purpose, data of precipitation, temperature, evaporation and flow Gamasiyab River in Varayeneh Station was used during the period from 1970 to 2012. To increase the accuracy of the model, two methods of data pre-process, called Wavelet transform, and principal components analysis (PCA) and were used in such a way that the primary signal of each input parameter was decomposed using the wavelet transform. Then, to determine main sub-signals, the principal components analysis was used and main sub-signals as inputs were entered into the GEP model to produce Wavelet- Gene Expression Programming (WGEP).
    Results
    Detection of different structures of the GEP model showed that the performance of the model was good on the daily scale, but in the monthly scale, the performance was reduced. The comparison of the WGEP model with The GEP model showed that the performance of the hybrid model in both of the daily and monthly scale was better than the simple model. It’s because of a pre-process which was done on data. The results of the hybrid model, based on the coefficient determination, was increased by 4% on the daily scale, and by 23% in the monthly scale. Also, regarding too many sub-signals, using the Principal Components Analysis increased the speed of running.
    Conclusion
    Using pre-process of data has increased the performance of the model and using the PCA, as an auxiliary tool for the wavelet transform, increased the speed and accuracy of the model. Totally, the results showed that it’s possible to use the GEP model with the wavelet transform as a suitable tool for modeling and predicting the flow of Gamasiyab River.
    Keywords: Data Pre-processing, Flow Modeling, Gene Expression Programming, Wavelet Transform, PCA Method
  • Majid Hejazi Meh * Pages 203-219
    Background And Objectives
    Environmental pollution by heavy metals has been known as a serious problem associated with industrialization. Due to high stability nature, heavy metals could be accumulated in soils at toxic levels and insert to human food chain. The total concentration of heavy metals can indicate the extent of contamination, but is not usually an accurate indication of the bioavailability, mobility and phyto-toxicity and thus the fractionation procedures have been used to show environmental risks of toxic metals. Heavy metals in soils occurred in soluble, exchangeable, organically bound, oxides bound and residual fractions. There is limited information about bioavailability heavy metals in soils around coal washing factories of Iran. This study was conducted to investigate the distribution of chemical fractions of copper, lead and cadmium in a coal washing factory located in Zarand.
    Materials And Methods
    The study area (Zarand coal washing plant) is located about 70 kilometers from Kerman city (Western Iran). A nested grid sampling scheme was adopted using Google Earth. In this study, 4 areas were selected according to dominant vegetation. Composite soil samples (5 samples per point) were systematically collected from 0 to 30 cm depth. Soil samples were air dried and passed through a 2 mm sieve. For determination of total concentration of heavy metals (Cu, Cd and pb), 20 mL of 5N HNO3 was added to 0.2 g of soil samples and heated for 10 minutes and then kept at room temperature for 24 h. after centrifuge, the concentration of heavy metals was determined using atomic absorption spectrometer. Chemical fractions of heavy metals including acid-soluble/exchangeable fraction, reducible (bound to Fe-Mn oxides), oxidizable (bound to organic matter) and residual fractions were sequentially extracted. After each successive extraction, separation was carried out by centrifugation at 3000 rpm for 30 min. the supernatant was filtered with Whatman 42 filter. The concentration of Cu, Cd and pb in supernatant was determined using atomic absorption spectrophotometer.
    Results
    The results showed that the total contents of Cu, Pb and Cd in 4 areas was higher than the standard range provided by Iranian soil and water office of human environment Bureau, showing the serious pollution of studied heavy metals in soils. Based on Geoaccumulation Index (GI), site 4 were highly polluted by Pb whereas Cu and Cd were in non- polluted to slightly polluted status. Spatial distribution of heavy metals showed that the highest content of Cd, Pb and Cu were found in the northwest and the west direction of factory with agricultural land use showing the alarming status of this area. In all sites, the residual and exchangeable fractions of heavy metals had the greatest and lowest values among other fractions, respectively. The distribution of studied metals (Cu, Cd and Pb) were lined in the order of residual fraction > reducible fraction > oxidizable fraction > exchangeable fraction.
    Conclusion
    According to average concentration presented by soil and water office of human environment Bureau, Cu, Pb and Cd values are in alarming status. The changes in chemical fractions of Cu and Pb following the order of residual> Reducible > Oxidizable fraction > exchangeable. Based on Geoaccumulation Index (GI), the areas were highly polluted by Pb. The results showed that in comparison with Cd and Cu, the main fraction of Pb is deposited in residual fraction in soil. Based on these results, the Cd and Cu are more dangerous than Pb in this region and are capable to transport in food chain.
    Keywords: Environmental pollution, coal washing, Fractionation, heavy metals, lability
  • Saheleh Kakouei, Alireza Emadi * Pages 221-237
    Background And Objectives
    Due to water resources shortage in our country, improvement of water distribution management is unavoidable matter for increase irrigation network performance. Control systems have an important role in water distribution irrigation network and network succesful depends on performance. Succesful modelling and running depends on tuning of control coefficients. Regarding the control, in general, the water level deviation from a pre-defined target level should be kept as small as possible. Aim of this study is determination of optimal control coefficients using SCE method.
    Materials And Methods
    In this study, PID controller (upstream control and downstream control) is developed for slide gate on the ICSS model. PID is the most commonly applied type of controller in control engineering. An error value is calculated as the difference between a measured water level and a desired target level. The controller attempts to minimize the error by adjusting the flow passing under the gates. The PID algorithm consists of three control terms: the proportional term (P) which depends on the present error; the integral term (I) which is based on accumulated errors; and the derivative term (D) which is based on rate of change of errors. For tuning PID coefficients, SCE algorithm is used for increment and decrement operation scenario in Mc canal of Alborz irrigation network with 12.6km length at 5hr time operation. The objective function consists of three performance indexes of MAE (Maximum Absolute Error), IAE (Integral of Absolute Error) and dimensionless form of SRT (System Response Time). Also Molden and gates indexes is used for performance assessment canal.
    Results
    Optimal coefficients controller are gained in operation scenario. Using gained coefficients, model will be able to tune water level in target level in increment and decrement process at short time. Maximum errors are related to C1 structure with 10cm in upstream controller and C3 structure with 6cm in downstream controller. Upstream controller are not able to tuning water level in downstream, so water supply in TO14 and TO16 is disturbed and MPA index is fair and poor performance classes Respectively for TO14 and TO16. The MPA index have been improved in downstream controller Compared to upstream controller. MPA, MPF, MPD indexes are good performance classes in both controller and MPE index is fair.
    Conclusion
    Results show gained optimal coefficients of the developed model to the upstream and downstream controllers is Responsive to changes in operation in a short time.
    Keywords: PID Control System, ICSS Model, MC Canal of Alborz irrigation network, Assessment Index
  • Aliasghar Vahedi * Pages 239-255
    Background And Objectives
    Considering global warming as a prominent challenge in the world and based on increase and protection of soil carbon stock in forest ecosystems, optimal monitoring carbon sequestration in Forests is very efficient to verify its sustainability and climate change. Therefore, a comprehensive protocol is needed for developing models with high certainty in relation to soil organic carbon (SOC) stock. Furthermore, using the models including explanatory variables attributed by easy measurement capabilities and the lowest cost is conducted to properly protective control in association with variation of carbon sequestration in different soil layers.
    Materials And Methods
    This research was conducted in Nour Forest Park as a largest plain forest in north of Iran. The number of 25 plots with 400 m2 was placed in the three stands (Alder- Ironwood, Maple- ironwood, Elm- Hornbeam) based on randomized block design sampling to measure plants biodiversity and soil carbon factor. Regression analysis and simulating by ANN was used to monitor soil carbon pool optimally.
    Results
    The results showed that multiple linear regression including correlated indices based on validation parameters such as Akaike information coefficient and variance inflation factor (VIF
    Conclusion
    Irrespective of ecological and biological interpretations, an accurate type of mathematic relationship (Function) between plant biodiversity indices and the response variable is dubious with low certainty and statistical issues such as variance inflation factor. Hence, ANN application can be a best alternative to traditional models for the response variables. Subsequently, like the parameters in the traditional models, the topology of each model in ANN is determining the architecture and efficiency of monitoring the responses in different soil layers.
    Keywords: Carbon sequestration, Plant biodiversity, Regression analysis, Artificial neural network
  • Esa Maarofpuor * Pages 257-271
    Background And Objectives
    Infiltration is the most critical and often most difficult parameter for evaluation of surface irrigation systems. In particular, the infiltration specification is variable with time and place. In general, a fairly large number of field measurements is needed to show the average farm condition. The aim of this research is the investigation of the accuracy of extraction the type cumulative infiltration equation by using the Non- point methods and the adjusted by the irrigation process, in simulation of the closed end furrow irrigation system. For simulation, was used from the zero inertia model in WinSRFR software and the zero inertia and Hydrodynamic models in SIRMOD software.
    Materials And Methods
    This research was implemented at two farms whose names were 201E and 201C1, in the Hafttape Cultivation and Industry of Sugarcane that Sugarcane was cultivated in furrows floor. In each farm 7 consecutive furrows selected. Even furrows test and odd furrows had buffer roles. The average furrows length was in 201C1 farm, 268 meters and in the 201E farm 165 meters. In the both farms Longitudinal slope of the test furrows was measured and 0.001 (meter/meter) obtained and furrows width, 1.5 meters. The furrows were irrigated by closed end method. In order to prepare the data for the advance and recession, was put the station in the furrows length intervals of 20 meters. In both farms, three irrigations were evaluated. For measurement of the inlet flow rate to the test furrows, was used from WSC flume, type 3. Kostiakov Louis type cumulative infiltration equations obtained by the inflow – outflow method for both farms. By using the Advance and recession data and the volume of inflow water and infiltration to the furrows the type cumulative infiltration equations was adjusted and the adjusted cumulative infiltration equations obtained for each furrow. Then the amounts of the advance of the each irrigation for both farms simulated by using the type cumulative infiltration equations and adjusted and the hydrodynamic and Zero inertia models of both WinSRFR and SIRMOD software.
    Results
    Results of this research showed that placement the amount of infiltration experiments flow rate in SM software improves significantly the simulation process. Compare the results of the Zero inertia and hydrodynamic models of SM software shows that results of these models in simulation of the closed end furrow irrigation process with Sugarcane Cultivated in furrows floor, were similar and had little difference together. Evaluation of the result of SM and WS software simulations shows that if the type cumulative infiltration equations used in the advanced accuracy of process simulation in the 201C1 farm, had the good and moderate ranking and in the 201E farm, had the weak rank. Adjusting the infiltration equations and using them in these software upgrade accuracy simulation in the 201C1 farm to excellent ranking and in the 201E farm to the good and moderate range. This increase of accuracy was the improvement of the average of Relative Absolute Error index in the 201C1 farm 63 percent and in the 201E farm 53 percent. Results too showed that the SM software in simulated of both farms with the fewer Mean Square Error and the fewer Relative Absolute Error had better performance and both software have predicted Computing advanced times more than the real amount them.
    Conclusion
    In general results of this research shows that if the adjusted infiltration equations used Instead of the type infiltration equations in the designing, simulation and evaluation of the closed end furrow irrigation systems, increased the accuracy of results to significantly, finally will cause the improvement and increasing of the irrigation systems hydraulic indexes.
    Keywords: Surface irrigation_Kostiakov Louis infiltration equation_inflow – outflow method_SIRMOD_WinSRFR
  • Farrokh Asadzadeh * Pages 273-288
    Background And Objectives
    River sediments are the major component of the aquatic ecosystems and play an important role in the nutrients cycle and contaminants transformation in river systems. Sediment particles are transported in the forms of the suspended and bed sediment depending on the river flow regime and the size distribution of the particles. Sediments in the river are in equilibrium with the pore water and river flow. Therefore, the composition of sediments strongly affects water quality and the biological activities in the aquatic systems. Release of the organic and inorganic contaminants and nutrients from the sediments to the river flow is mainly influenced by the physical and chemical properties of the sediments. Thus, understanding of the basic physical and chemical properties of river sediments is essential for sustainable management of the watershed. The aim of this study was evaluate and compare the physical and chemical properties of the suspended and bed sediments of the Roze-Chay river in the Urmia region.
    Materials And Methods
    Total of the 19 bed sediments were collected along the river. Bed sediments were sampled from three parts of the river including up-stream (6 samples), mid-stream (6 samples), and down-stream (7 samples). In addition, six suspended sediments were sampled from the river during a flood event. Sediment samples were passed through a 2000 micron sieve and were analyzed for their basic physical and chemical properties. Hierarchical cluster analysis and principle component analysis were preformed for grouping the sediment samples and identifying the most effective properties of them.
    Results
    Results indicated that the sand and silt particles are very dominant in bed and suspended sediments, respectively. The average silt and very fine sand content in bed sediments were 15.8 and 15.5 percents, while the silt and very fine sand particles content in suspended sediments were 44 and 25 percent, respectively. However, bed sediment have coarse texture due to their higher sand content in comparison with suspended sediments. The average values of organic matter and electrical conductivity of bed sediments were 1.7 and 2.5 times greater than the suspended samples. The organic matter content in up-stream bed sediments were higher than the middle and downstream parts, which may due to the discharge of the domestic sewage in this part of the watershed. Principle component and the hierarchical cluster analysis showed that the organic matter, EC, and particle size distribution are the most effective properties of the sediments.
    Conclusion
    Discharge of the domestic sewage to the river bed may has led to the accumulation of the organic matter and soluble salts in the bed sediments of the upstream part. As a result, the basic physical and chemical properties of the upstream bed sediments are different from the middle and downstream parts. Preventing the entry of the sewage into the river bed especially at the upstream part has an essential role in sustainable management of the Roze-chay river ecosystem. Multivariate analysis of the sediment samples revealed that there was a significant difference between the properties of the suspended and bed sediments.
    Keywords: Selective deposition, River system, Organic matter, Particle size distribution
  • Mostafa Sadeghifar, Ali Beheshti Aleagha *, Morteza Pourreza Pages 289-302
    Background And Objectives
    Fire is the most important disturbance factor in forest ecosystems that can result in short and long term changes in soil physical and chemical properties. The changes of these properties in soil after fire may have negative effects on forest ecosystem even in long term. Since the fire frequency in Zagros forests have been increasing in the recent years, identifying the short term and long term effects of fire on soil properties in these forests is necessary to prevent soil degradation. Hence, in this study the short and long term responses of some physical and chemical properties of soil were investigated in order to identify the recovery time of these properties.
    Materials And Methods
    In order to investigate the recovery time of soil physical and chemical properties after fire, 3 places in one site (distance about 1km from each other) in Zagros forests were selected with different times of fire occurrence including: 1, 3 and 10 years after fire. To decrease the environmental effects, we considered a separate unburnt control plot for each place in their adjacent and each place was compared with its own control plot. The soil sampling was performed randomly from the depth of 0-20 cm with 4 replications. A total of 24 composite soil samples were collected. Several soil physical and chemical properties were measured including: pH, EC, CEC, organic carbon (OC), nitrogen (N), phosphorus (P), saturated water content, bulk density (BD), C/N ratio and soil texture. The statistical analysis of experiment data was performed using IBM SPSS software and mean comparison was done by t test method.
    Results
    The results showed that soil pH, CEC, EC, and P were significantly increased 1 year after fire. Soil pH and CEC were recovered to the pre-fire level in treatments 3 and 10 years after fire, while, EC and P were significantly decreased compared to their control. Saturate water of soil was decreased 1 year after fire however, no significant difference was observed compared to the pre-fire level after 3 and 10 years. Results indicated that OC and N were significantly decreased in all the times after fire and they were not recovered to the pre-fire level even after 10 years. BD was decreased 1 and 3 years after fire however, after 10 years no significant difference was observed compared to the control. No significant difference was in soil C/N ratio, clay, sand, and silt compared to the control in any times after fire.
    Conclusion
    It was concluded that some physical and chemical properties of soil may recovered in short time however; some others may not have recovered even 10 years after fire. Soil OC, N and P are of those properties that need long time to be recovered.
    Keywords: Fire, Zagros forests, Physical –chemical properties, soil
  • Mohammad Albaji * Pages 303-308
    Background And Objectives
    The aim of this study was to examine the possibility of reuse of wastewater of Shahrekordʼs sewage treatment plant for agriculture and determine the restrictions of use of wastewater in drip irrigation system in terms of influence on emitter clogging potential.
    Materials And Methods
    For this purpose, some of physical, chemical and biological parameters of wastewater quality of Shahrekordʼs sewage treatment plant, in April-September 2015, were measured on a monthly basis and then compared with the Iranian Environmental Protection Organization standards, World Health Organization standards (WHO), World Food and agricultural organization (FAO) and the standard of water quality classification according to the emitter clogging potential.
    Results
    According to the results of water quality, the average amount of fecal and total coliforms in wastewater during the study, were 6416.8 and 16966.7 (MPN/100ml), respectively; that was outside of the recommended permissible range by the Iranian environmental protection organization standards for wastewater use in agriculture, so more chlorination is necessary, before wastewater discharge. In addition, based on the average value of microbiological parameters, fecal coliform and the number of intestinal nematodes (0 N/100ml) and according to World Health Organization standards, the use of wastewater for irrigation of plants that can be eaten raw, is not possible. Also according to FAO standard, wastewater application in terms of average amount of bicarbonate concentration in this period (4.64 me/L), had low to moderate limitation for crops. restriction Degree on use of wastewater in drip irrigation system in terms of average amount of total coliform count, level of pH (7.65) and water hardness (251.1 mg/L), was Moderate, and in the terms of average value of concentration of dissolved solids (405.5 mg/L), the concentration of suspended solids (35.2 mg/L), electrical conductivity (0.66 dS/m), iron (0.024 mg/L) and manganese (0.013 mg/L), was low. In addition, according to the negative value of langelier saturation index during the study period (-1.03), the possibility of sediment in the water, there weren’t.
    Conclusion
    According to the low potential of emitter clogging duo to physical and chemical agents, biological agents, considered as the main cause of emitter clogging when wastewater of Shahr-e kordʼs sewage treatment plant, use in drip irrigation systems. Thus, drip irrigation systems can be used in program of reuse of wastewater of sewage treatment plant in Shahr-e kord for irrigation of cereal and industrial crops resistant to high concentrations of bicarbonate and with consideration the use of managements such use of appropriate filter, acidification, flushing of laterals and especially chlorination of the irrigation system.
    Keywords: Irrigation, unconventional water, wastewater, water quality