فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و چهارم شماره 4 (مهر و آبان 1396)
  • سال بیست و چهارم شماره 4 (مهر و آبان 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/10/05
  • تعداد عناوین: 17
|
  • محبوبه حاجی بیگلو*، واحدبردی شیخ صفحات 1-22
    سابقه و هدف
    تالاب های رودخانه ای محیط های آبی هستند که در اراضی پست حاشیه رودخانه ها واقع شده و در مواقع سیلابی از آب پر می شوند و یا این که توسط سفره آب زیرزمینی تغذیه می گردند. به منظور شناسایی و مکان یابی مناطق مستعد تالاب باید ویژگی های هیدرولوژیکی شامل فیزیوگرافی حوزه آبخیز، حجم و تغییرات زمانی (فصلی) آبدهی رودخانه ها و تغییرات سطح آب زیرزمینی مطالعه شود. افزایش روزافزون جمعیت و نیاز مبرم به حفاظت، احیاء و گسترش محیط های طبیعی و با ارزش چون تالاب ها، برای تامین نیازهای زیست محیطی بشر در راستای توسعه پایدار آن به شدت احساس می شود. هدف این پژوهش بررسی بهره مندی از ظرفیت های موجود بیولوژیکی رودخانه در راستای احیای تالاب های رودخانه ای می باشد تا از این طریق بتوان در راستای بهبود شرایط بیولوژیکی و اکولوژیکی تالاب های کشور گام برداشت.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق رودخانه تجن واقع در محدوده شهرستان سرخس از لحاظ وجود آثار پوشش درختی در کنار بستر رودخانه، وجود ظرفیت های ویژه طبیعت گردی، ظرفیت های ویژه پرنده نگری، مرفولوژی مناسب رودخانه، سیل گیری اراضی سیلابدشتی حاشیه رودخانه، پتانسیل منطقه به منظور مکان یابی ایجاد تالاب شناسایی گردید. ایجاد تالاب در رودخانه تجن با ذخیره سازی بارش های جوی و رواناب های حاصل از آن نقش مهمی در کاهش سیلاب های مخرب دارد. لذا کلیه مولفه های تاثیرگذار در تعیین حریم محدوده تالاب پیشنهادی شامل ویژگی های زمین ریخت شناسی و زمین شناسی، هیدرولوژیکی، هیدرودینامیکی، اقتصادی، اجتماعی و توسعه ای حوزه آبخیز رودخانه تجن مورد مطالعه قرار گرفت. در بازدید انجام شده از منطقه براساس شرایط حاکم از لحاظ تنوع زیستی، گونه ای، اکولوژیکی، هیدرولوژیکی و هیدرولیکی، چهار موقعیت مکانی مناسب ایجاد تالاب های رودخانه ای در در درون حوزه آبخیز تعیین گردید. سپس به منظور بررسی خصوصیات ریخت شناسی و هیدرولیکی آن، مقطع عرضی مربوط به هریک از این موقعیت ها به دقت پیمایش و اندازه گیری شده است.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که در دو موقعیت از چهار موقعیت مورد بررسی که در محدوده جنگل جهان بانی سرخس قرار دارند براساس مطالعات هیدرولیک جریان و ریخت شناسی رودخانه، بدلیل سرعت کم جریان آب و عریض بودن رودخانه در این بازه ها ، می توان عملیات احیاء پوشش گیاهی و تالاب را اجرایی نمود. بررسی آبدهی ماهانه در چندین سال اخیر در ایستگاه هیدرومتری پل خاتون- کشف رود نشان می دهد آبدهی رودخانه تجن به وی‍ژه در ماه های گرم سال صفر و یا نزدیک صفر است؛ بنابراین برای تامین آب تالاب پیشنهادی، بیشتر باید به سیلاب ها و آورد سالیانه زیرحوزه های بالادست و حجم سیلاب آن ها تکیه کرد.
    نتیجه گیری
    میزان آورد سالیانه رودخانه در محل یکی از تالاب های پیشنهادی محدوده جنگل جهانبانی 9/125 میلیون مترمکعب برآورد گردید. این سایت از نظر اکوتوریسم و وجود تنوع بالای پرندگان در منطقه می تواند با توسعه فعالیت های گردشگری در منطقه از جهات مختلف مورد بهره برداری قرار گیرد.
    کلیدواژگان: تالاب رودخانه ای، سیلابدشت، مرفولوژی رودخانه، مکان یابی، هیدرولیک جریان
  • علی رئیسی عیسی آبادی*، حمیدرضا غفوری، داود رستمی صفحات 23-41
    سابقه و هدف
    آبخوان های ساحلی از مهم ترین منابع تامین آب شیرین در بسیاری از کشور های جهان، بخصوص در نواحی خشک و نیمه خشک به شمار می رود. بدلیل مجاورت و ارتباط آبخوان های ساحلی با آب شور دریا و تهدید ناشی از آلوده شدن آن ها بواسطه پیش روی آب شور، مدیریت و حفاظت این منابع آب شیرین ساحلی امری کاملا ضروری است. بنابراین هدف از پژوهش حاضر، توسعه یک مدل عددی جدید برای شبیه سای انتقال آلودگی در آبخوانهای ساحلی (تهاجم آب شور دریا به آبخوان های ساحلی) با استفاده از روش عددی گالرکین ناپیوسته می باشد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق از روش های گالرکین ناپیوسته که کمتر در مسائل مهندسی گسترش پیدا کرده است، برای شبیه سازی جریان های وابسته به چگالی آب زیرزمینی (مانند هجوم آب شور دریا به آبخوان های ساحلی) بکار گرفته شد. برای این منظور معادلات غیر خطی حاکم بر جریان و انتقال شوری در یک محیط آبخوان اشباع با استفاده از روش گالرکین ناپیوسته منقطع سازی گردید و از روش ضمنی برای منقطع سازی زمانی استفاده شد. پس از اعمال شرایط مرزی و اولیه، روش پیکارد اصلاح شده برای خطی سازی معادلات جبری حاصله بکار گرفته شد که برای از بین بردن نوسانات غیرفیزیکی در حل عددی از محدود کننده شیب چاونت-جافری استفاد شد. دو مساله اصلاح شده هنری، مساله الدر و درنهایت مساله آزمایشگاهی گاسوامی-سلمنت در سه فاز متفاوت مورد استفاده قرار گرفت. برای تمامی مسائل نتایج با سایر حل های ارائه شده برای آن مسائل مقایسه گردید تا دقت مدل قابل ارزیابی باشد. همگرایی روش با ریز کردن شبکه حل در مساله استاندارد هنری نشان داده شد. محدود کننده شیب چاونت-جافر برای کنترل نوسانات غیر فیزیکی در حل مساله آزمایشگاهی بطور موفقیت آمیزی بکار گرفته شد که نتایج رضایت بخشی از آن بدست آمد. نتایج حاصل دقت مدل را در مقایسه با سایر روش های عددی بخوبی نشان داده است.
    نتیجه گیری
    مدل با استفاده از مسائل مذکور مورد صحت سنجی و ارزیابی قرار گرفت که نتایج حاصل در تمامی مثال-ها حاکی از دقت بسیار بالای این روش دارد. در مکان هایی از دامنه حل که سرعت جریان بالاست، نشان داده شد این روش در مقایسه با برخی روش ها همانند تفاضل محدود نوسانات غیر فیزیکی از خود بروز نمی دهد. علاوه براین نتایج نشان می دهد که این روش نسبت به روش های عددی دیگر همچون روش احجام محدود پخش عددی کمتری را بروز می دهد. همینطور استفاده از این روش برای شبیه سازی مساله آزمایشگاهی جنبه کاملا عملی این مدل را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: گالرکین ناپیوسته، جریان های وابسته به چگالی، بقاء محلی، تهاجم آب شور دریا، محدود کننده شیب
  • مصطفی یعقوب زاده*، محسن احمدی، حسام سیدکابلی، غلامرضا زمانی، مهدی امیرآبادی زاده صفحات 43-61
    سابقه و هدف
    به دلیل وابستگی کشاورزی به آب، تعیین شرایط خشکسالی در هر منطقه به منظور برنامه ریزی تامین غذا مهم است. متاسفانه چون تعریف یکسانی از شرایط خشکسالی وجود ندارد؛ شاخص های متعددی برای آن ارائه شده است. شاخص بارش استاندارد شده (SPI) یکی از شاخص های مهم هواشناسی استکه به منظور تعیین خشکسالی های کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد. شاخص کمبود تبخیر-تعرق (ETDI) نیز یکی از شاخص های مهم است که به منظور استفاده در بخش کشاورزی ارائه شده است. این شاخص در مناطق خشک و نیمه خشک کاربرد دارد. با وجود اینکه تحقیقات متعددی در خصوص شاخص های خشکسالی از جمله SPI وجود دارد، تاکنون مطالعات اندکی فقط در خارج کشور در خصوص کاربرد شاخص ETDI انجام شده است. لذا در این تحقیق سعی شد، تعیین خشکسالی با استفاده از شاخص های ETDI و SPI در دشت نیشابور به کمک مدل های تغییراقلیم انجام شود.
    مواد روش ها
    این تحقیق به منظور تعیین خشکسالی در دشت نیشابور واقع در عرض جغرافیایی و طول جغرافیایی انجام شد. شاخص ETDI براساس کمبود تبخیر-تعرق هفتگی در این منطقه تعیین شد. به منظور مقایسه نتایج شاخص ETDI نسبت به سایر شاخص های خشکسالی، از شاخص SPI که یکی از مهم ترین شاخص های مورد استفاده در این خصوص است، استفاده شد. داده های مورد نیاز این تحقیق از ایستگاه هواشناسی نیشابور در بازه 1373 تا 1390 (1992 تا 2011) گرفته و برای مزارع آبی (مزارع گندم فاروب و سلیمانی، جو و ذرت) و مزارع دیم (برای گندم دیم) استفاده شد. برای تعیین داده های هواشناسی مورد نیاز هر شاخص در مزارع آبی در دوره های آتی (2020 تا 2039 و 2080 تا 2099) از مدل های HADCM3، ECHOAM و CGCM3 T47 براساس سناریوهای A2، B1 و A1B استفاده شد. برای مزارع دیم نیز از مدل HADCM3 براساس سناریوهای A2 و B1 استفاده گردید. آماره های میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطای مطلق (MAE)، ضریب تبیین (R2) نیز برای مقایسه نتایج دو شاخص ETDI و SPI مورد استفاده قرار گرفتند.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که شاخص ETDI برای مزرعه فاروب در دوره پایه (1992 تا 2011) در حالت «رطوبت اولیه» قرار داشت در حالی که در دوره های آتی (2020 تا 2039 و 2080 تا 2099) در حالت «خشکی» تعیین شد. شاخص ETDI برای مزرعه سلیمانی در دوره پایه در حالت «نرمال» قرار داشت. این شاخص برای مزرعه سلیمانی در دوره های 2020 تا 2039 و 2080 تا 2099 به ترتیب در حالت های «نرمال» و «خشکی اولیه» تعیین شد. شاخص ETDI در دوره پایه برای مزارع جو و ذرت به ترتیب در حالت های «نرمال» و «خشکی اولیه» قرار داشت. این شاخص برای هر دو مزرعه دو دوره های آتی در حالت «نرمال» قرار گرفت. مقدار شاخص ETDI برای گندم دیم در دوره پایه کمتر از گندم آبی بود در حالی که عکس این حالت در دوره آتی مشاهده شد. با استفاده از اکثر سناریوهای تغییر اقلیم، شاخص ETDI مقداری منفی داشت. این نشان دهنده ی بروز خشکسالی در دوره های آتی به دلیل کمبود تبخیر-تعرق است. نتایج شاخص SPI نشان داد که شاخص خشکسالی در این منطقه در وضعیت «خشکسالی اولیه» بود و در زمان های آتی نیز تغییری نیافت.
    نتیجه گیری
    نتایج شاخص های ETDI و SPI بسیار با هم تفاوت داشت. علت آن نیز این بود که خشکسالی کشاورزی به کمبود تبخیر-تعرق وابسته است و به همین دلیل شاخص ETDI نتایج بهتری به دست داد. مقایسه نتایج بین این دو شاخص با استفاده از آماره RMSE تفاوت زیادی در دوره های آتی نشان داد. علاوه بر این، شاخص ETDI و SPI همبستگی زیادی نسبت به هم (براساس آماره R2) نداشتند. وجود این تفاوت ها منطقی است زیرا شاخص SPI از داده های بارش و شاخص ETDI از داده های تبخیر-تعرق استفاده می کنند. براساس نتایج این تحقیق، شاخص SPI به عنوان یک شاخص برای تعیین خشکسالی کشاورزی پیشنهاد نمی شود.
    کلیدواژگان: تبخیر-تعرق واقعی، تغییراقلیم، شاخص کمبود تبخیر و تعرق، شاخص بارش استاندارد شده، مدل SWAP
  • کتایون حق وردی * صفحات 63-81
    سابقه و هدف
    خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک می توانند به عنوان مهمترین مشخصه های شاخص کیفیت خاک در ارتباط با تغییر پوشش اراضی و تغییر اقلیم مد نظر قرار گیرند. جنگل کاری با گونه های بومی و غیربومی جهت بازسازی اراضی تخریب یافته طبیعی مورد استفاده قرار گرفته است. اصولا برای مطالعه کیفیت خاک ویژگی هایی که به تغییرات محیطی حساس تر هستند در نظر گرفته می شوند. ویژگی های زیستی و بیوشیمیایی خاک از جمله شاخص هایی هستند که در کوتاه مدت به تغییرات محیطی و مدیریت اکوسیستم واکنش نشان می دهند. خاک به عنوان بستر رویشگاه، شدیدا تحت تاثیر نوع گونه درختی انتخابی قرار دارد. توجه به نوع گونه و اثر آن بر مشخصه های کیفی خاک به عنوان راهکار مدیریتی موجب حفظ کمیت و پایداری طولانی مدت عرصه های جنگل کاری می شود.
    مواد و روش ها
    به منظور بررسی تاثیر پوشش های مختلف (اقاقیا، زبان گنجشک، سرو نقره ای و کاج تهران) اراضی بر شاخص-های فیزیکوشیمیایی، میکروبیولوژی و تصاعد گاز دی اکسید کربن خاک، تحقیق حاضر در محدوده پارک چیتگر مورد توجه قرار گرفت. نمونه برداری از لایه آلی (لاشبرگ) و معدنی (20- 0 سانتی متری) خاک بصورت تصادفی سیستماتیک انجام پذیرفت. مشخصه-های کیفی لاشبرگ (کربن و نیتروژن)، جرم مخصوص ظاهری، بافت، رطوبت، اسیدیته، کربن آلی، نیتروژن کل، نیترات، آمونیوم، زیتوده میکروبی کربن و نیتروژن، تصاعد دی اکسید کربن (و جریان آن در دما و رطوبت های مختلف) در محیط آزمایشگاه اندازه-گیری شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که کلیه مشخصه های فیزیکوشیمیایی خاک و لاشبرگ (بجز کربن) در توده های جنگلی مورد مطالعه تفاوت آماری معنی داری داشتند. طبق نتایج به دست آمده، بیشترین مقادیر هر یک از مشخصه های دی اکسید کربن متصاعد شده (1 میلی گرم دی اکسید کربن در متر مربع در روز)، زیتوده های میکروبی کربن (31/510 میلی گرم بر کیلوگرم) و نیتروژن (13/0 میلی گرم بر کیلوگرم) خاک در توده جنگلی اقاقیا مشاهده شد. همچنین، بیشترین میزان تصاعد دی اکسید کربن در شرایط رطوبت عرصه مشاهده شد و با افزایش دما میزان تصاعد افزایش یافت.
    نتیجه گیری
    تغییر نوع پوشش اراضی تخریب یافته، و جنگل کاری با گونه های پهن برگ و سوزنی برگ، در منطقه مورد مطالعه باعث بهبود شاخص های حاصل خیزی، بویژه شاخص های زیستی کیفیت خاک شد. بالاترین سطوح تنفس میکربی، زیتوده میکربی کربن و نیتروژن در رویشگاه های جنگل کاری شده پهن برگ و کمترین مقادیر آنها در اراضی بایر و فاقد پوشش درختی مشاهده گردید. نتایج حاکی از آن است که تغییر کاربری اراضی و نابودی پوشش گیاهی اکوسیستم، باعث افت شدید شاخص های مذکور در منطقه چیتگر شده است، لذا تغییر کاربری انجام یافته تهدیدی بر کیفیت و سلامت خاک در منطقه مورد مطالعه است که در مدیریت اکوسیستم های طبیعی تخریب یافته می بایست به این موضوع توجه خاصی شود.
    کلیدواژگان: جنگل کاری، پهن برگ، سوزنی برگ، زیتوده میکربی، مشخصه های خاک
  • سید محمد کازرونیان *، فریبرز عباسی، حسین صدقی صفحات 83-101
    سابقه و هدف
    فاکتورهای خاکی و زیستی می توانند در مکان و زمان به شدت متغیر باشند. بنابر این انتظار می رود که نفوذ آب در خاک هم در مکان و هم در زمان متفاوت باشد. به دلیل تغییرپذیری زمانی پارامتر نفوذ، اندازه گیری مستقیم آن نیاز به وقت و نمونه-برداری فراوانی دارد. به همین علت معادلات تجربی و فیزیکی برای کمی کردن فرآیند نفوذ در آبیاری سطحی وجود دارد. روش های متعددی برای تخمین ضرایب معادله های نفوذ وجود دارد که بسته به داده های اندازه گیری شده در مزرعه متفاوت هستند. انتخاب روش مناسب بستگی به داده های مزرعه ای موجود برای تخمین ضرایب نفوذ دارد. عواملی به صورت تصادفی در نقاط مختلف مزرعه اتفاق افتاده و باعث تغییر در میزان نفوذ آب در خاک می شوند. در نظر گرفتن تغییرات مکانی نفوذ در آبیاری باعث افزایش دقت در تخمین مقدار آب نفوذ یافته و یکنواختی توزیع می شود. لذا در پژوهش حاضر تلاش شد تغییرات پارامترهای نفوذ آب در خاک در آبیاری جویچه ای طی سه فصل زراعی بررسی شود.
    مواد و روش ها
    در پژوهش حاضر از داده های برداشت شده از مزرعه ای در مشکین دشت کرج در فصول زراعی 90، 91 و 92 استفاده شد. نوع کشت ذرت و بافت خاک مزرعه لومی بود. در هر فصل زراعی، 8 آزمایش مستقل اجراء شد که هر آزمایش شامل 4 جویچه به طول 120 متر و فواصل جویچه ها 75 سانتی متر بود. در هر فصل زراعی 15 نوبت آبیاری انجام شد. آزمایش های هشت گانه در طول سه فصل زراعی در مکان های تقریبا مشابه اجراء شدند. در هر نوبت آبیاری، از فلوم های WSC تیپ 3 برای اندازه گیری دبی-های ورودی و خروجی جویچه ها استفاده شد. در این تحقیق از معادله نفوذ کوستیاکف- لوئیس استفاده گردید. برای هر آبیاری با استفاده از روش بیلان حجم، ضرایب a و k معادله کوستیاکف - لوئیس با نرم افزارExcel محاسبه شد. در این روش ابتدا با استفاده از هیدروگراف های جریان ورودی و خروجی جویچه، سرعت نفوذ نهایی خاک محاسبه گردید. میانگین های تغییرات مکانی و زمانی ضرایب معادله کوستیاکف- لوئیس در سه فصل زراعی توسط آزمون چند دامنه ای دانکن با استفاده از نرم افزار SPSS مقایسه شدند.
    یافته ها
    داده ها با نرم افزار SPSS و به روش GLM تجزیه واریانس مرکب شدند. اثر شماره آزمایش (تغییرات مکانی) و نیز نوبت آبیاری (تغییرات زمانی) در سطح 1% و اثر فصل زراعی در سطح 5% بر تغییرات ضریب نفوذ k معنی دار شد. تفاوت بین هشت آزمایش طی سه فصل زراعی از لحاظ آزمون آماری دانکن در سطح 5% معنی دار شد. اثر هر سه منبع تغییر در سطح 1% بر تغییرات ضریب نفوذ a معنی دار شد. اثر شماره آزمایش بر میانگین تغییرات زمانی ضریب نفوذ a در سه فصل زراعی، حاکی از تفاوت آماری معنی دار از لحاظ آزمون آماری دانکن در سطح 5% بین هشت آزمایش بود. اثر فصل زراعی بر میانگین تغییرات زمانی و مکانی ضریب نفوذ a، نشانگر برتری معنی دار میانگین تغییرات ضریب مذکور در سال 90 -(6108/0)- نسبت به دو سال دیگر، با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال 5% می باشد. در حالی که در سال های 91 و 92، میانگین تغییرات مذکور، تفاوت معنی داری با یکدیگر نشان نداد.
    نتیجه گیری
    به طور کلی، در سه فصل زراعی بین نوبت های آبیاری از لحاظ میانگین تغییرات هر یک از ضرایب نفوذ k و a و همچنین بین هشت آزمایش از نظر میانگین تغییرات هر یک از ضرایب مذکور تفاوت معنی داری وجود داشت. در نهایت با توجه به تفاوت معنی دار میانگین تغییرات مکانی و زمانی هر یک از ضرایب نفوذk و a، تغییرات فصلی ضرایب نفوذ آب در خاک در سه فصل زراعی بررسی شده قابل اغماض نبود. نتایج نشان داد که ضرایب نفوذk و a معادله کوستیاکف- لوئیس از لحاظ مکانی و زمانی در فصول مختلف، تغییراتی نامنظم و غیر قابل پیش بینی دقیق دارند.
    کلیدواژگان: ذرت، روش بیلان حجم، ضرایب نفوذ، معادله کوستیاکف- لوئیس
  • سید مرتضی سیدیان*، حامد روحانی، ابولحسن فتح آبادی، مهسا جوادی علینژاد صفحات 103-122
    سابقه و هدف
    ارزیابی بار معلق رسوبی رودخانه ها بسیار مهم است. کیفیت آب رودخانه ها و محیط زیست تحت تاثیر بار رسوب می باشد. همچنین طراحی سازه های هیدرولیکی و سایر تاسیسات آبرسانی، مدیریت حوزه آبخیز و اجرای برنامه های حفاظت خاک و مشکلات عمده ی دیگر ناشی از آورد رسوب رودخانه ها به تخمین صحیح بار رسوب وابسته است. از آنجایی که برآورد مستقیم بار رسوبی بسیار دشوار و وقت گیر است، لذا این امر سبب شد محققان به برآورد غیرمستقیم بار رسوبی که به روش های گوناگون امکان پذیر است روی آورند. یکی از راه های آسان برآورد غیرمستقیم بار رسوبی، منحنی سنجه رسوب است. این روش تنها می تواند معرف یک مقدار رسوب در یک دبی معین باشد و به علت عوامل مختلفی در طبیعت ممکن است چندین مقدار بار رسوبی برای یک دبی مشخص وجود داشته باشد. بر این اساس در پژوهش حاضر از روش های رگرسیون چندک و جنگل تصادفی که بتوانند مقدار بار رسوب را برای یک مقدار دبی معین در احتمالات مختلف تخمین بزنند استفاده شد. با به کار گیری این دو روش می توان احتمال وقوع بار رسوب در رویدادهای استثایی و سیلاب های عظیم را تحلیل کرد.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش از مدل های منحنی سنجه رسوب، رگرسیون چندک و جنگل تصادفی به منظور برآورد بار رسوب چهار ایستگاه جنگلده، نوده، ارازکوسه و قزاقلی واقع در رودخانه ی گرگانرود در استان گلستان استفاده گردید. به این منظور داده های دبی- رسوب متناظر چهار ایستگاه مورد مطالعه به دو بخش 75% برای آموزش و 25% برای آزمون تفکیک شدند. در روش منحنی سنجه، مقدار رسوب با استفاده از معادله ی توانی برازش داده شده بین دبی و رسوب متناظر، حاصل گردید. الگوریتم های رگرسیون چندک و جنگل تصادفی با استفاده از نرم افزار آماری R اجرا گردیدند. مقدار بهینه پارامترهای متغیر این دو روش با استفاده از آزمون و خطا تعیین شد. با اجرای مدل، مقدار رسوب مربوط به یک دبی در سطوح احتمال مختلف (1% تا 99%) محاسبه شد.
    یافته ها
    با به کارگیری این دو روش، بار رسوبی در چندک های 5/2، 50 و 5/97% تعیین و دامنه عدم قطعیت در هر ایستگاه مشخص شد. روش جنگل تصادفی در ایستگاه های جنگلده و نوده با مقدار RMSE به ترتیب برابر 96 و 210 تن بر روز و رگرسیون چندک در ایستگاه های ارازکوسه و قزاقلی با مقدار RMSE به ترتیب 6453 و 24886 تن بر روز به عنوان بهترین روش برآورد بار رسوبی انتخاب شدند. مقدار معیار ارزیابی RMSE رسوب برآورد شده توسط منحنی سنجه رسوب کلاسیک در ایستگاه های جنگلده، نوده، ارازکوسه و قزاقلی به ترتیب برابر 199، 288، 7505 و 25811 تن بر روز به دست آمد.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان داد منحنی سنجه رسوب کلاسیک علاوه بر اینکه قادر به برآورد بار رسوبی در دامنه ی عدم قطعیت های مختلف برای یک مقدار دبی معین نیست، بار رسوبی را نیز با مقدار خطای بیشتری برآورد می کند. با استفاده از روش های رگرسیون چندک و جنگل تصادفی برای یک دبی معین مقدار رسوب در احتمالات مختلف قابل پیش بینی است و این امر کمک زیادی به برنامه ریزی صحیح و جامع برای ساخت سازه های آبی می کند و از این طریق، خطرات تخریب این تاسیسات را که ناشی از سیلاب های عظیم می باشد کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: منحنی سنجه رسوب، رگرسیون چندک، جنگل تصادفی، رودخانه ی گرگانرود
  • علی اکبر صفری سنجانی*، محبوبه صفری سنجانی صفحات 123-142
    سابقه و هدف
    آب های فرورفته و یا به جریان افتاده در روی خاک های بالادست، بویژه به هنگام ریزش های آسمانی می تواند مایه آلودگی آب های زیرزمینی و روزمینی در زمین های پایین دست شود. پایش و ارزیابی پیامد آب های سرزمین های خشک که به تالآب ها زندگی می بخشند، بسیار مهم است. پژوهش کنونی با هدف ارزیابی کیفیت آب های رها شده در تالاب میقان اراک و پیامد آن ها بر ویژگی های شیمیایی خاک تالاب انجام شده است.
    مواد و روش ها
    از آب های سه جایگاه رهاشدن پساب شهری اراک، رودخانه شهراب و پساب کارخانه فراوری سولفات سدیم به تالاب میقان در اردیبهشت و آبان سال 1393 نمونه برداری شد. شوری، غلظت کاتیون ها و آنیون ها، جامدهای محلول و معلق، نیتروژن، فسفر و کربن آلی آب ها اندازه گیری و آزمون شد. همچنین از دو لایه رویین (0-30 سانتی متری) و زیرین (30-60 سانتی متری) خاک تالاب در 4 جایگاه رهاسازی پساب شهری، رودخانه شهراب، رودخانه فراهان و پساب کارخانه در دو زمان یاد شده نمونه برداری شد و برخی از ویژگی های شیمیایی خاک ها آزمایش شد.
    یافته ها
    این پژوهش نشان داد که پساب شهری اراک شوری، نسبت جذب سطحی سدیم، کاتیون، آنیون و جامدهای بسیار کمتری از دو آب دیگر دارد ولی کربن آلی، فسفر و نیتروژن آن به اندازه چشم گیری بیشتر است که مایه کاهش پی-اچ، شوری و افزایش کربن آلی، فسفر و نیتروژن خاک بویژه در لایه رویین در جایگاه رهاسازی آن شده است. بهبود ویژگی های خاک می تواند با افزایش رشد گیاهان آب دوست تالاب مایه آلودگی آب آن به مانده های گیاهی و مواد آلی شود. در برابر آن پساب کارخانه فراوری سولفات دارای اندازه فراوانی از جامدهای محلول یا نمک ها، نسبت جذب سطحی سدیم و بویژه جامدهای معلق است. هر چند ویژگی های خاک آزمایش شده در این جایگاه نشان می دهد که برای رشد گیاهان ناشایست است ولی این آب با ویژگی های یاد شده می تواند مایه دگرگونی ویژگی های فیزیکی خاک در این جایگاه شود. ویژگی های شیمیایی آب و خاک لایه رویین و زیرین در جایگاه رودخانه شهراب بهم نزدیک است و نشان از هماهنگی و پایداری آب و خاک این جایگاه دارد. ولی بررسی ویژگی های لایه رویین و زیرین خاک در جایگاه رسیدن رودخانه فراهان به تالاب نشان داد که خاک لایه رویین آن دارای کربن آلی، نیتروژن، فسفر بیشتر و شوری کمتری در برابر خاک جایگاه رودخانه شهراب است که می تواند زیستگاه خوبی برای رشد گیاهان در این تالاب شور فراهم کند و مایه افزایش آلودگی آن به مانده های گیاهی و مواد آلی شود.
    نتیجه گیری
    فاضلاب شهری اراک کیفیت بالایی داشته و ویژگی های شیمیایی خاک را بهبود داده است. در برابر آن، کیفیت بد فاضلاب کارخانه فراوری سولفات سدیم ویژگی های شیمیایی خاک را بدتر کرده است. بنابراین پیش از رهاسازی آن ها در تالاب میقان اراک ترکیب این دو فاضلاب و آمیختن آن ها می تواند پیشنهاد خوبی باشد. به هر گونه این پیشنهاد نیاز به بررسی ویژه ای دارد.
    کلیدواژگان: آب رودخانه، پساب شهری، تالاب میقان، خاک تالاب
  • میثم سالاری جزی * صفحات 143-159
    سابقه و هدف
    در کنار محدودیت های اولیه آزمون های متداول بررسی روند بارش(رگرسیون خطی معمولی، من-کندال، سن و...)، این روش ها فقط به برآورد میانگین یا میانه شرطی می پردازند و کوانتایل های مختلف را در نظر نمی گیرند. بررسی روند تغییرات تابع توزیع احتمال تجربی (EPDF) و تابع توزیع تجمعی تجربی (ECDF) می تواند منجر به دستیابی به اطلاعات کامل تری در مقایسه با روش های متداول شود. در این مطالعه هدف کاربرد رگرسیون کوانتایل در برآورد تغییرات EPDF و ECDF بارش سالانه در پنج ایستگاه در شمال کشور و تحلیل ان ها می باشد.
    مواد و روش ها
    با استفاده از رگرسیون کوانتایل خطوط رگرسیون برای کوانتایلها (95/0-05/0 با گام 01/0) برآورد گردید. بر اساس شیب خطوط رگرسیون کوانتایل و نیز معنی داری آماری آن ها در سطح 05/0 نمودار شیب-کوانتایل رسم و بررسی شد. با در نظر گرفتن کوانتایل های منتخب 9/0، 7/0، 5/0، 3/0 و 1/0 نمودار روند بارش سالانه در سری های مختلف ارایه شد و نتایج تحلیل گردید. با کاربرد مفهوم رگرسیون کوانتایل نمودارهای EPDF و ECDF سال اول و سال آخر دوره آماری ثبت شده در هر سری برآورد شده و نمودار آن تعیین گردید و مقایسه بین آن ها گرفت.
    یافته ها
    با در نظر گرفتن سطح 05/0 معنی داری آماری، تعداد خطوط با شیب های مثبت در همه سری های از تعداد خطوط با شیب های منفی به مراتب بیشتر بوده است. بررسی نمودار خطوط رگرسیون کوانتایل نشان می دهد برای سری داده های مشهد خطوط روند برای کوانتایل های بالایی کاهشی و برای کوانتایل های پایینی افزایشی است در حالیکه برای سایر سری ها خطوط بالایی روند افزایشی و خطوط پایینی روند کاهشی را نشان می دهند. همچنین در سری داده های گرگان، بندر انزلی، تبریز و ارومیه بزرگی شیب خطوط روند در کوانتایل های پایینی از بزرگی شیب خطوط روند در کوانتایل های بالایی بیشتر است اما برای سری مشهد این الگو به شکل معکوس برقرار است. بررسی مقایسه ای نمودارهای ECDF در ابتدا و انتهای دوره بیانگر آنست که سری داده های تبریز، گرگان و ارومیه و تا حدی بندر انزلی ECDF ها دارای تفاوت مشهود در کران پایینی سطوح احتمال مورد بررسی هستند اما برای سری داده های مشهد این تفاوت محدود می باشد. بررسی الگوی تغییراتEPDF نشان می دهد برای هر پنج سری پارامتر مکان نسبتا ثابت است اما تغییرات پارامتر مقیاس موجب تیزتر شدنEPDF انتهای دوره سری داده مشهد و مسطح تر شدن سری های داده های گرگان، بندر انزلی، تبریز و ارومیه شده است. بعلاوه برای سری داده های مشهد و بندر انزلی بیش ترین تغییرات در انتهایEPDF و برای سری داده های گرگان، تبریز و ارومیه تغییرات در ابتدایEPDF مشاهده می شود.
    نتیجه گیری
    کاربرد رگرسیون کوانتایل می تواند بدون تاثیر از محدودیت های روش های متداول تحلیل روند منجر به دسترسی به طیف وسیع تری از نتایج کاربردی شود. بین علامت شیب خطوط رگرسیون در کوانتایل های بالایی و پایینی در هر پنج سری تفاوت کاملا مشخصی وجود دارد که نشان می دهد روش های متداول نمی توانند ابزاری مناسب برای بررسی روند رویدادهای حدی باشد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که رگرسیون کوانتایل یک ابزار مفید جهت تحلیل تغییرات EPDF و ECDF داده ها در طول سری زمانی است و این تحلیل نتایج کاملا مفیدتری در مقایسه با روش های متداول بررسی روند ارایه می دهد.
    کلیدواژگان: رگرسیون کوانتایل، تغییرات، بارش سالانه، تابع توزیع احتمال تجربی، تابع توزیع تجمعی تجربی
  • رضا دهقانی*، حجت الله یونسی، حسن ترابی پوده صفحات 161-177
    سابقه و هدف
    پیش بینی جریان رودخانه ها یکی از مهم ترین موارد کلیدی در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب به ویژه اتخاذ تصمیمات صحیح در مواقع سیلاب و بروز خشکسالی ها، است. برای پیش بینی میزان جریان رودخانه ها رویکردهای متنوعی در هیدرولوژی معرفی شده است که مدل های هوشمند از مهمترین آن ها می باشند. در این پژوهش جهت ارزیابی دقت مدل ها در پیش بینی جریان رودخانه، از داده های روزانه حوضه آبریز کشکان واقع در استان لرستان استفاده شده است. جهت مدلسازی جریان روزانه رودخانه کشکان از مدلهای ماشین بردار پشتیبان، برنامه ریزی بیان ژن و شبکه بیزین استفاده شد و نتایج برای بررسی صحت مدل های موردمطالعه با یکدیگر مقایسه گردید. در پژوهش های معدودی هر یک از مدل های بیان شده در پیش بینی دبی جریان روزانه موردبررسی قرارگرفته است اما هدف این پژوهش بررسی همزمان این مدل ها در یک حوضه برای پیش بینی جریان روزانه رودخانه می باشد.
    مواد و
    روش
    در این پژوهش رودخانه کشکان واقع در استان لرستان به عنوان منطقه موردمطالعه انتخاب شده و جریان روزانه مشاهداتی این حوضه در ایستگاه هیدرومتری پلدختر جهت واسنجی و اعتبارسنجی مدل ها بکار گرفته شد. برای این منظور، در ابتدا 80 درصد از داده های جریان روزانه (1390-1383) برای واسنجی مدل ها انتخاب شده و 20 درصد داده ها (1393-1391) جهت اعتبارسنجی مدل ها استفاده شد. برنامه ریزی ژن یک تکنیک برنامه ریزی خودکار است که راه حل مساله را با استفاده از برنامه ریزی کامپیوتر ارائه کرده و عضوی از خانواده الگوریتم تکاملی می باشد. ماشین بردار پشتیبان نیز یک سیستم یادگیری کارآمد بر مبنای تئوری بهینه سازی مقید است. همچنین شبکه بیزین، نمایش بامعنی روابط نامشخص مابین پارامترها در یک فرآیند می باشد و گرافی جهت دار غیر حلقوی از گره ها برای نمایش متغیرهای تصادفی و کمان ها برای نمایش روابط احتمالی مابین متغیرها به شمار می رود. معیارهای ضریب همبستگی، ریشه میانگین مربعات خطا، میانگین قدر مطلق خطا برای ارزیابی و نیز مقایسه عملکرد مدل ها در این پژوهش مورداستفاده قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج نشان داد هر سه مدل شبکه بیزین، برنامه ریزی بیان ژن و ماشین بردار پشتیبان، در ساختاری متشکل از 1 تا 5 تاخیر زمانی نتایج بهتری نسبت به سایر ساختارها ارائه می دهد. همچنین با توجه به معیار ارزیابی نتیجه شد که از بین مدل های به کاررفته مدل ماشین بردار پشتیبان، بیشترین دقت 910/0= R و کمترین ریشه میانگین مربعات خطا l/s 2RMSE= و کمترین میانگین قدر مطلق خطاl/s 1MAE= در مرحله صحت سنجی را دارا می باشد. همچنین این مدل در تخمین مقادیر حداقل، حداکثر و میانی عملکرد خوبی از خود نشان داده است.
    نتیجه گیری
    درمجموع نتایج نشان داد مدل ماشین بردار پشتیبان عملکرد بهتری نسبت به مدل های شبکه بیزین و برنامه ریزی بیان ژن دارد. بنابراین مدل ماشین بردار پشتیبان می‏تواند در زمینه پیش بینی جریان روزانه رودخانه موثر بوده و در نوبه خود برای تسهیل توسعه و پیاده سازی استراتژی های مدیریت آب های سطحی مفید باشد. و گامی در اتخاذ تصمیمات مدیریتی در جهت بهبود کمیت منابع آب های سطحی ایجاد نماید.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی بیان ژن، پیش بینی، شبکه بیزین، کشکان، ماشین بردار پشتیبان
  • حسن رضایی*، احسان مسافر صفحات 179-193
    سابقه و هدف
    فلزات سنگین همانند کادمیوم اثرات مضر زیادی را در محلول های آبی ایجاد می کند. بنابراین حضور فلزات سنگین در آب های سطحی و زیرزمینی به عنوان مشکل آلاینده معدنی اصلی شده است .روش های مختلفی جهت حذف فلزات سنگین وجود دارد که یکی از بهترین روش ها جذب سطحی است. هدف از این پژوهش حذف یون های کادمیوم دو ظرفیتی از محلول های آبی با استفاده از جاذب نانو دی اکسید سیلیکون اصلاح شده به وسیله 2- آمینو پیریدین و EDTA می باشد.
    مواد و روش ها
    نانو دی اکسید سیلیکون به همراه تولوئن در حمام اولتراسونیک قرار گرفت، سپس مخلوط 2- آمینو پیریدین و EDTA با نسبت 1:1 به ترکیب اولیه اضافه شد . پس از 24 ساعت رفلاکس در حمام روغن نمونه به مدت زمان 10 دقیقه به دستگاه سانتریفیوژ منتقل شد. ماده ی به دست آمده به وسیله محلول کلروفرم، اتانول و آب مقطر دو بار تقطیر آبکشی گردید. درپایان محصول پس از انجام عملیات خشک سازی و قرار دادن در دستگاه وکیوم در دمای 100 درجه سانتی گراد و به مدت 24 ساعت آماده شد. تاثیر فاکتورهای pH، زمان تماس، مقدار جاذب، غلظت محلول کادمیوم و دما بر کارایی حذف و ظرفیت جذب کاتیون های کادمیوم به وسیله جاذب نانو سیلیکون دی اکساید اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها در سیستم ناپیوسته، با سه بار تکرار انجام گرفت. محلول های آزمایش در غلظت های متفاوت از رقیق کردن محلول استوک اولیه با آب مقطر دیونیزه تهیه شدند.pH محلول با استفاده از محلول های 1/0 مولار نیتریک اسید و سدیم هیدروکسید در ابتدای آزمایش تنظیم شدند و بعد از شروع آزمایش کنترل نشدند. در این مطالعه پارامترهایی از جمله تاثیر pH، دما، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت در سیستم ناپیوسته و با سه بار تکرار بررسی گردید. محلول های حاوی جاذب در ارلن مایر 250 میلی لیتری قرارداده شده و در شیکر با دور rpm120 در زمان های مشخص قرار گرفتند و پس از آن نمونه ها در سانتریفیوژ با rpm 4000 به مدت 5 دقیقه قرار گرفتند. میزان غلظت یون های سرب در محلول با استفاده دستگاه اسپکتروفتومتر جذب اتمی تعیین شدند. نتایج با استفاده از نرم افزار Excel تجزیه و تحلیل شد. در پایان برای تعیین مکانیسم جذب مدل های ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ و همچنین سینتیک جذب مورد بررسی قرار گرفتند.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که در pH=4، در دمای 25 درجه سانتی گراد و در مدت زمان 35 دقیقه مقدار جذب بهینه صورت گرفت. بررسی ایزوترم های لانگمویر (R2=0.93) و فروندلیچ (R2=0.94) نشان داد که داده های تجربی با هر دو ایزوترم مطابقت دارد و می توان نتیجه گرفت جذب کادمیوم توسط جاذب اصلاح شده به وسیله نانو سیلیکون دی اکساید به صورت تک لایه و همچنین لایه لایه انجام شده است ولی برازش بیشتری با فروندلیچ داشت. مطالعات سینتیک نشان داد که سینتیک جذب مطابق معادله شبه درجه دوم می باشد.
    نتیجه گیری
    بنابراین بر اساس یافته های این مطالعه چنین می توان گفت که نانو دی اکسید سیلیکون اصلاح شده می تواند به عنوان یک جاذب مناسب ، ارزان و دوستدار محیط زیست جهت حذف فلزات سنگین از محلول های آبی به ویژه از فاضلاب صنایع استفاده شود. در مقایسه با سایر تحقیق های مشابه در زمینه جذب سطحی مشخص شد که این جاذب از بهترین جاذب ها می باشد و می تواند به شکل موفقیت آمیزی برای حذف فلزات سنگین در صنایع مختلف استفاده شود.
    کلیدواژگان: کادمیوم، جذب سطحی، پساب سنتتیک، نانو دی اکسید سیلیکون اصلاح شده
  • مهدی کماسی*، حسام گودرزی، امین بهنیا صفحات 195-209
    از آنجا که منابع آب زیرزمینی از منابع آبی مهم و همچنین رو به کاهش می باشد مطالعه و مدل سازی مناسب برای بهره برداری از آن حایز اهمیت است. ارزیابی و پیش بینی تراز آب زیرزمینی به پیش بینی منابع آب زیرزمینی کمک می کند. امروزه استفاده از روش های هوش مصنوعی بر پایه تئوری داده کاوی برای پیش بینی نوسانات سطح ایستابی استفاده می شود. در این میان روش ماشین بردارپشتیبان در بین روش های هوش مصنوعی و روش کریجینگ در بین روش های زمین آماری دارای دقت قابل ملاحظه-ای به ترتیب در پیش بینی زمانی و مکانی تراز سطح ایستابی می باشد. در این پژوهش از مدل ترکیبی ماشین بردار پشتیبان و کریجینگ به عنوان روشی نوین برای پیش بینی زمانی و مکانی نوسانات سطح ایستابی در محدوده دشت سیلاخور استفاده شده است. در مرحله اول، مدل سازی زمانی با استفاده از مدل ماشین بردار پشتیبان از داده های 11 چاه پیزومتری موجود در منطقه به روش ماشین بردار پشتیبان صورت پذیرفت و در مرحله دوم برای پیش بینی مکانی از داده های ماهانه خروجی مرحله اول به عنوان ورودی مدل زمین آمار استفاده گردید. داده های 11 چاه مشاهداتی در دشت سیلاخور پس از جمع آوری در بازه ده ساله اخیر در دو حالت نرمال و غیرنرمال به عنوان ورودی مدل SVM مورد استفاده قرار گرفتند. با استفاده از نرم افزار Matlab الگوریتم تابع ماشین بردارپشتیبان بگونه ای تنظیم شد که در هر مرحله داده های یک چاه به عنوان ورودی این مدل باشد. تراز آب در این روش برای زمان 1+t پیش بینی خواهد شد. پیش بینی مکانی داده ها در نرم افزازArcGIS و در بخش Geostatical Analys به روش کریجینگ مدلسازی گردید. برای ترازیابی در این بخش، جدول(1) به عنوان ورودی مورد استفاده قرار می گیرد. مطلق بودن تخمین در درونیابی و مکانیابی از ویژگی های عمده مدل کریجینگ می باشد. بدین مفهوم که مقدار تخمین کمیت در نقاط نمونه برداری با مقدار اندازه گیری شده برابر می باشد و واریانس تخمین صفر می گردد. این ویژگی سبب می گردد که تخمین گر کریجینگ در رسم خطوط همتراز از حداکثر نقاط نمونه برداری عبور نموده و تمایلی به بسته شدن و دور زدن را نداشته باشد و از مرز محدوده مورد مطالعه فراتر رود. در واقع این مدل برای تخمین نقاط مجهول مقدار واریانس را به حداقل می رساند. بنابراین منحنی های میزان بر اساس روندیابی ترسیم می گردند و در نتیجه از مرز محدوده ترسیم فراتر می روند. نتایج به دست آمده از پژوهش بیانگر آن است که این مدل ترکیبی می تواند به طور موفقیت آمیزی برای پیش بینی نوسانات سطح ایستابی مورد استفاده قرار گیرند. در بهترین حالت اجرای مدل، بالاترین ضریب تبیین برای چاه های چغادون(96/0=DC)، کارخانه قند(94/0=DC) و ولیان(93/0=DC) محاسبه شد که نشان دهنده دقت مناسب مدل ترکیبی در پیش بینی تراز آب زیرزمینی می باشد.
    کلیدواژگان: تراز آب زیرزمینی، کریجینگ، دشت سیلاخور، ماشین بردار پشتیبان، پیش بینی مکانی، زمانی
  • سیدحمیدرضا صادقی *، محمدحسین قویمی پناه، حبیب الله یونسی صفحات 211-226
    سابقه و هدف
    امروزه کاربرد تبدیلی پسماندهای صنعتی با کم ترین اثرات سوء بر محیط زیست و کاربرد سودمند آن در سایر زمینه ها به عنوان راه کاری اساسی برای مدیریت حجم انبوهی از پسماندهای صنعتی مطرح شده است. در این راستا تبدیل و کاربرد مجدد پسماندهای کارخانه های لبنی به سبب حجم تولید بالا و گستره متراکم آن ها می تواند راه کاری در راستای دست یابی به توسعه پایدار محسوب شود. حال آن که تا کنون کاربرد مستقیم و یا شکل کاربردی آن در مقوله حفاظت خاک گزارش نشده است. برهمین اساس پژوهش حاضر با هدف تبدیل پسماندهای کارخانه صنایع لبنی به افزودنی های خاک به صورت زغال زیستی با هدف کاربرد در علوم حفاظت خاک در راستای مهار فرسایش خاک در شرایط آزمایشگاهی برنامه ریزی شد.
    مواد و روش ها
    برای اجرای پژوهش، مقداری پسماند کارخانه صنایع غذایی کاله آمل پس از انتقال به آزمایشگاه و بررسی ویژگی های کیفی آن، تحت دمای 300 تا 350 درجه سانتی گراد به زغال زیستی تبدیل و در سه سطح 400، 800 و 1200 گرم بر مترمربع در کرت های کوچک فرسایشی با ابعاد طول، عرض و ارتفاع 50 سانتی متری پرشده با خاک حساس به فرسایش منطقه مرزن آباد مازندران استفاده شد. به همین منظور، کرت های فرسایشی مطالعاتی در سطوح مختلف تیمار و پس از گذشت 35 روز تحت باران شبیه سازی شده با دو شدت 50 و 90 میلی متر بر ساعت در آزمایشگاه شبیه ساز باران و فرسایش دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس قرار گرفت. نهایتا مقادیر غلظت رسوب طی بازه زمانی شبیه سازی و پس از شروع رواناب اندازه گیری و بر طبق آن میزان فرسایش خاک نیز محاسبه شد.
    یافته ها
    نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داد که بیش ترین میزان فرسایش خاک در تیمار شاهد رخ داده است، به صورتی که میزان غلظت رسوب در کل بازه زمانی در تیمارهای 400، 800 و 1200 گرم بر متر مربع از خاک پوش زغال زیستی در شدت بارندگی 50 میلی متر بر ساعت به ترتیب 47، 52 و 49 درصد و در شدت بارندگی 90 میلی متر بر ساعت، 36، 51 و 54 درصد با سطح اطمینان 99 درصد نسبت به تیمار شاهد کاهش یافت. هم چنین میزان فرسایش خاک در سطوح مصرفی 400، 800 و 1200 گرم بر متر مربع از افزودنی زغال زیستی به ترتیب 76، 83 و 81 درصد در شدت بارندگی 50 میلی متر بر ساعت و 75، 82 و 84 درصد در شدت بارندگی 90 میلی متر بر ساعت نسبت به تیمار شاهد کاهش معنی دار (01/0 > p) داشته است.
    نتیجه گیری
    نتایج به دست آمده از پژوهش حاکی از تاثیر مثبت زغال زیستی حاصل از پسماندهای صنایع غذایی روی کاهش غلطت رسوب و مهار فرسایش خاک بود و لذا مدیریت پسماندهای مزبور از طریق تبدیل آن ها به زغال زیستی و با هدف حفاظت خاک پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: بیوچار، تولید رسوب، حفاظت آب و خاک، شبیه سازی باران، فرسایش خاک
  • مهدی حسن شاهیان*، زهرا زید ابادی صفحات 227-241
    سابقه و هدف
    نفت سفید یا کروزن مایعی بیرنگ و کمی سنگین تر از بنزین است. قسمت اعظم نفت سفید شامل هیدروکربن هایی است که مولکول آنها دارای 11 تا 15 اتم کربن است. اکوسیستم مزرعه ممکن است با هیدروکربن های نفتی از طریق روش های گوناگونی از قبیل انتقال نفت و نشت نفت خام از ذخایر نفتی الوده شود. این الاینده ها دارای اثراتی روی بافت خاک و جمعیت میکروبی هستند. هدف از این تحقیق شناخت اثر آلودگی نفت سفید بر دو نوع خاک متفاوت می باشد.
    مواد و روش ها
    از دو نوع خاک متفاوت شامل خاک های بیابان و مزرعه نمونه برداری شد و شش نوع میکروکازم طراحی گردید. هر خاک دارای سه میکروکازم شامل بدون آلودگی، آلوده به نفت سفید و آلوده به نفت سفید همراه با مواد غذایی نیتروژن و فسفر بود. شاخص هایی همچون جمعیت باکتری های هتروتروف، جمعیت باکتری های تجزیه کننده، آنزیم دهیدروژناز و میزان تجزیه نفت سفید در مورد هر میکروکازم در یک دوره زمانی 120 روزه سنجش گردید. برای شمارش باکتری های هتروتروف محیط نوترینت اگار استفاده شد. در این روش سری رقت برای هر خاک انجام شد و روی محیط نوترینت آگار بصورت سفره ای کشت داده شد و کلنی های متفاوت شمارش شدند. برای شمارش باکتری های تجزیه کننده از محیط بوشنل هاس استفاده شد. برای شمارش تعداد حداکثر احتمالی باکتری ها از روش میکروپلیت استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که بالاترین میزان باکتری های هتروتروف مربوط به خاک مزرعه با ارزش 1010 × 1 می باشد. اما بطور کلی تعداد باکتری های تجزیه کننده در کلیه خاک ها بطور قابل توجهی کمتر از تعداد کل باکتری های هتروتروف در خاک ها می باشد. با گذشت زمان تیمار از زمان صفر تا زمان 120 روز در این دو نوع خاک الگوهای متفاوتی دیده می شود. . بطوری که در خاک بیابان از روز اول ازمایش تا روز 30 آزمایش باکتری ها الگوی افزایشی دارند اما در روز 60 کاهش قابل ملاحظه ای در تعداد باکتری ها دیده می شود. کمیت باکتری های تجزیه کننده نفت سفید تا روز 60 سیر کاهشی و پس از آن افزایشی بود. در خاک بیابان افزایش در تعداد تجزیه کننده در تمامی حالات خاک در روز 30 ازمایش دیده شد. پس از این زمان الگو بصورت کاهشی بود. در خاک مزرعه افزایش از روز 90 آغاز می شود و تا انتهای ازمایش نیز الگو افزایشی است. بالاترین میزان باکتری های تجزیه کننده نفت سفید مربوط به خاک مزرعه با ارزش 106 × 2 و کمترین آن مربوط به خاک بیابان با ارزش 104 × 3 می باشد. بهترین فعالیت انزیم دهیدروژناز در میکروکازم های گوناگون مربوط به میکروکازم الوده همراه با ماده غذایی بود. بالاترین تجزیه زیستی نفت سفید در همه خاک های مورد مطالعه مربوط به خاک مزرعه با میزان 95 درصد بود.. تحلیل آماری داده ها نشان داد که یک ارتباط معنی دار بین تعداد کل باکتری های هتروتروف که با روشMPN سنجیده شده با سایر شاخص های مورد بررسی وجود دارد.
    نتیجه گیری
    نتایج این تحقیق ثابت کرد که انتخاب بهترین روش زیست پالایی وابسته به نوع خاک است و در این تحقیق این ثابت شد که نوع خاک دارای اثر مهمی در تجزیه زیستی نفت سفید است.
    کلیدواژگان: آلودگی، تجزیه زیستی، خاک، میکروکازم، نفت سفید
  • عباس خاشعی سیوکی*، علی شهیدی، پریسان طاهریان، زهرا زراعتکار صفحات 243-258
    فلزات سنگین از مهم ترین آلاینده های موجود در طبیعت با سمیت و سرطان زایی بسیار بالا می باشند. سمیت زیاد این مواد حتی در غلظت های کم، نگرانی های زیادی را ایجاد کرده است.. یکی از مهم ترین و پرکاربردترین فلزات سنگین کروم می باشد.کروم جزو فلزات سنگینی است که هم از طریق سیستم گوارش و هم از طریق پوست در بدن انسان جذب و ذخیره میگردد. ترکیبات کروم به طور معمول در دو حالت کروم سه ظرفیتی و کروم شش ظرفیتی در محیط دیده می شود که کروم شش ظرفیتی 500 برابر سمی تر از کروم سه ظرفیتی می باشد. هدف از این مطالعه، بررسی امکان حذف کروم شش ظرفیتی با استفاده از زئولیت کلینوپتیلولایت بوده است. این پژوهش یک مطالعه تجربی-آزمایشگاهی بوده که در سیستم ناپیوسته و در آزمایشگاه آلودگی محیط زیست دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه بیرجند انجام شد. کلیه مواد شیمیایی مصرفی در مطالعه با درجه خلوص بالای 99 % از شرکت مرک آلمان تهیه شدند. در این تحقیق جاذب(زئولیت معادن سمنان) تهیه شد. زئولیت خرد شد و ذرات آن با استفاده از روش غربالگری با الک به قطر میانگین 360 میکرو متر (ذرات باقی مانده بین الک-های با قطر 315 تا 425 میکرو متر) انتخاب شد(این مرحله دو بار تکرار شد). در این تحقیق فرآیند جذب، با تغییر در pH، زمان تماس، مقدار وزن جاذب، غلظت اولیه کروم و دما انجام شد. در ادامه برای سنجش غلظت کروم شش ظرفیتی از دستگاه جذب اتمی در آزمایشگاه محیط زیست دانشگاه بیرجند استفاده گردید. تجزیه و تحلیل داده ها و رسم نمودار ها توسط نرم افزار Excel صورت گرفت. دادهای تجربی تعادل جذب با مدل های ایزوترم جذب فروندلیخ و لانگمیر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد؛ بیشترین حذف کروم شش ظرفیتی در pH برابر 5، زمان تماس 120دقیقه، وزن بهینه جاذب 3 گرم، غلظت اولیه 50 میلی گرم بر لیتر و دمای 22 درجه سانتی گراد به دست آمد. به دلیل محل های فعال محدود در جاذب با افزایش غلظت اولیه کروم، جرم جاذب و دما، راندمان حذف کاهش می-یابد و با افرایش زمان تماس، راندمان افزایش می یابد. دادهای تجربی تعادل جذب با مدل های ایزوترم جذب فروندلیخ و لانگمیر مورد بررسی قرار گرفت، نتایج نشان داد که سینتیک فرآیند جذب از مدل سینتیک شبه درجه دو، و داده های تعادلی از مدل ایزوترمی لانگمیر پیروی می کنند. در مجموع نتایج حاصل از انجام آزمایشات مشخص ساخت که می توان از زئولیت طبیعی کلینوپتیلولایت به عنوان یک روش اقتصادی جاذب، موثر و ارزان قیمت در جهت حذف کروم شش ظرفیتی از زه آب ها و پساب های آلوده استفاده کرد.
    کلیدواژگان: جذب، زئولیت کلینوپتیلولایت، کروم شش ظرفیتی، مدل ایزوترمی، مدل سینتیکی
  • فریده سادات ابراهیمی *، اردوان کمالی صفحات 259-271
    سابقه و هدف
    خاک یکی از منابع طبیعی اصلی تجدید ناپذیر می باشد که امروزه تخریب آن به عنوان مشکلات زیست محیطی در سراسر جهان مطرح می باشد. در دهه های اخیر تغییرات سریع و ناپایدار کاربری اراضی به دلیل فعالیت های توسعه ای و عمرانی و افزایش جمعیت باعث تغییرات سریع در استفاده از اراضی و پوشش زمین و در نهایت تخریب خاک بوده است. از این رو بازبینی این تغییرات از طریق تصاویر ماهواره ای و پیش بینی و ارزیابی پتانسیل آن ها از طریق مدل سازی می تواند به مدیران و برنامه ریزان برای تصمیمات آگاهانه تر کمک کند. هدف از این مطالعه، بررسی روند تغییرات کاربری اراضی در مقطع زمانی 1992 تا 2015 با استفاده از تصاویر ماهواره ای، محاسبه میزان تغییر کاربری ها با یکدیگر و پیش بینی تغییرات احتمالی کاربری اراضی در سال های 2020، 2025، 2030 و 2035 با استفاده از مدل سلول خودکار-مارکوف در دشت جوپار واقع در استان کرمان می باشد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق، جهت تهیه نقشه های کاربری اراضی از سه دوره تصاویر ماهواره ای لندست شامل لندست 5 سنجنده (1992)TM ، لندست 7 سنجنده ETM+ (2000) و لندست 8 سنجنده(2015) OLI استفاده گردید. به منظور تهیه نقشه های کاربری اراضی از طریق تصاویر ماهواره ای، ابتدا بر روی تصاویر مذکور پیش پردازش های اولیه نظیر تصحیح هندسی و اتمسفری اعمال گردید. در ادامه با تهیه نمونه های آموزشی، تصاویر ماهواره ای در نرم افزار ایدریسی و با استفاده از الگوریتم حداکثر احتمال طبقه بندی و دقت آن ها ارزیابی گردید. نقشه های کاربری اراضی تهیه شده دوره های مختلف به منظور تولید ماتریس احتمال انتقال به مدل مارکوف داده شد و در نهایت ماتریس احتمال انتقال که احتمال انتقال کاربری ها به کاربری دیگر را نشان می دهد تولید شد. سپس آنالیز زنجیره سلول خودکار-مارکوف، براساس نقشه های کاربری اراضی دوره پایه و ماتریس احتمال انتقال در مدل مارکوف با تاکید بر پیشبینی تغییرات کاربری اراضی در سال های 2020، 2025، 2030 و 2035 با تعداد تکرار و گام متفاوت در روش سلول خودکار-مارکوف انجام شد. بر اساس نتایج این تحقیق، تغییرات کاربری ها و سطح کاربری های منطقه محاسبه گردید. پس از مقایسه و بررسی مشاهدات، تغییرات کاربری احتمالی برای سناریوهای تعیین شده پیش بینی گردید.
    یافته ها و
    نتیجه گیری
    بر اساس نتایج این تحقیق، تغییرات کاربری ها و سطح کاربری های منطقه محاسبه و مقایسه و بررسی شدند. نتایج آشکارسازی تغییرات دوره اول (2000-1992) بیشترین افزایش مساحت در کاربری های مرتع و چراگاه و باغ و زراعت آبی و بیشترین کاهش مساحت در کاربری بستر رودخانه و دوره دوم (2015-2000) بیشترین افزایش مساحت در کاربری های باغ و زراعت آبی و بستر رودخانه و بیشترین کاهش مساحت در کاربری مرتع و چراگاه را نشان داد. نتایج بدست آمده از پیش بینی تغییرات کاربری آینده منطقه مورد مطالعه به روش سلول خودکار-مارکوف حاکی از کاهش کاربری باغ و زراعت آبی و افزایش کاربری های مرتع و چراگاه و بستر رودخانه نسبت به سال 2015 بود. همچنین نتایج مقایسه پیش بینی سال های 2020، 2025، 2030 و 2035 با یکدیگر کاهش کاربری های بستر رودخانه و مرتع و چراگاه را نشان داد که کمبود بارندگی و افزایش دما که از شواهد تغییر اقلیم می باشند، دلیلی بر این موضوع و در نهایت تخریب پوشش گیاهی و تخریب بیشتر خاک باشد. همچنین با توجه به کمبود بارندگی و خشکسالی های اخیر و پژوهش های صورت گرفته می توان نتیجه گرفت که روش سلول خودکار-مارکوف مطابقت بیشتری با منطقه دارا می باشد.
    کلیدواژگان: تغییرات کاربری، تصاویر ماهواره ای، دشت جوپار، مدل سلول خودکار - مارکوف
  • مهدی نادی *، هانیه بازیارپور صفحات 273-286
    سابقه و هدف
    برآورد بارش در مناطق فاقد آمار هواشناسی اهمیتی حیاتی در مطالعات هیدرولوژی و هواشناسی دارد. این مسئله در کشور ما که فاقد شبکه متراکم ثبت بارش به ویژه در مناطق مرتفع می باشد، اهمیت بیشتری پیدا می کند. شبکه متراکم بارش آفرودیت، داده های روزانه بارش را در گره های 25/0×25/0 درجه در محدوده ایران اختیار قرار می گذارد اما قبل از استفاده از آن صحت شبکه و عدم قطعیت آن باید بررسی گردد. در مورد این پایگاه داده در ایران و جهان مطالعات محدودی صورت گرفته است. این تحقیق با هدف بررسی دقت و صحت داده های بارش شبکه آفرودیت در استان گلستان در مقیاس های مختلف زمانی روزانه، ماهانه و سالانه انجام شد. همچنین دقت این شبکه با روش های معمول درون یابی مقایسه و داده های آن برای کاربردی نمودن هرچه بیشتر اصلاح شد.
    مواد و
    روش
    در این پژوهش از داده های 24 ایستگاه هواشناسی شامل 5 ایستگاه همدیدی و 19 ایستگاه باران سنجی به منظور ارزیابی شبکه آفرودیت استفاده شد. نقاط شبکه بر مبنای نزدیک ترین نقطه به ایستگاه های هواشناسی انتخاب شدند و آنالیز داده ها در 3 مقیاس روزانه، ماهانه و سالانه انجام شد. پس از بررسی و ارزیابی دقت داده های شبکه، به منظور اصلاح خطای داده های بارش ماهانه و سالانه شبکه، از ضریب اصلاحی نسبت میانگین ها استفاده شد. سپس دقت داده های اصلاح شده این شبکه با دو روش معمول درون یابی کریجینگ عمومی و وزنی عکس فاصله مقایسه شد. برای ارزیابی این روش ها تکنیک اعتبارسنجی ارزیابی متقاطع به کار گرفته شد و با محاسبه آماره های خطا، روش های مختلف با یکدیگر مقایسه شدند.
    یافته ها
    نتایج حاصل از بکارگیری شاخص خطای اریبی جهت ارزیابی خطا در هر 3 مقیاس روزانه، ماهانه و سالانه نشان داد که در همه مقیاس های مورد بررسی داده های آفرودیت علی رغم همبستگی بسیار خوب با داده های ایستگاهی، دارای خطای کم-برآوردی زیادی هستند که این خطا در نقاط پربارش بیشتر است. ضرایب بدست آمده برای اصلاح داده های ماهانه و سالانه شبکه بین 2/1 در ماه های سرد تا 8/1 در ماه های گرم تغییر می کند. بررسی خطای شبکه اصلاح شده در ماه های مختلف نشان داد علاوه بر رفع مشکل کم برآوردی، میانگین خطا نیز به مقدار زیادی کاهش یافته است، همچنین در مورد بارش سالانه، جذر میانگین مربعات خطا از 247 به 194 میلیمتر تقلیل یافته است. با توجه به اینکه برای اصلاح داده های شبکه تنها یک عدد ثابت (ضریب اصلاحی) در داده ها ضرب شد، بنابراین ضرایب همبستگی بدون تغییر باقی ماند. مقایسه داده های اصلاح شده با روش های درون-یابی در همه ماه های مورد بررسی نشان داد که شبکه اصلاح شده از هر دو روش درون یابی کارآمدتر است. بررسی ضرایب همبستگی داده های واقعی و برآوردی نشان داد که همبستگی شبکه اصلاح شده با داده های واقعی در همه ماه ها مثبت است اما در روش های وزنی عکس فاصله و کریجینگ عمومی در برخی موارد ضریب همبستگی منفی بدست آمد که نشان می دهد شبکه اصلاح شده علاوه بر خطای کمتر در تشخیص درست نقاط کم بارش و پربارش منطقه نسبت به روش های درون یابی کارآمدتر است.
    نتیجه گیری
    نتایج این پژوهش نشان می دهد که شبکه متراکم آفرودیت دقت بسیار خوبی در تخمین بارش نقاط فاقد ایستگاه هواشناسی به خصوص در مناطق مرتفع دارد و نسبت به روش های درون یابی کریجینگ عمومی و وزنی عکس فاصله نتایج دقیق-تری دارد، ولی به دلیل مشکل کم برآوردی داده های این شبکه، قبل از عملیاتی کردن داده ها شبکه باید اصلاح گردد.
    کلیدواژگان: بارش روزانه، اصلاح شبکه آفرودیت، کم برآوردی، روش های درون یابی
  • گزارش کوتاه علمی
  • محمدرضا ریگی*، محمد انور ندرت زهی، مجتبی محمدی، محمد رفیع دهقان بخشان صفحات 287-293
    سابقه و هدف
    بیابان زایی به عنوان یک معضل گریبان گیر بسیاری از کشورها می باشد که در نتیجه عوامل اقلیمی و انسانی به وجود می آید. فرسایش بادی از مهم ترین عوامل تخریب خاک در مناطق خشک و نیمه خشک به شمار می آید. براساس ارزیابی کنوانسیون مبارزه با بیابان زایی سازمان ملل، فرایند بیابان زایی آینده 785 میلیون انسان را که در نواحی خشک زندگی می کنند را تهدید می نماید که این تعداد 17/7 درصد از جمعیت جهان را شامل می گردد. از آنجا که بخش گسترده ای از کشور ایران را مناطق خشک و نیمه خشک فرا گرفته است، لذا نواحی وسیعی در معرض خطر بیابان زایی قرار دارند. هدف از انجام این پژوهش، بررسی حساسیت بیابان زایی منطقه مک سوخته و روتک سراوان به عنوان یکی از کانون های بحرانی فرسایش به بیابان زایی در کشور و استان سیستان و بلوچستان با استفاده از روش ESAs می باشد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق، ابتدا نقشه واحدهای کاری شامل اراضی سیلتی- ماسه ای با گیاهان شورپسند، تپه ها و پهنه های ماسه ای فعال، اراضی سیلتی - ماسه ای با کاربری نخیلات، تراس های قدیمی، آبراهه ها و مسیل ها، اراضی شوره زار، بستر ماسه ای رودخانه تلخاب و روتک بعضا با پوشش گیاهی، کفه های رسی همراه با تپه های ماسه ای بارخان، آبرفت های بادبزنی شکل با سنگریزه سطحی کم و شوری زیاد و اراضی کشاورزی تعیین گردید. عوامل موثر بر فرایند بیابان زایی در این روش شامل چهار معیار کیفیت خاک، کیفیت پوشش گیاهی، کیفیت مدیریت اراضی و کیفیت اقلیم می باشند. این معیارها با استفاده از امتیازدهی به شاخص های آن ها در هر منطقه محاسبه شد، سپس نقشه حساسیت مناطق به بیابان زایی به کمک نرم افزار ArcGIS ترسیم گردید.
    یافته ها
    یافته های این تحقیق نشان داد که معیارهای کیفیت اقلیم، کیفیت مدیریت کاربری اراضی و کیفیت پوشش گیاهی مهم ترین اثر را در حساسیت اراضی به بیابان زایی به ویژه در تپه ها و پهنه های ماسه ای فعال و کفه های رسی همراه با تپه های ماسه ای بارخان ایفا می نمایند. نتایج نشان داد که منطقه مورد بررسی وضعیت بحرانی دارد. از کل اراضی % 99/7 از منطقه در زیرکلاس بحرانی شدید C3 و % 0/3 از منطقه در زیر کلاس بحرانی متوسط C2 واقع شده اند.
    نتیجه گیری
    براساس نتایج بدست آمده، کلاس های شدت بیابان زایی نشان دهنده حساسیت بالای منطقه به فرسایش بادی و بیابان زایی می باشد. با توجه به فاکتورهای ارزیابی شده، نشان داده شد که معیار اقلیم بیشترین تاثیر را در بیابان زایی منطقه داشته و این عامل در کنترل انسان نمی باشد. نتایج پژوهش نشان داد که منطقه مورد مطالعه حساس به بیابان زایی بوده، بنابراین این اراضی نیازمند مدیریت سازمان های مرتبط با بیابان زدایی می باشند. همچنین می توان نتیجه گرفت که در این مناطق ارزیابی حساسیت به بیابان زایی نسبت به اقدامات بیابان زدایی دارای اولویت می باشد.
    کلیدواژگان: بیابان زایی، تخریب اراضی، فرسایش بادی، ESAs، مک سوخته و روتک
|
  • Mahboobeh Hajibigloo *, Vahed Berdi Shaikh Pages 1-22
    Background And Objectives
    Riverine wetlands are waterbodies that are located at lowlands alongside rivers and are inundated during floods or recharged by aquifers. In order to identify and locate suitable sites for wetlands, the hydrological properties including watershed physiography, river discharge and its temporal (seasonal) variation as well as groundwater table fluctuation should be studied. Continued population growth and urgent need to conservation, rehabilitation and expansion of natural and valuable environments such as wetlands which support environmental services required by human should be strongly considered for sustainable development. The aim of this study is to assess utilization of biological capacity of rivers to restore the riverine wetlands in order to improve the biological and ecological conditions of the country’s wetlands.
    Materials And Methods
    In this research, the potential of Tajan River within the Sarakhs county, was identified considering presence of the streamside tree cover, specific ecotourism capacity, specific bird watching capacity, appropriate morphology of the river and inundation characteristics of floodplains. Creation of riverine wetlands alongside the Tajan River can play an important role in flood mitigation through storing of precipitation induced surface runoff. To this end, all factors affecting on delineation of proposed wetlands boundaries including geomorphological and geological, hydrologic, hydrodynamic, economic, social and developmental characteristics of the Tajan watershed were investigated. During field survey from the study area, on the basis of predominant condition from biodiversity, species, ecological, hydrologic and hydraulic point of view, four sites were determined as suitable for riverine wetlands within the watershed. Then, the cross-section of each of these sites have been surveyed and measured in detail in order to assess their morphological and hydraulic characteristics.
    Results
    On the basis of flow Hydraulics and river morphology studies, two out of the four selected sites which are located within the Sarakhs’ Jahanbani Forest, due to low velocity of flow and high width of river in these river reaches were assessed as suitable for implementation of vegetation and wetlands restoration measures. Analysis of monthly discharge data of Polekhatoon- Kashafrud hygrometry station in recent years, indicates that the Tajan river flow is nil or negligible during warm months. Therefore, to supply water for the suggested wetlands, it should be relied upon floods and annual discharges from their upstream sub watersheds.
    Conclusion
    The annual discharge of the Tajan river at one of the suggested sites for the riverine wetlands within the Sarakhs’ Jahanbani Forest was estimated about125.9 MCM. This site due to its high potential for tourism and high diversity of birds can be exploited from various perspectives if tourism activities are developed in the region.
    Keywords: Riverine Wetland, Floodplain, River morphology, Site Selection, Flow Hydraulic
  • Ali Raeisi * Pages 23-41
    Background And Objectives
    Coastal aquifers are of the most important freshwater resources in many countries, especially in arid and semi arid zones. Due to the proximity and contact with the sea, and thus the threat of contamination because of the seawater intrusion, management and protection of these freshwater resources are quite necessary. Therefore, the main goal of the present study is to develop a new numerical model for simulation of the contaminant transport in coastal aquifers (seawater intrusion into coastal aquifers) using discontinuous Galerkin method.
    Materials And Methods
    In this study, Discontinuous Galerkin methods which have been less developed in engineering problems were applied for discretization of the coupled nonlinear system of flow and solute transport equations in a saturated porous medium and a fully implicit backward Euler scheme was applied for temporal discretization. The primal DGs have been developed successfully for density dependent flows by applying initial and boundary conditions to the coupled equations. Then, to linearize the resulting nonlinear systems, Picard iterative technique was applied and Chavent Jaffre slope limiter was used to eliminate the nonphysical oscillations appeared in the solution. Note that the formulation which was used is based on the equivalent freshwater head and normalized mass fraction as dependent variables.
    Results
    Five benchmark problems including standard Henry problem together with its two modified versions, Elder problem and Goswami Clement experimental problem in three distinct phases were simulated for validation and verification of the numerical code. For all the benchmark problems, the results were compared against other solutions in order to assess the model accuracy. The solution convergence was proved for the standard henry problem. Applying the Chavent Jaffre slope limiter to the experimental test showed a satisfactory results obtained from the simulations. In comparison with other numerical solutions, the present model revealed a good accuracy for all the problems.
    Conclusion
    The DG model were verified and evaluated using the above-mentioned problems. The results from simulations showed a good accuracy for DG method. In portions of the domain where the velocity is high, it was indicated that the DG methods in comparison with other numerical methods e.g. finite difference, do not emerge non-physical oscillations. Also, the results show a less numerical dispersion in comparison with other numerical methods such as finite volume methods. In addition, simulating the experimental problem with the current model shows the practical aspects of the developed model based on discontinuous Galerkin.
    Keywords: Keywords: Discontinuous Galerkin, Density-dependent groundwater flow, Locally conservative, Seawater intrusion, Slope limiter
  • M. Yaghobzade * Pages 43-61
    Background And Objectives
    Due to absolute dependence of agriculture on water, determine of drought condition in each region is very useful in planning the food sourcing. Unfortunately, there is no same definition about the “drought condition”, so there are some indexes to determine it. Standardized Precipitation Index (SPI) is one the meteorological indexes, which widely used to determine agricultural drought conditions. Evapotranspiration Deficit Index (ETDI) was also designed for this purpose. This index is used to determine agricultural drought conditions in arid and semi-arid region. Although there were most research about other drought indexes such as SPI, but there is few studies in oversea countries about use of ETDI index. Thus in this study tried to determine drought by ETDI and SPI indexes in Neyshabur plain by used of climate change models
    Materials And Methods
    This research was conducted to determine drought condition in Neyshabur plain located at longitude between 58˚ 13’-59˚ 30’ N and latitude between 35˚ 40’-36˚ 39’ E, Iran. Evapotranspiration Deficit Index (ETDI) was developed based on weekly evapotranspiration deficit to determine drought condition in this region. In order to comparison of the ETDI results to other drought indices, we used Standardized Precipitation Index (SPI) as one the most common drought index. The data were collected from Neyshabur meteorological station for irrigated farms (wheat in Soleymani and Faroub farms, barley and corn) and rain-fed farms (rain-fed wheat) during 1992-2011. In order to estimate weather data for each index in the irrigated farms during two future periods (2020-2039 and 2080-2099), HADCM3, ECHOAM and CGCM3 T47 models were used based on A2, B1 and A1B scenarios and the climate model that has been used in rain-fed farm is the HADCM3 based on A2 and B1 scenarios. Root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE) and coefficient of determination (R2) were used to comparison of the ETDI and SPI results.
    Results
    Results showed that average ETDI were in initial wet condition for Faroub farm during base period (1992-2011) while it will be in drought condition during future periods (2020-2039 and 2080-2099). ETDI index was in normal condition for Soleymani farm during base period. Average ETDI indexes for these farms were in normal and initial dry condition during 2020-2039 and 2080-2099 periods, respectively. For barley and corn, ETDI indexes were in normal and initial dry condition during base period, respectively. This index was in normal statute for both of them during future periods. The ETDI value for rain-fed wheat was less compared to irrigated wheat during base period, although, this index will be increased during future periods. In most of scenarios, ETDI indexes showed negative values. It means that high drought condition will be happened during future periods due to deficit evapotranspiration. Results according to SPI index revealed that this region was in moderately drought condition and this situation will not change.
    Conclusion
    High differences were obtained between ETDI and SPI results. Since agricultural drought depends on evapotranspiration deficits, ETDI is better index compared to SPI. The value of RMSE revealed poor adaptation between two indexes during future periods. In addition, ETDI were not correlated with SPI for all the scenarios in all scenarios. These differences are reasonable because SPI index only uses precipitation data and ETDI uses evapotranspiration. According to the results, it seems that SPI cannot be suggested as a good index in agricultural studies.
    Keywords: Climate Change, Evapotranspiration Deficit Index, Real Evapotranspiration, Standardized Precipitation Index, SWAP Model
  • Katayoun Haghverdi * Pages 63-81
    Background And Objectives
    Soil physical, chemical and biological properties can be considered as the most important features of soil quality indices related to land cover and also climate changes. Afforestation with native and non-native species were employed for rehabilitation of natural degraded lands. Usually due to the study of soil quality, some properties are regarded that are more sensitive to environmental changes. Soil biological and biochemical properties are the features that response to environmental changes and ecosystem management in the short term. Soil as the site bed is affected by selected species type. Regarding to species type and its effect on soil quality properties is as management algorithm that is due to quantity preserve and long term stability of afforested areas.
    Materials And Methods
    To aim studying the effect of different land covers (Robinia pseudoacacia, Fraxinus excelsior, Cupressus arizonica and Pinus elderica) on soil physical-chemical, microbiological and CO2 emission characters, the present research was regraded in the Chitgar park. Sampling was done from the organic (litter) and mineral (0-20cm) layers using of the randomly systematic method. Litter quality properties (carbon and nitrogen), soil bulk density, texture, water content, pH, organic carbon, total nitrogen, nitrate, ammonium, carbon microbial biomass, nitrogen microbial biomass, CO2 emission (and their fluxes in different temperature and moisture regime) measured in the laboratory.
    Results
    Results is indicating the afforested stands had significantly different effects on the whole of the physical-chemical properties of soil and litter (except carbon content). According to our findings, the highest amount of CO2 emission (1 mg CO2 m-2 d-1), microbial biomass of carbon (510.31mg kg-1) and nitrogen (0.13 mg kg-1) were belong to Robinia pseudoacacia stand. In addition, the maximum of CO2 emission was occurred in field capacity moisture regime and higher temperature.
    Conclusion
    The change of degraded land covers, afforestation with needle leaved and broad leaved species, improved the fertility indices, especially biological indices of soil quality in the study area. The highest amount of microbial respiration, microbial biomass of carbon and nitrogen were found under afforested site with broadleaved species and the least amount were detected in bare land. The results are indicated that the land use change and destroying of ecosystem plant covers is due to a severe reduction of mentioned indices in Chitgar region. So, land use change is a treat for soil health and quality in study area that must be considered in management of degraded natural ecosystem
    Keywords: Afforestation, broad-leaved, needle-leaved, microbial biomass, soil features
  • Seyed Mohammad Kazeroonian *, Fariborz Abbasi, Hossein Sedghi Pages 83-101
    Background And Objectives
    Soil and biological factors can be extremely variable in place and time. Therefore, differences in soil water infiltration both in place and time is expected. Due to temporal variability of infiltration parameter, its direct estimation requires lots of time and sampling. Hence, empirical and physical equations exist for quantification of infiltration process in surface irrigation. Plenty methods are available for estimating infiltration equations parameters, which are different, depending on estimated data in the field. Selecting proper method depends on the available field data for estimating infiltration parameters. Some random parameters occur in different parts of the field that cause variations in the soil water infiltration. Considering infiltration spatial variations in irrigation increases accuracy in estimating infiltrated water volume and distribution uniformity. Therefore, in the current study it is attempted to survey variations of soil water infiltration parameters in furrow irrigation during three farming seasons.
    Materials And Methods
    Current study was carried out using collected data during the farming seasons 2011, 2012 and 2013 from a field located in Meshkindasht area of Karaj. Type of the crop was maize and the field had a loamy soil. At the each of the farming seasons, 8 separate experiments were implemented that each one was comprised of 4 furrows with the length of 120 meters and width of 75 centimeters. At the each of the farming seasons, 15 irrigation events were done. 8 experiments were implemented at relatively identical sites during three farming seasons. At the each of the irrigation events, type 3 WSC flumes were used for measuring the inflow and outflow of the furrows. In this study, Kostiakov-Lewis infiltration equation was used. For each irrigation, a and k parameters of Kostiakov-Lewis equation were calculated using volume-balance method in Excel software. In this method using furrow inflow and outflow hydrographs, basic infiltration rate was calculated. Means of spatial and temporal variations of the Kostiakov-Lewis equation parameters in three farming seasons were compared using Duncan’s Multiple Range Test using SPSS software.
    Results
    Data were subjected to composite analysis of variance using General Linear Model by SPSS software. Effects of experiment number (spatial variations) and irrigation event (temporal variations) on variations of k infiltration parameter were significant at %1 level; while, effect of farming season was significant at %5 level. Difference between the 8 experiments during three farming seasons was significant at %5 level. Effects of the three aforementioned sources of variation on alterations of a infiltration parameter were significant at %1 level. Effect of experiment number on the average of temporal variations of a infiltration parameter in three farming seasons, showed significant difference at %5 level among the 8 experiments. Effect of farming season on the average of spatial and temporal variations of a infiltration parameter indicated its significant superiority (0.6108) in the farming season 2011 compared to the rest of the seasons at %5 level. While, in the farming seasons 2012 and 2013 there were no significant differences between the averages of the mentioned variations.
    Conclusion
    In general, there were significant differences in three farming seasons in regard to the average variations of each of the a and k infiltration parameters and also among the 8 experiments regarding the mean variations of each of the mentioned parameters. Finally, taking significant differences of the average spatial and temporal variations of a and k infiltration parameter into consideration, seasonal variations of soil water infiltration parameters in the three farming seasons were not negligible. Based on the results of the current investigation, a and k infiltration parameters of the Kostiakov-Lewis equation, showed erratic and unpredictable variations, spatially and temporally in different farming seasons.
    Keywords: Infiltration Parameters, Kostiakov-Lewis Equation, Maize, Volume-Balance Method
  • Seyed Morteza Seyediyan * Pages 103-122
    Background And Objectives
    Assessment of suspended sediment load is very important. Water quality and environmental is under impression of sediment load. As well as the design of hydraulic structures and other water supply facilities, watershed management, soil conservation programs and another major problem caused by sediment yield is dependent on the accurate estimation of sediment load. As a direct estimation of sediment load is very difficult and time consuming, so this led the researchers to estimate sediment load as indirect that it is possible to resort to various methods. One easy way to indirectly estimate the sediment load is sediment rating curve. It can only represent invariable amount of sediment in flow and due to various factors in nature may be there is several sediment load for a known flow rate. On the basis of this study quantile regression and random forest methods was used that can estimate sediment load for a given flow rate in the various probability. The use of these two methods can be analyzed sediment load in great flood and special events.
    Materials And Methods
    In this study, sediment rating curve models, quantile regression and random forest was used to estimate sediment load in four stations Gorganrood River Jangaldeh, Nodeh, Arazkoose and Ghazaghli in Golestan province. For this purpose, flow and sediment data was collected at four studied stations and separated into two parts, 75% for training and 25% for testing. The rating curve was obtained using fitted power equation between discharge and sediment load. Quantile regression and random forest algorithms were implemented using R statistical software. The optimal values of the variable parameters of the two methods were determined using trial and error method. By running the model, the amounts of sediment associated with specified flow were calculated in different probability level (1% to 99%).
    Results
    Using these two methods, sediment load was estimated in quantiles 2.5, 50 and 97.5%, respectively and range of uncertainty was determined in each station. In Jangaldeh and Nodeh stations random forest were selected as best method with RMSE criterion 96 and 210 tons per day and quantile regression were selected as best method with RMSE criterion 6453 and 24886 tons per day in Arazkoose and Ghazaghli stations. Classic rating curve method estimate sediment load in Jangaldeh, Nodeh, Arazkoose and Ghazaghli stations with RMSE 199, 288, 7505 and 25811 tons per day respectively.
    Conclusion
    The results showed that classic sediment rating curve not only unable to estimate the sediment load in the range of uncertainties in specified flow rate but also estimates sediment load with more error. Quantile regression and random forest methods can be estimate sediment load in various probabilities for a specified flow and this has contributed greatly to accurate and comprehensive planning for the construction of hydraulic structures and in this way, the dangers of the destruction of the facility reduction due to the great flood.
    Keywords: Sediment rating curve, Quantile Regression, random forest, Gorganrood River
  • Aa Safari Sanjani * Pages 123-142
    Background And Objectives
    Infiltered or runoff waters from uplands especially after raining can cause groundwater and water pollution in lowlands which affect soil quality. Monitoring and assesmnet of suface waters in dry lands that alive the wetlands is very important. The objectives of this study were to assess the quality of suface water-inflows to the Meyghan Lake and their consequences on the chemical characteristics of Meyghan wetland soils.
    Materials And Methods
    Manicipal wastewater of Arak, Shahrab River and wastewater of processing plant of sodium sulfate were sampled in May and November, 2014. Electrical conductivity, differnt solids, major cations and anions, nitrogen, phosphorus and organic carbon were measured and tested in the waters. Two layers (0-30 cm and 30-60 cm) of soils were sampled in the release sites of municipal wastewater, Shahrab River, Farahan River and sodium sulfate plant wastewater in May and November, 2104. Soil chemical properties were measured and statisticaly analized for these 4 sampling sites.
    Results
    The study showed that manicipal wastewater of Arak has significantly lowere salinity, sodium adsorption ratio, cations and anions concentrations and solids as compared to other sampled waters. But organic carbon, nitrogen and phosphorus concentrations were higher in this water that significantly decreased the salinity and increase organic carbon, phosphorous and nitrogen contents of the soil sampled from this site. The improvement of soil properties can increase aquatic plant growth, which will be the source of water pollution with plant residues and organic materials. In conterast the wastewater of sodium sulfate processing plant has markedly high concentrations of soluble salts, sodium adsorption ratio and particularly suspension solids. It is not suitable for plant growth and can change soil physical properties in this site. Chemical properties of water of Shahrab River were close to the chemical properties of surface and bottom layers of soil in this place. It shows that the the harmony and stability of soil and water environment in this sampling site. But study of surface and bottem layers of wetland soil in the release site of Farah River shows that the surface soil has higher organic carbon, nitrogen and phosphorus contents and lower salinity compared to those measured in the soil sampled from Shahrab River site. It may be related to anthropgenic effect in agriculral uplands, creating a good environment for plants growing in this salty lake, increasing its pollution by plant residues and organic matters.
    Conclusion
    The high quality of urban wastewater of Arak may improve soil chemical properties for growing of plants. In contrast the low quality of wastewater of sodium sulfate processing plant worsened soil chemical properties. So combining of two waste waters and mixing them before releasinge into the Meighan Lake may be a good suggestion. However this proposal needs a special research.
    Keywords: Meighan Lake, Municipal wastewater, River water, Wetland soil
  • Meysam Salarijazi * Pages 143-159
    Background And Objectives
    In addition to the limitations of conventional for investigation of rainfall trend tests (OLR, Mann-Kendall, Sen), these are only provided to estimate the conditional mean or median and do not consider different quantiles. Investigation of trend of changes of empirical probability distribution function (EPDF) and empirical cumulative distribution function (ECDF) can lead to more detailed information in comparison with conventional methods. The objectives of this study are application of quantile regression for estimation of changes in EPDF and ECDF of five annual rainfall series in northern Iran and interpreting their results.
    Materials And Methods
    The linear regression lines were estimated using quantile regression considering quantiles (0.05-0.95 with 0.01 steps). Then slope-quantiles curve were extracted based on slopes of quantile regression lines and considering 0.05 statistical significance level. The graphs of trends of different annual rainfall series were presented considering selected quantiles 0.9, 0.7, 0.5, 0.3 and 0.1 and the results were analyzed. The curves of EPDF and ECDF belonging to first and last years of data recorded periods estimated with concept of quantile regression and their curves were plotted and comparison between first and last year curves were done.
    Results
    The numbers of lines with positive slopes were considerably more than negative slopes considering 0.05 statistical significance level. Investigation of quantile regression lines showed decreasing and increasing trend lines for upper and lower quantiles respectively for Mashhad series but increasing and decreasing trend lines for upper and lower quantiles of other series. In addition, the magnitude of slope lines for lower quantiles were more than those belonging to upper quantiles for Gorgan, Bandar-Anzali, Tabriz and Urmia series but there were inverse pattern for Mashhad series. Comparative assessment of ECDF curves belonging to first and last recoded years revealed apparent difference in lower level of probability for Tabriz, Gorgan, Urmia and (to some extent) Bandar-Anzali but a limited difference for Mashhad series. Assessment of changes pattern of EPDF showed relatively constant location parameters but changes in scale parameters that resulted in peakness for last year EPDF of Mashahad but flatness for Gorgan, Bandar-Anzali, Tabriz and Urmia series. In addition, most of the changes related to end part of EPDF for Mashhad and Bandar-Anzali series while related to beginning for Gorgan, Tabriz and Urmia series.
    Conclusion
    Thequantile regression can be used without affecting the limitations of conventional methods for trend analysis to access a wider range of applied analysis. There were apparent differences between signs of quantile regression lines belonging to upper and lower levels in all of five investigated series that showed Conventional methods could not be a useful tool for trend assessment of extreme events. The results of this study showed quantile regression is a suitable method to analyses changes in EPDF and ECDF of time series and this type of analysis present more useful results with comparison to conventional trend analysis methods.
    Keywords: Quantile Regression, Changes, Annual Rainfall, Empirical Probability Distribution Function, Empirical Cumulative Distribution Function
  • Hojjat Olah Yonesi, Reza Dehghani * Pages 161-177
    Background And Objectives
    Quantitative prediction of river discharge one of the most important elements in the management of surface water resources, especially take suitable decisions in occurrence of floods and drought events. Various approaches introduced in hydrology to predict river discharge which intelligence models are the most important ones.In this study, recorded data sets in kashkan watershed area located in lorestan were used to investigate the precision of different river discharge prediction models. The support vector machine model as a gene expression programming model and Bayesian network models selected for modeling of daily river discharge and the results were compared to examine the accuracy of studied models. In some studies, the expressed models used for daily river discharge prediction but the main objectives of this study are application of these models to predict daily discharge for a watershed.
    Materials And Methods
    In this study kashkan river basin was selected as the study area and observed daily river flow of this basin in the poldokhtar station were applied for calibration and validation of models. For this purpose, first 80 percent of daily river flow data (2004-2011) were selected to calibrate models and 20 percent of data (2012-2014) were used to validate models. Gene expression programming solution is a technique that is automatically programmed using the PC programming and evolutionary algorithm is a member of the family. Support vector machine is also an efficient learning system is based on the theory of constrained optimization. Bayesian networks, display meaningful relationships between parameters in the process is unclear and non-cyclic directed graph of nodes to display random variables for representing probabilistic relationships between variables considered magmatic arc. Criteria of correlation coefficient, root mean square error and coefficient, mean absolute error and performance of models were used to evaluation models.
    Results
    The results showed that all three models, Bayesian networks, support vector machine and gene expression programming, in a structure consisting of 1 to 5 delay gives better results than any other structure. Also of results according to the evaluation criterion was that the models used support vector machine model, most accurate R=0.880 and the lowest Root Mean Square Error RMSE=0.002m3/s and the lowest average absolute error MAE=0.001m3/s the validation phase is capable. Also, the estimates of minimum, maximum and median has shown good performance.
    Conclusions
    support vector machine model outperformed the Bayesian network modeling and gene expression programming. So, support vactor machine model can be effective in forecasting the daily stream flow and in turn facilitate the development and implementation of surface water management strategies will be useful. And a step in making management decisions to improve the quantity of surface water create.
    Keywords: Gene Expression Programming, Forcast, Bayesian Network, Kashkan, Support Vector Machine
  • Hassan Rezaei *, Ehsan Mosafer Pages 179-193
    Background And Objectives
    Heavy metals such as cadmium causing numerous adverse effects on the aqueous solutions. So the presence of heavy metals in surface water and ground water has become a major inorganic contamination problem. There are several method to remove the heavy metals from aqueous solutions that adsorption is one of the best method. The aim of this study was to evaluate the efficiency of Silicon dioxide nanoparticles modified by 2-aminopyridin and EDTA as adsorbent for the removal of Cd2 ions from aqueous solutions.
    Material and
    Methods
    Silicon dioxide nanoparticles with toluene put in ultrasonic bath. Then mixture of 2-aminopyridin and EDTA with ratio of 1:1 added to primary solution. After 24 hours reflux on oil bath and 10 minutes centrifuging, sample rinsed by chloroform, ethanol and deionized water. In the end, the product prepared after drying at 100 o C for 24 hours. Experiments were conducted to study the effect of solution pH, temperature, contact time, absorbent amount and initial metal concentration. Experiment conducted in bath system with three replicate. The test solutions of various concentrations were prepared from the stock solution. The solution pH was adjust using 0.1 M HNO3 and 0.1 M NaOH at the beginning of the experiment and not controlled afterwards. Solution containing adsorbate and adsorbent was taken in 250 mL capacity conical flask and agitated at 120 rpm in a shaker at predetermined time intervals. Samples putted on the centrifuge with 4000 rpm for 5 minutes .Lead ions were determined spectrophotometrically by atomic absorption spectrophotometer. Finally for determination of adsorption mechanism, adsorption isotherm models and kinetic models were studied .Results was analyzed by Excel software.
    Results
    The Results showed that, the highest uptake and optimum conditions was observed in pH=4, contact time 35 minutes and temperature 25℃. The Analysis of Langmuir isotherm (R2=0.93) and Freundlich isotherm (R2=0.94) show that, experimental data were fitting match by both isotherm but it is more fitting match with Freundlich isotherm. Kinetic studies showed that, kinetic of adsorption according to pseudo second order equation (R2=0.99).
    Conclusion
    Base on the results it can conclude that, modified silicon dioxide nanoparticles could be used as a best adsorbent for the removal of heavy metals from aqueous solutions especially for the industrial wastewaters because of the cost, easy to use, renewable, suitable and environmental friendly. Comparing with other similar studies these were found to be the excellent adsorbents and can be successfully used by Industries for heavy metal removal.
    Keywords: Cadmium, adsorption, synthetic wastewater, Modified silicon dioxide nanoparticle
  • Mehdi Komasi *, Hesam Goudarzi, Amin Behniya Pages 195-209
    Since ground water and dwindling water resources is important for the operation of research and modeling is important. Assessment and prediction of groundwater level to help predict groundwater resources. The use of artificial intelligence methods based on the theory of data mining is used to predict the water table fluctuation. The support vector machine in artificial intelligence methods and the methods of geostatistical Kriging method has considerable precision in order to predict the time and location of the water table is level. In this study, the combination of support vector machine and Kriging model as a new way to predict when and where water table fluctuation in the plain area Silakhor is used. In the first phase, modeling when using support vector machine model data 11 piezometric wells in the region were carried out using support vector machine and secondly to predict the location of monthly data output of the first stage as an input earth model Statistics were used.
    Data of 11 observation wells in the Silakhor plain data collected in the course of the past ten years in both normal and abnormal SVM model were used as input. Using the software Matlab function algorithm support vector machine was configured as an input at each stage of a well is this model. In addition, the maximum error in the calculation of the wells with 0.2 Keyvareh is due to lack of observation data in interval or lack of access to the region is to read water level. Absolute estimation interpolation and location estimate is a major feature. This means that estimates the quantity of sampling points is equal to the measured value and variance estimate is zero. In fact this model to estimate the amount of variance minimizes unknowns. Thus, the curves are drawn based routing and thus go beyond the boundary drawn. This feature makes the model the spatial distribution of data which are dependent on terrain, Kriging in calculations of high accuracy. Locate underground water level role in reducing the cost of drilling a well in the region. This way you can reach the height of water to be achieved in the region or even decline or rise of water table revealed
    The ability of Support Vector Machine, and of course, a relatively new as a useful tool in water resource management to predict fluctuations in groundwater levels were evaluated in Silakhor plain. According to the accuracy of this method in predicting groundwater level can be comprehensive and appropriate program management discussion groundwater resources to be expected. In this study, using geostatistical methods in the area of water resources in plain Silakhor predicted with high accuracy are discussed. The most important issue in the analysis of spatial-temporal data to determine the dependence structure of the data. Whatever the choice of models and model are more accurate, the prediction will be more accurate. In terms of predicting when it should be noted that the time for the distance away from the last viewing time predicted prediction accuracy will be reduced. According to the study area in the last ten years has been well observed that in the best case scenarios predicted by the model, the highest coefficient of determination for wells Chughadun (DC = 0/96), sugar (DC = 0 / 94) and Valian (DC = 0/93) was calculated, which represents a hybrid model to predict groundwater level is the wells could be decided.
    Keywords: groundwater level, Kriging, Silakhor plain, Mashyn?Brdar?Pshtyban, predict space-time
  • Seyed Hamidreza Sadeghi *, Mohammad Hossein Ghavimi Panah, Habibollah Younesi Pages 211-226
    Background And Objectives
    Today, conversion of industrial wastes using methods with the least environmental detrimental effects and profitable application is supposed as a fundamental solution to manage huge quantity of waste material produced in different industries. In this regard, conversion and reuse of hugely and intensive extension of produced dairy factory waste are possible solutions in order to achieve sustainable development. However, the direct or applied application of industrial wastes for soil conservation has not been reported yet. Accordingly, the present study was planned to assess the feasibility of industrial wastes produced biochar in soil erosion control under laboratorial conditions.
    Materials And Methods
    In order to conduct the present study, some industrial wastes of the Kaleh Amol Dairy Factory were examined for chemical properties. It was then converted to biochar under temperature of 300 to 350 °C and applied for soil conservation in three levels of 400, 800 and 1200 g m-2 on small experimental plots filled by erosion prone soil of Marzanabad Region in Mazandaran Province, northern Iran. The plots were subjected to rainfall simulation with intensities of 50 and 90 mm h-1 after a span time of 35 days on biochar application in the Rainfall and Erosion Laboratory of Tarbiat Modares University. Study rain were simulated based on intensity-duration-frequency relationships developed for the station at the vicinity of the soil origin. Ultimately, sediment concentrations were measured during simulation and just after commencement of runoff and the soil erosion was consequently calculated.
    Results
    The results of the present experiments under laboratorial conditions showed that the maximum soil erosion occurred in control plots. So that, the sediment concentrations for treated plots with 400, 800 and 1200 g m-2 of biochar were 47, 52 and 49 % for rain intensity of 50 mm h-1, and 36, 51 and 54 % for rain intensity of 90 mm h-1 of those recorded for control plots at confidence level of 99 %, respectively. The soil erosion rates for the same treatments were also significantly (P
    Conclusion
    The results of this study suggested a positive effect of application of biochar produced from industrial wastes of dairy factory on reduction of sediment concentration and soil erosion. The conversion of aforesaid industrial wastes to biochar is therefore recommended for soil conservation.
    Keywords: Biochar, Rainfall simulation, Sediment yield, Soil, Water Conservation, Soil Erosion
  • Ali Hassan Shahiyan * Pages 227-241
    Introduction
    Kerosene is colorless liquid and slightly heavier than gasoline that specific odor removes after evaporation. The majority fraction of kerosene contains hydrocarbons between 11 to 15 carbon molecules. Farmland ecosystems may be polluted with petroleum hydrocarbons via different ways such as transportation and spill of crude oil from resource of petroleum storage. These pollutants have some effect on the texture of the soil and microbial community. The aim of this research is understands the effect of kerosene pollution on two different soils.
    Material and
    Methods
    two different soils samples were collected from desert and farmland soils. Six microcosms were designed. Indeed each soil has three microcosms such as: unpolluted microcosm, polluted microcosm, and polluted microcosm with nutrient (Nitrogen and Phosphor). Some factors were assayed in each microcosm during 120 day of experiment. These factors include: total heterotrophic bacteria, total Kerosene degrading bacteria, dehydrogenase enzyme and Kerosene biodegradation. For enumeration of heterotrophic bacteria nutrient agar medium was used. In this method serial dilutions were done from each soil and spread on nutrient agar medium then different colonies were counted. For enumeration of degrading bacteria Bushnel-Hass (BH) medium were used.
    Results And Discussion
    The results of this study show that the highest quantity of heterotrophic bacteria related to farmland soil (1 × 1010). The quantities of degradative bacteria significantly were lower than heterotrophic bacteria in all soil microcosms. By passing the time if treatment from zero to 120 days two different patterns were seen in soils. In desert soil from the beginning of experiment until day 30 the increment pattern were recorded but in day 60 the remarkable decrease were observed in the quantity of bacteria. The quantity of degradative bacteria have decrement pattern until 60th day of experiment but after this day these bacteria have increment pattern. In desert soil increase in the quantity of degrading bacteria in all microcosms were recorded in day 30 of experiment. After this time the decrement pattern were observed. In farmlands soil increase in the quantity of bacteria were started from day 90 and continue until the end of experiment. The highest quantity of degrading bacteria related to farmland soil (2 × 10 6) and the lowest quantity related to desert soil ( 3 × 104). The best deydrogenase activity between different microcosms related to pollute microcosm with nutrient. The highest biodegradation of Kerosene in all studied soil belong to farmland microcosm (95 %). Statistical analysis of the results shows that there is a significant correlation between MPN quantity of heterotrophic bacteria and other assayed factors.
    Conclusion
    The results of this study confirmed that the selection of best bioremediation strategies belong to type of soil and in this research it was confirmed that the type of soil have significant in the percentage of degradation.
    Keywords: Biodegradation, Kerosene, Microcosm, Pollution, Soil
  • Abbas Khashei-Siuki *, Ali Shahidi Pages 243-258
    Pollution is one of the most important factors that lead to the wasting of water resources.This research was an experimental study in a batch system in a lab environment pollution College of Agriculture and Natural Resources, University of Birjand. All chemicals used in the study with high purity of 99% were obtained from Merck, Germany. The adsorbent (zeolite Semnan) was prepared. Zeolite particles with crushing and screening assay with an average diameter of 360 micrometer sieve (particles with a diameter of 315 to 425 micro-meters remaining balance of between only in particle size) was selected (this was repeated twice). After being washed with distilled water, incubated for 24 hours at a temperature of 40 ° C was placed inside to dry. Stoke-soluble chromium (1000 ppm) using potassium dichromate solution powder was prepared in distilled water twice. Results and Discussion The effect of pH as an important parameter in the absorption of heavy metal ions is clearly visible. Absorption of chromium ions increased with increasing pH and at pH 5 is the highest value. reason for this is that hexavalent chromium and absorbent surface charge are highly dependent on pH. The balance of absorption and adsorption efficiency as well as economic characteristics, the most important for the development of water treatment technology based on natural attraction. With increasing contact time from 20 to 120 minutes, with initial concentration of hexavalent chromium removal efficiency of 50 milligrams per liter of 79.3 to 81.9 percent percent increase in contact time of 120 minutes and after this time removal of garlic during the monotony. Another important parameter in the process of absorbing the contact time can be noted. Increase the rate of absorption from 0.3 to 3 g led to increase the absorption of chromium ions. This increase is due to the availability of larger and more is absorbed sites, is expected. The results clearly showed that the absorption efficiency is increased to an optimum value and then the optimal value, the increase is very small and negligible. Removal efficiency decreases with increasing initial concentration of hexavalent chromium. So that by increasing the concentration of 25 ppm to 200 ppm, removal from 95.6 to 88.7 percent percent. The optimum concentration of 50 ppm as the amount was used in the following experiments. Increasing the temperature from 22 ° C to 50 ° C, removal from 17/99 percent to 94.8 percent. This can be due to increased pore size and activate attributed absorbent surface. Further increasing the temperature increases mobility and reduces metal ions. The results showed the acidity of an aqueous solution Myknd.balatryn play a role in the absorption of hexavalent chromium absorption by absorbent 5pH = happens. The optimal time to absorb Chrome for clinoptilolite zeolite is about 120 minutes. The efficiency of removal sorbent concentration and initial concentration of soluble Cr (VI) to Cr (VI) ions in the solution depends on the capacity of balance by increasing the initial chromium concentration decreases because the absorber is saturated with increasing initial concentration of chromium. With the increasing amount of sorbent due to the increased surface area increases adsorbents removal of hexavalent chromium from wastewater dummy. The optimum temperature in order to attract Chrome for clinoptilolite zeolite powder at about 22 ° C. Conversion data with the Langmuir isotherm model, with a correlation coefficient higher than the Freundlich isotherm models. In kinetic studies, the pseudo-second-order kinetic model to attract hexavalent chromium knows index.
    Keywords: adsorption, chromium, zeolite clinoptilolite, isotherm model, kinetic model
  • Farideh Sadat Ebrahimi *, Ardavan Kamali Pages 259-271
    Background And Objectives
    Soil is one of the main non-renewable natural resources that today its destruction is considered one of the most severe problems all over the world. In recent decades, rapid and unsustainable changes and land use due to the urban development activities and increasing population created a great deal of modifications in land cover and land use and has been increasing the environmental degradation including soil degradation. Therefore, reviewing these changes through satellite images, evaluating and forecasting their potentialities via modeling can help managers and planners to make more effective decisions. The aim of this study was to assess the changes in land use during the period 1992 to 2015 via using satellite images to calculate the rate of land use changes to each other and predict possible changes in land use in the years 2020, 2025, 2030 and 2035, using cellular automata - Markov model (CA-Markov) in Joupar plain, Kerman province.
    Materials And Methods
    In order to prepare land use plans the three periods of Landsat satellite images including Landsat 5 satellite TM (1992), Landsat 7 ETM (2000) and Landsat 8 satellite OLI (2015) were used in this study. To prepare land use maps through satellite images, initially the mentioned images were exposed to primary pre-processing such as geometric and atmospheric corrections. In addition, via providing training samples the satellite images were classified and their accuracy were evaluated using Idrisi imagery software through maximum probability algorithm. The developed land use maps of different periods were transited to CA-Markov model in order to produce transition probability matrix. Ultimately, the transition probability matrix was produced that shows the likelihood of transition of one land use to others. Then the chain analysis of cellular automata – Markov on the basis of land use plans and transition probability matrix in CA-Markov model with an emphasis on land use changes were expected in 2020, 2025, 2030 and 2035 were implemented in Idrisi software with various numbers of repetitions and steps. Based on the survey results, changes in land use and the level of current land use changes calculated, compared and evaluated and the future land use changes were predicted.
    Results and
    Conclusion
    The results of the detection of changes in the first period (1992-2000) revealed the highest increase in land area which was attributed to the use of pasture, grassland, irrigated agriculture and orchard and the highest decrease in land area was related to bed stream. In the second period (2000-2015) the greatest increase in land area was associated to the use of irrigated agriculture, orchards and bed stream and the greatest reduction was in pasture and grassland use. The results obtained from the prediction of future user changes of the region based on CA-Markov showed decreasing levels of land use attributed to orchard and irrigated agriculture and increasing levels of land use associated to pasture, grassland and bed stream comparing to 2015. Also the results obtained from the prediction of the findings regarding the years 2020, 2025, 2030 and 2035 revealed a reduction in land use related to bed stream, pasture and grassland due to the lack of rainfall and temperature rise and this will lead in the destruction of vegetation cover as wellas the more soil degradation. Also, due to the lack of rainfall, the recent droughts and previous studies we can conclude that the approach of CA-Markov model is more compatible with the conditions of the region.
    Keywords: Land use changes, satellite imagery, plain Joupar, Cellular Automata-Markov model
  • Mehdi Nadi *, Haniyeh Baziyarpoor Pages 273-286
    Background And Objectives
    Rainfall estimation in regions facing lack meteorological stations is critical in hydrology and meteorology studies. The problem in Iran that lacks dense weather station network, especially in the highlands, is more important. Aphrodite is a dense network that provides daily precipitation data in a resolution of 0.25*0.25 degree. But before operating network, its accuracy and uncertainty should be evaluated. About this database, few studies have been conducted in Iran and the world. This study aimed to evaluate the accuracy of Aphrodite in Golestan province at daily, monthly and yearly scales. Also its accuracy compared with two conventional interpolation techniques and for more data operation, the network was modified.
    Materials And Methods
    In this study, 19 rain gauges and 5 synoptic stations were used to evaluate the Aphrodite network. Grid points network were selected based on the nearest point to meteorological station and data analysis was performed in daily, monthly and yearly scales. After accuracy evaluation of network, the correction factor of means ratio was employed for modification of monthly and annual rainfall network data. As well modified network data were compared with interpolation methods of Ordinary Kriging (OK) and Inverse Distance Weighting (IDW). Cross-validation technique was used for evaluation and error indices was calculated for comparison of different methods.
    Results
    The results of MBE in all studied scales showed that in spite of good correlation of Aphrodite and meteorological data, Aphrodite data has large underestimation error that this is higher in high rainfall areas. Obtained modification factors of the monthly and annual data vary from 1.2 to 1.8 in cold and warm months, respectively. In addition to removal underestimation error from modified network, the average of error is reduced remarkably. Also RMSE of annual rainfall data, is declined from 247 to 194 mm. considering that, network modification needs to be multiplied in a constant (correction factor) so the correlation coefficients remained unchanged. Comparison of modified data network with interpolation methods showed that modified network is more efficient than both interpolation methods. Correlation coefficients of actual and estimated data showed that the correlation of modified network with actual data is positive in all the months but in case of IDW and OK, correlation coefficients was negative in some months that represent modified network in addition to fewer error also in the detection of low and high rainfall points is more efficient than the interpolation methods.
    Conclusion
    This study showed that high resolution Aphrodite network has good accuracy in rainfall estimation especially in high elevation regions. Also this network is more accurate than interpolation methods of OK and IDW. But because of its underestimation error, before than operating Aphrodite data, the network must be modified.
    Keywords: Daily precipitation, Aphrodite network modification, Underestimation, Interpolation methods
  • Mohammad Reza Rigi * Pages 287-293
    Background And Objectives
    Desertification is a major concern of many countries occurs as a result of climatic and human factors. Wind erosion is one of the important factors of soil degradation in arid and semi-arid areas. According to evaluation of United Nation Conference of Desertification, desertification phenomenon threats the future of 785 million people who lived in arid areas which consists 17.7 percent of world's population. Arid and semi-arid areas have occupied most parts of Iran. The aim of this study was quantitatively assessment the environmentally sensitivity area to desertification based on ESAs (Environment Sensitive Areas to Desertification) model in the Muksokhteh and Rotok region of Saravan as one of the critical areas prone to erosion in the Iran.
    Materials And Methods
    In this research, at the first, the land units map was established including: silty- sandy land with halophytes plants, active hills and sandy zones, silty-sandy land with palm use, old terraces, waterways and canals, salt marsh land, Talkhab and Rotok river sand bed with plant cover, clay pans with sand dunes, fan-shaped alluvial with low gravel surface and high salinity, and crop lands. It was found that in this model four criteria including soil quality, vegetation cover quality, land use management quality and climate quality are desertification factors. These factors were calculated via scoring sub-criteria in each area. Then, the mapping of areas sensitivity to desertification was drawn by GIS software.
    Results
    The findings of this research showed that the climate quality, management quality and vegetation quality criteria have played the most important role in sensitivity of area to desertification especially in active hills and sandy zones and clay pans with sand dunes. It was found that the study area has critical conditions. It includes high critical (C3) and moderate critical (C2) classes of desertification which cover 99.7%, and 0.3% of the region, respectively
    Conclusion
    Base on the results, desertification severity classes showed the study area has high sensitivity to wind erosion and desertification. By noticing the evaluated factors, it is understandable that the climate factor has the intensive effect on desertification throughout the study region that they are out of control by human being. The obtained results showed that the study area is susceptible to desertification base on ESAs model, therefore it requires management of the organizations working on combat desertification. It can be concluded that the assessment of desertification sensitivity has priority than plan combating actions in this region.
    Keywords: Desertification, Land degradation, Wind erosion, ESAs, Muksokhteh, Rotok