فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و پنجم شماره 3 (امرداد و شهریور 1397)
  • سال بیست و پنجم شماره 3 (امرداد و شهریور 1397)
  • 304 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1397/06/31
  • تعداد عناوین: 19
|
  • بنفشه نوروزی *، احمد احمدی، محسن لشکربلوک، محمود نوروزی صفحات 1-23
    یکی از پدیده هایی که در شبکه لوله ها باعث ایجاد خسارت و کاهش عمرمفید تاسیسات آبی می شود، پدیده ضربه قوچ یا چکش آبی است. روش های عددی مختلفی در تحلیل این مساله به کار گرفته شده است. در تمامی روش های عددی ارائه شده، محیط پیوستار مساله بایستی توسط ابزاری گسسته سازی شود تا مجهولات مساله که همان مقادیر سرعت و فشار ناشی از قطع ناگهانی جریان و حرکت موج فشاری در طول لوله می باشند، پس از طی فرایند حل، محاسبه گردند. با محاسبه دقیق این مجهولات، پیش از طراحی سازه ها می توان تمهیدات مناسبی در کاهش تنش های ناشی از رخداد ضربه قوچ، اتخاذ نمود.
    سابقه و هدف
    روش مرسوم برای مدلسازی معادلات دیفرانسیلی که این پدیده را تشریح می کنند، روش خطوط مشخصه است. به طور کل، در روش های معمول به خوبی توسعه یافته ی اجزای محدود، احجام محدود و تفاضل های محدود، گسسته سازی حوزه ی مکانی مساله با استفاده از ابزاری به نام شبکه بندی صورت می گیرد. با وجود استفاده مفید از این روش ها در بسیاری از زمینه های علمی، شبکه بندی، فرایندی پرهزینه و دردسرساز، به ویژه در مسائلی با مرزهای پیچیده است. همین امر انگیزه ی اصلی ابداع روش های بدون شبکه بوده است. در این گونه روش ها حوزه ی مکانی مساله توسط تعدادی نقطه به سادگی گسسته سازی می شود.
    مواد و روش ها
    در پژوهش حاضر، جهت مدلسازی ضربه قوچ کلاسیک در سیستمی شامل شیر، لوله و مخزن، از روش عددی بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش استفاده می شود. در رهیافت ارائه شده، از روش ضمنی کرنک نیکلسون برای گسسته سازی زمانی استفاده شده تا بتوان شرط کوچکتر بودن گام زمانی را برای پایداری حل از بین برد. در این روش، معادلات پیوستگی و مومنتوم جهت محاسبه مقادیر سرعت و فشار در صفحه x-t با استفاده از داده های گام زمانی قبلی، به طور همزمان محاسبه می شود. رهیافت ارائه شده کاملا ماتریسی بوده و فرایند حل، شامل چند عملیات جبری ساده می باشد که بر روی ماتریس های تنک صورت می گیرد.
    یافته ها
    در مقاله حاضر، ابتدا معادلات حاکم بر ضربه قوچ نوشته شده و سپس، کلیات روش عددی بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش به طور کامل، تشریح شده است. در ادامه، چندین آزمایش معتبر در مورد ضربه قوچ با روش فوق، مدلسازی شده و در انتها نیز یک مساله با به کارگیری روش کرنک- نیکلسون در حالات مختلف، تحلیل گردیده است. نتایج حاصل از مدلسازی مسائل با نتایج سایر روش های عددی معتبر نظیر روش MOCو روش عددی به کار رفته توسط "زیلک" در نقاط بحرانی لوله نظیر پشت شیر و وسط لوله مورد برازش قرار گرفته است. همچنین، تحلیل هیدرولیکی مسائل و نحوه محاسبه جوابهای دقیق، به طور کامل، تشریح گردیده است. در نهایت، پس از به-کارگیری معیار مجموع مربعات خطا و تخمین خطایی کمتر از 5 درصد در کل بازه مورد بررسی، مشخص گردید که از این روش، می توان به عنوان یکی از روش های عددی دقیق، ساده و کم هزینه در مدلسازی مسایل ضربه قوچ استفاده نمود.
    نتیجه گیری
    عدم نیاز به انتگرالگیری، عملیات ریاضی کاملا ماتریسی و نیز بدون شبکه بودن فضای مساله از ویژگی های مهم روش عددی بدون شبکه است که علاوه بر کاهش منابع خطا می تواند یکی از دقیق ترین روش های حل عددی پدیده ضربه قوچ در سیستم لوله ها به شمار آید.
    کلیدواژگان: ضربه قوچ، شبکه لوله ها، روش عددی بدون شبکه
  • فرهاد میثاقی *، جواد صادقیها صفحات 25-42
    سابقه و هدف
    با توجه به کمبود منابع آب در دسترس و افزایش مداوم تقاضای آب، احداث سدهای جدید امری اجتناب ناپذیر به نظر می رسد. سدها از جمله سازه های زیربنائی برای ذخیره و تامین آب به ویژه در دوره های خشک سالی هستند. چنانچه بهره برداری از مخازن بهینه باشد، اهداف سد به نحو مطلوبی تامین می شود، ولی از آنجاکه بهره برداری بهینه از سیستم های بزرگ منابع آبی وقت گیر، پیچیده و بعضا دست نیافتنی است، استفاده از روش های جایگزین مدل های بهینه سازی که با دقت قابل قبول، امکان رسیدن به جواب مناسب نزدیک به بهینه را داشته باشند، راه حل مناسبی به نظر می رسد. یکی از این سدها که در مرحله اجرا می باشد، سد مخزنی نهب واقع بر روی رودخانه خررود در استان قزوین است. هدف بهره برداری از این سد، ذخیره جریانات نابهنگام و سیلابی رودخانه خررود و تنظیم آن برای تامین حقابه اراضی کشاورزی پایین دست و تغذیه آبخوان دشت قزوین می باشد. هدف از این تحقیق، بررسی نحوه تخصیص آب به مصارف کشاورزی، زیست محیطی و تغذیه مصنوعی آبخوان در شرایط خشک سالی با استفاده از مدل MODSIM می باشد.
    مواد و روش ها
    شبیه سازی بهره برداری از سد نهب با استفاده از مدل MODSIM، برای یک دوره بلندمدت 50 ساله و طی سال-های آبی 45-1344 تا 94-1393 و همچنین یک دوره خشک سالی هیدرولوژیکی 17 ساله طی سال های آبی 78-1377 تا 94-1393 که بر اساس تغییرات متوسط آبدهی رودخانه نسبت به میانگین طولانی مدت تعیین گردیده، انجام شده است. شبیه سازی به صورت ماهانه برای چهار گزینه قبل از رسوب گذاری ، رسوب گذاری 20 ساله ، رسوب گذاری 50 ساله و شرایط مخزن صفر انجام شده است. اولویت بندی تخصیص آب شامل اولویت اول نیاز زیست محیطی ، دوم حقابه کشاورزی و سوم نیاز تغذیه مصنوعی اختصاص داده شد. کاهش حجم آب خررود در محل احداث سد از سال آبی 78-1377 تا آخرین سال آبی 94-1393 ، به دلایل مختلف از جمله خشک سالی و برداشت از بالادست، باعث افت عملکرد سد نهب شده است، به طوری که نیازهای هیچ یک از بخش های مصرفی در حد قابل قبول تامین نشده است.
    یافته ها
    با مقایسه نتایج گزینه های مربوط به رسوب گذاری مشخص می شود که در شرایط رسوبگذاری 20 ساله، مخزن سد بهترین عملکرد را دارد که به دلیل حجم مرده کم در مقایسه با حجم مفید مخزن در این شرایط است. با مقایسه عملکرد مخزن در شرایط مخزن صفر با گزینه های رسوبگذاری مشخص می شود که احداث سد تاثیر چندانی بر روی بهبود شرایط توزیع آب نخواهد داشت و مقادیر تامین در این شرایط بهبود قابل توجهی نخواهد کرد. به منظور ارزیابی نتایج شبیه سازی بهره برداری از مخزن سد نهب در گزینه های مختلف از شاخص های درصد تامین حجمی ، اعتماد پذیری، برگشت پذیری و آسیب پذیری استفاده شده است. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که در شبیه سازی بلند مدت (50 ساله) و شرایط خشک سالی احداث سد تغییر بسیار کمی در افزایش درصد تامین حجمی و زمانی نیاز آب در منطقه خواهد داشت، به طوری که درصد تامین کل حقابه ها در شرایط رسوبگذاری 20 ساله و 50 ساله به ترتیب از 4/77 به 7/37 درصد و از 7/73 به 8/35 درصد و برای شرایط مخزن صفر از 8/58 به 1/34 درصد کاهش یافته است، که در صورت ادامه شرایط خشکسالی و افزایش 1 تا 2 درصدی میزان تامین ها نسبت به شرایط موجود، احداث سد و ادامه روند اجرای آن را کاملا توجیه ناپذیر می نماید.
    نتیجه گیری
    به طور کلی می توان نتیجه گرفت که در صورت ادامه روند خشک سالی، احداث سد نهب جهت بهبود شرایط توزیع آب توجیه پذیر نمی باشد و شاید تنها کاربرد آن کنترل سیلاب های ناگهانی و جلوگیری از خسارت ناشی از سیلاب در پایین دست سد باشد.
    کلیدواژگان: سد نهب، بهره برداری، خشک سالی، شبیه سازی، MODSIM
  • وحید لطیفی، حسین اسدی *، عیسی ابراهیمی، علی موسوی صفحات 43-59
    سابقه و هدف
    فسفر یکی از عناصر ضروری برای رشد گیاهان و همچنین فسفر یکی از منابع آلودگی آب ها است که به دلیل مصرف بی رویه کودهای شیمیایی و ورود فاضلاب های شهری و صنعتی به منابع آب ایجاد می شود. فسفر دارای تغییرات زمانی و مکانی بالایی است که ناشی از عواملی مانند شدت بارندگی، کاربری اراضی، شیب منطقه و فرسایش خاک می باشد. هدف از انجام این مطالعه بررسی تغییرات زمانی آلودگی فسفر در طول رودخانه سیاهرود واقع در استان گیلان بود.
    موادوروش ها
    این پژوهش در رودخانه سیاهرود رشت که حوضه آن دارای کاربری های جنگل (نواحی جوکلبندان و سراوان) ، کشاورزی (ناحیه سنگر) ، صنعتی (نواحی سراوان و دانشگاه) و شهری (نواحی گیل و گلسار) است، انجام شد. نمونه برداری طی یک دوره ده ماهه از نقاط مختلف با کاربری های متفاوت در طول رودخانه انجام شد. مقادیر فسفر کل، محلول و چسبیده به ذرات در نمونه های آب، مقدار مواد جامد کل، محلول و معلق اندازه گیری شد. اندازه گیری فسفر کل با روش هضم با پرسولفات پتاسیم انجام شد. مقدار نیتروژن نیز در چهار ماه آذر، دی، بهمن و اسفند با استفاده از روش کجلدال اندازه گیری شده است.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که میزان آلودگی فسفر این رودخانه در محدوده کاربری شهری (منطقه گلسار 261/0 میلی گرم در لیتر) و صنعتی بیش تر از سایرکاربری ها می باشد. در فصل زمستان عمده فسفر محلول خروجی از کاربری کشاورزی بوده است و در تابستان از کاربری شهری بیشترین مقدار خروجی فسفر محلول می باشد. بالاترین مقدار آلودگی فسفر (296/0 میلی گرم در لیتر) در منطقه گلسار مشاهده شده است. علت زیاد بودن میزان فسفر کل در نقطه جوکلبندان (188/0 میلی گرم در لیتر) را می توان به تخریب جنگل های موجود و شیب بالای این منطقه نسبت داد. بخش عمده ذرات جامد خارج شده از حوضه نیز به شکل معلق بوده است (میانگین سالانه 503 میلی گرم در لیتر). نتایج نشان داد که میانگین زمانی غلظت اشکال مختلف فسفر شامل فسفر کل، فسفر محلول و فسفر چسبیده به ذرات در مکان های مختلف دارای اختلاف معنی داری است و در بخش انتهایی رودخانه بیش ترین است. میانگین کل (زمانی-مکانی) غلظت فسفر محلول و فسفر چسبیده به ذرات در رودخانه مورد مطالعه اختلاف معنی داری نداشتند. نتایج حاکی از وجود یک رابطه نمایی (54/0R2=) بین غلظت فسفر محلول و مواد جامد محلول بود. همچنین مشاهده شد که خروجی فسفر نیز تابعی از زمان است و با تغییرات ماهانه میزان و شکل خروجی فسفر به شدت تغییر می کند.
    نتیجه گیری
    به طور کلی میزان آلودگی فسفر از ابتدا تا انتهای رودخانه روند افزایش داشت و آلودگی فسفر دارای تغییرات زمانی بالایی بود. بالابودن میزان فسفر از حدمجاز در مناطق کشاورزی مانند سنگر عمدتا در فصل بارندگی و ناشی از فرسایش خاک تشخیص داده شد، در حالی که زیادی فسفر در مناطق شهری را می توان به دلیل ورود فاضلاب های شهری و صنعتی به داخل رودخانه دانست. بنابراین با ممانعت از فرسایش خاک در اراضی کشاورزی و جلوگیری از تخلیه فاضلاب های شهری و صنعتی به داخل رودخانه به مقدار زیادی از آلودگی فسفر جلوگیری خواهد شد.
    کلیدواژگان: ضریب گراولیوس، فرسایش خاک، فسفر چسبیده به ذرات، فسفر محلول، مواد جامد محلول
  • زهره فرزانگان *، علیرضا آستارایی، امیر فتوت، امیر لکزیان صفحات 63-78
    سابقه و هدف
    کادمیم یکی از متداول ترین آلاینده های زیست محیطی است که می تواند اثر نامطلوبی بر روی همه ارگانیسم های زنده داشته باشد. از این رو یک روش پالایشی صحیح برای کاهش فراهمی فلز در خاک مورد نیاز است. از آنجا که نانومواد واکنش پذیری و ظرفیت جذب سطحی بیشتری نسبت به همان مواد در اندازه معمولی دارند، از این رو با گسترش کاربردهای مختلف نانوفناوری در زندگی بشر، ارزیابی کارایی نانوذرات در پالایش خاک های آلوده مورد توجه محققان قرار گرفت. با این حال تا کنون در مورد امکان تثبیت فلزات سنگین بوسیله نانوهیدروکسی آپاتیت (nHAP) در خاک های آهکی گزارشی منتشر نشده است. به این منظور آزمایش حاضر با هدف بررسی تاثیر کاربرد nHAP بر تثبیت کادمیم در یک خاک آهکی آلوده طراحی شد.
    مواد و روش ها
    این آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی به صورت آزمایش فاکتوریل با 3 تکرار انجام شد. ابتدا خاک در سه سطح کادمیم (صفر، 20 و 40 میلی گرم بر کیلوگرم خاک با استفاده از نمک کلرید کادمیم) آلوده و به مدت یک ماه در رطوبت 70 % ظرفیت زراعی نگهداری شد. سپس nHAP در سه سطح (صفر، 25/0 و 1 درصد) به نمونه های خاک اضافه شد. پس از 30 روز خواباندن، گونه بندی کادمیم با استفاده از عصاره گیری متوالی و قابلیت جذب کادمیم در خاک با عصاره گیر DTPA مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی تاثیر nHAP در شدت پیوند کادمیم با خاک و تحرک کادمیم در خاک از نمایه تفکیک کاهش یافته (IR) و فاکتور تحرک استفاده گردید.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که کاربرد nHAP غلظت کادمیم را در بخش تبادلی و آلی کاهش و در بخش کربناتی بطور معنی داری افزایش داد اما بر مقدار کادمیم در بخش باقی مانده تاثیر معنی داری نداشت. نتایج استخراج کادمیم با DTPA نشان داد که در سطح 40 میلی گرم بر کیلوگرم کادمیم، کاربرد هر دو سطح nHAP غلظت کادمیم قابل جذب را بطور معنی داری کاهش داد. با افزایش مقدار مصرفی nHAP، کارایی آن در کاهش فراهمی کادمیم افزایش یافت. البته مقدار کاهش کادمیم قابل فراهم در خاک چشمگیر نبود. نتایج همچنین نشان داد که با افزایش سطوح nHAP و کادمیم، مقدار IR افزایش یافت که افزایش IR بیانگر کاهش قابلیت استفاده و تحرک کادمیم در خاک است. کاربرد nHAP سبب کاهش معنی دار فاکتور تحرک یعنی موجب کاهش تحرک و خطر زیست محیطی کادمیم گردید.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج بدست آمده می توان بیان داشت که اگرچه کاربرد nHAP تا حدودی سبب تثبیت و کاهش تحرک کادمیم در خاک گردید، اما به نظر می رسد تاثیر nHAP بر کاهش فراهمی کادمیم چشمگیر نبود. لذا باید در مورد امکان استفاده این ماده در سطح گسترده و اقتصادی بودن کاربرد آن بررسی های بیشتر صورت پذیرد.
    کلیدواژگان: خاک، کادمیم، گونه بندی، نانوهیدروکسی آپاتیت
  • علی رئیسی عیسی آبادی *، حمیدرضا غفوری، محسن مسلم زاده صفحات 79-96
    سابقه و هدف
    آب های زیرزمینی هم به دلیل کمیت و هم به دلیل کیفیت جزء با ارزش ترین منابع آب به شمار می روند. اندازه گیری تراز سطح آب زیرزمینی یکی از گام های اساسی و ضروری مطالعات آب زیرزمینی محسوب می شود. از آنجا که اندازه گیری داده ها در نقاط محدودی انجام می شود، و از طرفی این اندازه گیری ها بایستی به سطح تعمیم داده شود، تعیین محل های بهینه اندازه گیری شبکه امری مهم به شمار می رود. بر همین اساس در مطالعه حاضر با هدف کاهش تعداد چاه های اندازه گیری (چاه های مشاهده ای) ، تعدادی از چاه ها به گونه ای حذف گردید که چاه های باقیمانده یک ترکیب بهینه داشته باشند.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش دشت دزفول- اندیمشک واقع در شمال استان خوزستان به عنوان مطالعه موردی مبنای کار قرار گرفت. روش کریجینگ که بهترین تخمین گر خطی نااریب به شمار می رود برای میان یابی مورد استفاده قرار گرفت. براساس داده های اندازه گیری شده 76 چاه مشاهده ای مورد مطالعه در این دشت، یک واریوگرام تئوری بر داده های واریوگرام تجربی برازش داده شد. سپس به منظور یافتن ترکیب بهینه چاه ها از یک روش بهینه سازی تحت عنوان الگوریتم تابو (که یک الگوریتم فراکاوشی محسوب می شود) بهره گرفته شد. بدین منظور دو برنامه کامپیوتری شامل GSLIB برای مدل کردن روش کریجینگ و MATLAB برای انجام محاسبات الگوریتم جستجوی تابو مورد استفاده قرار گرفتند. با اتصال دادن این دو برنامه و فراهم آوردن شرایطی برای تبادل اطلاعات میان آن ها، یک مدل تحت عنوان مدل بهینه ساز به گونه ای حاصل شد تا قابلیت بهینه سازی شبکه اندازه گیری سطح آب زیرزمینی فراهم گردد. توزیع چاه ها به گونه ای صورت می گیرد که واریانس خطای تخمین کریجینک در محدوده مورد مطالعه حداقل گردد.
    یافته ها
    مدل بهینه ساز حاصل برای پنج حالت کاملا متفاوت اجرا گردید. در حالت های اول تا سوم که هدف آن صرفا صحت سنجی مدل بوده، بترتیب انتخاب بهینه یک، دو و سه چاه مشاهده ای ارائه شد که با مقایسه با روش جستجوی کامل، صحت کارکرد مدل مورد تایید قرار گرفت. در حالت های چهارم و پنجم، انتخاب بهینه 50 و 60 چاه مشاهده ای از میان 76 چاه موجود ارائه گردید که تراز سطح آب زیرزمینی برای این حالت ها مورد مقایسه قرار گرفت و حاکی از تطابق خوب نتایج در مقایسه با تراز سطح آب زیرزمینی ناشی از کل چاه ها (76 چاه) می باشد.
    نتیجه گیری
    با توجه به اینکه واریوگرام منطقه یک واریوگرام همسان گرد بوده، توزیع چاه ها نیز در امتدادهای مختلف بطور یکنواخت بوده، این نتیجه براساس نتایج حالت های اول تا سوم که تعداد چاه ها کم می باشد بخوبی ملموس می باشد. نتایج حاصل از بهینه سازی 50 و 60 چاه مشاهده ای بدون هیچ گونه دخالتی در طی فرایند بهینه سازی توسط مدل حاضر و بطور خودکار ارائه شده که مقایسات تراز سطح آب زیرزمینی دقت نتایج مدل را تایید می کند. همچنین نتایج حاکی از صرفه جویی بسیار زیاد زمان بواسطه استفاده از مدل حاضر می باشد.
    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، شبکه اندازه گیری، زمین آمار، بهینه سازی، الگوریتم جستجوی تابو
  • علی محوحی *، فایز رئیسی صفحات 97-112
    سابقه و هدف
    سرب از نظر سمیت و کاهش فعالیت بیولوژیکی در خاک مورد توجه است. رشد گیاهان نیز در یک خاک آلوده به فلزات سنگین به اثر متقابل بین جانداران در محیط ریزوسفر و ریشه گیاه بستگی دارد. کرم های خاکی، قارچ های میکوریزا و ریزوباکترهای محرک رشد گیاه از مهم ترین این ریزجانداران هستند. در این مطالعه اثر جداگانه و همزمان کرم خاکی و ریزوباکترها بر کلونیزاسیون ریشه و رشد گیاه در یک خاک آلوده مورد بررسی قرار گرفت.
    مواد و روش ها
    بذر سه گونه گیاهی شامل ذرت مرغ و گاوپونه پس از استریل سطحی و جوانه زنی به گلدان های حاوی 4 کیلوگرم خاک آلوده (جمع آوری شده از معدن سرب باما) و استریل شده در دمای oC 121 به مدت 2 ساعت منتقل شدند. سه گونه گیاه تلقیح شده با قارچ میکوریزا به صورت جداگانه و همزمان با کرم خاکی (Eisenia foetida) یا ریزوباکتری تلقیح گردید. پس از گذشت 3 (ذرت و مرغ) و 4 (گاوپونه) ماه از دوره رشد تحت شرایط گلخانه، اندام هوایی گیاهان از سطح خاک جدا شدند. غلظت سرب و فسفر در خاک و گیاهان، درصد کلونیزاسیون، فراوانی اسپور و طول ریشه کلونیزه اندازه گیری شدند.
    یافته ها
    به طور کلی، تلقیح هر سه گیاه میکوریزایی مورد مطالعه با کرم خاکی و ریزوباکتر، درصد کلونیزاسیون ریشه، فراوانی اسپورها، قابلیت دسترسی فسفر خاک و رشد گیاه را تحت تاثیر قرار داد و بسته به نوع گیاه و موجود زنده کاملا متفاوت بود. همبستگی بین فسفر قابل دسترس خاک و درصد کلونیزاسیون ریشه در هر سه گیاه (ذرت: 48/0-=r، 05/0P<؛ مرغ: 74/0-=r، 001/0P< و گاوپونه: 65/0-=r، 01/0P<) منفی و معنی دار بود. اما همبستگی منفی بین سرب قابل دسترس و کلونیزاسیون تنها در کشت مرغ مشاهده شد. همچنین از بین فاکتور های همزیستی میکوریزایی مورد مطالعه، فراوانی اسپور ها کمترین تغییرات را بین تیمار های همزمان نشان داد. از سوی دیگر، همبستگی بین فراوانی اسپور ها و کلونیزاسیون ریشه هر سه گیاه (غیر معنی دار در کشت ذرت؛ مرغ: 76/0=r، 001/0P< و گاوپونه: 67/0=r، 01/0P<) نیز متفاوت بود و نشان داد که فراوانی اسپور ها به تنهایی شاخص مناسبی برای وابستگی میکوریزایی نیست و به نوع گیاه و موجود زنده خاک (کرم خاکی یا باکتری) بستگی دارد.
    نتیجه گیری
    نتایج این بررسی حاکی است افزایش سرب و فسفر قابل دسترس خاک می تواند یکی از عوامل کاهش درصد کلونیزاسیون ریشه باشد، اما اثر منفی سرب بر همزیستی میکوریزایی به حساسیت گیاه به سمیت سرب بستگی دارد. همچنین درصد کلونیزاسیون ریشه به تنهایی شاخص مناسبی از رشد گیاهان مورد مطالعه نیست و به عوامل دیگری همچون نوع گیاه، غلظت فسفر و سرب خاک بستگی دارد. همچنین هراندازه حساسیت گیاه به سمیت سرب بیشتر باشد، همبستگی بین رشد گیاه و همزیستی میکوریزایی مشهودتر است.
    کلیدواژگان: قارچ میکوریزا، کرم خاکی، ریزوباکتر، کلونیزاسیون ریشه، اسپور
  • معصومه فراستی *، حسین شاکری صفحات 113-128
    سابقه و هدف
    در پژوهش حاضر از نرم افزار هایدروس یک بعدی برای برآورد پارامترهای هیدرولیکی مدل ون گنوختن معلم و شبیه سازی نفوذ آب در خاک در چهار ایستگاه اطراف دانشگاه گنبد کاووس، دریاچه مصنوعی، کلاله و نگین شهر با بافت خاک لوم به روش معکوس، استفاده شد.
    مواد و روش ها
    برای این منظور سه گزینه با تعداد متفاوت پارامترهای هیدرولیکی انتخاب شده برای فرایند بهینه سازی تعریف شد. در گروه اول تنها از داده های نفوذ تجمعی اندازه گیری شده به عنوان ورودی نرم افزار استفاده شد. در گروه دوم مقدار رطوبت خاک اندازه گیری شده در پتانسیل ماتریک 3/0 اتمسفر (FC) (و در گروه سوم از میزان رطوبت در مکش 15 اتمسفر (PWP) به عنوان داده های تکمیلی برای حل معکوس در کنار داده های نفوذ تجمعی، استفاده شد. پس از بهینه سازی پارامترهای هیدرولیکی خاک، با استفاده از نرم افزار هایدروس تغییرات نفوذ با زمان شبیه سازی شد.
    یافته ها
    در ایستگاه کلاله مقدار بهینه پارامتر رطوبت اشباع (sø) ، رطوبت باقیمانده (rø) و عکس مکش ورود هوا به خاک (α) به ترتیب برابر 34/0، 033/0 و 014/0 به دست آمد. در ایستگاه نگین شهر مقدار بهینه پارامتر مکش ورود هوا به خاک (α) ، شکل منحنی رطوبتی (n) و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (ks) به ترتیب 006/0، 42/1 و 014/0سانتی متر بر دقیقه به دست آمد. در ایستگاه دریاچه مصنوعی مقدار بهینه پارامتر عکس مکش ورود هوا به خاک (α) ، شکل منحنی رطوبتی (n) و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (ks) به ترتیب 015/0، 39/1 و 016/0سانتی متر بر دقیقه به دست آمد. در ایستگاه دانشگاه مقدار بهینه پارامتر هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (ks) و عکس مکش ورود هوا به خاک (α) به ترتیب برابر 013/0 سا نتی متر بر دقیقه و 008/0 به دست آمد. پس از بهینه سازی پارامتر های هیدرولیکی خاک، با استفاده از نرم افزار هایدروس تغییرات نفوذ با زمان شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که نرم افزار هایدروس نفوذ تجمعی را به خوبی شبیه سازی کرده است و با گذشت زمان میزان نفوذ را کمی بیشتر از داده های مزرعه ای پیش بینی نموده است. در ایستگاه کلاله بین داده های نفوذ مزرعه ای و نرم افزار هایدروس با ضریب R2 بالا (98/0) و RMSE کم (11/9 سانتی متر) همبستگی بیشتری وجود داشت و داده های پیش بینی شده توسط نرم افزار تقریبا" با داده های مزرعه ای برابر بود. در ایستگاه نگین شهر تفاوت داده های مزرعه ای و نرم افزار هایدروس بیشتر بود.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج به دست آمده، نرم افزار هایدروس داده های نفوذ را کمی بیشتر از میزان واقعی پیش بینی کرده است. در همه ایستگاه ها مقدار R2 بالا بوده که نشان دهنده همبستگی متوسطی بین داده های مزرعه ای و نرم افزار هایدروس می باشد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، نفوذ، داده های مزرعه ای، نرم افزار HYDRUS، داده های صحرایی
  • الناز اسدی، علی کرامت زاده *، فرشید اشراقی صفحات 129-144
    سابقه و هدف
    یکی از عوامل اصلی و محدودکننده توسعه بخش کشاورزی ایران کمبود منابع آب می باشد. برداشت بیش از حد منابع آب زیرزمینی و کاهش ریزش های جوی، منجر به افت سطح آب زیرزمینی شده و تغذیه سالیانه از طریق ریزش های جوی نیز نمی تواند این مقدار افت سطح ایستایی را جبران کند. همچنین، کشاورزان انگیزه ی اقتصادی کافی نیز برای حداقل کردن اثرات محیط زیستی منفی از قبیل کاهش سطح سفره های آب زیرزمینی را ندارند. لذا اغلب مسائل تصمیمگیری در مدیریت منابع طبیعی به ویژه منابع آب با مسئله وجود اهداف متضاد از قبیل حداکثر کردن سود های اقتصادی و حداقل کردن اثرات محیط زیستی منفی رو به رو است. بر این اساس، در مطالعه حاضر به منظور مدیریت منابع آب زیرزمینی از روش نظریه بازی ها کمک گرفته شد.
    مواد و روش ها
    جامعه آماری مورد مطالعه حاضر کل چاه های آب شهرستان گرگان می باشد. اطلاعات مورد نیاز شامل اطلاعات هزینه تولید و اطلاعات چاه های آب کشاورزی بوده که در سال زراعی 94-1393 از طریق تکمیل تعداد 88 پرسشنامه با روش نمونه گیری تصادفی طبقه ای جمع آوری گردید. در این مطالعه بر اساس اطلاعات میانگین برداشت آب زیرزمینی در سال های مختلف تعداد پنج سناریوی استخراج آب زیرزمینی در نظر گرفته شد و برای تخمین منافع اقتصادی و اثرات محیط زیستی به ترتیب از درآمد خالص کشاورزان و میزان استخراج منابع آب زیرزمینی استفاده گردید. سپس میزان بهره برداری بهینه از منابع آب زیرزمینی به روش راه حل نامتقارن نش تعیین شد.
    یافته ها
    بر اساس نتایج حاصل از این مطالعه با کاهش استخراج آب زیرزمینی برای آبیاری، سطح زیرکشت بهینه و درآمد خالص کشاورزان کاهش یافت. همچنین نتایج این مطالعه بیان نمود زمانی که سود اقتصادی به عنوان تنها هدف ملاحظه می شود استخراج آب زیرزمینی در بالاترین حد خود معادل 579 میلیون متر مکعب و زمانی که اهداف محیط زیستی به عنوان تنها هدف ملاحظه شود سناریوی بهینه آب زیرزمینی در حداقل حجم استخراج آب زیرزمینی معادل 66 میلیون متر مکعب می باشد. هنگامی که به اهداف محیطی و اقتصادی وزن یکسانی داده شود، بهترین سناریوی بهره برداری از منابع آب زیرزمینی معادل 246 میلیون متر مکعب و درآمد کشاورزان 2340000 میلیون ریال در سال می باشد.
    نتیجه گیری
    نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد میزان برداشت سالانه آب زیرزمینی از تغدیه سالانه این منابع بیشتر بوده و تغییرات ذخیره آبخوان منفی می باشد. لذا برداشت کشاورزان از منابع آب زیرزمینی منطقه بی رویه است. این عمل اگر چه در کوتاه مدت منجر به افزایش سود خالص برای آن ها شده است، ولی در بلندمدت باعث وارد شدن صدمات جبران ناپذیری بر توان آبی منطقه و محیط زیست می شود. همچنین طبق نتایج به دست آمده از نظریه بازی ها میزان بهینه برداشت از منابع آب زیرزمینی باید از برداشت فعلی کمتر باشد. همچنین نتایج الگوی بهینه کشت حاکی از آن است که با کاهش مصرف آب سطح زیر کشت بهینه محصولات کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: نظریه بازی ها، راه حل نامتقارن نش، آب زیرزمینی، شهرستان گرگان
  • عاطفه آزادی فر *، امیر سلطانی محمدی، هادی معاضد صفحات 145-159
    سابقه و هدف
    در طول چند دهه گذشته، مطالعه حرکت آلاینده ها در منطقه اشباع با توجه به اثرات فیزیکی و شیمیایی زیادی که بر کیفیت آب های زیرسطحی دارد تبدیل به یک موضوع پراهمیت شده است. از طرفی افزایش استفاده از کودهای ازته به دلیل پویایی زیاد نیترات در خاک تهدیدی جدی برای آب های زیرزمینی و در نتیجه سلامت انسان است. از مدل های مهم انتقال آلاینده پایدار در محیط های متخلخل همگن در حالت اشباع تحت شرایط جریان دائمی، مدل بریگهام و مدل فرید–کامبرنوس می باشند که به-ترتیب برای محاسبه انتشارپذیری در فواصل انتقال کوتاه و طولانی پیشنهاد شده اند. هدف از این پژوهش بررسی و مقایسه مدل های ریاضی فرید–کامبرنوس و بریگهام برای محاسبه انتشارپذیری نیترات در شرایط اشباع در خاک های ماسه ای همگن در شرایط آزمایشگاهی بود.
    مواد و روش ها
    برای بررسی انتشارپذیری با دو مدل ریاضی فرید – کامبرنوس و بریگهام، محلول نمک خالص نیترات پتاسیم به عنوان آلاینده پایدار تحت رژیم ماندگار با غلظت 160 میلی گرم بر لیتر به ستون های خاک ماسه ای (در سه اندازه درشت، متوسط، ریز و در فواصل انتقال 20، 40 و 80 سانتی متری) اضافه شد، سپس به منظور استخراج پارامترهای مورد نیاز دو مدل مذکور غلظت نیترات خروجی در حجم های تخلخل متفاوت اندازه گیری و منحنی رخنه برای هر ستون رسم و پارامترهای مورد نیاز مدل های ریاضی فرید–کامبرنوس و بریگهام از آن استخراج گردید.
    یافته ها
    تحلیل داده های آزمایشگاهی توسط مدل های تحلیلی بریگهام و فرید–کامبرنوس نشان داد روند تغییرات انتشارپذیری در خاک ماسه ای ریز در هر دو مدل فرید–کامبرنوس و بریگهام تفاوت معناداری با انتشارپذیری به دست آمده برای خاک ماسه ای درشت و متوسط دارد. به طوری که با افزایش متوسط فاصله انتقال در ماسه درشت و متوسط، مقدار انتشارپذیری نیترات بیش تر شد. بررسی مقادیر محاسبه شده پارامتر β برای ماسه ریز در پژوهش نشان داد که مقدار این پارامتر با افزایش فاصله انتقال شدیدا افزایش می یابد که این بیان کننده بیشتر بودن سرعت انتقال آلاینده نسبت به سرعت حرکت آب در خلل و فرج در فواصل کوتاه تر ماسه ریز، و در نتیجه افزایش انتشارپذیری آن با افزایش فاصله انتقال می باشد.
    نتیجه گیری
    بررسی نتایج به دست آمده نشان داد که در فواصل انتقال کوتاه بر خلاف فواصل انتقال طولانی، نتایج دو مدل فرید-کامبرنوس و بریگهام متفاوت می باشد و نمی توان آن را برای فواصل انتقال طولانی نیز تعمیم داد. لذا مدل فرید–کامبرنوس برای فواصل انتقال کوتاه از کارایی لازم برخوردار نبود.
    کلیدواژگان: مدل بریگهام، مدل فرید – کامبرنوس، منحنی رخنه، انتشارپذیری
  • محمد صادق غضنفری مقدم *، مرتضی فرهمند راد، غلامعباس بارانی، محسن پوررضا بیلندی صفحات 161-175
    سابقه و هدف
    یکی از راه های پیش بینی و برآورد مقدار رواناب حاصل از بارش نزولات جوی استفاده از مدل های هیدرولوژیکی است. واسنجی پارامترهای موثر در مدل های هیدرولوژیکی یکی از گام های اساسی در استفاده از این مدل ها می باشد. در این میان بهینه سازی چند هدفه یکی از موضوعات مهم و کاربردی می باشد. هدف این گونه بهینه سازی ها تعیین مقادیر پارامترهای مدل برای یافتن بهترین راه حل ممکن و دستیابی به اهداف مختلف است.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش مدل بارش – رواناب مفهومی MILC توسط الگوریتم چند هدفه AMALGAM، مورد واسنجی خودکار قرار گرفت. این مدل از مفهوم مدل رواناب سطحی SCS برای محاسبه بارش مازاد و از مفهوم هیدرو گراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیکی نیز برای روند یابی این بارش مازاد در سطح حوضه استفاده می کند. در این مطالعه برای واسنجی و همچنین ارزیابی مدل از 4 تابع هدف ناش – ساتکلیف (NSE) برای جریان های اوج، TRMSE برای جریان های کم، ROCE برای جریان متوسط و SFDCE برای شیب خط تداوم جریان استفاده شد. فرایند واسنجی توسط 4 تابع هدف مذکور صورت گرفت و خروجی های مدل که همان نقاط بهینه پارتو هستند موردبررسی قرار گرفتند و درنهایت از هر خروجی یک نقطه به عنوان نقطه بهینه میانگین انتخاب شد. در انتها این نقاط که شامل پارامترهای واسنجی شده مدل هستند در دوره صحت سنجی جهت مقایسه با مقادیر مشاهداتی مورداستفاده قرار گرفتند.
    نتایج
    مقادیر به دست آمده در دوره ی صحت سنجی اعدادی بین 71/0 و 78/0 برای تابع NSE را نشان می دهد که با توجه به مقدار بهینه این توابع (=+1 NSE) ، نتایج گویای عملکرد مناسب مدل در شبیه سازی جریان های اوج است. همچنین مقادیر به دست آمده برای توابع ROCE و به خصوص SFDCE که در دوره صحت سنجی اعدادی بین 72 و 129 به دست آمد؛ (SFDCE=0 در حالت بهینه) حاکی از ضعف مدل MILC در شبیه سازی جریان های میانه است.
    نتیجه گیری
    مقادیر به دست آمده برای تابع هدف TRMSE در دوره صحت سنجی اعدادی بین 48/1 - 22/1 بود (TRMSE=0 در حالت بهینه) که این ارقام گویای شبیه سازی مناسب دبی های کم می باشد. بهره گیری از الگوریتم بهینه سازی چندهدفه برای فرایند واسنجی خودکار مدل بارش – رواناب به دلیل استفاده از چند تابع هدف گوناگون که هرکدام قسمتی از هیدرو گراف حوضه را مورد هدف قرار می دهند، باعث به چالش کشیدن مدل در شبیه سازی تمامی جریان های موجود در حوضه می شود که این موضوع اهمیت استفاده از الگوریتم های چندهدفه در واسنجی مدل های هیدرولوژیکی را نشان می دهد. همچنین انتخاب هوشمندانه چند تابع هدف در فرایند واسنجی مدل، نقش کلیدی در شناخت هرچه بیشتر مدل دارد که این امر با بهره گیری از الگوریتم های چندهدفه به جای تک هدفه برای فرایند واسنجی میسر می گردد.
    کلیدواژگان: قره سو، واسنجی مدل بارش – رواناب، هیدرو گراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک، MILC
  • یونس خوشخو * صفحات 177-192
    سابقه و هدف
    دمای سطح خاک نقشی کلیدی در تبادل جرم و انرژی بین سطح خاک و آتمسفر ایفاء می کند و پارامتر ورودی مهمی برای اجرای مدل های برآورد بیلان های گرما، رطوبت و کربن در سامانه خاک - گیاه - آتمسفر و مدل های شبیه سازی وضع هوا و اقلیم در مقیاس های منطقه ای و جهانی است و تمامی مولفه های بیلان انرژی در سطح خاک را تحت تاثیر قرار می دهد. علی رغم اهمیت زیاد و کاربرد قابل توجه دمای سطح خاک، اندازه گیری آن فقط در ایستگاه های سینوپتیک و بطور ناقص (فقط دمای حداقل شبانه روزی سطح خاک) انجام می شود و لذا لازم است این متغیر مهم توسط روش هایی مناسب مورد شبیه سازی قرار گیرد.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش، از دو روش بیلان انرژی در سطح خاک و تصاویر ماهواره ای جهت برآورد میانگین شبانه روزی دمای سطح خاک در ایستگاه هواشناسی کشاورزی سرارود کرمانشاه، که در آن داده های دمای حداکثر و دمای حداقل شبانه روزی سطح خاک به ثبت رسیده اند، در بازه زمانی 2013 تا 2014 استفاده شد. برآورد میانگین دمای شبانه روزی سطح خاک بر اساس تصاویر ماهواره ای، با مد نظر قرار دادن تصاویر سنجنده MODIS تصویربرداری شده در چهار زمان مختلف شبانه روز شامل 22:30 شب، 1:30 شب، 10:30 صبح و 13:30 ظهر و با استفاده از نرم افزار MRT صورت گرفت و جهت اجرای مدل بیلان انرژی در سطح خاک، از داده های هواشناسی دمای هوا، بارش، سرعت باد، طول ساعات آفتابی و رطوبت نسبی در مقیاس روزانه همراه با برخی ویژگی های فیزیکی خاک بعنوان ورودی های مدل استفاده شد و در ادامه کارایی این دو روش با بکارگیری چند شاخص سنجش خطا مورد ارزیابی قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج حاصل از بکارگیری تصاویر سنجنده MODIS نشان داد که از بین حالت های ترکیبی ممکن از دماهای سطح خاک در 4 زمان تصویربرداری مختلف توسط این سنجنده، محاسبه میانگین شبانه روزی دمای سطح خاک بر اساس میانگین گیری کردن از دمای سطح خاک در سه زمان 22:30 شب، 1:30 شب و 10:30 صبح بیشترین تطابق را با داده های مشاهداتی میانگین شبانه روزی دمای سطح خاک دارد و مقدار خطای مطلق و ضریب تعیین در این روش جهت برآورد میانگین شبانه روزی دمای سطح خاک به ترتیب 1/2 درجه سانتیگراد و 93/0 بدست آمد. با بکارگیری مدل بیلان انرژی در سطح خاک جهت برآورد میانگین شبانه روزی دمای سطح خاک نیز مقدار خطای مطلق، 8/1 درجه سانتیگراد و ضریب تعیین 96/0 بدست آمد. نتایج حاصل از تحلیل سری های فصلی نشان داد که با بکارگیری مدل بیلان انرژی در سطح خاک و تصاویر ماهواره ای، بیشترین تطابق بین مقادیر محاسباتی و مشاهداتی به ترتیب طی فصول تابستان و زمستان رخ می دهد.
    نتیجه گیری
    نتایج کلی این پژوهش بیان کننده دقت قابل قبول و مناسب هر دو روش بکار گرفته شده و توصیه روش بیلان انرژی در سطح خاک بدلیل دقت بالاتر آن است. بر این اساس این امکان وجود دارد که از روش کلی بکار گرفته شده در این پژوهش برای شبیه سازی دمای سطح خاک در مناطق مختلف استفاده کرد و و از میانگین شبانه روزی دمای سطح خاک برآوردشده برای کاربردهای مختلفی از جمله بعنوان یک متغیر ورودی در مدل های شبیه سازی دما و رطوبت در خاک استفاده کرد.
    کلیدواژگان: بیلان انرژی، دمای سطح خاک، سرارود کرمانشاه، سنجنده MODIS
  • سجاد کریم زادگان، جواد بهمنش *، حسین رضایی صفحات 193-207
    سابقه و هدف
    دریاچه ارومیه به عنوان یک اکوسیستم آبی مهم در شمال غرب ایران واقع شده است. در 14 سال اخیر میانگین تراز سطح آب دریاچه ارومیه به 2/1272 متر تقلیل پیدا کرده و این به این معنی است که اختلاف تراز سطح اکولوژیک دریاچه و تراز سطح کنونی 2 متر است. خشک شدن دریاچه ارومیه باعث بروز مسائل و بحران های جدی برای حوضه، استان های مجاور و کشور خواهد شد. در این تحقیق از پارامترهای موثر مستقیم و غیر مستقیم در پیش-بینی تراز سطح دریاچه از جمله تبخیر، رواناب ورودی به دریاچه، بارش، دما، باد، میانگین رطوبت هوا و تراز سطح آب دریاچه در ماه قبل به عنوان ورودی های مدل استفاده شده است. مقایسه کارایی مدل های شبکه ی بیزین که یک مدل احتمالاتی تحت شرایط عدم قطعیت و الگوریتم ماشینی حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان، هدف اصلی تحقیق حاضر است.
    مواد و روش ها
    در تحقیق حاضر از دو روش حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان و شبکه بیزین در فرایند مدل-سازی استفاده گردید. در این مطالعه عوامل موثر در پیش بینی تراز سطح دریاچه در ماه قبل به عنوان ورودی و تراز سطح آب دریاچه در ماه کنونی به عنوان خروجی مدل ها مورد بررسی قرار گرفت. جهت تخمین دما، تبخیر، بارش، باد و میانگین رطوبت هوا بر روی سطح دریاچه از داده های پنج ایستگاه سینوپتیک مجاور دریاچه با برآورد ضریب تیسن هر ایستگاه و داده های 13 ایستگاه هیدرومتری واقع بر رودخانه های منتهی به دریاچه جهت تشکیل پارامترهای ورودی دو مدل محاسبه گردید.
    یافته ها
    تحلیل داده های ایستگاه های هیدرومتری نشان داد که تنها چهار ایستگاه از 13 ایستگاه هیدرومتری از نرمال پیروی می کنند. مقایسه و بررسی نتایج دو مدل با بررسی ضرایب R2، RMSE، MBE و ناش ساتکلیف حاکی از برتری عملکرد مدل حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان در مقایسه با شبکه بیزین است. این مقادیر برای مدل برتر به ترتیب برابر با 3/92%، 082/0متر، 012/0-متر و 86/0 بدست آمد.
    نتیجه گیری
    در این تحقیق معیارهای ارزیابی نشان داد که مدل حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان نسبت به مدل شبکه بیزین دارای برتری است. نکته حائز اهمیت در مقایسه دو مدل آن است که ماهیت مدل حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان، ماشینی است ولی ماهیت شبکه بیزین یک مدل احتمالاتی تحت شرایط عدم قطعیت است که در آن از توزیع نرمال جهت آموزش متغیرهای شبکه استفاده شده است. از آنجایی که ماهیت وقوع رخدادهای طبیعی تصادفی است، بنابراین استفاده از مدل شبکه بیزین نسبت به مدل حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان می تواند توصیه گردد.
    کلیدواژگان: پیش بینی، تراز سطح اکولوژیک، دریاچه ارومیه، شبکه بیزین، حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان
  • ابراهیم شعبانی *، عبدالرضا ظهیری، امیراحمد دهقانی، مهدی مفتاح هلقی صفحات 209-224
    سابقه و هدف
    سرریزها و روزنه ها (دریچه ها) از جمله سازه های هیدرولیکی هستند که به ترتیب برای کنترل عمق و دبی جریان به کار می روند. همچنین هر دو سازه به طور وسیع برای اندازه گیری دبی جریان نیز مورد استفاده قرار می گیرند. از مهم-ترین دلایل استفاده از این سازه ها به عنوان وسایل اندازه گیری، داشتن رابطه دبی-اشل ساده است. هم چنین در مواردی که جریان آب انتقالی حاوی مواد رسوبی و اجسام شناور باشد، ترکیب این دو سازه باعث بهبود عملکرد سیستم می شود. یکی از گزینه هایی که برای افزایش کارایی سازه ترکیبی سرریز-روزنه قابل استفاده است، ترکیب سرریزهای مرکب با روزنه می باشد. مطالعات بسیار محدودی در این زمینه وجود دارد.
    مواد و روش ها
    این پژوهش با هدف بررسی آزمایشگاهی ضریب دبی در سازه ترکیبی سرریز مرکب (مثلثی-مستطیلی) -روزنه انجام شده است. آزمایش ها در یک فلوم مستطیلی به طول 10 متر و عرض 40 سانتی متر انجام شده است. در این آزمایش ها از سرریزهای مثلثی با زوایای 45، 60 و 90 درجه و روزنه های مستطیلی استفاده شده است. عرض سرریز مستطیلی 40 سانتیمتر است.
    یافته ها
    نتایج این پژوهش نشان داد که برای سازه سرریز مرکب در تمامی زوایای مورد مطالعه، با افزایش ارتفاع نسبی سرریز (نسبت هد آب یا بار آبی روی سرریز به ارتفاع سرریز) ، ضریب دبی سرریز مرکب افزایش می یابد. با وجود تغییرات نسبتا زیاد بار آبی روی سرریز و نیز زوایای سرریز مثلثی، تغییرات ضریب دبی سرریز مرکب نسبتا کم بوده و در محدوده 58/0 تا 61/0 تغییر می کند. این مسئله بیانگر اهمیت تعیین دقیق این ضریب برای سازه سرریز مرکب است. همچنین مشخص شد که با افزایش زاویه راس مثلث در سرریزهای مرکب، ضریب دبی این سازه افزایش می یابد این در حالی است که با افزایش این زاویه در سرریزهای مرکب-روزنه، ضریب دبی سازه مذکور کاهش می یابد. ارتفاع بازشدگی روزنه نیز بر ضریب دبی سازه ترکیبی سرریز مرکب-روزنه موثر است به طوری که با افزایش این پارامتر، ضریب دبی سازه ترکیبی کاهش می یابد. همجنین مشخص شد که ضریب دبی سازه ترکیبی سرریز مرکب-روزنه تا حدودی کمتر از ضریب دبی این سازه در حالت بدون روزنه است.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج به دست آمده از این پژوهش می توان بر اساس اطلاعات ساده ای مثل هندسه سرریز مرکب و روزنه و نیز عمق جریان در بالادست سازه ترکیبی سرریز مرکب-روزنه، ضریب دبی را با دقت مناسبی محاسبه نموده و این سیستم ترکیبی را با اطمینان در کانال های و شبکه های آبیاری مورد استفاده قرار داد. در این صورت ضمن کنترل مناسب تراز سطح آب توسط سرریز مرکب، انتقال رسوب معلق وارد شده به کانال نیز از روزنه به خوبی انجام خواهد شد.
    کلیدواژگان: مدل آزمایشگاهی، سیستم ترکیبی سرریز-روزنه، ضریب دبی، سرریز مثلثی
  • نادر سلامتی *، حسین دهقانی سانیج، عبدالستار دارابی، لیلا بهبهانی صفحات 225-240
    سابقه و هدف
    محدودیت آب از مهم ترین عوامل بازدارنده تولید محصولات زراعی به شمار می رود، بنابراین انتخاب یک راهبرد بهینه و برتر برای استفاده از آب در شرایط کمبود آب ضروری است. استان خوزستان با تولید 8/13 درصد از کل خرمای کشور در رتبه ی سوم قرار گرفته است لذا استفاده از روش های آبیاری تحت فشار با هدف بهره برداری بهینه از منابع آب امری اجتناب ناپذیر است. این پژوهش با هدف بررسی امکان بهره مندی از سیستم آبیاری قطره ای زیرسطحی در آبیاری نخیلات و تعیین مناسب ترین تیمار آبیاری از نظر عملکرد و کارایی مصرف آب در رقم زاهدی صورت گرفت.
    مواد و روش ها
    تیمارهای آزمایش شامل مقدار آب مصرفی در روش آبیاری قطره ای زیرسطحی در سه سطح بر اساس 75، 100 و 125 درصد نیازآبی و در روش قطره ای سطحی بر اساس 100 درصد نیاز آبی بودند تجزیه و تحلیل داده ها با استفاده از طرح آزمایشی بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. این تحقیق بر روی رقم نخل خرمای زاهدی در ایستگاه تحقیقات کشاورزی بهبهان طی سه سال زراعی (1395-1392) اجرا گردید.
    یافته ها
    در صفت تعداد میوه در خوشه، تیمارهای 75، 100 و 125 درصد نیاز آبی و قطره ای سطحی به ترتیب با 1/1438، 8/1336، 8/1492 و 8/1449 میوه در خوشه مرتبه ای مشترک داشتند. نتایج حاصل از اجرای طرح نشان داد تیمارهای قطره-ای سطحی و 75 در صد نیاز آبی به ترتیب با 6/8569 و 2/7802 کیلوگرم بر هکتار بیش ترین میزان عملکرد را به خود اختصاص دادند ولی اختلاف میانگین تیمارها معنی دار نبود. در صفت کارایی مصرف آب تیمار 75 درصد نیاز آبی با تولید 744/0 کیلوگرم خرما به ازای مصرف یک مترمکعب آب در مرتبه ی اول قرار گرفت. تیمار 75 درصد نیاز آبی کم ترین میزان رطوبت و رتبه ی آخر را با 7/8 درصد به خود اختصاص داد. تیمار 75 درصد نیاز آبی با 7/13 نیوتن برمترمربع دارای بیش-ترین میزان سفتی بوده و به تنهایی در جایگاه نخست قرار گرفت. در شاخص کل مواد جامد محلول، تیمارهای 75، 100 و 125 درصد نیاز آبی قطره ای زیرسطحی و تیمار قطره ای سطحی به ترتیب با 2/60، 5/59، 9/59 و 2/60 در رتبه ای مشترک قرار گرفتند.
    نتیجه گیری
    مدیریت بهینه ی مصرف آب و کم نمودن آن تا مقدار 5/11630 مترمکعب در هکتار در تیمار 75 درصد نیاز آبی موجب صرفه جویی در مصرف آب شده است. به طوری که این تیمار سبب کاهش 4/20، 7/19 و 4/39 درصدی آب به-ترتیب نسبت به تیمارهای قطره ای سطحی، 100 و 125 درصد نیاز آبی قطره ای زیرسطحی شده است. این میزان کاهش مصرف آب موجب نشده در صفات کمی و بعضی صفات کیفی از جمله pH، مواد جامد محلول و قند بین تیمارهای قطره-ای زیر سطحی اختلاف معنی داری مشاهده شود. با توجه به معنی دار نشدن سطوح آبیاری در تیمارهای قطره ای زیرسطحی می توان از دیگر تیمارهای کم آبیاری مثل 50 و 60 درصد نیاز آبی در تحقیقات آتی آبیاری قطره ای زیرسطحی استفاده نمود.
    کلیدواژگان: نیاز آبی، سطوح مختلف آب، کارایی مصرف آب
  • اسماء موسوی دهموردی *، شجاع قربانی دشتکی، پریسا مشایخی صفحات 241-253
    سابقه و هدف
    نفوذپذیری یکی از پارامترهای مهم خاک می باشد، که بر روی بسیاری از فرآیندهای هیدرولوژیکی حوزه های آبخیز تاثیرگذار است. اهمیت نفوذ سبب شده تا روش های صحرایی و آزمایشگاهی مختلفی به منظور اندازه گیری این فرایند مورد استفاده قرار گیرد. روش های مختلفی برای اندازه گیری نفوذ آب به خاک وجود دارد که اساس کلیه آنها بر اندازه گیری جریان عمودی آب به خاک استوار است. یکی از روش های استاندارد اندازه گیری نفوذ آب به خاک، روش نفوذسنج های استوانه-دوگانه است. در این روش فرض بر آن است که استوانه خارجی مانع از ایجاد جریان جانبی و بوجود آوردن جریان کاملا عمودی در خاک می شود. لذا پژوهش حاضر به منظور ارزیابی روش نفوذسنج استوانه دوگانه در اندازه گیری نفوذ عمودی آب به خاک در مقایسه با داده های نفوذ عمودی واقعی شبیه سازی شده با استفاده از نرم افزار HYDRUS-1D انجام گرفته شد. مواد و روش: در این پژوهش، داده های نفوذ آب به خاک در چندین منطقه از کشور با بافت های مختلف با استفاده از روش نفوذسنج استوانه دوگانه اندازه گیری شد، سپس شرایط نفوذ آب به خاک در محیط نرم ا فزار HYDRU-1D برای مناطق مورد نظر، شبیه سازی و داده های نفوذ عمودی آب به خاک به روش حل مستقیم معادله ریچاردز استخراج شدند. جهت کمی کردن پارامترهای هیدرولیکی در معادله ریچاردز از مدل ون گنوختن-معلم استفاده گردید. بدین منظور پارامترهای هیدرولیکی مدل ون گنوختن-معلم با استفاده از روش حل عددی معکوس در نرم افزار HYDRUS، برای خاک هر منطقه بهینه سازی شد و مورد استفاده قرار گرفت. ارزیابی داده های اندازه گیری شده با استفاده از آماره های میانگین خطا (ME) ، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) ، ضریب تبیین (R2) و ریشه میانگین مربعات نرمال شده (NRMSE) انجام شد.
    یافته ها
    نتایج مقایسه داده های شبیه سازی شده با استفاده از نرم افزار هایدروس با داده های اندازه گیری شده از طریق آزمایش استوانه های دوگانه نشان داد که نفوذ اندازه گیری شده در روش استوانه های دوگانه بسیار بیشتر از نفوذ عمودی آب به خاک است. نفوذ اندازه گیری شده در تمام بافت ها دارای اختلاف زیادی نسبت به داده های شبیه سازی شده بود. در روش استوانه دوگانه کمترین میزان خطا در اندازه گیری نفوذ آب به خاک ، در بافت لوم شنی که یک بافت سبک می باشد مشاهده شد. مقادیر آماره های ضریب تبیین، ریشه میانگین مربعات خطا، میانگین خطا و ریشه میانگین مربعات نرمال شده (R2، RMSE، ME و NRMSE) در این بافت به ترتیب برابر با 87/0، 51/8، 45/4-، 18/0 بود.
    نتیجه گیری
    در اندازه گیری نفوذ آب به خاک به روش استوانه های دوگانه اندازه استوانه های مورد استفاده و همچنین فضای بافری بین دو استوانه از اهمیت زیادی برخوردار است. بنابراین استفاده از استوانه هایی با اندازه های متفاوت بر مقادیر نفوذ نهایی تاثیرگذار است. روش نفوذسنج استوانه دوگانه در بافت شنی از خطای پایین تری نسبت به بافت های سنگین برخوردار است و سهم نفوذ جانبی در این بافت کمتر می باشد. بنابراین نفوذسنج استوانه دوگانه در بافت های سبک از دقت بالاتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، معادله ریچاردز، نفوذ آب به خاک، HYDRUS-1D
  • محبوبه کفیل *، هادی معاضد، مصطفی مرادزاده صفحات 255-267
    آبخوان ها در معرض آلودگی ناشی از فعالیتهای صنعتی وکشاورزی می باشند که سهم بخش کشاورزی از بقیه بیشتر است. کودهای ازته بیشترین مصرف را در بخش کشاورزی دارند. نیترات به دلیل داشتن بار منفی و عدم جذب توسط خاک، آبشویی و وارد آبهای سطحی و زیر زمینی می شود که این روند در خاکهای شنی سرعت بیشتری دارد. برای بررسی حرکت نیترات در خاک و تاثیر آن بر آلودگی آبهای زیرزمینی، از مدلهای تحلیلی و عددی استفاده می شود. کاربرد این مدلها، منوط به تعیین ضرایب انتشار و تاخیر می باشد. بنابراین تخمین کمی این ضرائب برای حل مسائل مرتبط با حرکت آلاینده ها ضروری است. مقادیر پارامترها به وسیله مقایسه داده های آزمایشگاهی یا صحرائی مقابل نتایج تئوری بدست می آید. هدف، تخمین هر چه دقیق تر این پارامترها و کاربرد پارامترهای تخمین زده شده در پیش بینی رفتار سیستم در شرایطی غیر از شرایط آزمایش می باشد. هدف از انجام این تحقیق کاربرد سه مدل منحنی رخنه، حداقل مربعات و مدل عددی هایدروس برای تعیین ضرایب انتشار (D) و تاخیر (R) یونهای نیترات و آمونیوم در یک خاک لوم شنی اشباع است.
    مواد و روش ها
    جهت انجام آزمایش از ستون خاک به ارتفاع 50 سانتیمتر و قطر داخلی 5/10 سانتیمتر استفاده شد. کود نیترات آمونیم با غلظت 10 گرم بر لیتر به ستون های خاک در قالب 3 تکرار اضافه گردید و سپس ستون های خاک آبشویی شدند. با استفاده از غلظت نیترات و آمونیوم در پساب خروجی منحنی رخنه ترسیم شد و با استفاده از این منحنی که به شکل سیگموئیدی است ضرائب انتشار و تاخیر محاسبه شد. در روش حداقل مربعات خطا، یک تابع خطا با دو پارامتر مجهول ضریب انتشار و خطا بر منحنی رخنه برازش داده می شود که با کاربرد داده های آزمایشگاهی و با یک روش حداقل سازی ضرائب مجهول محاسبه می شود. در نرم افزار Hydrus-1D از دو مدل تعادلی جابجائی-انتشار و غیر تعادلی روان- ساکن با کاربرد مدلسازی معکوس، در برآورد پارامترهای انتقال استفاده شد.
    یافته ها
    ضرائب انتشار و تاخیر برای بون نیترات در روش های مختلف به ترتیب در رنج 15/0- 09/0 و48/0- 44/0 و برای یون آمونیوم در رنج 053/0-042/0 و 37/0-24/0 بدست آمده است.
    نتیجه گیری
    در این تحقیق برای تخمین سریع و دقیق ضرائب انتشار و تاخیر با استفاده از داده های ستون خاک، از سه مدل استفاده شد. مدلهای به کاربرد شده در این تحقیق، نتایج تقریبا یکسانی در برآورد ضرائب انتشار و تاخیر داشته اند. یون نیترات نسبت به یون آمونیوم به ذرات خاک بیشتر جذب شده و در نتیجه ضریب انتشار و تاخیر بیشتر و آبشوئی کمتری نسبت به یون آمونیوم داشته است.
    کلیدواژگان: نیترات آمونیوم، منحنی رخنه، ضریب انتشار، ضریب تاخیر
  • ارسلان صادقیان، غلامعباس صیاد *، احمد فرخیان فیروزی، مجتبی نوروزی مصیر صفحات 269-280
    سابقه و هدف
    سلامت خاک یکی از عوامل تامین کننده امنیت غذایی و تصمین سلامت عمومی و تسریع کننده دستیابی به اهداف کشاورزی پایدار می باشد. مدیریت های زراعی مختلف تاثیرات متفاوتی بر شاخص های کیفی خاک می گذارند. یکی از عوامل موثر بر شاخص های سلامت خاک، مدیریت های زراعی است. مدیریت های زراعی شامل مدیریت بقایا، سیستم تک کشتی و تناوب زراعی است اعمال هر یک از مدیریت های زراعی تاثیرات مختلفی بر شاخص های کیفیت خاک می گذارد. بنابراین این مطالعه با هدف بررسی تاثیر مدیریت های زراعی مختلف بر برخی شاخص های شیمیایی و بیولوژیکی سلامت خاک انجام شد.
    مواد و روش ها
    پژوهش حاضردر مزرعه آزمایشی شماره دو دانشکده کشاورزی دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد. در این تحقیق تاثیرمدیریت های زراعی شامل سیستم تک کشتی گندم،تناوب گندم-ماش ومدیریت بقایا بر برخی از شاخص های ارزیابی سلامت خاک (پ. هاش، شوری، تنفس میکروبی، مواد آلی، کربن فعال، نیتروژن کل، مقدار قابل دسترس عناصرفسفر، پتاسیم، آهن، روی ومنگنز) مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور سه مزرعه با سابقه مدیریت های زراعی مختلف شامل سیستم تک کشتی گندم، تناوب گندم- ماش و مدیریت بقایای گیاهی بررسی شدند. آزمایش درقالب طرح آماری بلوک های کامل تصادفی با چهار تکرارصورت گرفت. هم چنین آزمون مقایسه میانگین ها به روش آزمون چند دامنه ای دانکن انجام گرفت.
    یافته ها
    نتایج تجزیه وتحلیل واریانس نشان داد که نوع مدیریت زراعی بر مقدار پ. هاش، شوری خاک، مواد آلی خاک، تنفس میکروبی و کربن فعال خاک ، عناصر کم مصرف و پر مصرف خاک در سطح احتمال 01/0 تاثیر معنی دار داشت. نتایج مقایسه میانگین اثر نوع مدیریت زراعی بر پ. هاش و شوری خاک نشان داد که روش مدیریت زراعی تک کشتی منجر به افزایش معنی دار پ. هاش (29/7) و شوری خاک (54/3 دسی زیمنس بر متر) شد. کاربرد بقایای گیاهی نسبت به تناوب زراعی و مدیریت تک کشتی باعث افزایش مواد آلی خاک، تنفس میکروبی خاک و کربن فعال خاک شد. هم چنین مقادیر این صفات در سیستم تناوب زراعی بیشتر از روش مدیریت تک کشتی بود. بیشترین و کمترین مقدار آهن ، روی و منگنز به ترتیب در مدیریت زراعی بقایا و تک کشتی مشاهده شد.
    نتیجه گیری
    این مطالعه نشان داد که پ. هاش، شوری، تنفس میکروبی، مواد آلی، کربن فعال، نیتروژن کل، مقدار قابل دسترس عناصرفسفر، پتاسیم، آهن، روی ومنگنز می توانند به عنوان شاخص های سلامت خاک برای ارزیابی و مقایسه مدیریت های مختلف زراعی استفاده شوند.
    کاربرد بقایای گیاهی نسبت به تناوب زراعی و مدیریت تک کشتی باعث افزایش میزان مواد آلی خاک، تنفس میکروبی خاک و کربن فعال خاک شد. هم چنین مقادیر این ویژگی ها در سیستم تناوب زراعی بیشتر از روش مدیریت تک کشتی بود. از آن جایی که بقایای گیاهی منبع غنی از عناصر پرمصرف و کم مصرف هستند، می توانند به عنوان منبع مناسبی جایگزین کودهای شیمیایی مورد استفاده شوند. به طور کلی نتایج نشان داد که مدیریت بقایای گیاهی سبب بهبود ویژگی های شیمیایی و بیولوژیکی سلامت خاک شد.
    کلیدواژگان: سلامت خاک، تناوب، مدیریت بقایا، سیستم تک کشتی
  • ایمان حقیان، امیر سالاری * صفحات 281-289
    سابقه و هدف
    مراتع مناطق خشک و بیابانی علی رغم پوشش گیاهی ناچیز، اما به دلیل سطح وسیع در مقیاس جهانی، بیش از یک سوم ذخایر سطحی و زیرزمینی کربن خشکی های زمین را در خود جای داده اند، مدیریت کربن آلی خاک مراتع، نیازمند آگاهی از مقدار موجود و شناخت عوامل موثر بر آن می باشد. میزان کربن آلی خاک، نتیجه تعادلی است که بین کربن گیاهی افزوده شده به خاک و کربن خارج شده از خاک توسط آب شویی، پوسیدگی و فرسایش برقرار است. تحقیق حاضر به ارزیابی تغییرات کربن خاک و چگونگی رابطه ی آنها با پارامترهای محیطی در مراتع خشک و نیمه خشک می پردازد. به این منظور، مراتع منطقه یانسی گناباد، به عنوان الگویی از مناطق خشک کشور انتخاب شده و با هدف بررسی تاثیر ویژگی های خاکی، مدیریت اراضی و پوشش گیاهی بر تغییرات کربن آلی خاک مورد مطالعه قرار گرفتند. از این رو در تحقیق حاضر، بررسی رابطه کربن آلی خاک با برخی خصوصیات خاک و عوامل اقلیمی و تعیین مهمترین عوامل تاثیرگذار بر کربن آلی خاک از بین متغیرهای مطالعاتی مد نظر است.
    مواد و روش ها
    محدوده مورد مطالعه در منطقه یانسی در محدوده جغرافیایی '20 °32 تا '39 °32 عرض شمالی و '57 °59 تا '13 °60 طول جغرافیایی قرار گرفته است. آماربرداری پوشش گیاهی منطقه، با کمک روش تلفیقی ترانسکت دایره ای انجام شد، پارامترهای محیطی اندازه گیری شده شامل ارتفاع از سطح دریا (فیزیوگرافیک) ، متوسط بارندگی سالانه، متوسط دمای سالانه و متوسط نم نسبی سالانه (اقلیمی) ، واکنش خاک، هدایت الکتریکی، کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، فسفر، کربن آلی و بافت خاک بودند. برای تعیین عوامل محیطی موثر بر تغییرات کربن خاک، از آنالیز مولفه های اصلی (PCA) بر مقادیر عوامل و ضرایب همبستگی به عنوان معیاری از تشابه بین پلات ها استفاده گردید.
    یافته ها
    نتایج تحلیل مولفه های اصلی نشان داد که پارامترهای پوشش گیاهی، اقلیمی، بافت خاک و ارتفاع نقش زیادی در کنترل کربن آلی خاک در این مراتع دارند. میزان کربن خاک، دارای همبستگی مثبت با رس (39%) ، شن (33%) ، پتاسیم (30%) و منیزیم (21%) و همبستگی منفی با ارتفاع (32%-) ، ازت (18%-) ، بارندگی (39%-) ، رطوبت نسبی (39%-) و پوشش گیاهی (34%-) بود.
    نتیجه گیری
    در این مطالعه مشخص شد که در مراتع خشک و نیمه خشک کشور، میزان کربن آلی خاک در درجه اول تحت تاثیر بارش و درجه حرارت و در مرتبه دوم، تحت تاثیر بافت خاک و در درجات بعدی تحت تاثیر ارتفاع و پوشش گیاهی است، بنابراین ترکیبی از فاکتورهای مختلف به ویژه موارد ذکر شده برای درک و برآورد معنی دار سطوح کربن آلی خاک نیاز است و بدون درنظر گرفتن کامل عوامل کنترل کننده کلیدی با هم، هرگونه برآوردی از از کربن آلی خاک غیر قابل اتکا خواهد بود.
    کلیدواژگان: مرتع، کربن آلی، خاک، عوامل محیطی
  • محمد گیوه چی *، سیروس حریف، غلامرضا عزیزیان صفحات 291-297
    سابقه و هدف
    پدیده تقاطع کانال ها و رودخانه ها ازجمله مسائلی است که در کانال های آبیاری و زهکشی، کانال های جمع آوری آب های سطحی، تصفیه خانه های آب و فاضلاب و رودخانه های طبیعی رخ می دهد. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر صفحات مستغرق نصب شده در کانال فرعی بر کنترل و کاهش عمق چاله ی آب شستگی در اتصال 90 درجه کانال ها و ارائه بهترین موقعیت و آرایش صفحات مستغرق با استفاده از شبیه سازی نرم افزاری است.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش از نرم افزار شبیه سازی جریان Flow-3D به منظور مدل سازی حالات مختلف قرارگیری صفحات مستغرق در تلاقی کانال های 90 درجه استفاده شده است. برای صحت سنجی نتایج از داده های آزمایش های انجام شده در آزمایشگاه گروه مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شریف استفاده شده است. مدل آزمایشگاهی مذکور از یک کانال اصلی به طول 12 متر و عرض 40 سانتیمتر و یک کانال فرعی به طول 3 متر و هم عرض با کانال اصلی تشکیل شده است. کانال فرعی در فاصله 35/6 متری از ابتدای کانال اصلی و با زاویه 90 درجه نسبت به آن نصب شده است. معادلات حاکم در شبیه سازی نیز معادلات ناویر استوکس و پیوستگی جریان های تراکم ناپذیر بودند. جهت مدل کردن آشفتگی نیز از مدل دو معادله ای k-w استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج این مطالعه نشان داد که شبیه سازی نرم افزاری می تواند الگوی آب شستگی در محل تلاقی را به خوبی برآورد نماید. بطوریکه اختلاف حداکثر عمق آب شستگی در محل تلاقی بین مدل عددی و آزمایشگاهی 4/1 درصد بود. همچنین مدل سازی هایی با زوایا، ابعاد و فواصل مختلف از صفحات مستغرق جهت تعیین بهترین موقعیت صفحات مستغرق برای کاهش عمق آب شستگی در محل تلاقی دو کانال با زاویه 90 درجه انجام گرفت. نتایج این مدل سازی ها نشان داد که چنانچه زاویه ی قرار گیری صفحات مستغرق نسبت به راستای جریان کانال فرعی برابر 60 درجه، نسبت طول صفحات به عرض کانال برابر 25/0، فاصله طولی صفحات از یکدیگر نصف عرض کانال فرعی، فاصله عرضی صفحات از یکدیگر 375/0 عرض کانال فرعی و فاصله نصب صفحات از محل تلاقی دو کانال بین 25/0 تا 375/0 عرض کانال فرعی باشد؛ صفحات مستغرق به طور موثری حداکثر عمق چاله آب شستگی ایجادشده در محل اتصال دو کانال با زاویه 90 درجه را کاهش می دهند.
    نتیجه گیری
    نتیجه نهایی حاصل از این پژوهش نشان می دهد که چنانچه صفحات مستغرق در موقعیت مناسب و با ابعاد بهینه در کانال فرعی نصب شوند می توانند عمق چاله آب شستگی در محل تقاطع را کاهش دهند. بطوریکه در این پژوهش حداکثر عمق آب شستگی با نصب صفحات مستغرق در کانال فرعی 21 درصد نسبت به حالت بدون صفحات کاهش یافت.
    کلیدواژگان: تقاطع کانال ها، فرسایش، صفحات مستغرق، مدل عددی FLOW-3D
|
  • Banafsheh Norouzi *, ahmad ahmadi, Mohsen Lashkarbolok, Mahmood Norouzi Pages 1-23
    “Water hammer” is one of the phenomena that causes damage in the pipe system and reduces their useful life. Various numerical methods have been used to analyze this problem. In all numerical methods, for calculating the variables that are the velocity and pressure values due to the sudden discontinuity of the flow and motion of the pressure wave along the pipe, the continuum environment of the problem must be discretized in some way. With calculating these aberrations before designing of the structures accurately, appropriate measures can be taken to reduce tensions caused by the water-hammer phenomenon. Background and objectives: The conventional method to numerically solve the differential equations that describe this phenomenon is the method of characteristic lines. In general, in conventional methods where have been developed correctly, such as finite element, finite volume and finite difference, discretization of the spatial domain of the problem is done by gridding. Despite the useful use of these methods in many scientific fields, gridding is a costly and troublesome process, especially on problems with complex boundaries. That is the main motive for the creation of meshless methods. In these methods, the spatial domain of the problem is simply discretized by a number of points.
    Materials and methods
    In the present study, for modeling classical water-hammer in a system including valve, pipe and reservoir, a collocated discrete least squares method is used. In the proposed approach implicit Crank-Nicolson method for time discretization is used to provide conditions for problem solving stability. In this method, the velocity and pressure values on the x-t plane are calculated directly from the previous time step simultaneously. This method is quite matrix and the solution process is accomplished including several simple algebraic operations on matrices.
    Results
    In this study, at first this numerical method is described generally then governing equations are calculated and several experiments on water hammer in the form of the problem have been modeled by this method, also the hydraulic analysis of problems and calculation steps for calculating accurate answers are fully described and the results are verified with exact answers and other numerical methods such as MOC method and numerical method used by “Zielk” and the computational average error was estimated to be less than 5% by total squared error criterion. So this method can be considered as a precise, simple, and low-cost numerical method for modeling of water-hammer phenomena.
    Conclusion
    Important properties of the Meshless numerical method included no need to integrate, complete mathematical math operations and meshless space makes it one of the most accurate methods for numerical solution of water hammer phenomenon in the pipe system.
    Keywords: water hammer, pipe system, Meshless numerical method
  • Farhad Misaghi *, Javad Sadeghiha Pages 25-42
    Background and Objectives
    Due to lack of available water resources and the continuous increase in the water demands, construction of new dams seems inevitable. Dams are such infrastructures for water storage and supply, especially in drought periods. If the operation of the reservoir is optimized, the purposes of dam construction is efficiently supplied. Since the optimum operation of large water resource systems are time consuming, complex and sometimes unattainable, the use of alternative methods of optimization models seems a good solution which are accurately acceptable and give near-optimum answer. Nohob Dam is one of these dams which are implementing at Khar-Rud River at the Qazvin province. The main aim of the operation of the dam is to store Khar-Rud river flows and adjust to meet water rights for agricultural lands downstream and artificial recharge of Qazvin plain. The aim of this study was to investigate the water allocation to agriculture and environmental uses and artificial recharge of aquifers in drought conditions using MODSIM model.
    Materials and Methods
    The operation of the dam was simulated using the MODSIM model for a long period of 50-year and during the periods of 1965 to 2015, as well as a 17-year hydrological drought period during the periods of 1998 to 2015, which is determined on the basis of average changes in river discharge relative to the long-term average. Simulation was conducted monthly for four options of “before the sedimentation”, “20-year sedimentation”, “50-year sedimentation”, and “no-reservoir conditions”. Water allocation priorities are as follows: 1- environmental requirements, 2- agricultural water rights, and 3- artificial recharge. Reducing Khar-Rud water volume at the dam site from the years 1998 to 2015, has caused the loss of Nohob dam performance for various reasons, including drought and water withdraw from upstream, so that the needs of any sections is not supplied.
    Results
    By comparing the results of sedimentation options, it is identified that in 20-year sedimentation conditions, the reservoir has the best performance, which is due to the low dead volume compared to the useful volume of the reservoir in these conditions. By comparing reservoir performance with no-reservoir conditions with the other sedimentation options, it can be concluded that the dam construction will not have much effect on improving the water distribution conditions and the amount of supply in these conditions will not be significantly improved. In order to evaluate the simulation results of the operation of the reservoir, various parameters, such as, supply percentages, reliability, resilience and vulnerability were used. Also, the simulation results showed that in long-term simulation (50-year) and drought conditions, the dam construction would slightly change the increase in the volume and temporal water supply and demand in the region, so that the percentage of provision of the total demands of water in 20-year and 50-year sedimentation conditions are reduced from 77.4 to 37.6% and 73.7 to 35.8%, respectively, and for no-reservoir conditions, it is decreased from to 58.8 to 34.1%. By continuing the drought conditions and increasing water supply up to 1-2% as compared to the no-reservoir conditions, the dam construction and the continuation of its implementation is completely unjustified.
    Conclusion
    In general, it can be concluded that in the drought conditions, the dam construction to improve the water distribution conditions is not justifiable, and perhaps its application is only to control the sudden flooding and prevent the damage caused by the flood at downstream of the dam.
    Keywords: Nohob Dam, operation, drought, simulation, MODSIM
  • Vahid Latifi, Eisa Ebrahimi, Ali Mousavi, Hossein Asadi * Pages 43-59
    Background and Objectives
    Phosphorus (P) is one of the essential elements for plant growth, which is considered as one of the potential sources of water pollution due to its excessive use as chemical fertilizers, and also due to discharge of municipal and industrial wastewater into water resources. P has high spatial and temporal variations because of the affecting factors, including rainfall intensity, land use, slope, and soil erosion. The aim of this study was to investigate the temporal variations of phosphorus pollution at various regions along Siahroud river, located in Guilan province.
    Materials and Methods
    The study has been conducted in Siahroud watershed of Rasht with different land uses including forest (Jokolbandan and Saravan regions) as well as agricultural (Jokolbandan region), industrial (Saravan and University regions), and urban area (Gil and Golsar regions). Water samples were collected from the various regions of the river with different land uses during ten months. The contents of total, dissolved and suspended solids, along with total, soluble and particulate P were measured in water samples. Total P was measured by potassium persulfate digestion method. Nitrogen content was also determined according to Kjeldahl method in the samples taken on December, January, February and March.
    Results
    Results showed higher level of P pollution in the urban (Golsar with the value of 0.261 mg.L-1) and industrial regions compared to other regions of the river. In the winter, most of soluble P discharge was observed from the agricultural areas, while it revealed higher discharges from the urban areas in the summer. The maximum P pollution (0.296 mg.L-1) was related to the Golsar region. In addition, the high rate of total P in Jokolbandan (0.188 mg.L-1) can be due to the destruction of forest and the slope steepness of this region. Most of the solid particles discharged from the watershed were also in the form of suspended solids (annual average, 503 mg.L-1). The results of the mean comparison showed that there was a significant difference in the spatial variations of the concentration of various forms of P including total, soluble and particulate P, and the highest amount of P was observed at the end of the river. Furthermore, the results showed that there was no significant difference between soluble and particulate P in the study area, while a power relationship was observed between soluble P and soluble solids (R2=0.541). Results demonstrated that the output of P in various forms is a function of time.
    Conclusion
    In general, the rate of P pollution was increased from the upstream to the downstream and showed high temporal variations. While soil erosion was recognized as the reason for high levels of P pollution in agriculture regions such as Sangar in rainy season, the discharge of municipal and industrial wastewater into the river was the reason for P pollution in the urban areas. Therefore, control of soil erosion in agricultural lands and prevention of wastewater discharge of municipal and industrial into the river could reduce effectively P pollution.
    Keywords: Gravelius coefficient, Soil erosion, Particulate phosphorus, Soluble phosphorus, Soluble solids
  • Zohreh Farzanegan *, Ali reza Astaraei, Amir Fotovat, amir lakzian Pages 63-78
    Background and Objective
    Cadmium (Cd) is one of the most common soil pollutants that can adversely affect all living organisms Therefore, proper remediation is necessary to reduce metal availability in soil. Owing to nano-material with higher reactivity and adsorption capacity than ordinary-sized materials, with the development of various nanotechnology applications in human life, the evaluation of the effectiveness of nanoparticles in remediation of polluted soils has been considered by researchers. However up to now it has been not reported information about heavy metal immobilization by nHAP in calcareous soils. This experiment was conducted to investigate efficiency of nHAP on stabilization of Cd in polluted soil.
    Materials and Methods
    This experiment was conducted in a completely randomized design with factorial arrangement and three replications. First the soils were contaminated with Cd at three levels (0, 20 and 40 mg kg-1 using CdCl2) and then were incubated for one month in 70% field capacity. Then nHAP was applied to soils at three levels (0, 0.25 and 1%). After 30 days incubation, Cd was fractionated by sequential extraction and analyzed for DTPA extractable form. To quantify the effect of nHAP in binding intensity and mobility of loaded Cd, the reduced partition index (IR) and mobility factor were used.
    Results
    The results of sequential extraction showed that nHAP application significantly reduced concentration of Cd in the exchangeable and organic fraction and increased in the carbonate fraction. But there was no change for Cd in the residual fraction. The results of extraction with DTPA experiment indicated that at 40 mg kg-1 of Cd both of the levels of nHAP decreased DTPA-extractable Cd, but at 20 mg kg-1 of Cd, addition of nHAP at 0.25 % level did not significantly reduced concentration of DTPA extractable Cd. It was also found that efficiency of nHAP increased when Cd loading quantities to soils increased. However the role of nHAP in the reducing of bioavailability was not very large. The results also illustrated that the IR value increased when Cd and nHAP loading quantities to soils increased, demonstrating a decrease in the mobility of Cd in mobile fractions. Application of nHAP caused reduction of the mobility factor of Cd indicating decreasing availability and environmental risk of Cd.
    Conclusion
    On the basis of results obtained in this study, it can be stated that although the nHAP addition has somewhat stabilized and reduced the mobility of Cd in the soil, it seems that the effect of nHAP on decreasing of Cd was not considerable. Therefore, further studies should be carried out more on the feasibility of application of nHAP at the widespread level and the economic status of its application.
    Keywords: Cadmium, Fractionation, Nano-Hydroxyapatite, Immobilization, Soil
  • Ali Raeisi I. *, Hamid, Reza Ghafouri, Mohsen Moslemzadeh Pages 79-96
    Background and objectives
    Groundwater is one of the most valuable water resources owing to its quantity and quality. Measuring water level is a basic and essential step in any groundwater study. Since the measured data are derived only from a limited number of observation points and, at the same time, they must be extended to the whole surface of the zone, it is essential to determine optimal location of measuring network. Accordingly, for reduction of observation wells, a number of them were eliminated in such a way that the remaining wells have an optimal combination.
    Materials and methods
    Dezfoul-Andimeshk plain, located in north of Khouzestan Province, was investigated as a case study. Kriging, as the best linear unbiased estimator, was used for interpolation of groundwater level. Based on the measured data of 76 studied observation wells, a theoretical variogram was fitted to empirical variogram points. To achieve the optimal combination, tabu search algorithm (a meta-heuristic algorithm) was used. Two computer programs including GSLIB and MATLAB were used for Kriging and tabu search, respectively. Linking the programs and preparing conditions for data exchange between them, a model called optimizer model was generated so that capability of optimizing the groundwater surface measuring network is made possible. The observation points are distributed such that variance estimation error limited to the plain extent is minimized.
    Results
    Optimization model is run in five different cases. For the first to third cases, simply considered for verification purposes, optimal selection of one to three observation wells were respectively presented, which authenticated the model performance against complete search method. In the fourth and fifth cases, the optimal selection of 50 and 60 out of 76 observation wells were presented for which the groundwater levels were compared and the results show that there exists a good match between the groundwater surface results in comparison with those of whole wells (76 wells).
    Conclusion
    As the variogram fitted to the groundwater data is isotropic, the distribution of the observation wells along different directions will be the same. This is tangible for the first to third cases in which the number of wells is small. Optimization results of 50 and 60 observation wells were automatically achieved by the model without any interference. The comparisons of results indicate a good accuracy for the optimization model. Also, the results show that using the present model saves a lot of time.
    Keywords: groundwater, Monitoring network, Geostatistics, Optimization, Tabu search
  • Ali Mahohi *, Fayez Raiesi Pages 97-112
    Introduction: Lead (Pb) is considered to be particularly toxic and responsible for significant decreases in biological activities in soils. Phytoremediation is an emerging and low-cost technology that utilizes plants to remove, transform, or stabilize contaminants located in water, sediments, or soils. The success of phytoremediation depends on the interactions between rhizosphere macro and microorganisms and plant roots. Among these organisms, the role of earthworms, mycorrhizal fungi, and plant growth promoters' rhizobacteria have been considered. In this study, we have evaluated and compared the combined effects of earthworms and bacteria on root colonization and plant growth in a contaminated soil. Material and method: Three plant species seeds (Zea mays (maize); Cynodon dactylon (bermudagrass) and Stachys inflata), after surface-sterilization and germination were transplanted into each plastic pot contained 4 kg of contaminated soil (collected from bama mining area located in the southwest of Isfahan) that already autoclaved at 121 oC for 2 h. A completely randomized design with 2×2×2 factorial treatment combination was used with the following factors: with or without earthworm treatments (Eisenia foetida), with or without arbuscular mycorrhizal (AM) fungal treatments and with or without rhizobacteria. After about three (bermudagrass and maize) and four (Stachys inflata) month growth in greenhouse condition, plant shoots were harvested. Pb and phosphorus (P) concentration, root colonization, spore abundance and root colonized length were determined.
    Results and Discussion: In general, inoculation of these organisms differently affected root colonization, spore abundance, soil phosphorus (P) availability and plant growth, and showed variable results depending upon plant species and soil organisms involved. The significant and negative correlations between soil P availability and root colonization for all the plants (maize: r=-0.48, P<0.05; bermudagrass: r=-0.74, P Conclusion: This study showed that increasing the availability of soil P and Pb could be one of the decrease factors in root colonization, but the negative Pb effects depend on plant sensitivity. Furthermore, root colonization may not alone be a suitable index for plant growth and could be different with plant species and soil P or Pb concentrations. Furthermore, the relationship between plant growth and mycorrhizal symbiosis was higher in plant sensitive to Pb toxicity.
    Keywords: AM fungi, earthworms, rhizobacteria, root colonization
  • masumeh farasati *, hosein shakeri Pages 113-128
    Background and objectives
    In the present study, HYDRUS 1D software was used to estimate the hydraulic parameters of the Van Genuchten- Moalem model and simulation of water infiltration in soil of four stations of Gonbad University, Artificial Lake, Kalaleh and Negin Shahr with loam soil texture by reverse method.
    Materials and methods
    For this purpose, three groups with a different number of hydraulic parameters selected for the optimization process were defined. In the first group, only the cumulative penetration data measured as software input was used. In the second group, the soil moisture content measured at 0.3 atmospheres (FC) and in the third group, the amount of moisture in the 15 atmospheric suction (PWP) as supplementary data for the inverse solution along with the data cumulative infiltration was used. After optimization of hydraulic parameters of soil, change of water infiltration with time simulated by HYDRUS 1D.
    Results
    In kalaleh station, optimized parameters øs, ø r and α value 0.34, 0.027 and 0.014 obtained. In neginshar, optimized parameters α, n and ks parameters 0.0075, 1.52 and 0.012cm/min obtained. In Artificial Lake optimized parameters α, n and ks parameters 0.011, 1.39 and 0.016 cm/min obtained. In Gonbad university station optimized parameters value ks and α value 0.011cm/min and 0.005 obtained. After optimizing the hydraulic parameters of the soil, using HYDRUS software, water infiltration simulated with time. The result showed that Hydrus software predicted the data to be slightly higher than the actual amount. The results showed that at all stations, the R2 value is high, indicating a high correlation between field data and Hydrus software. In the kalaleh station, there was a greater correlation between field infiltration data and Hydrus software with high R2 coefficient (0.997) and the predicted data by the software was approximately with field data was equal. And at Negin shahr station, the difference between field data and Hydrus software simulated data was higher.
    Conclusion
    At all stations, the R2 value is high, indicating a high correlation between field data and Hydrus software. In the kalaleh station, there was a greater correlation between field infiltration data and Hydrus software and the predicted data by the software was approximately with field data was equal. At Negin shahr station, the difference between farm data and Hydrus software was higher. According to the results Hydrus software simulated cumulative infiltration well and with over time, the infiltration rate was slightly higher than field data.
    Keywords: simulation, infiltration, HYDRUS software, field data
  • elnaz Asadi, Ali Keramatzadeh *, farshid Eshraghi Pages 129-144
    Background and purpose: One of the main limiting factors of the development of Iran's agricultural sector is the shortage of water resources. The annual recharge of groundwater aquifers due to atmospheric precipitation has not been able to compensate for this amount of reduction in groundwater level. Also, farmers do not have enough economic incentives to minimize negative environmental effects, such as reducing groundwater aquifers level. Therefore, most decision-making issues in natural resources such as water resources management face the problem of the existence of conflicting objectives, such as maximizing economic benefits and minimizing negative environmental impacts. According to this, in the present study, the game theory method was used to manage the groundwater resources.
    Methods
    The statistical population of this study is the total water wells of Gorgan. In current study The 88 questionnaires was completed by using stratified random sampling. The information required includes the production costs and agricultural water wells informations in the 2014-2015. Accordingly, five scenarios for the exploitation of groundwater were considered. In order to estimate the economic benefits and environmental impacts, farmers' net income and groundwater resources exploitation were used respectively. The optimal application of groundwater resources was then determined by Non- symmetric Nash equilibrium method.
    Achievements: Based on the results of this study, the optimal crop area and the net income of farmers were decreased by declining groundwater exploitation for irrigation. Furthermore, the results of this study showed that when economic profit is considered as the only target, groundwater exploitation is at its highest level of 579 million cubic meters, and when environmental goals are considered as the only target, the optimal groundwater scenario is in the minimum volume of groundwater exploitation as 66 million cubic meters. When the same weight is considered to environmental and economic goals, the best scenario for exploitation of groundwater resources is 246 million cubic meters and farmers' income is 2340000 million Iranian Rials per year.
    Conclusion
    According to the results of sampling, farmers' exploitation from the groundwater resources of the region is wasteful. Although this operation in the short run has led to an increase in net profits, but it will lead to irreversible damage to the hydropower potential of the region and the environment in the long run. Also, the results of this study show that the optimum exploitation from groundwater by game theory model should be less than the current exploitation. The results of optimal cropping pattern show that the optimum cropping area is reduced by decreasing the used water.
    Keywords: Game theory, Non-symmetric Nash solution, groundwater, Gorgan County
  • Atefeh Azadifar *, Hadi Moazed Pages 145-159
    Background and Objectives
    In recent decades, the study and move pollutants in saturation zone due to the many chemical and physical effects that is subsurface water quality has become a significant issue. The increasing use of nitrogen fertilizers due to high dynamics of nitrate in the soil would be a serious threat to groundwater, and therefore, to human health. Brigham and Fried-Combernous models are important models of persistent contaminant transport in homogeneous saturated porous media under constant flow, which are proposed for calculating the dispersivity in short and long travel distance, respectively. The purpose of this study is evaluation and comparison of Fried-Combernous and Brigham mathematical models for calculating nitrate dispersivity in homogeneous saturated sandy soils under laboratory conditions.
    Materials and methods
    For the study of dispersivity with Fried-Combernous and Brigham models, pure potassium nitrate salt solution under the sustainable regime with concentration of 160 (mg⁄lit) was added in the sandy soil columns ( in three sizes coarse, medium and fine - distance transmission at 80, 40 and 20 cm ) as persistent contaminants, then for extracting the needed parameters the concentration of output nitrate in three different porosities volumes were measured and Breakthrough curves were plotted for each column.
    Result
    Laboratory analyze data showed that dispersivity increases as the hydraulic conductivity and soil particle size increases. The results also demonstrated that the obtained dispersivity for fine sandy soil in both Fried-Combernous and Brigham models has significant difference with obtained dispersivity for coarse and medium sandy soil. So that by increasing the average travel distance in medium and coarse sand the nitrate dispersivity increased. But the dispersivity of fine sand decreased as the travel distance increased. Check calculated values of β parameter for fine sand showed the value of this parameter increases dramatically with increasing travel distance. This represents a higher pollutants velocity transition than the water velocity in the pores at the shorter distances in fine sand, and therefore the travel distance is increased with increasing dispersivity.
    Conclusion
    The findings showed that the results of Fried-Combernous and Brigham models in the short travel distance is different, and it also cannot be generalized to long travel distances. Thereforre, the Fried-Combernous model was not efficient enough for short travel distance.
    Keywords: Brigham model, Fried-Combernous model, Breakthrough curves, Dispersivity
  • M.S. Ghazanfari Moghadam *, Mohsen Pourreza Bilondi Pages 161-175
    Background and Objectives
    One of the ways to predict and estimate the amount of runoff from rainfall is the use of hydrological models. Calibration of effective parameters in hydrological models is one of the basic steps in using these models. However, this process is a critical step which should be carried out carefully to optimize the model parameters. Multi-objective optimization algorithms as one of the most important and practical topics in various fields of study could be employed to achieve a reasonable calibration. The purpose of these algorithms is to determine the values of model parameters to find the best possible solution and achieve different goals.
    Materials and Methods
    In this study، Multi-objective optimization algorithm (AMALGAM) used to calibrate conceptual daily hydrologic model (MILC). AMALGAM method combines two new concepts and takes place in two modes of evolution. In the first case, the evolutionary capabilities of four multi-objective algorithms NSGA-II, PSO, DE and AMS are used simultaneously to evolve the population, and in the latter case, the AMALGAM algorithm itself is used to evolve the population. This algorithm is called a multi-objective hybrid algorithm due to the simultaneous use of multiple multithreading algorithms. The reason for choosing the AMALGAM algorithm is the superiority of this algorithm in achieving a fast and accurate access to the sum total of Pareto's optimal responses to other multi-objective algorithms such as MOPSO, SPEA2 and NSGA-II. MILC model employs the Soil Conservation Service—Curve Number method for abstraction (SCS-CN) for estimation of losses، the geomorphological Instantaneous Unit Hydrograph (GIUH) for routing of rainfall excess of catchment. This paper applies a four-objective calibration strategy focusing on peak flows (NSE) ، low flows (TRMSE) ، water balance (ROCE) ، and flashiness (SFDCE) to parameter estimation of MILC model. After calibration process، a trade-off point extracted from Pareto- front was selected to include the appropriate values of all four objectives simultaneously. This point is applied to verify the validation period.
    Results
    The obtained values during the validation period (0. 71 ≤ NSE ≤ 0. 78) indicate that the MILC model has Good performance to simulate the amount of peak flows but according to ROCE and SFDCE values it has weak performances to simulate the balance water and median flow respectively.
    Conclusion
    It’s recommended to use multi-objective optimization algorithm rather than one objective optimization for calibration of hydrological models because this optimization covers the all hydrograph flows. Selecting objective functions for calibrate the rainfall-runoff model is the key to recognizing the model as much as possible.
    Keywords: Hydrological model calibration, MILC, Ghareso, Geomorphological Instantaneous Unit Hydrograph
  • yoones khoshkhoo * Pages 177-192
    Background and objectives
    Soil surface temperature has a key role in the mass and energy interchange between soil and atmosphere and it is an important input parameter to running the heat, water and carbon balance estimating models in the soil-plant-atmosphere system and weather and climate simulating models as well at the regional and global scales and the whole soil surface energy balance components are affected by soil surface temperature. Instead of the high important and remarkable application of soil surface temperature, its measurements is performed just in the synoptic meteorological stations and in an imperfect manner (just the minimum daily soil surface temperature) and so, it is essential to simulate this important variable by appropriate methods.
    Materials and Methods
    In this research, two methods including soil surface energy balance model and
    satellite images were used to estimating daily mean soil surface temperature in the Sararoud-Kermanshah agro-meteorological station which has the recorded data of both maximum and minimum soil surface temperature at the 2013 to 2014 time period. Estimating daily mean soil surface temperature based on the satellite images was performed by considering the MODIS sensor images at four different times including 22:30, 1:30; 10:30 and 13:30 using the MRT software and to running the soil surface energy balance model, the daily meteorological data including air temperature, wind speed, sunshine and relative humidity along with some soil physical properties were used as the model inputs and the efficiency of these methods was evaluated using some evaluating error indices.
    Results
    By applying the MODIS sensor images, the results showed that from different combination cases of soil surface temperature at the mentioned imaging times, calculating daily mean soil surface temperature based on the averaging of soil surface temperatures at 22:30, 1:30 and 10:30 times was led to gaining the highest agreement with soil surface temperature observations and the absolute error and determination coefficient of this method to estimating daily mean soil surface temperature were 2.1 °C and 0.93, respectively. by applying the soil surface energy balance model to estimating daily mean soil surface temperature, the absolute error and determination coefficient were 1.8°C and 0.96, respectively. The results of the seasonal time series analysis showed that by using the soil surface energy balance model and satellite images, the highest agreement between calculated and observed values was occurred at summer and winter, respectively.
    Conclusion
    The overall results of this research showed reasonable and appropriate accuracy of both applied methods but the soil surface energy balance model is suggested because of its higher accuracy. Therefore, it is possible to adopt the applied methodology of this research to simulate the mean soil surface temperature in different regions and the estimated values of the daily mean soil surface temperature could be used to different applications such as soil temperature and moisture simulating models as an input variable.
    Keywords: Energy balance, MODIS sensor, Sararoud-Kermanshah, Soil surface temperature
  • Sajjad Karimzadgan, Javad behmanesh *, Hossein Rezaie Pages 193-207
    Background and Objectives
    Urmia lake, as an important water ecosystem, is located in the northwest of Iran. Over the past 14 years, the average of Urmia Lake water surface level has decreased to 1272.2 m and it means that the difference between the ecological level of the lake and the present water level is 2-meter. Drying the Urmia Lake will cause serious problems and crises for the watershed, adjacent provinces and the country. In this research, direct and indirect effective parameters in predicting of the lake level such as evaporation, input runoff to the lake, precipitation, temperature, wind, mean air humidity and water level in the previous month have been employed. The comparison of the efficiency of two models namely the Bayesian network, which is a probabilistic model under conditions of uncertainty and the machine algorithm of Least Square Support Vector Machine (LS-SVM) is the main objective of the present research.
    Materials and Methods
    In the present research, two methods including least squares support vector machine and Bayesian were employed in the modelling process. In this study, effective factors in predicting Urmia lake water level in the previous month as inputs for the used models and water level in the present month as outputs were investigated.
    The inputs of the models were including
    The surface of lake level such as temperature, evaporation, wind, average humidity, precipitation on the lake surface, total input runoff to the lake and the surface of lake water level in the previous month as input of models and surface of level Lake water was studied as the output of the current month. To estimate the temperature, evaporation, wind rainfall and average air humidity on surface lake, five synoptic stations in the adjacent lake data are estimated by evaluating the Thiessen coefficient of each station and the data of 13 hydrometric stations located on the rivers were calculated to lead the lake as input parameters of two model.
    Result
    The analysis of hydrometric stations data showed that the data of only 4 stations among 13 stations are fitted to the normal distribution. Comparison and investigation of the results of two model by examining the coefficients R2, RMSE, MBE and Nash-Sutcliff indicate superiority of the least squared vector machine model compared to the Bayesian network. These values for the superior model were 92.3%, 0.082, 0.122 and 0.86, respectively.
    Conclusion
    In this research, the criteria for evaluating and comparing the accuracy of the two model in prediction based on R2, RMSE, MBE and Nash-Sutcliff criteria indicated that the least square vector machine is superior to the Bayesian model. But the important point in comparing the two model is that the nature of the least squares support vector machine is a machine, however, the nature of the Bayesian network is a probabilistic model under uncertainty conditions in which the normal distribution is used to train network variables because the nature of events is random. Therefore, in this research, the use of Bayesian network model is recommended to the least-squares support vector machine model.
    Keywords: Bayesian network, Ecological level, Least Square Support Vector Machine, Prediction, Urmia lake
  • Abdolreza Zahiri, ebrahim shabani * Pages 209-224
    Background and Objectives
    Weirs and orifices (gates) are the main hydraulic structures for water level and flow discharge control, respectively. They are also extensively used for flow discharge measurement. Having a simple stage-discharge relationship is the most important reason for using these structures as measuring instruments. Also combination of these two structures causes an improvement of system performance, when the flow is heavily sediment-laden or carries considerable loads and floating objects. One of suitable solution that can be used to increase the efficiency of weir-orifice structures is compound weir-orifice. There are very limited investigations in this regard.
    Material and
    Methods
    This study has been conducted with the aim of investigating the discharge coefficient for combined compound weir (triangular-rectangular)-orifice structures. Several experiments have been carried out in a rectangular flume with length of 10m and width of 0.40m. Triangular notch weirs with angles of 45, 60 and 90 degrees and rectangular orifices have been used. The width of rectangular weir in upper section is 40cm.
    Results
    The results of this study showed that for compound weirs in total selected angles, with increasing of weir height ratio (relation of head water on compound weir to the weir height), discharge coefficient of compound weir increases. In spite of high variations of head water on the weir as well as triangle weir's angles, variation in discharge coefficient is very low and changes between 0.58-0.61. This fact defines the importance of precise estimation of discharge coefficient for compound weirs. Furthermore, it was found that by increasing the angle of the triangle weir, the discharge coefficient increases while for compound weir-orifice structure, the discharge coefficient decreases. The opening height of orifice is also effective on the discharge coefficient of combined compound weir-orifice structures so that with increasing of this parameter, discharge coefficient decreases. It is also found that the discharge coefficient of combined compound weir-orifice structures is slightly lower than the discharge coefficient of the compound weirs without orifice.
    Conclusion
    according to the results obtained in this study, one can properly estimate the discharge coefficient of combined compound weir-orifice structures given the simple data such as geometry of compound weir and orifice and also the flow depth in upstream of the weir and hence, utilize this structure in the main irrigation networks and canals. In this case, the proper control of water surface elevation by compound weir as well as suspended sediment transport through the orifice would be achieved.
    Keywords: Experimental model, Combined compound weir-orifice structure, Discharge coefficient, Triangle weir
  • Nader Salamati *, Hossein Dehghanisanij, Abdosattar Darabi, Leila Behbahani Pages 225-240
    Background and Objectives
    Water limitation is one of the most important inhibitors of crop production, so choosing an optimal and superior strategy for using water in conditions of water shortage is essential. Khuzestan province has been ranked third with 13.8 percent of the total date production of the country. Therefore, using pressurized irrigation methods with the goal of optimal utilization of water resources is inevitable. This research was carried out with the aim of investigating the possibility of utilizing subsurface drip irrigation systems in date orchard and determining the most suitable irrigation treatments in terms of yield and water use efficiency in Zahedi cultivar.
    Materials and Methods
    The treatments consisted of the amount of water consumed by subsurface drip irrigation in three levels based on 75, 100 and 125% water requirement and in surface drip irrigation based on 100% water requirement. Data analysis was performed using a randomized complete block design with three replications. This research was carried out on Zahedi date palm cultivar at Behbahan Agricultural Research Station during three years (2013-2015).
    Results
    In the number of fruits in the cluster, treatments of 75, 100 and 125% of crop water requirement and surface drip irrigation, respectively, with 1438.1, 1336.8, 1492.8 and 1449.8 of fruits in the common cluster were in same place. The surface treatment and 75% of water requirement respectively had the highest yield of 8569.6 and 7802.2 kg / ha, but the difference between mean treatments was not significant. The water use efficiency under 75% of the water requirement treatment was highest with the production of 7444 kg of dates per cubic meter of water. The 75% water requirement treatment had the lowest moisture content and the final rating was 8.7%. The 75% water requirement treatment with 13.7 N / m2 had the highest rigidity and loneliness was in the first place. In the index of total soluble solids, 75, 100 and 125% treatments of subsurface drip irrigation and surface drip treatments were respectively 60.2, 59.5, 59.9 and 60.2 at the same place.
    Conclusion
    Optimizing water use and reducing it to 6116.53 cubic meters per hectare in 75% water treatment will save water consumption. As this treatment decreased 20.4, 19.7 and 39.4% was use, respectively, compared to the surface drip and 100 and 125% water treatments.
    This undesirable amount of water consumption has not been significantly attributed to the quantitative traits and some qualitative traits such as pH, soluble solids and sugar content in sub-surface drip treatments. Regarding the insignificant impact of irrigation levels in subsurface drip treatments, it is possible to use other irrigation treatments such as 50 and 60% water requirement in future studies of subsurface drip irrigation.
    Keywords: Water requirements, Water levels, Water use efficiency
  • asma Mousavi dehmurdi *, shoja ghorbani dashtaki, parisa mashayekhi Pages 241-253
    Background and objectives
    Infiltration is one of the important parameters of the soil, which affects many hydrological processes in the watersheds. The importance of the Infiltration has led to various laboratory methods used to measure this process. Various methods have been developed for measuring the infiltration, which are based on the measurement of the vertical flow of water to the soil. One of the standard methods for measuring infiltration, is double-ring infiltrometers method. In this method, it is assumed that the external cylinder prevents lateral flow and creates a completely vertical flow in the soil. Therefore, the present study was conducted to evaluate the double-ring infiltrometers method for measuring the vertical infiltration compared to actual vertical infiltration data simulated using HYDRUS-1D software.
    Materials and methods
    In this study, in order to evaluate the double- ring infiltration data, infiltration was measured in several regions with different soil textures by double- ring infiltrometers. Then, HYDRUS-1D numerical model was used to simulate infiltration and the vertical infiltration data were obtained through forward solution of the Richards equation. van Genuchten-Mualem model was used to quantitatively soil hydraulic properties of the Richards equation. In order to the hydraulic parameters of van Genuchten-Mualem model were optimized using inverse modeling in the HYDRUS, for each region's soil Assessment of measured data was performed using mean error (ME), root mean square error (RMSE), coefficient of determination (R2) and normalized mean square root (NRMSE). Findings: Comparison of simulated and measured infiltration data showed that double ring infiltration data is much higher than the simulated vertical infiltration data. The measured infiltration data in all soil texture was much different from that of simulated data. The lowest error in the measurement of vertical infiltration was observed in sandy loam soil that is a light texture. The values of coefficient of determination, root mean square error, mean error and normalized mean square root (R2, RMSE, ME and NRMSE) were 0.87, 8.51, -4.45, and 0.18 respectively in this texture.
    Conclusion
    In measuring the infiltration of a double-rings, the size of the cylinders used, as well as the buffer index, is of great importance. Therefore, the use of cylinders of different sizes influences on the final infiltration values. The double-ring infiltrometers method has a lower error in the Sandy texture than heavy texture and the contribution of lateral infiltration is less in this texture. Therefore, the double-ring infiltrometers has a higher accuracy in light texture.
    Keywords: HYDRUS-1D, infiltration, Richards equation, simulation
  • Mahboobeh Kafil *, Hadi Moazed, Mostafa Moradzadeh Pages 255-267
    Background and Objectives
    Aquifers are vulnerable to pollution from industrial and agricultural activities, the share of the agricultural sector is higher than the rest. Nitrogen fertilizers have the highest consumption in agriculture. Nitrate ion with negative charge is not absorbed by soil particles; therefore, it is subjected to surface and ground water leaching which is more intensive in sandy loam. Analytical and numerical models are used to investigate nitrate transport between soil and groundwater and its effect on groundwater contamination. The application of these models depends on the determination of dispersion and retardation factors. Therefore, quantitative estimation of these factors is necessary to solve the problems related to solute and metal transport in the soil. The parameters were estimated by comparing laboratory and field data versus theoretical ones. The objective of this study is to determine dispersion and retardation factors of nitrate and ammonium ions with three different methods including breakthrough curve (BTC), least square and HYDRUS models in a saturated sandy loam soil.
    Materials and Methods
    The study was conducted in the soil columns of 50 centimeter and 10.5 diameter with three replications. Before leaching, ammonium nitrate fertilizer was added to soil columns with concentration of 10 g per liter. Concentration of nitrate and ammonium in leached water at the end of soil column with time, commonly known as the breakthrough curve (BTC), is determined. BTC as the first method, resulting from a step input of solute is often of sigmoidal shape and the dispersion and retardation factors are determined with this curve. The second method was least square one. In this method an error function model that fits to a breakthrough curve is presented with two unknown parameters. The parameters can be estimated by using laboratory data and a least square method. The last method is HYDRUS model. In HYDRUS model, the convection-dispersion and mobile-immobile models through inverse modeling were used to estimate the parameters.
    Results
    Dispersion and retardation factors for nitrate ion were in the range of 0.09-0.15 and 0.44-0.48 and for ammonium ion were in the range of 0.042-0.053 and 0.24-0.37, respectively.
    Conclusion
    For quick and accurate estimation of dispersion and retardation factors from a soil column data, three methods were used in this study. The models applied in this study have almost identical results in estimating dispersion and retardation factors. The nitrate ion has been absorbed into the soil particles more than ammonium ion and consequently has a lower dispersion and retardation factors and less leaching than ammonium ion.
    Keywords: Ammonium nitrate, BTC, Dispersion factor, Retardation factor
  • Arsalan Sadeghian, Ahmad Farrokhian Firouzi, Mojtaba Norouzi Masir, Gholamabbas sayyad * Pages 269-280
    Introduction
    Soil health is one of the factors contributing to food security and public health and hence achievement of sustainable agricultural goals. One of the factors affecting soil health is agronomic management. Different agronomic managements (e.g. crop residue management, monoculture system and crop rotation) have different effects on soil health indicators. Therefore this study was designed and conducted to evaluate the effects of different agronomic management on some soil chemical and biological indicators.
    Materials and Methods
    The study was conducted in Research Farm#2 in Shahid Chamran University of Ahvaz. Three farms with different agronomic management systems were selected. The effect of three agronomic management systems including monoculture cropping system (i.e. wheat), wheat (Triticum)-Mung bean)Vigna radiate) rotation system and residues management on some soil chemical and biological health indicators were studied. The indicators were pH, salinity, microbial respiration, organic matter, active carbon, total nitrogen, available phosphorus (P), potassium (K), Iron (Fe), Zinc (Zn) and Manganese (Mn). The experiment was conducted in a randomized complete block design with four replications. Mean comparison test was performed using Duncan's multiple range test.
    Results and Discussion
    The results of analysis of variance showed that the crop management type had a significant effect (p<0.01) on soil salinity, pH, organic matter, microbial respiration and activate carbon. Monoculture cropping system caused a significant increased in pH (7.2) and soil salinity (3.5 dS m-1) compared to the other agronomic management systems. Crop residues management increased soil organic matter, microbial respiration and active soil carbon more than crop rotation and monoculture management systems. The soil health indicators were more in crop rotation system than monoculture which shows significant effect of crop rotation compare with monoculture cropping system on improving soil health. The highest and lowest amounts of soil available Fe, Zn, and Mn concentrations were measured in the residue management and the monoculture, respectively.
    Conclusion
    This study showed that soil salinity, pH, organic matter, microbial respiration and activate carbon can be used as soil health indicators to evaluate the effects of different agronomic managements on soil health. Crop residue management had more significantly effects on improving soil health indicators than crop rotation and monoculture cropping systems. The soil health indicators were more in crop rotation system compare with monoculture which shows the positive effect of rotation compare with monoculture. In general, the results showed that the crop residue management can improve soil health indicators more than crop rotation and monoculture cropping systems.
    Keywords: Soil health, Crop Rotation, Residue management, Monoculture system
  • iman haghian, amir salari * Pages 281-289
    Background and Objectives
    Rangelands of arid and desert areas despite the insignificant vegetation cover, but due to the large global scale, more than one third of the surface and underground carbon reserves have landed. Organic carbon dioxide management in rangelands requires knowledge of the amount of organic carbon and the factors that affect it. The amount of soil organic carbon is the result of the balance between the carbon that is added to the soil and the carbon released from the soil by watering, carving and erosion. The present study evaluates the changes in soil carbon and how they relate to environmental parameters in dry and semi-arid rangelands. For this purpose, the rangelands of Yansi region of Gonabad have been selected as a model of arid regions of the country. The aim of this study was to study the effect of soil characteristics, land management and vegetation cover on soil organic carbon changes. Therefore, in the present study, the study of the relationship between organic carbon of soil and some soil characteristics and vegetation cover and determining the most important factors affecting soil organic carbon are among the studied variables.
    Materials and Methods
    The study area in the Yancei region is located in the geographical area '20 and 32 ° to 39 ° 32 ° north latitude, and '57 ° 59 ° to 13 ° and 60 ° longitude. The average rainfall and temperature is 157 mm, 14 ° C. Vegetation inventory of the area was carried out using cross-sectional method. The measured environmental parameters are: altitude from the sea level, average annual rainfall, average annual and average annual precipitation, acidity, conductivity, calcium, magnesium, sodium, potassium, phosphorus, carbon Organic and soil texture. To determine the environmental factors affecting soil carbon changes, principal components analysis (PCA) has been used on the values of factors and correlation coefficients as a criterion for the similarity between the plots.
    Results
    The results of main component analysis showed that vegetation, climatic, maternal and altitude parameters have a great role in soil organic carbon control in these rangelands. The soil carbon content was positively correlated with clay (39%), sand (33%), potassium (30%) and magnesium (21%), and negative correlation with altitude (32%), nitrogen (18%), precipitation (39%), moisture content (39%) and coating (34%).
    Conclusion
    In this study, it was determined that in the dry and semi-arid rangelands of Iran, soil organic carbon is primarily affected by rainfall and temperature, soil texture, elevation and vegetation. Therefore, a combination of different factors, especially those mentioned above, is needed to understand and estimate the soil organic carbon levels and without considering the key controller factors together, any estimation of the organic carbon of the soil would be unreliable.
    Keywords: Range, Organic Carbon, Soil, Environmental Factors
  • Mohammad Givehchi *, siroos harif, Gholamreza Azizyan Pages 291-297
    Background and objectives
    The Channels and rivers confluence phenomenon is the issue which happens in the irrigation and drainage channels, superficial water accumulative channels, water and waste water refinery and rivers. The aim of this research is to investigate the effect of several installed submerged vanes in tributary channel on controlling and decreasing the erosion at 90 degrees confluence of channels, detecting the best situation and vanes orders by using the simulation software.
    Materials and Methods
    In this research, Flow-3D flow simulation software was used to model the various states of submerged vanes at 90-degree channels confluence. In order to verify the results, the data from the experiments carried out in the laboratory of the civil engineering department of Sharif University of Technology have been used. The experimental model consists of a main channel with a length of 12 meters and a width of 40 cm and a tributary channel of 3 meters in length, the width of the tributary channel is equal to the main channel. The tributary channel is located 6.35 meters from the beginning of the main channel and is connected to the main channel at a 90-degree angle. The using equations were Navier-Stokes and continuity equations for modeling incompressible flows. For modeling Turbulence, the k-w equation model was used.
    Results
    The results of this study showed that software simulation can estimate the scour pattern very well. So the difference between the maximum depth of scour of numerical and laboratory models in confluence was 1.4%. Also few modeling were done with angles, dimensions and different locations of vanes to calculate the best conditions of vanes to decrease the depth of scour in channels confluence. The results show that it is possible to decrease the scour hole dimensions, considering that submerged vanes are installed in the 60 degree (in respect to longitudinal axis of channel), the ratio of the length of the submerged vanes to the channel width is equal to 0.25, the longitudinal spacing of the submerged vanes is half the width of the channel, the spacing of the submerged vanes from each other is 0.375 of the channel width and the distance between the installation of the submerged vanes from the intersection of 0.25 to 0.375 is the width of the channel; submerged vanes effectively reduce the maximum depth of scour hole at the junction of two channels with a 90 degree angle.
    Conclusion
    The final result of this study shows that if submerged vanes are installed in an appropriate position with optimal dimension in the tributary channel, they can reduce the maximum depth of the scour hole at channel confluences. In this study, the maximum scour depth was reduced by 21% submerged vanes compared to non submerged vanes.
    Keywords: Channel Confluence, Erosion, Submerged Vanes, FLOW-3D