فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و پنجم شماره 6 (بهمن و اسفند 1397)
  • سال بیست و پنجم شماره 6 (بهمن و اسفند 1397)
  • 320 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1398/02/10
  • تعداد عناوین: 19
|
  • سهند قدیمی، حامد کتابچی صفحات 1-23
    سابقه و هدف
    امروزه علاوه بر رشد جمعیت و افزایش نیاز به منابع آب، کمبود بارندگی و جریانات سطحی در مناطق خشک و نیمه خشک جهان باعث افزایش بهره برداری از منابع آب زیرزمینی و درنتیجه بروز مشکلات متعددی در این منابع تجدیدناپذیر و ارزشمند شده است. از این رو، بررسی، پایش و پیش بینی وضعیت منابع آب زیرزمینی حائز اهمیت است. در این تحقیق از یک مدل توسعه داده شده شبیه سازی عددی تفاضل محدود با استفاده از کدنویسی در محیط متلب، جهت بررسی تغییرات تراز سطح آب زیرزمینی در یک محدوده مطالعاتی واقعی استفاده شد.
    مواد و روش ها
    منطقه مورد مطالعه، آبخوان نمدان واقع در حوضه آبریز طشک - بختگان، استان فارس، ایران است. جهت بررسی تغییرات تراز آبخوان، مدل غیرماندگار تفاضل محدود، توسعه داده شد. جهت پیاده سازی مدل، محدوده با توجه به معیارهای مختلف، سلول بندی شد و تعداد 50 سلول چهارضلعی حاصل گردید. علاوه بر تبادل جریان زیرزمینی بین سلول ها در محدوده، تبادل بین سلول های مرزی و جریانات ورودی و خروجی از مرزها به این سلول ها نیز در مدل سازی لحاظ شد. پارامترهای تغذیه به روش سعی و خطا و ضرایب هدایت هیدرولیکی با استفاده از یک مسئله بهینه سازی با هدف کمینه سازی مجموع مربعات خطاهای محاسبات تراز آب محاسباتی و مشاهده ای (دوره 7 ساله) با ابزار بهینه سازی فراکاوشی جامعه مورچه ها واسنجی شدند و ضریب تبیین 93/0 حاصل شد. همچنین مدل واسنجی شده در یک دوره 3 ساله صحت سنجی گردید.
    یافته ها
    وضعیت آبخوان محدوده مطالعاتی، در شرایط غیرماندگار در دوره شبیه سازی 30 ساله، تحت 7 سناریو مختلف تدوین شده بر اساس شاخص های اقلیمی، برداشت، الگوی کشت و طرح ملی احیاء و تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی در ایران، مورد بررسی قرار گرفت. با کاهش 10 درصدی بارش سالانه و افزایش 20 درصدی برداشت، تراز سطح آب زیرزمینی تا پایان دوره شبیه سازی نسبت به ادامه وضع موجود، به ترتیب 9/0 و 1/6 متر افت پیدا می کند. تغییر الگوی کشت با تغییر نوع محصول از گندم به محصولی کم آب بر مانند جو باعث می شود تا تراز سطح آب تا پایان دوره شبیه سازی، 4/4 متر افزایش پیدا کند. در سناریو حذف چاه های بدون پروانه بهره برداری در کل محدوده، به طور میانگین در هر سال، تراز سطح آب زیرزمینی 45/0 متر افزایش می یابد.
    نتیجه گیری
    تحت سناریوی انسداد کامل چاه های غیرمجاز در کل منطقه، تراز آب زیرزمینی بیشترین تغییرات را در بین سناریوها داشته و تا پایان دوره شبیه سازی، 6/19 متر افزایش پیش بینی می شود. این امر لزوم توجه به تعیین تکلیف چاه های غیرمجاز در طرح ملی احیاء و تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی در ایران را بیش از پیش نمایان می کند.

    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، آبخوان نمدان، روش تفاضلات محدود، شبیه سازی عددی، طرح ملی احیاء و تعادل بخشی
  • جواد شهرکی، علی سردارشهرکی، صفیه نوری صفحات 25-46
    سابقه و هدف
    با توجه به محدود بودن منابع آب سطحی و ظرفیت مخازن سدها، مدیریت علمی و ارائه سیاست بهره برداری بهینه از مخازن، امری لازم و حیاتی در جهت برآورده کردن نیازهای آبی است. همچنین با توجه به اهمیت و استفاده از منابع آب و تخصیص بهینه این منبع کمیاب بین مصارف مختلف در منطقه سیستان ضروری به نظر می رسد، که برنامه ایی جهت تحقق این هدف پایه ریزی شود در منطقه موردمطالعه و داخل کشور تاکنون تحقیقی در مورد تخصیص بهینه آب با کاربرد الگوریتم پیشرفته فرا ابتکاری PSO جهت بهینه سازی مخازن چاه نیمه سیستان استفاده نگردیده است. از این رو در پژوهش حاضر سعی گردیده است که تخصیص بهینه منابع آب مخازن چاه نیمه سیستان تحت سه سناریوهای مدیریتی (سناریوی تثبیت ریزگردها، توسعه کشاورزی و انتقال خط لوله دوم آب شرب از مخازن چاه نیمه به شهرستان زاهدان) با استفاده از تکنیک فرا ابتکاری ازدحام ذرات (PSO) موردبررسی قرارگرفته است.
    مواد و روش ها
    روش بهینه سازی انبوه ذرات یا به اختصار بهینه سازی انبوه (PSO) یک الگوریتم بهینه سازی تصادفی بر اساس جمعیت است که از شبیه سازی رفتار اجتماعی گروه پرندگان الهام گرفته شده است. در الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات، موجوداتی وجود دارند که آن ها ذره نامیده می شوند و در فضای جستجوی تابعی که قصد کمینه کردن (یا بهینه کردن) مقدار آن می باشد، پخش شده اند. هر ذره مقدار تابع هدف را در موقعیتی از فضا که در آن قرارگرفته است ،محاسبه می کند. در این پژوهش از الگوریتم مذکور جهت تخصیص بهینه منابع آب استفاده گردید. تابع هدف در این پژوهش بهینه سازی و حداکثر سازی میزان تامین آب می باشد. همچنین قیود مربوطه به تابع هدف، قیود سیستماتیک، قیود و محدودیت های الگوریتم (PSO) و قیود و محدودیت های مخازن در منطقه مورد می باشد.
    یافته ها
    بر اساس نتایج به دست آمده، مقدار بهینه رهاسازی شده در سال 1364 (سال اول) 39/25 میلیون مترمکعب با میزان تقاضای 31/98 میلیون مترمکعب بوده که مقدار 91/72 میلیون مترمکعب تامین نیاز انجام نشده است. مقایسه چهار سال پایانی نشان می دهد که در سال 29 عدم تامین نیاز کمتری نسبت به سه سال بعدی خود داشته است. سناریوی تثبیت ریزگردها در منطقه موردمطالعه به عنوان یک پروژه اجرایی جدی مطرح بوده که نتایج اجرای این سناریو نشان داد که کاربرد الگوریتم مورداستفاده می تواند تخصیص بهینه منابع آب را به خوبی انجام داده و موردتوجه قرار گیرد. با توجه به نتایج به دست آمده پیشنهاد می گردد که مدلسازی های فرا ابتکاری می تواند تخصیص بهینه کاملتری با حداقل خطا در تابع هدف را بدست دهد.

    کلیدواژگان: تخصیص بهینه، چاه نیمه سیستان، آب و خاک، سناریوی تثبیت ریزگردها، الگوریتم ازدحام ذرات
  • آیلر رزاقی، حجت احمدی، نورعلی حقدوست، یهزاد حصاری صفحات 47-65
    سابقه و هدف
    با توجه به کمبود آب و همچنین توزیع نامناسب مکانی و زمانی بارش، اجرای طرح های توسعه منابع آب بویژه سدسازی و انتقال بین حوضه ای آب، گاهی اجتناب ناپذیر خواهد بود. بمنظور پیشگیری از اثرات منفی دراز مدت این طرح ها بر اکوسیستم های رودخانه ای، لازم است نیازمندی های هیدرولوژیکی و اکولوژیکی رودخانه در قالب یک نیاز آب زیست محیطی تعریف شده و در تعاملات تخصیص آب مد نظر قرار گیرد. نیازهای زیست محیطی اغلب بعنوان مجموعه ای از دبی های جریان با مقدار، زمان وقوع، فراوانی و تدوام جریان معین تعریف می شوند. این جریان ها که شرایط مستعد نگهداری مجموعه ای از زیستگاه های آبی و فرآیندهای اکوسیستم را فراهم می کنند، بعنوان "جریان های زیست محیطی" نامیده می شوند. این مقاله به بررسی برآورد نیاز زیست محیطی در رودخانه مهابادچای پرداخته است.
    مواد و روش ها
    زیرحوضه مهابادچای در جنوب غرب دریاچه ارومیه واقع شده و از نظر وسعت چهارمین زیرحوضه از حوضه آبریز دریاچه ارومیه می باشد.حدود جغرافیایی آن، از شمال به زیرحوضه نازلوچای، از جنوب به حوضه آبریز خلیج فارس و دریای عمان، از شرق به دریاچه ارومیه و زیرحوضه زرینه رود-سیمینه رود و از غرب به کشور عراق محصور میگردد و بین '45 44 تا '56 45 طول شرقی و '22 36 تا '10 37 عرض شمالی قرار دارد. رودخانه مهاباد از دو شاخه اصلی به نامهای بیطاس و کوتر و یک شاخه کوچک به نام دهبکر تشکیل شده است. در این مطالعه نیاز اکولوژیکی رودخانه با چهار روش هیدرولوژیکی (تنانت ، تسمن، تغییرمنحنی تداوم جریان و مدل ذخیره رومیزی) برآورد شده است.
    یافته ها
    نیاز اکولوژیکی رودخانه با چهار روش هیدرولوژیکی مربوطه محاسبه و مقایسه شد و با انتخاب روش اکوهیدرولوژیکی تغییر منحنی تداوم جریان در کلاس زیستی C به عنوان روش منتخب، بدلیل در نظر گرفتن خصوصیت های اکولوژیکی رودخانه، نیاز زیست محیطی رودخانه مهابادچای در ایستگاه بیطاس 35/0 مترمکعب بر ثانیه و در ایستگاه کوتر 17/1 مترمکعب بر ثانیه برآورد گردید. جریان متوسط سالانه در ایستگاه هیدرومتری بیطاس 73/1 و در ایستگاه هیدرومتری کوتر 17/6 متر مکعب بر ثانیه است.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج بدست آمده جریان پیشنهادی روش تغییر منحنی تداوم جریان در کلاس C بعنوان حداقل جریان زیست محیطی برای رودخانه مهابادچای، توصیه می شود. زیرا این روش به داده های کمتری نیاز داشته؛ ارزیابی اولیه و سریع بر روی داده ها انجام می دهد؛ وضعیت های هیدرولوژیکی موجود را با در نظر گرفتن شرایط اکولوژیکی مطلوب شبیه سازی می کند. کلاس مدیریتی C (نسبتا تغییر یافته) حدود 20 الی 30 درصد بده متوسط جریان را به عنوان جریان زیست محیطی در نظر می گیرد؛ که در این حالت عملکرد اساسی اکوسیستم رودخانه هنوز دست نخورده بوده و اکثر گونه ها حفظ می شود. همچنین کلاس مدیریتی C با پتانسیل جریان در ماه های مختلف مطابقت خوبی داشته و از لحاظ مدیریتی، مصارف کشاورزی و شرب و... در منطقه مورد قبول می باشد.

    کلیدواژگان: اکولوژیک، مدل ذخیره رومیزی، تنانت، تسمن، تغییر منحنی تداوم جریان
  • نرگس آبیار، علیرضا حسین پور، حمیدرضا متقیان صفحات 67-86
    سابقه و هدف
    جذب یکی از مهمترین فرآیندهای شیمیایی موثر بر تحرک و قابلیت استفاده روی در خاک است. حضور کاتیون ها در محلول می تواند بر جذب روی در خاک ها موثر باشد. برای بررسی جذب عناصر از همدماهای جذب استفاده می شود. همدماهای جذب رابطه مقدار عنصر جذب سطحی شده و غلظت عنصر را در محلول تعادلی در دمای ثابت توصیف می کنند. کاتیون های کلسیم، سدیم، پتاسیم و آمونیوم از مهمترین کاتیون های خاک ها هستند. در این مطالعه بررسی اثر کاتیون های کلسیم، سدیم، پتاسیم و آمونیوم بر جذب روی در پنج نمونه خاک آهکی استان چهارمحال و بختیاری انجام شد.
    مواد و روش ها
    به منظور بررسی همدماهای جذب روی در خاک های مورد مطالعه و در حضور الکترولیت های مختلف آزمایشی در قالب طرح کاملا تصادفی اجرا شد. ابتدا نمونه های 2 گرمی از هر خاک در 3 تکرار را درون لوله های سانتریفیوژ 50 میلی لیتری ریخته و سپس 20 میلی لیتر از محلول ZnSO4 حاوی غلظت های 25، 50، 75، 100، 150 و 200 میلی گرم در لیتر روی که در محلول های زمینه نمک های Ca(NO3)2، NaNO3، KNO3 و NH4NO3 (با غلظت 50 میلی مولار) ساخته شده بود به لوله ها اضافه و نمونه ها به مدت 24 ساعت با دستگاه تکان دهنده برقی تکان داده شدند. پس از آن محلول صاف رویی جدا شده و غلظت روی در عصاره ها (در حال تعادل) با استفاده از دستگاه جذب اتمی تعیین شد. پس از جمع آوری داده ها، غلظت روی جذب شده از تفاوت بین غلظت اولیه و نهایی (تعادلی) تعیین و سپس معادله های لانگ مویر، فروندلیچ و خطی بر داده ها برازش داده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که با افزایش غلظت روی در محلول تعادلی مقدار جذب روی در خاک ها در حضور همه الکترولیت ها افزایش پیدا کرد. مقدار جذب روی در حضور کلسیم کمتر از سایر کاتیون ها بود. معادله های فروندلیچ و لانگ مویر با داشتن بیشترین ضریب تبیین (R2) و کمترین خطای استاندارد برآورد (SE) قادر به توصیف جذب روی بودند. نتایج مقایسه میانگین نشان داد که حداکثر ظرفیت جذب روی (b معادله لانگ مویر) و شدت جذب (n در معادله فروندلیچ) به ترتیب در محلول حاوی کاتیون سدیم، کلسیم، پتاسیم و آمونیوم بیشترین مقدار بود. ثابت متناسب با انرژی پیوند (k لانگ مویر) و حداکثر گنجایش بافری (MBC لانگ مویر) به ترتیب در محلول های پتاسیم، آمونیوم، سدیم و کلسیم بیشترین مقدار را داشت. بیشترین ضریب توزیع (kf فروندلیچ) نیز به ترتیب در محلول های حاوی سدیم، پتاسیم، آمونیوم و کلسیم بود. بنابراین روی در حضور سدیم و کلسیم به ترتیب بیشترین و کمترین تمایل را به قرار گیری در فاز جامد دارد.
    نتیجه گیری
    نتایج این تحقیق نشان داد که سدیم بیش از سایر کاتیون ها می تواند تحرک روی در خاک ها را کاهش دهد.

    کلیدواژگان: لانگ مویر، فروندلیچ، ضریب توزیع، سدیم، همدماهای جذب
  • فهیمه امیری میجان، حسین شیرانی، عیسی اسفندیارپور، علی اصغر بسالت پور، حسین شکفته صفحات 87-103
    سابقه و هدف
    یکی از راههای بیان رفتارهای فیزیکی خاک، توصیف ساختمان خاک می‎باشد. از آنجا که اندازه گیری کیفیت فیزیکی خاک به‎طور مستقیم امکان پذیر نیست، به همین دلیل از خواص ویژه‎ای که به عنوان شاخص تعریف می شوند، برای بیان کیفیت فیزیکی خاک استفاده می‎کنند. از شاخص‏هایی مختلفی از جمله شاخص S برای بیان کیفیت فیزیکی خاک که شیب منحنی مشخصه رطوبتی خاک در نقطه عطف می‎باشد استفاده می‎شود. به نظر می‎رسد که تحقیقات چندانی در خصوص اثر کاربری بر شاخص S انجام نشده است، بنابراین هدف از این تحقیق، مقایسه نتایج شاخص S با سه مدل مختلف منحنی مشخصه رطوبتی خاک (شامل مدل ون‎گنوختن، مدل بروکس – کوری و مدل گرون‏ولت– گرانت) در پنج کاربری مختلف در شهرستان جیرفت بود.
    مواد و روش ها
    به همین منظور 350 نمونه دست خورده و 350 نمونه دست نخورده از کاربری‎های مختلف (کاربری مرکبات، کاربری نخیلات، زراعی، جنگل و ترکیبی ) برداشت شد. برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، شامل درصد شن، درصد سیلت، درصد رس، قابلیت هدایت الکتریکی عصاره اشباع، چگالی ظاهری، درصد تخلخل کل و درصد مواد آلی اندازه‎گیری شدند. همچنین با استفاده از دستگاه صفحات فشاری، مقدار رطوبت خاک در مکش های 0، 30،10، 50، 100، 300، 500، 1000 و 1500 کیلوپاسکال تعیین شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که در منطقه مورد بررسی، بهترین کیفیت فیزیکی خاک در کاربری نخیلات دیده شد. همه کاربری‏ها، به جز کاربری جنگل، دارای کیفیت فیزیکی مناسبی بودند. زیاد بودن مقدار شاخص S در کاربری‎های مرکبات، نخیلات و زراعی می‎تواند بیانگر مدیریت بهتر خاک در شروع کشت و کار باشد. در کاربری ترکیبی، به دلیل کشت توامان یونجه و خرما، یونجه سبب برگشت مواد آلی بیشتر به خاک می‏شود و در نتیجه ساختمان خاک را بهبود می‎بخشد که در زیاد بودن مقدار شاخص نمایان می‏شود. در کاربری‏هایی که ساختمان خاک وضعیت بهتری داشت و یا عملیات مدیریتی مناسب اعمال شده بود، شاخص S زیادتر بود.
    نتیجه گیری
    به‎طور کلی، با وجود اختلاف ناچیز کاربری‏های مرکبات، نخیلات و زراعی در مقدار شاخص S، کاربری نخیلات دارای میانگین شاخص S بالاتری بود. به‎طوری‎که مقدار آن در مدل ون‎گنوختن، بروکس-کوری و گرانت-گرون‎ولت به ترتیب برابر با 06/0، 06/0و 04/0 بود. همچنین نتایج این تحقیق نشان داد که دقت مدل ون‎گنوختن در برآورد و ارزیابی کیفیت خاک، به دلیل تمایز بیشتر بین خاک‎های با کیفیت فیزیکی نزدیک بهتر بود زیرا برازش منحنی مشخصه رطوبتی دارای R2 بالاتر بود ( 92/0= R2). هرچند به دلیل اختلاف کم با دو مدل دیگر، به ویژه مدل بروکس و کوری (87/0= R2)، به نظر می‎رسد مدل مناسب برای ارزیابی کیفیت خاک در کاربری‏های مختلف متفاوت می‎باشد. بنابراین ضروری است که این شاخص و سایر شاخص‎های ارزیابی کیفیت فیزیکی خاک در اقلیم‎های مختلف بیشتر بررسی گردد.

    کلیدواژگان: کیفیت فیزیکی خاک، شاخص S، ون‎گنوختن، بروکس و کوری، گرون‎ولت و گرانت
  • حسین علی فغانی، عباس حشمتی جنت مقام صفحات 105-121
    سابقه و هدف
    پساب صنعتی و آب آلوده به مواد شیمیایی در محیط زیست رها می شود و در نتیجه آلودگی جذب خاک شده و با آلوده سازی منابع محدود موجود موجب تولید محصولات غیر سالم و مضر برای سلامتی خواهد شد. از بهترین روش های حذف آلاینده های آلی از آب آلوده جذب سطحی است. هدف این پژوهش حذف رنگدانه فنل رد از محلول های آبی توسط نانوذرات مغناطیسی مگنتیت است.
    مواد و روش ها
    نانوذرات مگنتیت از روش هم رسوبی و احیای هم زمان یون های 〖Fe〗^(+3)/〖Fe〗^(+2) با نسبت 2 به 1 با محلول سود در محلول آبی و تحت جو نیتروژن سنتز شده و با استفاده از تکنیک های FTIR، SEM وXRD شناسایی شدند. برای سنجش غلظت طول موج جذب ماکزیمم فنل رد، دستگاه اسپکتروفوتومتر UV-VIS در محدوده طول موج 400 تا800 نانومتر مورد بررسی قرار گرفت که طول موج ماکزیمم فنل رد در 431 نانومتر تعیین گردید. جذب فنل رد بر روی نانوذره ی Fe3O4 در محیط ناپیوسته مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای مورد بررسی در این پژوهش شامل مقدارهای اولیه نانوذره (005/0، 01/0، 015/0 و 02/0 گرم)، غلظت اولیه فنل رد (20،10،5 و30 میلی گرم برلیتر)، pH اولیه (1، 4 ، 7 ،9 و 12)، زمان تماس (5 تا40 دقیقه) و فرایند واجذب نانوجاذب می باشد. مدل های ایزوترم جذب دو پارامتری لانگمویر، فروندلیچ وتمکین مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه داده های تجربی با مدل های سینتیکی شبه درجه اول، شبه درجه دوم و نفوذ بین ذره ای مطالعه شد. اثر دما بر فرایند جذب سطحی، با بررسی ثابت های ترمودینامیکی فرایند جذب سطحی شامل انرژی آزاد گیبس(∆G0)، تغییرآنتروپی(∆S0) و تغییر آنتالپی(∆H0) در دماهای 293، 300، 305 و310 درجه کلوین مورد بررسی قرار گرفت.
    یافته ها
    با افزایش و کاهش pH از 7 میزان حذف فنل رد افزایش می یابد. افزایش جذب فنل رد در pHهای پایین و بالا نسبت به pH خنثی به دلیل تبدیل آلاینده به یون است که موجب افزایش میزان جذب آلاینده فنل رد بر روی نانوجاذب می شود. جذب پس از 30 دقیقه به تعادل می رسد. بیشترین ظرفیت جذب در غلظت 30 میلی گرم بر لیتر از آلاینده در حضور 01/0گرم در میلی لیتر از جاذب و در دمای 20درجه سانتی گراد و در 7 pH = اتفاق می افتد. به دلیل گرماگیر بودن فرایند، افزایش دما مقدار جذب را افزایش می دهد. ایزوترم فروندلیچ مطابقت بهتری با داده های تجربی دارد. مدل شبه درجه دوم با ضریب همبستگی 9999/0 و ثابت سرعت 0202/0 بهترین مدل سینتیکی توصیف کننده فرایند جذب است. مقادیر ثابت های ترمودینامیکی ∆H0 و ∆S0 به ترتیب kj/mol 278/79 وj/(k∙mol) 389/284 می باشند. ∆H0 و ∆S0 مثبت به ترتیب نشان دهنده گرماگیر بودن فرایند جذب و افزایش بی نظمی در سطح مشترک مایع- جامد در طی جذب است. ∆G0 منفی نشان دهنده خود به خودی بودن فرایند جذب است.
    نتیجه گیری
    نانوجاذب مگنتیت می تواند به عنوان یک جاذب مناسب در حذف آلاینده فنل رد از محلول های آبی و پساب های صنعتی قبل از رها سازی در محیط زیست استفاده شود.

    کلیدواژگان: آلاینده آلی، نانوجاذب، آب، جذب سطحی، سینتیک
  • علیرضا نیکبخت شهبازی صفحات 123-139
    سابقه و هدف
    بخش کشاورزی نقش اساسی و حیاتی در اقتصاد ملی و تولید مواد غذایی در ایران دارد. در این میان به واسطه موقعیت خاص اقلیمی کشور و پراکنش نامناسب زمانی و مکانی بارش، کشت آبی محور اصلی در تولید مواد غذایی می باشد. در مناطق خشک کشور مانند استان خوزستان تقریبا صد در صد تولیدات کشاورزی از کشت آبی حاصل می شود. طبق تحقیقات مرکز پژوهش های مجلس پیش بینی شده است جمعیت ایران تا سال 1410 به مرز 100 میلیون نفر خواهد رسید که در این صورت برای تامین نیازهای غذایی این جمعیت، برمبنای حدود 2600 کیلو کالری انرژی روزانه به بیش از 150 میلیارد مترمکعب آب سالانه نیاز خواهد بود که این مقدار در سبد آبی کشور موجود نمی باشد، لذا می بایست با روش های افزایش بهره وری آب مدیریت منابع صورت گیرد. پدیده گرمایش جهانی در حال وقوع و اقلیم در حال تغییر است و تغییر آب و هوا و نوسانات اقلیمی خطر خسارت های بیشتری را به همراه دارد. با توجه به اهمیت و ضرورت موضوع و تحقیقات اندکی که در این خصوص صورت گرفته است، تاثیرات محلی و منطقه ای نوسانات اقلیمی بر تبخیر و تعرق محصولات کشاورزی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این تغییرات به خصوص در مناطق حاصلخیز و کشاورزی محور نظیر خوزستان از اهمیت دو چندانی برخوردار است.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق تاثیر تغییر اقلیم بر میزان بارش و تبخیر و تعرق محصولات کشاورزی در دوره های آتی مورد بررسی قرار گرفت. برای این کار از داده های اقلیمی مدل گردش عمومی جو CanESM2 تحت دو سناریوی واداشت تابشی در استان خوزستان استفاده شد. جهت بررسی امکان تولید و شبیه سازی داده های هواشناسی در دوره های آتی با استفاده از مدل ریزمقیاس نمایی آماری SDSM برای دوره پایه (1990-2005) کالیبراسیون و صحت سنجی مدل انجام گرفت. از طریق داده های CanESM2 میزان بارش و دمای بیشینه و کمینه ایستگاه های منتخب برای سه دوره 2020-2040 (متوسط 2030)، 2070-2050 (متوسط 2060) و 2080-2100 (متوسط 2090) میلادی پیش نگری و با دوره پایه مقایسه گردید. میزان بارش و تبخیر و تعرق محصولات کشاورزی برای محصولات منتخب شامل گندم، جو، برنج، ذرت دانه ای و نیشکر محاسبه شد. با استفاده از مدل CanESM2 و سناریو های واداشت تابشی گزارش پنجم هیات بین الدول تغییر اقلیم(IPCC) شبیه سازی و تولید داده های هواشناسی در دوره های آتی صورت گرفت و میزان تبخیر و تعرق پتانسیل متوسط دوره ها با اطلاعات تولید شده در دوره های آتی بدست آمد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد میزان دما بطور میانگین در کلیه ایستگاه های منتخب و در همه سناریوها تا 4 درجه سانتیگراد افزایش یابد و این افزایش در مورد سناریو RCP8.5 از سناریو RCP4.5 بیشتر است. میزان میانگین بارش نیز در دوره های 2060 و 2090 کاهش می یابد. میزان تبخیر و تعرق بدست آمده برای کلیه محصولات کشاورزی مورد مطالعه روند افزایشی دارد اما این افزایش برای محصول برنج و ذرت دانه ای بطور متوسط در دوره 2060 و 2090 افزایش بیشتری از خود نشان می دهد.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج به دست آمده در این تحقیق می توان نتیجه گرفت که تبخیرو تعرق در دوره های آتی افزایش می یابد. بنابراین می بایست افزایش آب مصرفی محصولات و تبخیر و تعرق محصولات و کمبود آب مورد توجه قرار گیرد. بنابراین میبایست تمهیداتی در نظر گرفته شود تا راندمان مصرف آب محصولات بالا رفته و محصولات با تبخیر و تعرق پتانسیل کمتر در بعضی از مناطق خوزستان کشت شوند.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، محصولات کشاورزی، تبخیر و تعرق، استان خوزستان، واداشت تابشی
  • سعید حمزه، محمد مهدی ولاشجردی، مه&shy، نوش مقدسی، علی شینی دشتگل صفحات 141-158
    سابقه و هدف
    سیاست گذاران و مدیران، برای تدبیر استراتژی های مناسب مدیریتی، شامل قیمت محصول و بازار محصولات در امر واردات و صادرات، نیاز به اطلاعاتی در مورد عملکرد حاصله از محصولات کشاورزی در مقیاس های مختلف دارند، اما همواره تخمین میزان عملکرد محصول با توجه به عدم اطلاعات کافی زمینی امری بسیار سخت و هزینه بر بوده است. مناسب ترین راه، استفاده از داده های ماهواره ای و تکنیک سنجش از دور می باشد. تحقیق حاضر با هدف برآورد عملکرد محصول نیشکر با بکارگیری تصاویر ماهواره ای لندست 8 انجام شد.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش، یک مدل ترکیبی برای برآورد حجم محصول نیشکر استفاده شد. این مدل ترکیبی شامل مدل مانتیث برای محاسبه تابش فعال فتوسنتزی جذب شده، مدل استنفورد برای تعیین راندمان مصرف نور و الگوریتم بیلان انرژی سطح زمین (سبال) برای توصیف تغییرات مکانی-زمانی سطح زمین می باشد. نقشه ی عملکرد محصول از اجرای این الگوریتم در سال 1392 و با بکارگیری 10 تصویر ماهواره ای لندست هشت بدست آمد. در الگوریتم سبال همه اجزای بیلان انرژی شامل تابش خالص، شار گرمای خاک، شار گرمای محسوس از تصاویر ماهواره ای محاسبه و در تهایت کسر تبخیر بر اساس معادله بیلان انرژی در سطح بدست آمد. برای برآورد ماده خشک تولیدی با توجه به تاریخ و تعداد تصاویر، تابش فعال فتوسنتزی در 10 بازه ی زمانی محاسبه شد. هر تصویر نماینده یک بازه زمانی گسسته است. در این تحقیق تمام اجزای این مدل ترکیبی برای همه تصاویر موجود در بازه زمانی دوره اصلی رشد محصول نیشکر محاسبه شد و در نهایت اقدام به تهیه نقشه عملکرد محصول برای این منطقه گردید.
    یافته ها
    متوسط عملکرد محصول نیشکر در طول دوره رشد 56 تن در هکتار برآورد شد. میزان عملکرد برآورد شده با این مدل ترکیبی، همبستگی و پراکنش خوبی با عملکرد واقعی مزارع نشان داد(83/0=R2). سپس تاثیرات سن و رقم بر میزان دقت مدل در برآورد عملکرد نیشکر مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد از بین رقم های مختلف، مقادیر عملکرد محاسبه شده در مزارع تحت کشت رقم614 -CP57 به علت زودرس بودن و تطابق بهتر با آخرین تصویر، همبستگی بالاتری با مقادیر واقعی عملکرد دارد. همچنین مشاهده شد با افزایش سن های مختلف نیشکر از کشت تا بازرویی چهارم هم عملکرد کاهش یافته و هم میزان عمکرد برآورد شده، همبستگی و پراکنش کمتری نسبت عملکرد واقعی نیشکر پیدا می کند و مقدار همبستگی تا 51/0 کاهش می یابد.
    نتیجه گیری
    نتایج حاصل از ارزیابی داده های عملکرد محصول و رقم های کشت شده نشان دهنده این موضوع بود که عملکرد محصول نیشکر در رقمCP57-614 نسبت به رقم CP69-1062 بالاتر می باشد و هم چنین تطابق بهتری با مدل ارائه شده نشان می داد. هم چنین مشاهده شد با افزایش سن های مختلف نیشکر از کشت تا بازرویی چهارم هم عملکرد کاهش یافته و هم میزان عملکرد برآورد شده، همبستگی و پراکنش کمتری نسبت عملکرد واقعی نیشکر پیدا می کند و مقدار R^2کاهش می یابد و میزان خطا نیز افزایش پیدا می کند

    کلیدواژگان: بیلان انرژی، مدل مانتیث، نیشکر، سن، رقم
  • مجید اونق، حسین سرگزی، حسین بارانی صفحات 159-173
    مفهوم بیابانزائی به از دست دادن خدمات اکوسیستم بدلیل تاثیر آشفتگی های انسانی و یا تغییرات اقلیمی در اکوسیستم های مناطق خشک مرتبط است. بیابان زایی بسته به پیشران و شرایط جغرافیایی، می تواند باعث تغییرات قهقرائی عمدتا پایدار در اکوسیستم گردد. مهار این پدیده مستلزم شناخت علل پیشرانی آن است. پیشرانهای بیابانزائی را می توان با عناوین بیوفیزیکی، اجتماعی، اقتصادی، سیاسی و مدیریتی گروهبندی کرد. در این مقاله برخی آشفتگیهای ناشی از فعالیت های انسان که در ارتباط با دانش و فرهنگ مردم قرار داشته و زمینه ساز وضعیت فعلی تخریب زمین و بیابان زایی شده اند به عنوان پیشران اجتماعی بیایانزائی مورد ارزیابی قرار گرفته اند. به این منظور از طریق منابع علمی مرتبط، پرسش نامه و پنل تخصصی با کارشناسان مرتبط لیستی از عوامل پیشران اجتماعی تهیه شده سپس عوامل کاندید در 6 معیار گروه بندی و در انتها با ابزار پرسش نامه مورد قضاوت کارشناسان قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل آماری با استفاده از نرم افزار SPSS19 نشان داد که مهمترین معیارهای پیشران اجتماعی- فرهنگی موثر بر بیابانزایی و تخریب زمین با 20.49%، 19.32%، 17.36%، 16.76%، 13.12% و 13.008% به ترتیب عبارتند از : فقدان یا ضعف نهادهای اجتماعی، عادات تاریخی و فرهنگی نامتناسب ، مهاجرت جمعیت، ضعف دانش و آموزش، افت ارزش های اجتماعی و مسائل مربوط به مالکیت زمین. همچنین با استفاده از روشتحلیل سلسله مراتبی (AHP) مشخص شد که در بین 38 عامل کاندید، 18 عامل از بقیه تاثیر گزارتر بودند. مهمترین عوامل موثر بر تخریب زمین و بیابانزائی به ترتیب: فقدان نظام بهره برداری از محصولات و خدمات تالاب هامون، شخم اراضی بایر، کشت و کار سنتی، عدم اعتماد بهره برداران به دانش کارشناسان مرتبط، ترجیح کشت زراعی به باغی و عدم بهره گیری از دانش بومی همزیستی با طبیعت معرفی گردید. در مجموع اعمال سیاست هایی با هدف حفظ محیط زیست و جوامع در مقابل بهره برداری مفرط از منابع طبیعی و از دست دادن سنت ها و تواناساختن یک فرهنگ برای استفاده پایدار از خدمات و محصولات زیست محیطی ضروری است. مشارکت همه دست اندرکاران برای جستجوی راه حل هایی برای مدیریت اراضی به طرز رو به تزایدی پذیرفته شده است. هر یک از دست اندرکاران دانش و دیدگاهی متفاوت در مورد ریشه مشکل و چگونگی حل آن دارد. استخراج، مستندسازی و هم راستا کردن ای دانش می تواند در توافق و تفاهم بر راه حل های پیشنهادی مفید باشد.در اکوسیستمهای کشاورزی متاثر از بیابانزائی، افزایش امنیت غذایی با اصلاح کشاورزی، توانمند سازی مردم محلی، کمک به تنوع معیشت و ارتقاء پایداری استفاده از منابع گام های اساسی برای کاهش یا معکوس کردن روند بیابان زائی به شمار می آید. سیاست ها بایستی ابعاد چندگانه اجتماعی و فرهنگی را به عنوان ریشه های تخریب اراضی و بیابانزایی مورد نظر قرار دهد. این ابعاد بسته به شرایط زیست محیطی متغیر هستند. دستگاههای دولتی منطقه به عنوان متولی مقابله با تخریب زمین و بیابانزائی در تعامل با جامعه محلی برای کنترل این پدیده توفیقاتی داشته اند. اما چنانچه هدف توقف بیابانزائی یا معکوس کردن آن باشد، نیاز به همه جانبه نگری، تلاش بیشتر برای نزدیک کردن دیدگاهها و همکاری همه دست اندرکاران از جمله ذینفعان و بویژه بهره برداران از اراضی است. تبادل دانش، اعتماد سازی، همکاری در اجرای پروژه ها و... می تواند برای دولت و مردم مفید باشد اما اقدامات اصلاحی در مناطقی با شرایط سیستان قبل از همه با شناخت دلایل و عوامل تخریب اراضی حاصل می شود

    کلیدواژگان: بیابانزائی، تخریب زمین، پیشران اجتماعی، سیستان
  • قاسم رحیمی، فیروزه نوروزی گلدره صفحات 175-190
    سابقه و هدف
    آلودگی خاک ها به فلزات سنگین در جهان، بخصوص در کشورهایی که نیاز به خاک برای تولید غذا دارند تبدیل به یک نگرانی جدی شده است. در زمینه ارزیابی خطرات زیست محیطی، کر م های خاکی جزء مهمی از خاک، و از لحاظ اکولوژیکی به عنوان یک بیواندیکاتور(شاخص زیستی) مهم برای سلامت و کیفیت خاک در نظر گرفته می شوند. کرم های خاکی بخشی از زنجیره غذایی و چرخه تجزیه در خاک هستند که ویژگی های رشد آن ها به طور نامطلوبی تحت تاثیر آلودگی های خاک قرار می گیرد. با توجه به حساسیت کرم های خاکی به آلودگی، از آنها می توان به عنوان شاخص زیستی خاک های آلوده استفاده نمود. به منظور بررسی تاثیر مدت زمان تماس و نقاط نمونه برداری خاک بر صفات رشد کرم های خاکی در خاک های آلوده تحقیق حاضر اجرا گردید.
    مواد و روش ها
    این تحقیق روی یک خاک آلوده که از معدن آهنگران و زمین های اطراف آن نمونه برداری شده بود، انجام شد. معدن آهنگران در 26 کیلومتری شهرستان ملایر، به سمت شهرستان اراک در استان همدان، به ترتیب با طول و عرض جغرافیایی ʺ44 ʹ59 48 و ʺ20 ʹ10 34 واقع شده است. یک آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد و از کود دامی به عنوان تغذیه برای کرم خاکی استفاده شد. در این آزمایش 12 عدد کرم خاکی با میانگین وزن 6/0-3/0 میلی گرم برای هر نمونه خاک انتخاب شدند و در طول اجرای آزمایش هیچ نوع غذایی به ظرف ها اضافه نشد. سپس کرم ها در هفت بازه زمانی مختلف شامل 3، 7، 14، 21، 28، 32 و42 روز در معرض آلودگی خاک قرار گرفتند و زنده مانی، وزن، تولید کوکون و تولید مثل آنها به روش شمارش با دست در واحد وزن بستر مورد بررسی قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج تجزیه واریانس داده ها نشان داد که خاک های آلوده به سرب و کادمیوم تا حدودی می تواند پارامترهای رشد کرم های خاکی گونه Eisenia fetida را تحت تاثیر قرار دهد. با وجود بالا بودن غلظت عناصر سرب و کادمیوم در نقطه 3S بیشترین درصد زنده مانی، تعداد کوکون و لارو (تولید مثل) کرم های خاکی دیده شد که دلیل آن می تواند مقاومت بالای کرم های خاکی به اثرات سمی کادمیوم و سرب به دلیل سم زدایی آن توسط پروتئین های متالوتیونین در کانال های غذایی پشتی باشد.
    نتیجه گیری
    معمولا هر چه کرم های خاکی مدت زمان طولانی تری در تماس با این عنصر قرار گرفتند، کاهش جمعیت، وزن و تولید کوکون آن ها شدیدتر بود.اما زمانی که کرم های خاکی در خاک های آلوده به فلزات سنگین مانند سرب و کادمیوم با کود دامی تغذیه شوند ، کاهش جمعیت، وزن و تعداد کوکون تولیدی، از سرعت کم تری برخوردار گردید به طوری که افزایش تعداد کوکون و تولید مثل در پایان دوره آزمایش رخ داد.
    کلیدواژگان: آلودگی خاک، کرم خاکی، فلزات سنگین، Eisenia fetida
  • رضا قضاوی، آرش فاضلی صفحات 191-206
    سابقه و هدف
    یکی از موضوعات مهم در مدل سازی هیدرولوژیکی، ارزیابی اثرات تغییر کاربری اراضی در منابع آب است . کاربری اراضی یک خصوصیت مهم در فرایند تولید رواناب است که بر روی نفوذ آب، فرسایش خاک، تبخیر و تعرق اثر می گذارد. امروزه برای تهیه نقشه های کاربری اراضی، استفاده از داده های ماهواره ای و روش های کمی در علم سنجش از دور بسیار معمول است و محققان و دانشمندان این علم در دو دهه ی گذشته به صورت گسترده آن را به کار برده اند. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر تغییرات کاربری اراضی بر روی پتانسیل تولید روانابهای سطحی با استفاده از مدل SWAT است.
    مواد و روش ها
    منطقه مورد مطالعه زیر حوزه بهشت آباد واقع در شمال و شمال شرقی حوضه آبخیز کارون شمالی استان چهارمحال بختیاری شهرستان اردل میباشد. در این پژوهش ابتدا با استفاده از داده های سنجنده ETM ماهواره لندست 7 و داده های سنجنده OLI ماهواره لندست 8 نقشه کاربری اراضی سال های 1987 و 2013 تهیه شد و سپس بر اساس این نقشه ها و با استفاده از مدل SWAT برای دوره آماری 1989-1984بر اساس کاربری اراضی سال 1987 رواناب سطحی شبیه سازی شد. سپس واسنجی و اعتبارسنجی مدل با استفاده از الگوریتم SUFI-2 موجود در نرم افزار SWAT-CUP انجام گرفت.
    یافته ها
    نتایج آماری حاصل از واسنجی و اعتبارسنجی مدل در دوره 1989-1984 نشان از دقت قابل قبولی در شبیه سازی رواناب دارد. برای استخراج نقشه کاربری اراضی سال 1987 و 2013 از روش نظارت شده و برنامه طبقه بندی کننده بیشترین شباهت با دقت کلی 80٪ و85٪ استفاده شد. سپس جهت بررسی تاثیر تغییر کاربری اراضی بر پتانسیل تولید رواناب، یک بار از نقشه کاربری اراضی سال 1987 و بار دیگر از نقشه کاربری اراضی سال 2013 برای دوره 2011-1999 استفاده گردید. نتایج نشان داد که به دلیل اینکه رواناب مشاهداتی خارج از محدوده باند عدم قطغیت قرار گرفته است و نقشه سال 1987 نسبت به نقشه 2013 دارای دقت مکانی و هندسی کمتری می باشد استفاده از نقشه کاربری اراضی سال 1987 برای دوره جدید از دقت قابل قبولی برخوردار نمی باشد و رواناب مشاهداتی خارج از محدوده باند عدم قطعیت با سطح اطمینان PPU% 95 قرار گرفته است. ولی شبیه سازی رواناب با استفاده از نقشه کاربری اراضی سال 2013 برای دوره آماری 2011-1999 افزایش دقت واسنجی و اعتبار سنجی را به دنبال داشته است. همچنین رواناب مشاهداتی نیز در محدوده باند عدم قطعیت PPU%95 مدل SWAT قرار گرفته است و میزان رواناب سطحی نیز در دوره آماری جدید نسبت به قدیم روند افزایشی داشته است.
    نتیجه گیری
    مطالعه همه عوامل تاثیر گذار بر میزان رواناب، کاری مشکل و بسیار پیچیده است و نیاز است که بتوان با استفاده از تکنیک های جدید و مدل ها تاثیر عوامل مختلف مورد بررسی قرار گیرد. نتایج این مطالعه نشان داد که چنانچه دادهای ورودی مدل SWAT بطور صحیح تهیه شود، این مدل دارای کارایی قابل قبولی در برآورد دبی رواناب است. در این بین، تهیه نقشه کاربری اراضی مطابق با شرایط واقعی منطقه بیشترین تاثیر را می تواند داشته باشد.

    کلیدواژگان: سنجش از دور، تغییر کاربری اراضی، رواناب سطحی، ماهواره لندست 8، مدل SWAT
  • نازگل حسینی پژوه، خالد احمدالی، علیرضا شکوهی صفحات 207-221
    سابقه و هدف
    سیلاب ها یکی از مخرب ترین بلایای طبیعی در جهان هستند که سبب خسارات بزرگی در جوامع انسانی و تغییر محیط طبیعی می شوند. در سالهای اخیر، احتمال وقوع سیل در بسیاری از نقاط جهان موجب نگرانی دائمی برای مردم و دولت ها شده است. این مسئله سبب شده که نیاز به مهندسین و مدیران کارآزموده برای کاهش اثرات سیل بر جامعه و محیط زیست بیش از پیش احساس شود. پیش بینی سیل یکی از روش های غیرسازه ای مدیریت ریسک سیلاب است که اطلاعات ارزشمندی برای خدمات هشدار سیل مهیا می کند و مردم و ارگان های مختلف در وضعیت اضطراری زمان کافی برای آماده سازی اقدامات مقابله سیل را خواهند داشت.
    مواد و روش ها
    در این مطالعه شاخص های بارش استادارد شده (SPI) و شاخص بارش - تبخیر و تعرق استادارد شده (SPEI)، جهت مشخص نمودن دوره های مرطوب، در دو ایستگاه هواشناسی درزیکلا و سنگده در حوضه آبریز کسیلیان واقع در استان مازندران با کدنویسی در نرم افزار R محاسبه گردید. سپس نتایج حاصل با سری زمانی دبی رودخانه (ایستگاه هیدرومتری ولیک بن)، از این نظر که آیا این شاخص ها توانایی تشخیص و پیش بینی سیل را دارد یا نه، مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. پارامتر های احتمال تشخیص (POD)، نسبت هشداردهی اشتباه (FAR) و شاخص موقعیت بحرانی (CSI) برای ارزیابی میزان موفقیت شاخص های مذکور در تشخیص سیل، در ایستگاه های مورد مطالعه محاسبه شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که بیشترین و کمترین مقدار POD مربوط به شاخص های SPEI و SPI به ترتیب برابر 89/0 و 68/0 است. این مقادیر برای پارامتر CSI برای شاخص های ذکر شده به ترتیب برابر 71/0 و 62/0 به دست آمد. همچنین بیشترین و کمترین مقدار پارامتر FAR برای SPEI و SPI به ترتیب برابر 32/0 و 11/0 می باشد. بررسی تغییرات زمانی این شاخص ها نشان داد که شاخص SPEI به دلیل استفاده از داده ی دما و به تبع آن محاسبه تبخیر و تعرق - مخصوصا در انتهای بهار و تابستان - کارایی تا حدودی بهتر از شاخص SPI در حوضه کسیلیان با رژیم برفی بارانی دارد.
    نتیجه گیری
    در کل بر اساس نتایج سه پارامتر POD، FAR و CSI پیشنهاد می شود که در حوضه های با رژیم برفی بارانی استفاده از شاخص SPEI به دلیل استفاده از دما برای ذوب برف علی الخصوص در فصل بهار و تابستان برای پیش بینی سیل مناسب تر و کاراتر از شاخص SPI است. هرچند که شاخصSPI با به کارگیری تنها یک پارامتر، نتایج مطلوبی در پیش بینی سیلاب بدست می دهد و از آنجا که بارش تنها داده ای است که در همه حوضه های آبریز با دقت مناسب و از سالیان دور در دسترس بوده و حداقل دو ارگان در سطح کشور به جمع آوری اطلاعات مربوط به آن می پردازند، این شاخص نیز حائز اهمیت است.

    کلیدواژگان: پیش بینی، سیلاب، SPI، SPEI، حوضه کسیلیان
  • یونس خوشخو صفحات 223-238
    سابقه و هدف
    دمای خاک یک متغیر مهم و موثر بر فرایندهای مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک است. دمای خاک همچنین به طور مستقیم و غیر مستقیم روی فعالیت های گیاهی و بر نرخ تبادلات جرم و انرژی بین سطح خاک و آتمسفر اثر قابل توجهی دارد. با توجه به وجود داده های محدود و ناقص از دمای خاک، مدل سازی آن از اهمیت شایانی برخوردار است. مدل سازی دقیق تغییرات دمای خاک مستلزم در نظر گرفتن همزمان تمامی عوامل داخلی و بیرونی موثر بر آن است. در این راستا مدل های SVAT که مبتنی بر حل معادلات توامان انتقال گرما و رطوبت در خاک هستند از اهمیت بالا و دقت قابل قبولی برخوردار هستند.
    مواد و روش ها
    برای انجام این پژوهش، از یک مدل SVAT جهت شبیه سازی تغییرات ساعتی دمای اعماق خاک استفاده شد. یک ایستگاه سینوپتیک قدیمی ایران (ایستگاه سقز) برای انجام این مطالعه انتخاب شد و بر اساس داده های اندازه گیری شده ویژگی های فیزیکی خاک در اعماق مختلف و همچنین متغیرهای مختلف هواشناسی در یک بازه زمانی چند ساله، مقادیر ساعتی دمای اعماق مختلف خاک مورد شبیه-سازی قرار گرفتند. جهت واسنجی مدل از روش بیزین با در نظر گرفتن 10 پارامتر اصلی مدل و انجام 8000 مرتبه شبیه سازی بر اساس ترکیب های مختلف تولید شده از مقادیر پارامترها در دامنه عدم قطعیت آنها به روش تصادفی مونت کارلو در بازه زمانی 2009-1994 استفاده شد سپس این مدل واسنجی شده در دوره آماری 2014-2010 مورد اعتبارسنجی قرار گرفت. جهت سنجش عملکرد مدل نیز از سه شاخص میانگین قدر مطلق خطا، میانگین اریبی خطا و ضریب تعیین استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج حاصل از واسنجی مدل با بکارگیری روش بیزین نشان دهنده تغییر ملموس در مقادیر 10 پارامتر منتخب مدل در مقایسه با مقادیر پیش فرض آنها و همچنین مطلوب بودن فرایند واسنجی بود. در دوره واسنجی، در غالب موارد مقادیر هر سه شاخص سنجش عملکرد مدل در حالت واسنجی در مقایسه با مقادیر پیش فرض پارامترها بطور نمایانی بهبود یافت. نتایج حاصل از اعتبارسنجی مدل نیز حاکی از عدم وجود تفاوت های چشمگیر بین شاخص های سنجش عملکرد مدل در دو حالت واسنجی و اعتبارسنجی و در نتیجه عملکرد قابل قبول مدل واسنجی شده جهت انجام پیش بینی مقادیر ساعتی دمای خاک در هر بازه زمانی دلخواه بود به گونه ای که برای تمامی زمان ها و کلیه اعماق خاک مورد مطالعه، ضریب تعیین بالاتر از 9/0 بدست آمد. با این وجود، عملکرد یکسانی از مدل برای فصول مختلف مشاهده نشد و بر اساس شاخص R2، پایین ترین عملکرد مدل در فصل زمستان و بر اساس شاخص MAE، بهترین عملکرد مدل در فصل زمستان و پایین ترین عملکرد آن در فصول بهار و تابستان رخ داد. نتایج همچنین نشان داد که تمایل کلی مدل برای شبیه سازی دمای خاک در فصول بهار و تابستان به سمت کم برآورد کردن و در فصول پاییز و زمستان به سمت بیش برآورد کردن است و نتایج حاصله در مقیاس سالانه نیز حاکی از تمایل کلی مدل به سمت کم برآورد کردن دمای خاک بود. نتایج حاصل از شبیه سازی میانگین شبانه روزی دمای خاک نیز نشان-دهنده مقدار خطای کمتر مدل جهت برآورد میانگین شبانه روزی دمای خاک در مقایسه با مقادیر ساعتی دمای خاک بود.
    نتیجه گیری
    جمع بندی نتایج کلی این تحقیق بیانگر آن است که اگر چه مدل SVAT مورد استفاده در این تحقیق قابلیت مناسبی جهت شبیه سازی مقادیر ساعتی و روزانه دمای اعماق مختلف خاک دارد اما با جمع آوری ودخالت دادن داده های بیشتر نظیر داده های رطوبت خاک در فرایند واسنجی، امکان دستیابی به نتایج دقیق تر از مدل نیز وجود دارد. همچنین با توجه به وجود فرایندهای خاص موثر بر دمای خاک در دو فصل تابستان و زمستان، پیشنهاد می شود که فرایند واسنجی پارامترهای مدل برای این دو فصل بصورت جداگانه انجام شود.

    کلیدواژگان: دمای خاک، مدل SVAT، روش بیزین، ایستگاه سقز
  • پیمان کاشفی نژاد، عبدالرحیم هوشمند، سعید برومند نسب صفحات 239-253
    سابقه و هدف
    با توجه به افزایش روزافزون محدودیت منابع آبی، نیاز به برنامه ریزی جهت استفاده بهینه و درست از منابع آبی به ویژه در بخش کشاورزی که بیشتر منابع آبی را مصرف می کند، احساس می شود. در راستای تدوین یک برنامه جهت مدیریت روند استفاده از منابع آبی در دسترس در شبکه آبیاری حمیدیه، پژوهشی به منظور تخصیص بهینه منابع آبی به الگوی کشت این شبکه آبیاری صورت گرفت.
    مواد و روش ها
    در این راستا سال آبی 95-94 به 36 دوره ده روزه تقسیم شده و مدلی چند هدفه جهت تخصیص منابع آبی به هر یک از دوره های ده روزه با هدف بیشینه سازی میزان کارایی مصرف آب نسبی و نسبت درآمد به هزینه به کمک الگوریتم ژنتیک با رتبه بندی نامغلوب ایجاد شد. همچنین جهت کمینه سازی خطای برآورد کاهش محصول در شرایط اعمال کم آبیاری، یک مدل بهینه سازی تک هدفه با کمک الگوریتم ژنتیک ایجاد شد.
    یافته ها
    نتایج مطالعه حاضر نشان داد که میزان برآورد شده کاهش محصول با استفاده از ضرایب حساسیت به تنش آبی ارایه شده در مطالعات پیشین در اثر اعمال کم آبیاری به تمامی مراحل رشد گیاه از 5/16 تا 5/195 درصد متغیر است که کاهش محصول بیش از صد درصد نمایانگر وجود خطاست. درحالی که میزان کاهش محصول برآوردی با استفاده از ضرایب اصلاح شده از 8 تا 5/57 درصد متغیر می باشد. از آنجا مدل تخصیص بهینه منابع آبی مدلی چند هدفه و دارای بیش از یک پاسخ بهینه است که هیچ یک بر دیگری برتری نداشته و بر اساس شرایط مدیریتی پاسخ مناسب انتخاب می گردد، سه پاسخ از پاسخ های بهینه موجود در قالب سه سناریو انتخاب شد تا با شرایط فعلی تخصیص آب مورد مقایسه قرار گیرند. نتایج مدل تخصیص بهینه منابع آبی نشان داد که با وجود تغییرات ناچیز در میزان نسبت درآمد به هزینه، میزان کارایی مصرف آب نسبی حداقل 9 درصد افزایش یافته و کاهش حداقل 26 درصدی منابع آب را به دنبال دارد. همچنین سطح کشت به میزان 192، 189 و 182 هکتار به ترتیب در سناریو های اول تا سوم افزایش می یابد. از طرف دیگر، در سناریوی اول و سوم میزان سود اقتصادی به ترتیب به میزان 5/19 و 7/10 میلیارد ریال نسبت به وضعیت فعلی افزایش می یابد، درحالی که در سناریوی دوم سود اقتصادی با کاهش 4/8 میلیارد ریالی همراه است.
    نتیجه گیری
    با بهینه سازی تخصیص منابع آبی ضمن صرفه جویی چشمگیر در آب مصرفی، محصول تولیدی به ازای آب مصرفی و همچنین سود اقتصادی نیز بسته به جواب انتخابی می تواند افزایش یابد. همچنین تخصیص بهینه منابع آبی باعث افزایش سطح کشت می شود که این به معنای احیاء اراضی آیش است.

    کلیدواژگان: مدیریت آب، نسبت درآمد به هزینه، کارایی مصرف آب، بهینه سازی، ضرایب حساسیت به تنش آبی گیاه
  • آیدین پارساخو، رسول خاندوزی، واحد بردی شیخ، علی اکبرمحمد علی پور ملکشاه صفحات 255-267
    سابقه و هدف
    جوی کناری که به منظور زه کشی جریانات سطحی و حفاظت از ساختمان راه ساخته می شود در بارندگی های شدید، تحت تاثیر سرعت رواناب دچار فرسایش شده و رسوبات را به صورت بارمعلق به رودخانه ها و اکوسیستم های آبی منتقل می کند. لذا استفاده از فنون مقرون به صرفه، کارآمد و سازگار با محیط زیست جهت حفاظت از جوی کناری از ضرورت بالایی برخوردار است. هدف از تحقیق حاضر مقایسه اثر تیمارهای مختلف حفاظتی در کاهش رسوب دهی جوی کناری جاده های جنگلی و همچنین بررسی اثر شدت جریان بر میزان غلظت رسوب بود.
    مواد و روش ها
    نخست قسمتی از جوی کناری جاده های سری یک طرح جنگل داری دکتربهرام نیا در مجموع به طول 50 متر که از نظر شیب طولی و جنس خاک بستر (بافت، تخلخل و رطوبت) دارای شرایط همگن بود، انتخاب شد. در طول جوی، 5 قطعه نمونه هر یک به طول 10 متر جهت استقرار تیمارهای مختلف حفاظتی شامل پوشش لاشه سنگ ، چمن کاری با گونه علفی فستوکا، زمین پارچه کنفی، پیکه کوبی و چپربندی با سرشاخه های محلی و همچنین تیمار شاهد یعنی بدون حفاظت مشخص گردید. شبیه سازی رواناب با مخزنی به ظرفیت 6000 لیتر و مجهز به موتور پمپ با دو شدت 5 و 10 لیتر در ثانیه انجام شد. نمونه برداری رسوب در هر دقیقه از رواناب جاری شده روی تیمارها و از انتهای مسیر انجام شد. نمونه ها به آزمایشگاه منتقل شده و در آن جا غلظت رسوب بر حسب گرم در لیتر محاسبه گردید. سرعت جریان رواناب در تیمارهای مختلف با دستگاه میکرومولینه الکترومغناطیسی مورد اندازه گیری قرار گرفت.
    یافته ها
    میزان غلظت رسوب و سرعت رواناب در تیمارهای زمین پارچه کنفی، پوشش لاشه سنگ، پوشش علفی فستوکا و پیکه-کوبی به طور معنی داری کمتر از تیمار شاهد بود. تبدیل شدت جریان از 5 لیتر در ثانیه به 10 لیتر در ثانیه باعث تغییر معنی دار در غلظت رسوب (بجز تیمار شاهد و پوشش لاشه سنگ) و سرعت رواناب (بجز تیمار شاهد و زمین پارچه کنفی) نشد. تیمار شاهد و تیمار پوشش لاشه سنگ به طور معنی داری میزان رسوب دهی بیشتری در شدت جریان 10 لیتر در ثانیه داشتند. در تیمار شاهد و زمین پارچه کنفی سرعت رواناب در شدت جریان 10 لیتر در ثانیه به طور معنی داری بیشتر از شدت جریان 5 لیتر در ثانیه بود.
    نتیجه گیری
    در شدت جریان کمتر از 5 لیتر در ثانیه تیمارهای پیکه کوبی و چپربندی، پوشش لاشه سنگ، پوشش علفی فستوکا و زمین پارچه کنفی و در شدت جریان بیشتر از 5 لیتر در ثانیه تیمارهای زمین پارچه کنفی و پیکه کوبی و چپربندی با سرشاخه-های محلی به دلیل عملکرد بهتر در کاهش رسوب دهی و سرعت رواناب می توانند جهت تثبیت بستر جوی کناری جاده های جنگلی مورد استفاده قرار گیرند.

    کلیدواژگان: تیمارهای حفاظتی، شبیه سازی رواناب، جوی کناری، سرعت جریان، غلظت رسوب
  • عبدالرضا کاشکی، حسین ایمانی پور، مینا فیروزیزدی صفحات 269-279
    سابقه و هدف
    تغییر تعداد روزهای یخبندان در آینده که به لحاظ کشاورزی و عمرانی دارای اهمیت زیادی است، می تواند یکی از پیامد های تغییر اقلیم و پدیده ی گرمایش جهانی باشد. شناخت چگونگی و زمان وقوع آن می تواند کمک قابل توجهی به بخش کشاورزی داشته باشد. هدف از این مطالعه اطلاع از میزان تغییر تعداد روزهای یخبندان در دوره آینده(2015-2068) نسبت به دوره پایه(1961-2014) در ایستگاه گرگان می باشد.
    مواد و روش ها
    به منظور مقایسه تعداد روزهای یخبندان در دوره پایه و آینده داده های روزانه ی دمای کمینه ایستگاه همدید گرگان در بازه ی زمانی 2014-1961 از سازمان هواشناسی کشور دریافت شد. سپس جدیدترین سناریوهای موجود گزارش پنجم هیات بین الدول تغییر اقلیم (AR5 2014) شامل سناریوهای RCP از تارنمای تغییر اقلیم کانادا بارگیری و با بکارگیری نرم افزار آماری ریزمقیاس نمایی SDSM داده ها برای دوره آتی(2015-2068) در منطقه مورد مطالعه ریزگردانی گردید. در ادامه با استفاده از قابلیت برنامه نویسی نرم افزار Matlab تعداد روزهای یخبندان در دوره پایه و سناریوهای مذکور محاسبه شد. سپس با استفاده از آزمون ویلکاکسون میزان معناداری اختلاف میانگین تعداد روزهای یخبندان محاسبه گردید.
    یافته ها
    به طور کلی هدف از این پژوهش بررسی تعداد کل روز های یخبندان در دوره ی مشاهداتی و مقایسه ی آن با سناریو های مختلف در آینده است که با استفاده از آزمون ویلکاکسون میانگین داده های مشاهده ای با سه سناریوی 2.6 و 4.5 و 8.5 مقایسه شده است، این مقایسه نشان دهنده تفاوت معنادار میانگین ها است. (زمانی مقایسه ی میانگین ها معنادار است که کمتر از 0.05 باشد). معنا دار بودن میانگین ها معرف این است که روزهای یخبندان در آینده کاهش زیادی خواهد داشت. نتایج این پژوهش بیانگر آن است که در بازه ی زمانی 54 ساله برای آینده (2015-2068) دمای کمینه برای ایستگاه گرگان افزایش یافته و تعداد روز های یخبندان کاهش معناداری داشته است. به طوری که میانگین تعداد روز های یخبندان در دوره ی مشاهداتی حدود 16 روز، در سناریوی 6/2، حدود 8 روز، در سناریوی 5/4، حدود 7 روز و در سناریوی 5/8، حدود 6 روز است.
    نتیجه گیری
    بر اساس خروجی مدل های استفاده شده مقایسه نتایج در دوره ی پایه و آینده حاکی از افزایش دمای کمینه و کاهش تعداد روز های یخبندان است، معنادار بودن میانگین های تعداد روز های یخبندان در دوره ی مشاهداتی و آینده، نشان دهنده ی کاهش معنادار و شدید روزهای یخبندان و افزایش دمای کمینه در آینده است، که این خود می تواند دلیلی بر تغییر اقلیم باشد. یافته های این تحقیق و تحقیقات مشابه مبنی بر افزایش دمای کمینه و همچنین کاهش دوره ی یخبندان را تایید می کند، که هوشیاری بیشتر برنامه ریزان را جهت مقابله با آثار مخرب تغییر اقلیم می طلبد.

    کلیدواژگان: واژگان کلیدی: تعداد روز های یخبندان، تغییر اقلیم، SDSM، گرگان
  • سکینه نبی زاده، فردین صادق زاده، بهی جلیلی، مصطفی عمادی صفحات 281-292
    سابقه و هدف
    مواد رنگی صنعتی یک دسته از بزرگترین ترکیبات آلی را تشکیل می دهند که کاربرد بالقوه ای در صنایع مختلف دارند. با توجه به ساختار آروماتیک پیچیده ی آنها و اینکه ساخته دست بشر هستند، ترکیبات پایداری می باشند و تصفیه آنها مشکل می باشد. فاضلاب حاوی مواد رنگی موجب آلودگی آب سطحی و زیر سطحی می شود و از طریق آبیاری موجب آلودگی خاک نیز می گردد. این پساب ها چنانچه بدون تصفیه وارد محیط شوند، می توانند صدمات جبران ناپذیری به محیط زیست وارد کنند. در نتیجه لازم است پساب ها و خاک آلوده با استفاده از روش های موثر تصفیه شوند. در بین روش های مناسب برای حذف رنگ ها، جذب یکی از بهترین و مناسب ترین تکنیک ها برای رنگ زدایی می باشد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق تاثیر بایوچار کاه برنج تولید شده در دمای C 600 ، خاک و مخلوط بایوچار و خاک بر جذب متیلن بلو از محیط های آبی مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا کاه برنج در شرایط دمایی C 600 به بایوچار تبدیل شد. سپس بایوچار را با نسبت های مختلف (1، 5/2 و 5 درصد وزنی) با خاک شنی تهیه شده از دشت های آبرفتی منطقه تجن لته شهر ساری، استان مازندران مخلوط کردیم. محلول رنگی متیلن بلو از ترکیب پودری متیلن بلو مرک آلمان تهیه شد و میزان 40 میلی لیتر از محلول با غلظت های 30-300 میلی گرم بر لیتر و pH =7 به 1/0 گرم بایوچار، خاک و مخلوط خاک و بایوچار افزوده شد و در نهایت ایزوترم های جذب متیلن بلو توسط بایوچار، خاک و مخلوط بایوچار و خاک تعیین گردید. آزمایشات بصورت طرح کاملا تصادفی در سه تکرار انجام شد.
    یافته ها
    نتایج برازش داده های به دست آمده با مدل ایزوترمی لانگمویر و فرندلیچ نشان داد که جذب متیلن بلو بر روی بایوچار حاصل از کاه برنج تولید شده در دمای 600 درجه سانتی گراد،خاک، و مخلوط خاک و بایوچار با مدل ایزوترم لانگمویر مطابقت دارد و مدل لانگمویر تناسب بسیار خوبی با فرایند جذب داشت. از بین تیمارها به ترتیب بایوچار، مخلوط بایوچار و خاک و تیمار خاک دارای حداکثر میزان جذب متیلن بلو با مقادیر 85/27، 953/17 و 272/3 میلی گرم بر گرم بوند. بایوچار به دلیل داشتن سطح ویژه بالا، ظرفیت تبادل کاتیونی بالا و وجود گروه های عاملی، جذب بالایی از متیلن بلو داشت.
    نتیجه گیری
    به طور کلی نتایج نشان داد که ایزوترم های جذب متیلن بلو توسط بایوچار، خاک و مخلوط خاک و بایوچار به صورت L شکل بودند و میل نسبتا بالایی برای جذب وجود داشت. همچنین نتایج بیانگر این امر بود که استفاده از بایوچار در خاک، موجب افزایش ظرفیت جذب خاک شده است، در نتیجه می تواند باعث بهبود جذب متیلن بلو در خاک شود.

    کلیدواژگان: پساب، آلودگی، بایوچار کاه برنج، ایزوترم
  • گزارش کوتاه علمی
  • سهیلا ابراهیمی، مهدی همایی، ابراهیم واشقانی فراهانی صفحات 293-301
    سابقه و هدف
    افزایش بازده آبیاری، یکی از روش های صرفه جویی در مصرف آب است بنابراین اعمال مدیریت صحیح و به کارگیری شیوه های کارآمد به منظور نگهداشت آب کافی در خاک برای بهره برداری بهینه از منابع محدود آب کشور ضروری است. استفاده از پلیمرهای ابرجاذب از روش های پیشنهاد شده در صرفه جویی مصرف آب بوده است لیکن درانتخاب نوع پلیمر مناسب در کشاورزی، تعیین مدل مناسب نفوذ در پلیمر بسیار ضروریست. هدف از این پژوهش، مطالعه خواص تورمی پلیمرهای سوپر جاذب در محیط متخلل با پایش میزان تورم و تعیین سینتیک تورمی ژل به منظور تعیین مدل جذب سیال در پلیمرهای بکار برده شده بود.
    مواد و روش ها
    برای سنجش مدل جذب آب توسط دو پلیمر ابرجاذب از خانواده پلی آکریل آمید با نام اختصاری T-A200وT-A100 ، آزمایشی با 4 تکرار در زمان تا لحظه رسیدن به تورم تعادلی به صورت لحظهای و تجمعی انجام وسینتیک جذب سیال (تعیین تغییرات میزان جذب آب توسط ژل با زمان) با روش غوطه وری در آب مقطر معین شد. سپس، نمودار داده ها بر حسب تغییرات نسبت حلال جذب شده لحظه ای نسبت به حالت تعادلی با زمان ترسیم شده و روند تغییرات جذب حلال نسبت به زمان بدست آمد. برای تعیین مکانیزم نفوذ، از مدل مربوطه استفاده شده و سرانجام ضرایب n و k محاسبه گردیدند.
    یافته ها
    جذب سیال در محیطهای ناهمگن مثل ژلها با تغییر شکل قابل ملاحظهای همراه بود. رسم گراف بر حسب میزان حلال جذب شده لحظه ای با زمان و بررسی نتایج نشان داد در همه موارد n کوچکتر از 5/0 بود و در نتیجه ساز و کار انتقال حلال به درون شبکه های پلیمرهای مذکور، به خوبی از قانون فیک تبعیت میکند.
    نتیجه گیری
    پلیمر سوپرجاذب مناسب در کشاورزی باید بتواند در حداقل زمان، حداکثر توانایی جذب آب را دارا باشد، بدینسان از هدر رفت آب در بارندگی یا آبیاری اندک اعمال شده بخوبی ممانعت می کند. تحقق این امر، تبعیت از مدل نفوذ فیک است که در آن سرعت نفوذ از سرعت آسایش مولکولی، بسیار کمتربوده که تنها پدیده نفوذ، در انتقال جزء نفوذ کننده موثر است و پدیده آسایش مولکولی تاثیری بر انتقال نفوذ کننده ندارد. بنابراین پس از هر تغییر شکل یا تورم، پلیمر به سرعت به حالت تعادلی جدید رسیده و تنش های بوجود آ‎مده، سریعا از بین می روند و تاثیری بر سرعت انتقال جزء نفوذ کننده ندارند. در این پژوهش، نفوذ سیال بداخل پلیمرهای مذکور از مدل فیک تبعیت کرده و میتوانند به شرط توانایی و قابلیت تناوبی تورم در کشاورزی توصیه گردند.

    کلیدواژگان: پلیمر، قانون فیک، تورم تعادلی، نفوذ آب، مدل
  • مجتبی سلیمانی ساردو، ابوالفضل رنجبر فردویی، سید حجت موسوی صفحات 303-310
    سابقه و هدف
    فرسایش خاک همواره به عنوان یکی از مهم ترین معیارهای دخیل در فرایند بیابان زایی به شمار می رود، که با بررسی و شناخت وضعیت این پدیده می توان پتانسیل گسترش بیابان زایی را ارزیابی نمود. تنکی پوشش گیاهی، کمی بارندگی و حاکمیت شرایط خشکی، زمینه را برای وقوع فرسایش خاک در منطقه جازموریان، مساعد نموده است که نقش مهمی را در وقوع بیابان زایی در منطقه ایفا می نماید. هدف از این پژوهش، ارزیابی پتانسیل بیابان زایی در منطقه جازموریان با استفاده از معیارهای فرسایش آبی و بادی و بر اساس روش IMDPA می باشد.
    مواد و روش ها
    به منظور انجام این پژوهش، ابتدا، نقشه واحدهای کاری به کمک نقشه زمین شناسی، کاربری اراضی و تصاویر ماهواره ای لندست 8 از منطقه مطالعاتی تهیه شد، سپس لایه های اطلاعاتی مربوط به معیار فرسایش آبی در مدل IMDPA، پس از ارزش دهی و امتیازدهی به آن ها فراهم گردید. همچنین شدت فرسایش بادی نیز با استفاده از روش IRIFR برآورد گردید و درنهایت، نقشه پتانسیل بیابان زایی با استفاده از تلفیق معیارها بر اساس میانگین گیری هندسی آن ها در محیط نرم افزار ArcGIS به دست آمد.
    یافته ها
    نتایج این پژوهش وسعتی حدود 2km5674 از مساحت منطقه را در کلاس شدید پتانسیل بیابان زایی قرار داده است که نشان دهنده تاثیر بالای معیار فرسایش در گسترش پدیده بیابان زایی در منطقه جازموریان می باشد.یافته های تحقیق نشان داد که معیار فرسایش بادی در بیابان زایی منطقه از پتانسیل بالاتری نسبت به معیار فرسایش آبی برخوردار بوده است که از مهم ترین دلایل آن وجود اراضی با حساسیت بالا به فرسایش می باشد که به سبب خشکی و کمبود میزان رطوبت خاک در این نواحی، همراه با خشکسالی های هیدرولوژیکی در سالیان اخیر، تشدید گردیده است. همچنین، نتایج حاصل از برآورد میزان فرسایش نشان داد که واحدهای "اراضی رسی پوشیده از نبکا و ربدوهای تخریب شده"، "اراضی شور و رسی با پوشش مراتع اشنان-ترات، "اراضی شور و رسی" و "ارگ و ماسه زارها" به ترتیب بیشترین امتیاز و پتانسیل را نسبت به فرسایش بادی نشان داده اند که می بایستی در اولویت طرح های بیابان زدایی باهدف کنترل این پدیده، مدنظر قرار گیرند.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج به دست آمده در این پژوهش، اعم وسعت منطقه موردمطالعه (2/97 درصد) از حیث معیار فرسایش در کلاس شدید بیابان زایی قرارگرفته است. در همین خصوص، لزوم تاکید بیشتر بر نقش عامل فرسایش خاک در تدوین برنامه های مدیریتی به منظور کنترل پدیده بیابان زایی در منطقه، از ضرورت بالایی برخوردار است. از همین رو، احیای پوشش گیاهی و حفاظت از آن در برابر تخریب با درنظرگرفتن ملاحظات اکولوژیک با اولویت مناطق حساس به فرسایش، می تواند در کاهش اثرات فرسایش در منطقه و بیابان زایی راهگشا باشد.

    کلیدواژگان: مدل IMDPA، روش اریفر، پوشش گیاهی، فرسایش خاک.جازموریان
|
  • Sahand Ghadimi, Hamed Ketabchi Pages 1-23
    Background and Objectives
    Nowadays, in addition to increase in the population growth, decrease in precipitation and surface flows in arid and semi-arid regions of the world, has caused to increase the extraction of groundwater resources and therefore many problems in this valuable and non-renewable resources. In this regard, assessing, monitoring and prediction of the groundwater resources behavior is significant. In this study, a developed numerical simulation model with finite difference solution using MATLAB was applied to evaluate the groundwater elevation changes in a real case.
    Materials and Methods
    The study area is the Namdan aquifer located in the Tashk- Bakhtegan basin, Fars province, Iran. The transient finite difference model was developed to assess the groundwater elevation changes. For setting up the model, the study area zoned manually considering the various factors and finally 50 cells were considered. In addition to the groundwater flow interactions between cells, the interactions between boundary cells and inflows and outflows boundaries took account into the modeling. The recharge parameters were calibrated using try and error method while the hydraulic conductivities were calibrated using an optimization problem with an objective function of minimizing the residual sum of squares of water table prediction and observation (a period of 7 years) using an evolutionary ant colony optimization tool and "R" ^2 "=0.93" obtained. Furthermore, the calibrated model verified for a period of 3 years.
    Results
    The aquifers condition was assessed in transient condition for a period of 30 years, under 7 various scenarios which have been compiled from climate, utilization, crop pattern and the aquifer restoration plan of Iran indexes. By a decrease of 10% in the precipitation and an increase of 20% in the extractions, the groundwater elevation will drop by 0.9 meter and 6.1 meter, respectively. Changing the crop pattern from wheat to barley which consumes less water, causes 4.4 meters rising in the groundwater elevation. In the removing unlicensed wells scenario, the annual water level rising will be 0.45 meter in average.
    Conclusion
    The groundwater elevation has been faced with the most changes in the scenario of removing unlicensed wells in all over the study area compared to other scenarios and at the end of simulation period, it would be predicted that the groundwater elevation will increase about 19.6 m. This shows the necessity of paying attention to determining unlicensed wells condition in the aquifer restoration plan more than ever.

    Keywords: Aquifer restoration plan, Finite difference method, Groundwater, Namdan aquifer, Numerical simulation
  • Javad Shahraki, Ali Sardar Shahraki, Safiyeh Nouri Pages 25-46
    Background and objectives
    Due to the limited surface water resources and reservoir capacity of dams, scientific management and optimal utilization policy of reservoirs is essential and vital in meeting the water requirements. Considering the importance and utilization of water resources and the optimal allocation of this scarce resource among different uses in the Sistan region, it seems necessary to establish a plan to achieve this goal. In the studied area and in the country, so far, an investigation into the optimal allocation of water with the application of advanced PSO algorithm for optimization of semi-Sistan reservoirs has not been used. Therefore, in the present study, the optimal allocation of water resources in the Chah-Nimeh reservoirs under three management scenarios (scenario of stabilization of micro-organisms, agricultural development and transfer of second drinking water from reservoirs to the district of Zahedan) using the metamorphic technique of congestion Particles (PSO) have been investigated.
    Materials and Methods
    particle swarm optimization method or abbreviated mass optimization (PSO) is a population based stochastic optimization algorithm that simulates the social behavior of birds Group is inspired. In the mass optimization algorithm of particles, there are organisms that they are called particle and are spilled in the search space of a function that is intended to minimize (or optimize) its value. Each particle calculates the value of the target function in the position of the space in which it is located. In this research, the algorithm was used to allocate optimal water resources. The objective function in this research is to optimize and maximize the amount of water supply. Also, the constraints are related to the objective function, the systematic constraints, the constraints and limitations of the algorithm and the constraints and limitations of the reservoirs in the region.
    Results
    According to the results, the optimum release rate in 1995 (first year) was 39.35 million cubic meters, with the demand of 98.31 million cubic meters, which did not meet the required amount of 72.91 million cubic meters. The comparison of the last four years shows that in the year 29, lack of supply was less than the next three years. The scenario of stabilization of the microstats in the study area was considered as a serious project. The results of this scenario showed that the application of the algorithm used can properly optimize the allocation of water resources. According to the results, it is suggested that ultra-modern modeling can achieve more optimal allocation with the minimum error in the target function.
    Keywords: Optimal Allocation, Chah-Nime Reservoirs, Water, Soil Management Scenarios, Particle Swarm Algorithm
  • Ailar Razaghi, Hojjat Ahmadi, NoorAli Haghdoost, Behzad Hessari Pages 47-65
    Background and objectives
    Regards of water scarcity, inappropriate distribution of precipitation, implementation and development of projects in water resource fields such as dam construction and inter-basin water convenience is unavoidable. For prevention of long-term negative environmental impacts of such projects, and for water allocation acts, it is necessary to studyhydrological and ecological demands of river as an "environmental water demand". The "environmental water demand" usually is defined as a set of discharges which are determined by the magnitudes, frequencies, occurrences and given flows, but the employed methods in this research calculate environmental flows in the form of mean annual runoff (MAR). These flows which provide appropriate conditions for conservation of aquatic life and ecosystem processes for sustainability goal, are called "environmental flows". This article aimed to study the "environmental demand" estimation for Mahabad-chi River.
    Materials and methods
    Mahabad-chai sub basin is located in southwest of Urmia lake and in terms of scope is 4th sub basin of Urmia lake basin. Its geographic area is among of 44˚ 45΄ to 45˚ 56΄ eastern longitude and 36˚ 22΄ to 37˚ 10΄ northern latitude and is composed of two main branches “BYTAS & KOWTER”. The ecological river demand was estimated and compared by four hydrological methods (Tenant, Tessman, FDC-shifting and DRM), then suitable method was introduced.
    Results
    The ecological demand of Mahabad-chai river is estimated and compared by four hydrological methods, FDC-shifting method biological class C, because of considering ecological specifications of the river, was chosen and the environmental demand of Mahabad-chi River was estimated to 0.35 cms in BYTAS station and 1.17 cms in KOWTER station. The annually average flow was 1.73 and 6.17 cms in BYTAS and KOWTER hydrometric station respectively.
    Conclusion
    Based on the results, the suggested flow of FDC-shifting method at C class is recommended as minimum environmental flow for Mahabad-chai river, because this method needs the less data, doing early and rapid assessment in data and simulating current hydrological conditions by considering desirable ecological conditions, whereas other methods can’t do this action. Moderated class C (relatively modified) consider about %20 MAR to %30 MAR as environmental flow, that in this condition basic function of ecosystem has not changed and more species is survived. Also moderated class C has good match with regime of flow at several months and is acceptable in area in terms of managerial, agricultural uses, drinking and etc.
    The suggested method in this research is not the ultimate solution for environmental problems of Mahabad-chai River. Lack of comprehensive required ecological information at river’s ecosystem studies, cause to estimating eco-hydrology by less coefficient of confidence.
    Keywords: Ecologic, DRM, Tenant, Tessman, FDC-shifting
  • Narges Abyar, alireza hosseinpur Pages 67-86
    Background and Objectives
    The adsorption is one of the most important chemical processes affecting the mobility and availability of Zinc (Zn) in the soils. Moreover, the presence of cations in the solution may affect Zn adsorption. Adsorption isotherms were used to determine the characteristics of Zn adsorption. The adsorption isotherms describe relation between adsorbed metal on sorbent and its concentration in equilibrated solution at a constant temperature. The calcium‚ sodium, potassium, and ammonium are the important cations in soil. In this study, the effect of the calcium‚ sodium, potassium, and ammonium on the Zn adsorption in 5 calcareous soils in Chaharmahal va- Bakhtiari was investigated.
    Materials and Methods
    An experiment was performed using completely randomized design to determine the characteristics of adsorption isotherms of Zn in the studied soils and in the presence of different electrolytes. Two g of each soil (in 3 replicates) placed into centrifuge tubes, then added 20 ml of solution ZnSO4 contains 25, 50, 75, 100, 150, and 200 mg / l of Zn in Ca(NO3)2, NaNO3, KNO3, and NH4NO3 electrolytes (at a concentration of 50 mM). The samples were shaken for 24 h and then were centrifuged (3000 rpm). The soil solution was separated and concentration of Zn in all extractants (in equilibrium) was determined using atomic absorption spectrophotometer (GBC model, 932). In the following, the concentration of adsorbed Zn was determined from the difference between initial and final concentration (equilibrium concentration). Then the Langmuir, Freundlich, and Linear equations were fitted to the data.
    Results
    The results showed that concentration of adsorbed Zn in the all soils and all electrolytes increased by increasing Zn concentrations in the equilibrium solution. Amount of adsorbed Zn in the presence of Ca2+ was lower than the presence of Na+, NH4+, and K+. The Freundlich and Langmuir equations have the highest determination coefficient (R2) and the lowest standard error of estimate (SE). Therefore, these equations were able to describe the characteristics of Zn adsorption. The result of mean comparison showed that the maximum adsorption capacity (b in Langmuir equation) and adsorption intensity (n in Freundlich equation) were highest in the solution contains sodium, calcium, potassium, and ammonium, respectively. The coefficient related to the binding energy (k in Langmuir equation) and maximum buffering capacity (MBC in Langmuir equation) were highest n the solution containing potassium, ammonium, sodium, and calcium, respectively. The highest distribution coefficient was in solutions containing sodium, potassium, ammonium and calcium, respectively. Therefore, the highest and lowest affinity of Zn to adsorb onto soil solid phase was in the presence of sodium and calcium, respectively.
    Conclusion
    The results of this study illustrated that sodium can be decreased mobility of Zn in the calcareous soils more than the other cations.
    Keywords: Langmuir, Ferunlich, Distribution coefficient, Sodium, Adsorption isotherm
  • fahimeh amirimijan, hossein shirani, Isa Esfandiarpour, Ali Asghar Besalatpour, Hosein Shekofteh Pages 87-103
    Background and Objectives
    One of the ways to express physical behavior of soil is to describe the soil structure. Since physical soil could not be measured directly, therefore, the special properties defined as indicators, are used to express the soil physical quality. of different indicators, S-index is used to express the physical quality of the soil which is the slope of the soil water retention curve at inflection point. It seems that little research has been done on the effect of landuse on the S-index, then The purpose of this study was to compare the results of S-index of three different soil water retention curve models of the moisture characteristic of the soil (Van Genuchten, Brooks-Corey and Grant-Groenevelt Models) in 5 different land uses in Jiroft city.
    Materials and Methods
    For this reason, 350 disturbed and 350 undisturbed soil samples of different landuse (citrus, palm, arable, forest and combinatory) were analyzed. Some of the physical and chemical features of the soil, including sand, silt, and clay percentage, the electronic conductivity at saturation, Bulk Density, the percentage of the total porosity and the percentage of the Organic Matter were measured. Also, the amount of the soil moisture in suctions 0, 10, 30, 50, 100, 300, 500, 1000 and 1500 KPa was determined using pressure plates.
    Results
    The results showed in the study region the best physical quality of the soil was seen in palm land use. All landuses, except forest, had high physical quality. High value of S index in citrus, palm, and arable land uses can indicate better soil management at the start of farming. In combinatory land use, due to Simultaneous cropping of alfalfa and palm, alfalfa causes more organic matter to be returned to the soil and as a result, the soil structure improves. Which is displayed at high value of S index. In general, The S index was higher in landuses where the soil had better structure or management operations were improved. because of the distinction between the soils with closely physical quality, Van Genuchten model was better and more appropriate than the other two models in assessing the physical quality.
    Conclusion
    In general, despite the slight differences in citrus, palm and cultivate landuses, palm landuse had a higher mean of S index. So that their values in Van Genuchten, Brooks-Corey and Grant-Groenevelt models were 0.06, 0.06 and 0.04 respectively. The results of this study showed that the Van Genuchten model accuracy was better in estimating and evaluating the soil quality due to the greater differentiation between the soils with close physical quality. Because the fitting of Soil water characteristic curve had a higher R2 (R2=0.92). However, due to low differences with two other models, in particular the Brooks and Corey model (R2 =0.87), It seems that, in different landuses, a suitable model for assessing soil quality varies. Therefore, it is imperative that this index and other indicators of soil physical quality assessment in different climates are further examined.
    Keywords: soil physical quality, S index, Van Genuchten, Brooks, Corey, Groenevelt, Grant
  • Hosein Ali Faghani, Abbas Heshmati Jannat Magham Pages 105-121
    Background and Objectives
    Industrial wastewater and water contaminated with chemicals are released into the environment and, as a result, contamination of the soil is adsorbed and contaminated with limited resources, will produce harmful and unhealthy products for health. One of the best way to remove organic pollutants from contaminated water is by adsorption. In this study, the phenomenon of adsorption of phenol red as a model pollutant from aqueous solutions by magnetic nanoparticles of magnetite as adsorbent has been studied.
    Materials and Methods
    Magnetite nanoparticles were synthesized by the sedimentation method and simultaneously reconstructed Fe+3 / Fe+2 ions with a ratio of 2 to 1 with NaOH in aqueous solution under nitrogen atmosphere and identified by IR, SEM and XRD methods. To determine the maximum phenol red absorption wavelength concentration, the UV-VIS spectrophotometer was evaluated in the wavelength range of 400 to 800 nm, with a maximum phenol-red wavelength of 431 nm. The phenol red adsorption on Fe3O4 nanoparticles was evaluated in a discontinuous medium. The parameters studied in this study included the initial values of nanoparticles (0.015, 0.01, 0.015 and 0.02 g), phenol red primary concentrations (5, 10, 20 and 30 mg/l), primary pH (1 , 4, 7, 9 and 12), contact time (5 to 40 minutes), and nano-adsorbent desorption process. Langmuir two-parameter adsorption isotherm models, Freundlich and Temkin were studied. Experimental comparisons were studied with pseudo-first kinetic models, pseudo-second-order, and inter-particle influences. The effect of temperature on the adsorption process was investigated by investigating the thermodynamic constants of the adsorption process including Gibbs free energy (ΔG0), change in entropy (ΔS0) and enthalpy change (ΔH0) at temperatures of 293, 300, 305 and 310 K.
    Results
    By increasing and decreasing pH from 7, the phenol red removal rate was increased. Increasing the phenol red adsorption in low and high pHs relative to neutral pH is due to the conversion of pollutant to ion, which increases the adsorption of phenol red contamination on nano-adsorbent. The adsorption takes after 30 minutes to equilibrium. The maximum adsorption capacity occurs at 30 mg/L of the contaminant in the presence of 0.01 mg/l of the adsorbent and at 20 °C and at pH= 7. Due to the process heat-up, the increase in temperature increases the amount of adsorption. It is observed that when temperature increase it could be result to the increase in the amount of adsorption. The Freundlich isotherm is in better agreement with experimental data. The pseudo-second-order model with a correlation coefficient of 0.9999 and a speed constant of 0.0202 is the best kinetic model describing the adsorption process. The values of the thermodynamic constants ΔH0 and ΔS0 are 278.89 kj / mol and 288.38 j / k.mol, respectively that indicate that the adsorption process is endothermic and an increase in ambient temperature at the solid-liquid interface during absorption. The negative ΔG0 indicates that the adsorption process is spontaneous.
    Conclusion
    Magnetite nano-adsorbent can be used as an appropriate adsorbent to remove phenolic contaminants from polluted aqueous solutions and industrial wastewater before releasing them in the environment.

    Keywords: Organic pollutant, Nano-adsorbent, Adsorption, Kinetics
  • ALIREZA NIKBAKHT SHAHBAZI Pages 123-139
    Background and Objective
    The agricultural sector plays a vital role in the national economy and food production in Iran. In the meantime, due to the country's particular climate and the disproportionate distribution of time and place of precipitation, water cultivation is the main driver of food production. In arid areas such as Khuzestan province, nearly one hundred percent of agricultural production comes from water cultivation. According to the Research Center of the Iran Parliament, in order to meet the food needs until 2030, based on approximate 2600 kcal/day more than 150 billion cubic meters of annual water will be required that is not available in water cart of Iran. In at globalizing world, where problems increase with the effect of warming and climate changes, it seems that decrease in usable freshwater bodies will pose a serious problem. This study intends to investigate climate change impacts on evapotranspiration (ET) of agricultural crop in Khouzestan province in future periods. The importance and urgency of the subject and the limited research done in this regard, the local and regional effects of climate fluctuations on the evapotranspiration of agricultural products are of particular importance. These changes are of great importance, especially in fertile and agricultural areas such as Khuzestan.
    Materials and Methods
    In this research, climate change impact on precipitation and evapotranspiration of agricultural products in future periods was investigated. In order to investigate climate change impact on ET, the CanESM2 atmospheric general circulation model (GCM) data under two RCP scenarios (IPCC-AR5) were used. In order to downscale CanESM2 model data, SDSM analysis software was used. The data used in this study include precipitation, minimum and maximum temperature and daily average temperature. To determine the feasibility of future periods meteorological data production of SDSM model, calibration and verification was performed for the base periods (1990-2005). Minimum and maximum temperature and precipitation estimated by SDSM method by CanESM2 data in three future periods: 2030s, 2060s and 2090s and compared with historical data. The strategic agricultural products such as wheat, barley, rice, corn and sugar cane were selected for this study. Potential evapotranspiration of these products were used during the cultivation period. According to the fifth report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) using CanESM2 model under RCP scenarios, meteorological data in the upcoming periods were simulated, the average periods potential evapotranspiration were calculated with information generated in the upcoming periods.
    Results
    Results showed that temperature on average increases about 4°C in all selected scenarios, this increase is higher in case of RCP8.5 compared to RCP4.5, and precipitation reduce in 2060s and 2090s. Studied Crops ET under RCP4.5 compared to baseline is always less than RCP8.5 scenario. For rice and corn, the average ET increase in 2060s and 2090s is higher than the others.
    Conclusion
    It can be concluded that studied crop ET will increase in future periods, therefore we should consider that there will be lack of water and less crop production in Khouzestan province. We should change our cultivation periods and cultivate more effective crops in order to increase water efficiency and decrease potential evapotranspiration in some area of Khouzestan province.
    Keywords: Climate Change, Agricultural crop, Evapotraspiration, Khouzestan province, RCP scenario
  • saeid hamzeh Pages 141-158
    The growing world population needs more food, with less water available for agriculture. This pinching situation can only improve if water is managed more effectively leading to increased crop yield per unit of water consumed. Crop yield is the ultimate indicator for describing agricultural response to water resources management. The need to monitor crop growth and assess the relationships between crop yield and hydrological processes is elementary for improving the productivity of water. Crop yield forecasts a few months before harvest can be of paramount importance for timely initiating food trade secure the national demand and timely organize food transport within countries. Managers and policy markers need information about agricultural products yield at different scales for devise suitable management strategies. These strategies include product prices and market in import or export. But always estimating crop yield due to the lack of sufficient ground information and existing problems was very difficult and costly. The most appropriate strategies are using satellite data and remote sensing. This study was conducted to evaluate the sugarcane crop yield using landsat 8 satellite data in 2013.
    In this study a composite model was used to estimate the volume of sugarcane crop. This combined model includes Monteith model, Carnegie Institution Stanford model and the surface energy balance algorithm for land (SEBAL). Monteith’s model is used for the calculation of absorbed photosynthetically active radiation (APAR), the Carnegie Institution Stanford model is used for determining the light use efficiency, and the surface energy balance algorithm for land (SEBAL) is used to describe the spatio _ temporal variability in land wetness conditions. The new model requires a crop identification map and some standard meteorological measurements as inputs. In surface energy balance algorithm for land (SEBAL) method, all fluxes of the energy balance at the earth's surface including net radiation, soil heat flux, and sensible heat flux are calculated from satellite images and finally evaporative fraction is computed based on the energy balance at the earth's surface. The accumulation of biomass is according to the Monteith model proportional to accumulated APAR. Yield mapping was conducted with the implementation of this algorithm in 2013 and with the usage of 10 landsat 8 satellite images. The biomass development and crop yield computations have been executed in a GIS environment. The annual cycle has been split up into 10 discrete intervals to comply with the 10 Landsat 8 images. The time step varies, depending on cloudiness, and is 16 days on average. Each image is representative for a discrete time interval. All calculations are repeated for 10 different Intervals in an independent manner. The total biomass development of a crop lifetime is approximated by integrating the biomass growth over the cropping season using the cropping calendar.
    The yield obtained from satellite images was compared and eraluated with the actual measured yield product in the to sugarcane field. Average sugarcane crop yield estimated to 56 tons per hectare. The yield estimation by the composite model revealed correlation and good distribution of farms actual yield. Then the effect of age and varieties on the model accuracy rate for sugarcane yield estimating was examined. It was found among the different varieties, calculated yield in the varieties cultivated fields CP57- 614 have correlation with the yield actual volues that is due to prematurity and better match to the last image. It was also observed with the aging of sugarcane cultivation until the fourth raton, yield dropped, the estimated yield decreased, solidarity and distribution becomes less that the sugarcane actual yield and correlation value is reduced to %51
    Keywords: Energy balance, Monteith model, Sugarcane, Age, Cultivar
  • Majid Ownegh, Hossein Sargaz, Hossein Sargazi Pages 159-173
    The concept of ‘desertification’ is related to loss of ecosystem services cause to influencing of human disturbances and climatic variations almost in dry regions. Desertification based on its driver and geographical condition can change ecosystem downward in stable statue. Desertification control needs to identify its drivers and causes. This paper investigates the societal drivers of Land degradation and desertification in Sistan region in southeast of Iran in Afghanistan border proximity as a famous desert region in the world. We consider some of the recurrent anthropogenic disturbances and societal drivers that specifically contribute to the Sistan desertification. For this purpose, we have fallowed three step of survey. Questionnaires for each step of surveying of land degradation drivers including: i) collecting overall factors ii) selecting candidate factors in 6 categories and iii) identification and introducing and ranking the priority of factors based on their importance role in desertification statue by using of analyzing hierarchy process (AHP), and statistical methods. data were collected in collaboration with managers, experts and administrators that are related to combating desertification at the provincial level. Based on correlation statistics and multivariate analyses, the average contribution (%) of group to land degradation and desertification of the Sistan region, social participation deficit exhibited the highest fraction (20.41%), followed by cultural issues (19.32%), migration and land abandonment (17.36%), knowledge weakness (16.76%), social values (13.12%), while the contribution from the rest, land ownership are 13.008 percent. also more than 18 factors out of 38 resulted as significant in affecting land degradation and desertification in the Sistan region. Among them, the most important were Lack of system for using of local wetland’s goods and services, farrow land cultivation, traditional farming, untrusting to experts knowledge, monoculture of cereals, ignorance to indigenous knowledge.In agro-ecosystems affected by desertification, enhancing food security by improving agriculture, empowering rural people, help to livelihood diversity, and promoting sustainable use of resources is a major step towards slowing down or reversing desertification. Policy must address multiple aspect of socio-cultural as causes of land degradation and desertification that are variable due to different environmental condition. Whenever the goal is to land degradation has to be addressed and possibly halted, it is required to expert close to stakeholder and beneficiaries so knowledge exchange can be facilitated and improved, cooperation, levels of bureaucracy and trust can be optimized, and there can be great benefits for all. Corrective policies in such region with high rate of land degradation and desertification should focus on: identifying of land degradation causes in advance then, decreasing current land degradation and finally remedying the effects.
    Keywords: Desertification, Land Degradation, Societal Driver, Sistan
  • Ghasem Rahimi, Firozeh Noruzi Goldareh Pages 175-190
    Background and Objectives
    Soil pollution by heavy metals in the world, especially in countries that require soil to produce food, has become a serious concern. In the context of environmental risk assessment, earthworms are an important component of soil, and ecologically considered as a biochemical indicator (bio Index) for soil health and quality. Earthworms are part of the food chain and the soil decomposition cycle, that growth characteristics are negatively affected by soil contamination. Due to the sensitivity of dirt worms to soil contamination, they can be used as an indicator of contaminated soils. This study was therefore carried out in order to investigate the effect of contact time and soil sampling points on the growth traits of earthworms in contaminated soils.
    Materials and Methods
    The study was conducted on a contaminated soil that was sampled from the Ahangaran mine and its surrounding land, located at the 26 kilometer far from Malayer to Arak, in the Hamedan province, which lies between longitudes and latitudes 44° 59´ 44´´ and 34° 10´ 20´´ respectively. A factorial experiment was conducted in a completely randomized design with three replications. Animal fertilizers were used as nutrition for soil worms. In this experiment, 12 earthworms with an average weight of 0.3-0.6 mg were selected for each soil sample and during the experiment, no food was added to the dishes. Then, the worms were exposed to soil contamination in seven different time intervals of 3, 7, 14, 21, 28, 32 and 42 days. The viability, weight, cocoon production and reproduction by hand counting in unit weight of the substrate were investigated.
    Results
    The results of analysis of variance showed that lead and cadmium contaminated soils can somewhat affect growth parameters of Eisenia fetida. Despite the high concentrations of lead and cadmium in point S3, the highest percentage of survival, number of coccons and larvae (reproduction) of earthworms was observed, which could be due to the high resistance of earthworms to the toxic effects of cadmium and lead due to poison detoxification by metallothionein proteins in dorsal canals.
    Conclusion
    Usually, the worse the earthworms had in contact with this element longer, the more severe the decline in population, weight and cocoon production. But when earthworms were fed to heavy metals such as lead and cadmium with animal fertilizer, population decline, weight and number of produced cocoons were less than that, increasing the number of cocoons and reproduction in the end of the trial period.
    Keywords: Soil contamination, Earthworms, Heavy metals, Eisenia fetida
  • Reza Ghazavi Pages 191-206
    Land-use and land-cover change, especially when caused by human activities, is one of the most important components of global environmental change. Land use is one of the most important issues in hydrological modeling to assess the effects of land use changes on water resources. Study all factors that souled affect the runoff can be difficult and is very complex and requires the use of new techniques and models to examine the effect of different factors. Land use change is an important characteristic that should influence erosion, evaporation, transpiration and runoff. Nowadays, preparing land use maps via satellite data and quantitative methods are very common in remote sensing science researchers. These techniques were widely used by scientists in the past two decades. The main aim of this study was to investigate the potential effects of land use change on surface runoff production using SWAT model.
    Material and Methods
    The study area named BeheshtAbad, located in the North and North East of Karoon watershed. For this study, 8 land use maps were created for the period of 1987-2013 using Landsat satellite image. In this study, runoff was simulated for 1984-1989 based on 1987 land use by SWAT model. For calibration and validation of the model, SUFI-2 algorithm was used in SWAT-CUP software.
    Results
    Statistical results of the model calibration and validation showed an acceptable accuracy in runoff simulating. In order to evaluate the effect of land use change on runoff potential, two type of land use were applied. Runoff for 1999 to 2011 period was simulated based on 1987 and 2013 land use maps. For 1999 to2011 period, no acceptable accuracy for estimated runoff was obtained when land use maps of 1987 was applied, whereas accuracy of the calibration and validation was increase when 2013 land use was applied. When 2013 land use was applied, the observation runoff was in the range of the uncertainty band PPU95 % of SWAT model. According to results, the amount of surface runoff has been increased in the recent years.
    Conclusion
    It is difficult to study all factors that should affect the runoff. Using new techniques and models was required to examine the effect of different factors on runoff amount. The results of this study indicated that if the input data is properly prepared for SWAT model, this model should have a good performance to estimate of runoff. Land use mapping in accordance with the actual conditions of the region can have the greatest impact in the accuracy of the model.

    Keywords: Remote sensing, Land use change, Surface runoff, Landsat, SWAT model
  • Nazgol Hosseini Pazhouh, Khaled Ahmadaali, Ali Reza Shokoohi Pages 207-221
    Background and Objectives
    Flood is one of the deadliest natural disasters in the world, which causes enormous sufferings to human societies and changes in environment. In recent years, flooding has become a growing concern for both communities and governments across several parts of the world. This problem, has made the needs for the experienced managers and flood engineers to reduce the flood impact on the society and environment. Flood forecasting is one of the non-structural flood risk management method which gives valuable information for flood alert services and people and various organizations will have enough time to prepare flood control measures in emergency situations.
    Materials and Methods
    In this study standardized precipitation index (SPI) and standardized precipitation-evapotranspiration index (SPEI) in Darzikala and Sangadeh weather stations located in Kasilian basin, Mazandaran province were calculated using R codes to determine the wet period. In order to explore the efficiency of SPI and SPEI in flood detection, the results were compared with river discharge time series in Valikbon gage station. To compare the results of SPI and SPEI indices, probability of detection (POD), false alarm ratio (FAR), and critical success index (CSI) were applied.
    Results
    The results showed that maximum and minimum POD for SPI and SPEI were 0.89 and 0.68 respectively. These values for CSI were 0.71 and 0.61 and for FAR parameter were 0.32 and 0.11 respectively. The trend analysis of mentioned indices showed that the SPEI index was relatively better than SPI due to the use of temperature data and hence the calculation of evapotranspiration, especially at the end of spring and summer in the Kasilian basin which has rainfall–snow regime
    Conclusion
    Based on the POD, FAR, and CSI statistics, it is suggested that the application of SPEI index is more suitable for flood forecasting in rainfall-snow regime due to the use of temperature data for snow melt, especially in spring and summer. The SPI index is also an important indicator because of its ability in providing desirable results in flood forecasting with only one parameter and also due to this fact that the rainfall is the only accurate data with appropriate historical period in all watersheds, and at least two organs in the country are collecting information about it.
    Conclusion
    Based on the POD, FAR, and CSI statistics, it is suggested that the application of SPEI index is more suitable for flood forecasting in rainfall-snow regime due to the use of temperature data for snow melt, especially in spring and summer. The SPI index is also an important indicator because of its ability in providing desirable results in flood forecasting with only one parameter and also due to this fact that the rainfall is the only accurate data with appropriate historical period in all watersheds, and at least two organs in the country are collecting information about it.
    Keywords: prediction, flood, SPI, SPEI, Kasilan catchment
  • Younes Khoshkhoo Pages 223-238
    Background and objectives
    Soil temperature is an important and effective variable influencing different soil physical, chemical and biological processes. Soil temperature also has direct and indirect impacts on plant activities and has a remarkable effect on the mass and energy transfer rate between soil and atmosphere. With respect to having limited and non-complete soil temperature data, modeling the soil temperature is very important. In this context, SVAT models which are on the basis of the solving the coupled soil heat and water transfer equations have a high important and acceptable accuracy.
    Materials and methods
    To performing this research, a SVAT model was used to simulating hourly soil temperature in different depths. An old synoptic station (Saghez station) was selected to performing this research and on the basis of the measured data of the soil physical properties in different layers and several meteorological variables in a multi-year time period, the hourly soil temperature values was simulated in different soil depths. The Bayesian Calibration method was used to calibrating the model by considering 10 main model parameters and by performing 8000 model runs on the basis of the different combinations of the parameter values in their uncertainty range using the Monte-Carlo stochastic method in the 1994 to 2009 time period. Then, the calibrated model was validated in the 2010 to 2014 time period and to evaluating the model performance, three indices including mean absolute error (MAE), mean biased error (MBE) and coefficient of determination (R2) were applied.
    Results
    The bayesian calibration results showed a sensible change in the 10 selected parameter values compared to their default values with a good calibrating process. In the calibration period, the value of all of the performance indices in most cases was improved after calibration process in comparison to the default-value parameters case. The model validation results showed non-remarkable differences between the model performance indices for two calibration and validation cases and therefore, an acceptable performance of the calibrated model can be expected to forcasting the hourly soil temperature values in any desired period so that the coefficient of determination (R2) was obtained more than 0.9 in all of the studied times and soil depths. However, the model performance was not showed a similar behavior during different seasons so that based on the R2 criterion, the lowest model performance was occurred during the winter but on the basis of the MAE criterion, the best and lowest model performance was occurred in the winter and both spring and summer seasons, respectively. The results also showed that the overall tendency of the model simulations is to underestimate the spring and summer and overestimate the autumn and winter soil temperatures and in the annual scale, an overall model underestimation can be recognized. The daily mean soil temperature simulation results showed less error values in comparison to the hourly soil temperature simulations.
    Conclusion
    The overall results of this research showed that instead of getting appropriate results of the hourly and daily soil temperatures in different depths using the selected SVAT model, by collecting and involving more data such as soil moisture data in the calibration process, it is possible to getting more accurate results from the model. Also, with respect to existence of specific influential processes on the soil temperature during the summer and winter seasons, it is suggested to distinctly performing the model parameters calibration procedure for these two seasons.
    Keywords: Soil temperature, SVAT model, Bayesian method, Saghez station
  • peyman kashefi nezhad, abdorrahim hooshmand, Saeed Boroomandnasab Pages 239-253
    Background and objective
    Considering the growing limitation of water resources, a plan is needed to be made in order to optimally use water resources, especially in the agricultural sector which uses most of the water resources. A study was conducted which its objective is to optimally allocate water resources to the Hamidiyeh irrigation network cropping pattern in order to make a plan to manage the water resources consumption trend in the Hamidiyeh irrigation network.
    Materials and methods
    The water year 2015-2016 was divided into 36 periods which consist of 10 days and multi-objective model was created to allocate water resources to each one of 10 day periods in order to maximize the relative water use efficiency and the revenue-cost ratio using a non-dominated sorting genetic algorithm. Furthermore, another optimization model was created to minimize the error in the yield reduction estimation under deficit irrigation application situation using genetic algorithm.
    Results
    The obtained results of stage wise crop response factors modification model indicated that the estimated values of yield reduction under deficit irrigation application situation using the stage wise crop response factors which were proposed by former studies vary between 16.5 and 195.5 percent. The yield reduction amount of more than 100% shows an estimation error, while the yield reduction estimated using the modified stage wise crop response factors vary between 8 to 59.5 percent. The optimal water resources allocation model is a multi-objective model which has more than one optimal solution that none of them is better that the other, and the suitable solution is chosen based on managerial decision taking. As a result, three solutions were chosen as scenarios to be compared with the current water allocation situation. Results indicated that revenue-cost ratio is slightly changed under optimal water resources allocation, but relative water use efficiency is increased at least by 9%, and water use is reduced at least by 26%. Furthermore, cultivation area is increased by 192,189, and 182 hectares in the first, second, and third scenario, respectively. Net benefit was increased by 19.5 and 10.7 billion Rials in the first and the third scenario, however, it was reduced by 8.4 billion Rials in the second scenario.
    Conclusion
    The amount of water consumption is considerably reduced and the relative water use efficiency and the cultivated area is increased under optimal water resources allocation which causes reuse of fallow area. Furthermore, net benefit could also be increased depending on the chosen solution.
    Keywords: water management, Revenue-cost ratio, water use efficiency, Optimization, Crop response factors
  • Aidin Parsakhoo, Rasoul Khandouzi, Vahedberdi Sheikh, Ali Akbar Mohammad Ali Pourmalekshah Pages 255-267
    Background and Objectives
    Lateral ditches which are constructed to drain surface flow and protect the road structure under the sever rainfall are eroded by runoff velocity and then sediment as suspended load are transmitted to the river and aquatic ecosystem. Therefore, use of the cost effective, efficient and environmental techniques is essential for protecting ditches. The objective of this research was to compare the effect of different protective treatments on reduction of sediment yield from the ditch of forest roads as well as the assessing the effect of flow intensity on sediment concentration.
    Materials and Methods
    At first a segment of lateral ditch with a length of 50 meters was selected along the roads of district one in Bahramnia forestry plan. The longitudinal slope and soil type (texture, porosity and moisture) of selected segments were same. Five plots each of with the length of 10 meters were considered for establishing the protective treatments including riprap, grass cover by Festuca, cotton geotextile, picket and wattle by local slash and control. Runoff simulation was done for ten minutes at two intensities of 5 and 10 L S-1 using a tank with capacity of 6000 liters equipped with motor-pump. Sediment sampling from the runoff was carried out at the end of each plot and at each minute. Samples were transported to the laboratory and there sediment concentration was calculated in gram per liter. Runoff flow velocity in different treatments was measured using electromagnetic micro molinet.
    Results
    Sediment concentration and runoff velocity in treatments of riprap, grass cover by Festuca, cotton geotextile, picket and wattle by local slash was significantly lower than that of control. Conversion of flow intensity from 5 L S-1 to 10 L S-1 didn’t cause the significant change in sediment concentration (except for control and riprap treatments) and runoff velocity (except for control and cotton textile treatments). Sediment yield from riprap and control treatments under the flow intensity of 10 L S-1 was significantly more than that of 5 L S-1. Moreover, runoff velocity from cotton textile and control treatments under the flow intensity of 10 L S-1 was significantly more than that of 5 L S-1.
    Conclusion
    Riprap, grass cover by Festuca, cotton geotextile, picket and wattle treatments can be used in ditch of fores roads with flow intensity less than 5 L S-1 and picket and wattle treatment can be used in flow intensity more than 5 L S-1 because of their high efficiency in reducing sediment yield and runoff velocity.
    Keywords: Protective treatments, Runoff simulation, Ditch, Flow velocity, Sediment concentration
  • abdolreza kashki, Hossein Imani Pour, mina Firooz yazdi Pages 269-279
    Background and objectives
    According to the Fourth Intergovernmental Panel on Climate Change, Average global temperature in the 20th century has an increasing About 0.6 ° C and this increase for the 21st century is measured to be about 1.1 to 4.6. Cold and frost will be affected by these temperature changes. One of the major climatic factors that occur during most of the cold season in most parts of the country, The phenomenon is cold and freezing, It affects human life as well as construction activities and the growth and productivity of agricultural products and transportation, and many human activity. Accordingly, this research to compare and analyze the phenomenon of cold and frost using daily minimum temperature data downloads Gorgan Station with the climate change approach in the observation period (1961-2014) and projected future period (2015-2018) based on the output of the SDSM scale scaling model
    Materials and methods
    In this study, in order to analyze the ice days of the Gorgan station with a climate change approach, Daily Minimum Temperature Data of Gorgan Station, In the time period 2014_1961, it was received from the Golestan Province Meteorological Administration. Then, in the MATLAB software, the number of frosty days in the monthly and annual period in the observation and future period was calculated according to three new scenarios AR5 (RCPRCP_2.6, RCP_4.5 and RCP_8.5) in the 45-year period. The Intergovernmental Panel on Climate Change (ILO) has used the AR5's Fifth Assessment Report on new RCP scenarios as representatives of the various emission levels of greenhouse gases. In this research, SDSM software has been used to generate daily minimum temperature data in the upcoming period (2068-2015) from three scenarios of release RCP_2.6, RCP_4.5, RCP_8.5. In this study, Wilcoxon test was used because the data were not normal.
    Result
    After estimating the minimum temperature of the Gorgan station in the period of observations and the future based on three scenarios RCP_2.6, RCP_4.5 and RCP_8.5, it was determined that the minimum temperature in the future period has increased compared to the observation period. Which will reduce the freezing days in the future. For comparison of frosty days, observational data and data generated for the future are plotted in the chart. This chart shows a significant decrease in future frosty days. In the following , In SPSS software environment using Wilcoxon test the average of observational data has been compared with the three scenarios RCP_2.6 and RCP_4.5 and RCP_8.5. Meaningful meanings indicate that frost days will be reduced in the future. The results show that the minimum temperature in the future period has increased compared to the observation period. Which will reduce the freezing days in the future.
    Conclusion
    In this research, by specifying the number of frost days in the observation and future period and comparing them, they try to determine how to change the number of frosty days in the future and climate change. Comparison of the results in the observational and future period indicates a rise in the minimum temperature and a decrease in the number of freezing days, Based on the output of the used models, The average of frosty days from about 16 days in the observation period To about 8 days in the scenario RCP_2.6, about 7 days in the RCP_4.5 scenario and about 6 days in the scenario RCP_8.5 decreases, which is a logical consequence of climate change and global warming in the future.
    Keywords: Frosty days, Gorgan, SDSM, Climate Change, Global Warming
  • Sakineh Nabizadeh, Fardin Sadegh Zadeh, bahi jalili, Mostafa Emadi Pages 281-292
    Background and objectives
    Industrial dyes are one of the largest organic compounds with potential application in different industries. According to their complex aromatic structure and that they are man-made, they are stable compounds and their purification is difficult . Sewage containing dyestuffs causes surface and sub-surface water pollution and also causes soil contamination through irrigation. If these effluents enter the environment without purification, they can impose irreparable damage to the environment. Therefore, it is necessary to reclaim wastewaters and contaminated soil by using effective methods. Among the suitable methods for removing dyes, adsorption is one of the best and most appropriate techniques for dye removal.
    Materials and methods
    In this study, the effect of rice straw biochar (RSB) which is produced at 600˚C, soil and mixture of soil and biochar on methylene blue adsorption from aqueous environments was investigated. First, rice straw was turned to biochar at 600˚C. Then biochar was mixed with sandy soil which was taken from alluvial plains of Tajan area of Sari, Mazandaran province at ratios 1, 2.5 and 5 (w/w). Methylene blue dye solution was prepared from methylene blue powder, and 40 mL of solution with concentrations of 30-300 mg/L and pH=7 was added to 0.1 g biochar, soil and mixture of soil and biochar and finally, methylene blue sorption isotherms were determined for biochar, soil and mixture of soil and biochar. Experiments were performed in a completely randomized design with three replications.
    Results
    The results of fitting the data obtained from the Langmuir and Freundlich isotherm model showed that methylene blue adsorption on the RSB produced at 600 ° C, soil and mixture of soil and biochar matches with the Langmuir isotherm model and the langmuir model fitted well with the absorption process. biochar, mixture of biochar and soil and soil treatments had the maximum adsorption capacities with amounts of 27.85, 3.272 and 17.953 mg/g, respectively. Due to biochar high specific surface area, high cation exchange capacity and the presence of functional groups, it had a high adsorption of methylene blue.
    Conclusion
    In general, the results showed that methylene blue adsorption isotherms by the biochar, soil and mixture of soil and biochar were L-shaped and there was a fairly high desire for absorption. Results also showed that incorporation of biochar to soil enhanced the adsorption capacity of soil, thus it can be concluded that RSB could improve methylene blue adsorption in soil environment.
    Keywords: Wastewater, Pollution, Rice straw biochar, Isotherm
  • Soheila Ebrahimi, Mehdi Homaee, Ebrahimi Vasheghani Farahani Pages 293-301
    Background and objectives
    The increase of irrigation efficiency is a technique applied to water conservation; therefore, appropriate and productive management and the application of efficient methods in order to maintain enough water in the soil for optimum utilization of scarce water resources is necessary in the long run. The use of super-absorbent polymers offers effective ways of saving water in agriculture. However, before selecting a suitable polymer, determining of an appropriate model is essential.
    Materials and Methods
    In this study, the water absorption model was evaluated by two super-absorbent polymers from polyacrylamide family, abbreviated as T-A200 and T-A100. The experiment was carried out with four replicates and water absorption was recorded by the polymers in different times until reaching the equilibrium swelling (stable inflation), as instantaneous and cumulative. After testing the free swelling, the absorption kinetics of fluid (the changes in the absorption of water by the gel time) was determined by immersion in water. After that the result was presented by a graph that depicted the changes in the ratio of absorbed solvent in time to this solvent in equilibrium in time. Also, the trend of solvent absorption by the two polymers in time measured. To determine the mechanism of penetration, the mentioned model used and the values of n and k were calculated.
    Results
    The results showed that the fluid absorption in heterogeneous environments such as gels was associated with significant deformation. The graph shows that in all cases n was less than 5.0, and therefore the mechanism of transfer of the solvent into the polymer network follows the Fick's law.
    Conclusion
    the appropriate super-absorbent polymers in agriculture must be able to absorb maximum amount of water at the minimum time; therefore, doing so will prevent from the loss of rainfall or irrigation water applied. To prove it, the model should follow the Fick diffusion which penetration rate is lower than the speed of molecular relaxation, and only diffusion phenomena is effective through the transfer of ground-penetrating, so, molecular relaxation phenomenon does not affect on the transfer of ground-penetrating. Consequently, after any deformation or swelling, the polymers quickly reached a new balance and stresses will quickly vanish; therefore, it does not have any effect on the speed of penetrating component. In this study, the penetration of the fluid into the polymer followed the Fick model. Hence, this model would certainly be recommended to periodic swelling ability in agricultural purposes.
    Keywords: Polymers, Super Absorbent, Adsorption Kinetics, Fick's law, Equilibrium Swelling
  • Mojtaba soleimani sardo Pages 303-310
    Background and objectives
    Erosion plays an important role in desertification process that its evaluation leads to better understanding of desertification potential. The sparse vegetation cover, low humidity and the scarcity of rainfall can make Jaz-Murian region prone to soil erosion and desertification. In this research, the sensitivity of the Jaz-Murian region to the desertification on the basis of erosion criteria is evaluated using IMDPA model.
    Materials and Methods
    In this research, the work unit map was created using geology, land use maps and Landsat 8 satellite imagery data. Water erosion indices were weighted based on the IMDPA method, and the IRIFR model was applied to evaluation of wind erosion. Finally, in order to represent desertification hazard, the water and wind erosion criteria were combined with each other in ArcGIS 10.1 software by calculating geometric mean of their indices.
    Results
    The findings of this research showed that the largest area in this region (approximately 5674 km2) classified in high class of desertification hazard. This means that the erosion factor play an important role in desertification process in the Jaz_Murian region. As well as, in comparison with water erosion, the wind erosion showed more effects on desertification because of the low level lands, recent droughts and subsequently the reduction of the humidity that can help to separate the soil particles and increase the erodibility. The work units including: "clay plain covered by degraded Nebka and Reboh”, “clay flat with separated Tamarix and Prosopis species”, “clay and salty lands covered by dominant vegetation of Seidlitzia rozmarinus and Hamada salicornica” and “Erg and sand dunes” showed the highest sensitivity to wind erosion that need to be in priority of the de-desertification plans.
    Conclusion
    According to the findings, it concluded that about the 97% of the study area is located in the high class of desertification hazard that needs to reduce the effects of erosion by introduce management strategies to combating desertification . As well as, rec lamation of vegetation covers and its conservation regarding ecological aspects can help to reduce erosion effects and de-desertification.
    Keywords: IMDPA Model, IRIFR Method, Vegetation Cover, soil erosion, Jaz, Murian