فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و ششم شماره 4 (مهر و آبان 1398)
  • سال بیست و ششم شماره 4 (مهر و آبان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/08/01
  • تعداد عناوین: 15
|
  • مهدیه جانباز فوتمی*، امید بزرگ حداد صفحات 1-29
    سابقه و هدف

    تغییرات آورد رودخانه ها، رژیم بارندگی متغییر و همچنین وقوع پدیده خشکسالی باعث گردیده استفاده از ابزار های مدیریت منابع آب، جهت اخذ یک راهکار مناسب برای بهره برداری از مخازن امروزه مورد توجه قرار گیرد. با توجه به محدودیت نداشتن الگوریتم های تکاملی در پذیرش تابع شایستگی و همچنین احتمال کمتر آنها در قرارگیری در بهینه موضعی، امروزه این الگوریتم ها در بهینه سازی مخصوصا در مسائل پیچیده بهره برداری منابع آب مورد استفاده قرار می گیرند. الگوریتم جستجوی گرانشی (GSA) یک الگوریتم تکاملی می باشد که براساس قانون جاذبه نیوتن و جرم اجرام شکل گرفته است. هدف از این پژوهش سنجش قابلیت الگوریتم تکاملی جستجوی گرانشی (GSA) در مقایسه با الگوریتم ژنتیک در حل مسائل ریاضی متداول، بهینه سازی بهره برداری از سامانه چند مخزنه و برق آبی می باشد.

    مواد و روش ها

    بدین منظور سه مسئله ریاضی بوکین6 ، روزنبروک و اسپیر توسط الگوریتم جستجوی گرانشی بهینه گشته اند و جواب آن ها با الگوریتم ژنتیک و جهت صجت سنجی با جواب حل تحلیلی مقایسه شده است. پس از صحت سنجی الگوریتم، بهره برداری از سد برق آبی کارون 4 توسط الگوریتم جستجوی گرانشی و الگوریتم ژنتیک بهینه گردیده و جواب آنها با جواب حل تحلیلی برنامه-ریزی غیر خطی مسئله که توسط Lingo به دست آمده مقایسه شده است. در نهایت جهت سنجش الگوریتم جستجوی گرانشی در بزرگ مقیاس، بهره برداری سامانه 10 مخزنه توسط این الگوریتم بهینه گردید و جهت تعیین کارایی آن با نتایج الگوریتم ژنتیک و جواب حل تحلیلی Lp مسئله مقایسه شده است. لازم به ذکر است جهت اطمینان، نتایج بهینه سازی الگوریتم ها در 10 اجرا گزارش شده اند و تعداد ارزیابی تابع در دو الگوریتم مذکور برابر بوده است.

    یافته ها

    نتایج حل مسائل ریاضی نشان دادند که الگوریتم GSA قادر به بهینه سازی شکل های مختلفی از مسائل است و در سه مسئله بوکین6، روزنبورک و اسپیر هموراه نتایج الگوریتم GSA نزدیکی بیشتری به نتایج حل تحلیلی نسبت به GA داشته است. در حل مسئله بهره برداری سد برق آبی، نتایج الگوریتم جستجوی گرانشی در حدود 44% و در بهره برداری از سامانه 10 مخزنه 8% بهتر از جواب بهینه الگوریتم GA به دست آمده است و نزدیکی بیشتری به جواب های حل تحلیلی داشته است.

    نتیجه گیری

    نتایج به دست آمده نشان دهنده کارآیی بالای الگوریتم جستجوی گرانشی حل مسائل ریاضی و بهینه سازی بهره برداری برق آبی و سامانه 10 مخزنه بوده است. در نهایت به صورت کلی این پژوهش سرعت همگرایی بالای GSA نسبت GA را به نمایش گذاشته است و همواره در تمامی مسائل نتایج الگوریتم GSA نسبت به نتایج GA به بهینه مطلق نزدیک تر بوده است.

    کلیدواژگان: الگوریتم جستجوی گرانشی، بهینه سازی بهره برداری، مسائل ریاضی متداول، سد برق آبی، سامانه 10 مخزنه
  • مهدی جعفری، حسین خزیمه نژاد*، یوسف رمضانی صفحات 31-51
    سابقه و هدف

    صفحات مستغرق جهت تثبیت بستر رودخانه، حفاظت سواحل رودخانه، کاهش فرسایش در محل قوس رودخانه، برای جلوگیری از ورود رسوبات بار بستر رودخانه به سازه های آبگیری، اصلاح مقطع رودخانه در مجاورت پایه های پل مورد استفاده قرار می گیرند. در پژوهش حاضر با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی با تغییر پارامترهای مختلف مربوط به صفحات مستغرق، نحوه انتقال بار بستر در بخش تعریض شده مجرا مورد بررسی قرار گرفت.

    مواد و روش ها

    هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر صفحات مستغرق بر نحوه انتقال بار بستر در مقطع تعریض شده مجرا می باشد. به این منظور بخش میانی فلوم، برای ایجاد مقطع تعریض شده (مقطع آزمایشی) در نظر گرفته شد. از ابتدای فلوم به فاصله 7/0 متر با همان عرض اولیه فلوم به عنوان قسمت آرام کننده جریان در نظر گرفته شد. پس از آن، از دو باکس شیشه ای به طول 4 متر، عرض 075/0 متر برای کاهش عرض فلوم در بالادست مقطع آزمایشی استفاده گردید. سپس طولی برابر 5/1 متر با همان عرض اولیه فلوم به عنوان مقطع آزمایشی در نظر گرفته شد. از انتهای مقطع آزمایشی تا انتهای فلوم آزمایشگاهی شرایط کانال بالادست تکرار گردید. پس از اتمام آزمایش، میزان پیشروی رسوبات در مقطع آزمایشی ثبت می شود. همچنین پس از اتمام آزمایش، مقطع آزمایشی زهکشی شده و با استفاده از دستگاه متر لیزری، در یک شبکه 3×5، الگوی توزیع رسوبات در مقطع آزمایشی برداشت می شود. در این آزمایش ها، ابعاد، زاویه، آرایش و فاصله طولی صفحات مستغرق تغییر و تاثیر آن بر عملکرد صفحات مورد بررسی قرار گرفت.

    یافته ها

    بررسی تاثیر ابعاد صفحات بر نحوه انتقال بار بستر نشان داد، با افزایش ابعاد صفحات، پارامتر عملکرد صفحات مستغرق نیز افزایش یافته است. به گونه ای که با افزایش طول بی بعد از 19/0 به 38/0 در ارتفاع بی بعد 31/0، عملکرد صفحات مستغرق از 10 به 46 درصد افزایش یافته است. با افزایش نسبت طول بی بعد صفحات مستغرق، فاصله عرضی بین صفحات کاهش می یابد و باعث افزایش شعاع تاثیر جریان های گردابه ای می گردد و این باعث حرکت چرخشی رسوبات پیرامون صفحات مستغرق و عدم تشکیل جبهه رسوبی می گردد. این عمل باعث پراکندگی و انباشتگی رسوبات پیرامون صفحه مستغرق شده و سرعت انتقال بار بستر را کاهش می دهد. برای تعیین عملکرد صفحات در آرایش های مختلف هشت آزمایش انجام شد. پارمتر عملکرد صفحات مستغرق در تمامی آرایش ها بیش از صفر بوده که نشان دهنده کاهش سرعت انتقال بار بستر و همچنین کاهش فاصله پیشروی بار بستر در مقطع آزمایشی نسبت به حالت شاهد است. در آرایش های موازی و زد شکل به دلیل تعداد صفحات بیشتر در ردیف اول و تاثیر جریان های گردابی صفحات بر یکدیگر باعث کاهش سرعت انتقال رسوبات شده است. بطور کلی پارامتر عملکرد صفحات مستغرق برای این سری از آزمایش ها بین 7 تا 25 درصد متغیر می باشد. برای تعیین تاثیر زاویه نصب بر عملکرد صفحات مستغرق، آزمایش ها شامل شش زاویه است. نتایج نشان داد، تمامی زوایای نصب دارای عملکرد مثبت می باشند و صفحات مستغرق تحت زاویه 90 درجه نسبت به جریان نزدیک ش نده، نسبت به سایر زوایای نصب صفحات مستغرق، بیشترین عملکرد را که برابر 23 درصد بود، نشان دادند.

    نتیجه گیری

    بطور کلی می توان نتیجه گرفت، نصب صفحات مستغرق در مقطع آزمایشی باعث تغییر در سرعت پیشروی رسوبات و تغییر در الگوی توزیع رسوبات شده است. همچنین نتایج نشان داد، افزایش ابعاد صفحات مستغرق، باعث کاهش سرعت انتقال رسوبات و افزایش انباشتگی رسوبات پیرامون صفحات ردیف اول شده است. نتایج مربوط به آرایش ها نشان داد، در آرایش همگرا با زاویه 30 درجه نسبت به جریان نزدیک شونده، صفحات مستغرق بهترین عملکرد خود را نشان دادند. همچنین، آرایش شطرنجی به دلیل فاصله عرضی نسبتا زیاد در ردیف های دوتایی صفحات، دارای عملکرد مطلوبی نیست.

    کلیدواژگان: باربستر، تعریض، رودخانه، صفحات مستغرق، مدل فیزیکی
  • مصطفی صالحی*، ذبیح الله خانی تملیه، نوید پرچمی، ظاهر احمدپور صفحات 53-73
    یکی از مسائل مهم در مدیریت کیفی منابع آب ، تعیین لایه بندی حرارتی و به دنبال آن سطح تغذیه گرایی در مخازن سد ها و دیگر پیکره های آبی می باشد.تعیین لابه بندی حرارتی با استفاده از مدلهای کیفی صورت می گیرد. در انتخاب یک مدل کیفی آب باید تبادلی بین پیچیدگی مدل، قابلیت اطمینان لازم، هزینه عملیات و زمان در اختیار صورت پذیرد. تعیین پارامترهای شاخص تغذیه گرایی نظیر غلظت فسفر و نیتروژن کل در دریاچه، غلظت متوسط و بیشینه کلروفیل a و میزان جلبک خشک با استفاده از این معادلات نیازمند به کم ترین داده های کیفی بوده و زمان و هزینه کم تری در مقایسه با مدل سازی های پیچیده رایانه ای طلب می کند. در تحقیق حاضر، کیفیت آب مخزن سد مهاباد واقع در استان آذربایجان غربی، با استفاده از مدل CE-QUAL-W2، که یک نرم افزار کارآمد در زمینه تحلیل و آنالیز کیفی آب مخازن و دریاچه ها می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. براساس نتایج حاصله مخزن سد مهاباد دارای یک لایه بندی نسبتا قوی تابستانه می باشد که از اواخر فروردین ماه شروع شده و در مرداد ماه به اوج خود می رسد، با شروع فصل پاییز و همزمان با کاهش میزان تشعشعات ورودی به مخزن لایه بندی شکل گرفته نیز به سمت اختلاط پیش می رود به گونه ای که در آذر ماه اختلاط کامل در مخزن رخ می دهد. از نظر تغییرات غلظت کل جامدات محلول (TDS) نیز می توان گفت که روند تغییرات نسبت به عمق یک سیر صعودی دارد، طوری که بیشینه غلظت در تمام طول سال در کف مخزن می باشد. تغییرات اکسیژن محلول نسبت به عمق آب در مخزن نیز سیر نزولی دارد، این تغییرات از خردادماه شروع شده و تا اواخر تابستان ادامه می یابد طوری که در این دوره از سال میزان غلظت اکسیژن محلول در زیرلایه به صفر می رسد که این وضعیت در نهایت باعث تولید رنگ و بوی نامطبوع در مخزن می گردد. سد مخزنی مهاباد یک سد خاکی در رودخانه مهاباد، غرب شهر مهاباد واقع در استان آذربایجان غربی است. سد مهاباد دارای ظرفیت اسمی 197 میلیون متر مکعب و 172 میلیون متر مکعب ظرفیت مفید است که علاوه بر تامین آب آشامیدنی به مهاباد، بیش از 12 هزار هکتار زمین کشاورزی در شهر تحت پوشش آن قرار دارد. سد همچنین دارای نیروگاه برق آبی است. ساخت و ساز در سال 1350 شمسی شروع و سد در سال 1352 تکمیل شد. در این تحقیق مدل دو بعدی CE-QUAL-W2 برای شبیه سازی تغذیه گرایی (ائتروفیکی) در سد مهاباد استفاده شد. سپس هندسه مخزن سد مهاباد، به مدل معرفی شده است. برای این کار با استفاده ازجدیدترین نقشه های توپوگرافی مخزن سد و نرم افزار اتوکد اقدام به ایجاد پروفیل های عرضی در مسیر خط القعر مخزن و در فواصل معین کرده و با اندازه گیری پروفیل ها به فواصل دو متری در عمق، اطلاعات بدست آمده وارد فایل عمق سنجی(بسیمتری) شد. جهت بررسی آنالیز حساسیت موارد 1- ضریب پوشش باد(WSC) 2- ضریب نفوذ عمقی نور به آب(EXH2O) 3- ضریب دمای رسوب(TSED) 4- ضریب تابش خورشیدی جذب شده توسط سطح آب(BETA) 5- ضریب ویسکوزیته گردابه افقی(AX) 6- ضریب پخش گردابه افقی(DX) 7- ضریب اصطکاک کف(FRICC)، مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: :سد مهاباد، کیفیت، لایه بندی، CE-QUAL-W2
  • اسفندیار عباس نوین پور*، مهسا محمد حسین زاده، حسین رضایی صفحات 75-93
    سابقه و هدف

    بارزترین اثر سدها، تغییر رژیم هیدرولوژیکی مناطق پایین دست خود است که از جمله این تغییرات می توان به تامین دبی پایه دائمی و تغییر در سطح آبخوان پایین دست اشاره نمود. ارزیابی روند تغییرات سطح آب زیرزمینی یک مسئله مهم در تجزیه و تحلیل سری های زمانی هیدروژئولوژیکی آبخوان ها بوده است. با توجه به عملکرد متنوع عوامل موثر در بیلان و هیدروژیولوژیکی در حوضه آبریز دشت شهرچای نیاز به بررسی روندیابی بوده که امری پیچیده است. بررسی تغییرات زمانی و مکانی سطح آب زیرزمینی در برنامه ریزی و مدیریت پایدار منابع آب در مناطق خشک و نیمه خشک از اهمیت فراوانی برخوردار است. هدف از انجام این پژوهش، بررسی روند تغییرات سطح آب زیرزمینی آبخوان شهرچای قبل و بعد از احداث سد مخزنی با استفاده از روش های ناپارامتری من کندال، تخمینگر شیب سن، پتی، بویشند و استفاده از نرم افزار MODFLOW میباشد.

    مواد و روش ها

    روش شناسی این پژوهش مبتنی بر روش های کتابخانه ای، میدانی و آماری بود. در این پژوهش جهت بررسی روند تغییرات سطح آب زیرزمینی از آمار 15 ساله (1396-1381)، 10 پیزومتر در آبخوان شهرچای استفاده شده است. تغییرات سطح آب زیرزمینی در تمامی پیزومتر ها بصورت سالانه و در ماه های حداقل و حداکثر سطح آب زیرزمینی آبخوان مورد ارزیابی قرار گرفت. مدل آب زیرزمینی آبخوان با استفاده از MODFLOW تهیه شده است. جهت بررسی تغییرات شیب آب زیرزمینی در دراز مدت روش کریجینگ درArc GIS 10.5 مورد استفاده قرار گرفت.

    یافته ها

    تحقیقات نشان میدهد که روند تغییرات تراز آب زیرزمینی در80 درصد پیزومترها منفی بوده و نقطه شکست در سری زمانی در سال 1387-1386 اتفاق افتاده است. در پیزومتر های نزدیک به سد شهرچای معمولا سال پرش 1386و 1387 می باشد و در پیزومتر های دورتر و در انتهای حوزه آبریز و با فاصله زیاد با رودخانه معمولا سال پرش بعد از 1387 و89 یا 90 می باشد. از نرم افزار MODFLOW با استفاده از اطلاعات چاه های پیزومتری و سایر مطالعات جهت پیش بینی تراز سطح آب زیرزمینی در شرایط قبل از احداث سد واسنجی و پیش بینی انجام گردید. از داده های خرداد ماه سال 1381 جهت تهیه مدل در حالت پایدار استفاده شد و برای سالهای 1383تا 1385 سطح آب زیرزمینی با خطای کمتری پیش بینی شد. با ادامه محاسبات، سطح آب زیرزمینی مشاهداتی تا سال 1396کمتر از پیش بینی می باشد. همچنبن بررسی تغییرات خطوط تراز در 15 سال نشان دهنده کاهش شیب کلی حوزه به دلیل عدم تغذیه در اثر احداث سد می باشد.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان دهنده اثر کاهش سطح آب زیرزمینی ناشی از احداث سد بوده یکی از دلایل آن ذخیره آب در سد در زمان سیلابی میباشد. نحوه استفاده از آب ذخیره شده در شرایط فصل زراعی بوده که مستقیما مورد استفاده قرار میگیرد در صورتی که قیل از احداث سد سیلاب در آبخوان پخش شده و باعث افزایش سطح ایستابی شده که احداث سد باعث عدم شرایط تغذیه شده است.

    کلیدواژگان: سد، تراز آب زیرزمینی، روش های روند یابی، MODFLOW
  • سونیا مهری، رئوف مصطفی زاده*، اباذر اسمعلی عوری، اردوان قربانی صفحات 95-113
    سابقه و هدف

    جریان پایه یکی از اجزاء مهم در تشکیل هیدروگراف جریان است، که از جریان های زیرزمینی یا ذخایر کم عمق زیرسطحی ناشی می شود. تعیین سهم جریان پایه از جریان امکان ارزیابی واکنش آبخیز و برنامه ریزی بهتر استراتژی های مدیریت کمی و کیفی منابع آب در مقیاس آبخیز را فراهم می نماید. هم چنین، تفکیک جریان پایه از موارد مهم در مدل سازی هیدرولوژی و افزایش دقت کالیبراسیون در مدل سازی بارش-رواناب است. مقایسه حوزه های مختلف از نظر ویژگی های فروکش جریان می تواند اطلاعات ارزشمندی از خصوصیات ذخیره و تغذیه در آبخیز فراهم نماید. هم چنین تعیین سهم جریان پایه می تواند در تحلیل جریان زیست محیطی و شرایط سلامت رودخانه موثر واقع گردد. مولفه جریان پایه به شدت تحت تاثیر بهره برداری از چاه ها در دشت های سیلابی است که می تواند در روش های عددی تفکیک جریان پایه، منشاء بروز عدم قطعیت باشد. هدف از این مطالعه مقایسه روش های ترسیمی و فیلتر عددی در تفکیک جریان پایه و انتخاب روش مناسب برای برآورد دبی پایه در تعدادی از رودخانه های منتخب استان اردبیل است.

    مواد و روش

    در این پژوهش تفکیک جریان پایه روزانه علاوه بر روش های مرسوم (محدوده زمانی ثابت، محدوده زمانی جابه جاشونده و حداقل محلی)، با روش های فیلتر دیجیتال برگشتی شامل (الگوریتم یک پارامتره، الگوریتم دو پارامتره باگتون، الگوریتم سه پارامتره IHACRES، لین و هولیک، الگوریتم چاپمن و ایما فیلتر) نیز انجام گرفته است. نتایج روش های مذکور با روش تحلیل فروکش به عنوان روش مبنا مورد مقایسه قرار گرفته است. تحلیل ها و مقایسه نتایج روش های تفکیک جریان، براساس آمار دبی روزانه جریان با طول دوره آماری 22 سال در پنج ایستگاه هیدرومتری استان اردبیل با داده های در دسترس و مقادیر مختلف دبی جریان صورت گرفته است.

    یافته ها

    براساس نتایج و مقایسه روش های ترسیمی و فیلتری در تفکیک دبی پایه جریان، مشخص شد که دقت روش های ترسیمی با مقادیر پایین ضریب نش-ساتکلیف، قابل قبول نیست. در این راستا، روش محدوده زمانی ثابت با ضریب کارایی 04/0- در شرایط منطقه مورد مطالعه نتایج مناسبی ارائه نداده است. این در حالی است که روش های تفکیک فیلتری الگوریتم یک پارامتره و دو پارامتره باگتون (Boughton two parameter algrithm) با ضرایب کارایی 88/0 و 86/0 به ترتیب به عنوان مناسب ترین روش ها برای برآورد دبی پایه در رودخانه های استان اردبیل بوده است.

    بحث و نتیجه گیری

    نتایج تحقیق نشان داد که روش های ترسیمی تقریبا نتایج قابل قبولی ارائه نمی دهند و روش های فیلتری با رفع محدودیت های روش های گرافیکی و مبتنی بر تئوری پردازش سیگنال در تفکیک جریان به دو مولفه جریان سریع و جریان پایه از صحت و دقت بیش تری برخوردار می باشند. در مجموع می توان گفت که روش های فیلتر عددی با ماهیت غیرخطی و تبعیت از توالی سری های زمانی در داده های دبی، دارای دقت بالاتری نسبت به روش های خطی و ترسیمی است. معرفی روش های مناسب تفکیک جریان دبی روزانه در مدل سازی هیدرولوژیک، تحلیل منطقه ای جریان های حداقل و تعیین سهم جریان پایه می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تفکیک جریان، دبی پایه، روش ترسیمی، فیلتر عددی برگشتی، هیدروگراف روزانه
  • مهسا سامتی، سید حسین ثنایی نژاد*، بیژن قهرمان، فیروزه ریواز صفحات 115-133
    سابقه و هدف

    خشکسالی به عنوان پیچیده ترین و خطرناک ترین بلایای طبیعی است که هم در مکان و هم طی زمان تغییر می کند. گرمایش جهانی در سال های اخیر باعث تشدید این گونه رویدادهای حدی شده است. از این رو استفاده از شاخص های خشکسالی که هر دو اثر بارش و دما را در نظر می گیرند و نیز استفاده از روش های توام فضایی- زمانی که گسترش یافته ی آمار مکانی هستند، احتمالا می تواند باعث پایش بهتر خشکسالی ها و در نتیجه افزایش دقت پیش بینی ها گردد. در این روش ها ساختار همبستگی داده ها توسط توابع کوواریانس فضایی-زمانی مشخص می شود. هدف از این تحقیق بکارگیری و مقایسه ی چند تابع تغییرنگار فضایی-زمانی برای پیش بینی و پهنه بندی فضایی-زمانی خشکسالی با استفاده از شاخص SPEI در مقیاس 12 ماهه می باشد.

    مواد و روش ها

    در این تحقیق از داده های ماهانه بارندگی و دمای 48 ایستگاه در شمال شرق کشور طی دوره ی آماری 1981-2012 برای محاسبه ی مقادیر شاخص SPEI در مقیاس 12 ماهه استفاده شده است. تحلیل اکتشافی داده ها از نظر فرض های مانایی و همسانگردی نیز مورد بررسی قرار گرفت. داده ها به دو گروه داده های آموزشی و آزمایشی سال 2012 تقسیم شدند. توابع کوواریانس فضایی-زمانی تفکیک پذیر، متریک، متریک-جمعی و ضربی-جمعی با تعیین بهترین ترکیب از تغییرنگار های کروی، خطی و نمایی برای هریک از تغییرنگار های فضایی و زمانی بر روی داده های آموزشی برازش داده شدند. بهترین مدل با استفاده از معیارهای آماری MSE و MSPE، انتخاب و پارامترهای مورد نیاز آن برآورد شدند. در نهایت با استفاده از کریجینگ فضایی-زمانی، داده های آزمایشی پیش بینی و پهنه بندی شده و با نقشه ی مقادیر مشاهداتی مقایسه شدند. اعتبارسنجی متقابل مدل های فضایی-زمانی و فضایی محض از طریق معیارهای آماری COR، ME، MAE و RMSE با بکارگیری 25 و 47 همسایگی انجام گرفت.

    یافته ها

    بررسی مانایی داده های فضایی-زمانی، مانایی در فضا را نشان داد. رسم میانگین سری زمانی داده ها هم یک روند کاهشی را نشان داد که توسط یک رابطه ی رگرسیونی ساده با بکارگیری مقادیر شاخص SPEI به عنوان متغیر وابسته و زمان به عنوان متغیر تبیینی مدل گردید و داده ها روندزدایی شدند. تغییرنگار فضایی داده ها در چهار جهت صفر، 45، 90 و 135 درجه، تفاوت زیادی را بین چهار تغییرنگار نشان نداد و بنابراین فرض همسانگردی مورد پذیرش قرار گرفت. برای تعیین ساختار همبستگی داده ها از مدل های تفکیک-پذیر، متریک، متریک-جمعی و ضربی-جمعی استفاده شد. مقایسه ی مدل ها از طریق معیار MSE نشان داد دو مدل ضربی-جمعی و متریک جمعی خطای کمتری نسبت به دو مدل دیگر دارند. مقایسه ی این دو مدل در پیش بینی مقادیر مشاهده نشده از طریق معیار MSPE، مدل ضربی-جمعی را با تغییرنگار خطی برای هر دو فضا و زمان به عنوان مدل برتر انتخاب نمود. پس از برآورد پارامترهای مدل و با بکارگیری کریجینگ فضایی-زمانی، مقادیر شاخص SPEI برای داده های آزمایشی پیش بینی و نقشه ی فضایی-زمانی آنها ترسیم شد. شباهت نقشه ی مقادیر پیش بینی شده و نقشه ی مقادیر مشاهداتی نشان داد عملکرد خوب در پیش بینی مقادیر مشاهده نشده را نشان داد. اعتبارسنجی مدل های تغییرنگار فضایی-زمانی و فضایی محض نیز نشان داد عملکرد مدل های مختلف بسیار نزدیک به یکدیگر بوده است.

    نتیجه گیری

    نتایج این تحقیق نشان داد مدل کوواریانس فضایی-زمانی ضربی-جمعی نسبت به مدل های دیگر توانایی خوبی در پیش بینی مقادیر مشاهده نشده دارد و به کمک این گونه مدل ها می توان مقادیر متغیر مورد نظر خود را در هر موقعیت فضایی و هر مقطع زمانی پیش بینی نمود. هم چنین اعتبارسنجی مدل ها نشان داد مدل های مختلف فضایی-زمانی و فضایی محض تفاوت چشمگیری نسبت به یکدیگر نداشته و دقت مدل ها نیز نسبت به حالت فضایی محض افزایش پیدا نکرده است.

    کلیدواژگان: خشکسالی، شاخص بارش-تبخیروتعرق استاندارد شده، مدل ضربی-جمعی، کریجینگ فضایی-زمانی
  • عبدالحمید محبی* صفحات 135-153
    سابقه و هدف

    در سال های اخیر، افزایش دما به دلیل افزایش گازهای گلخانه ای منجر به تغییر اقلیم شده است.گرمایش جهانی و تغییر اقلیم از بحثهای مهم است که متغیرهای مختلفی در آن دخالت و بر آن تاثیر می گذارند. به دلیل اهمیت تغییر اقلیم و به منظور برنامه ریزی در جهت سازگار شدن با تغییرات اقلیمی، پیش بینی متغیرهای جوی توسط دانشمندان با استفاده از مدل های مختلف صورت گرفته است. اهدافی که در این پژوهش مد نظر بود شامل تجزیه و تحلیل روند سالانه بارش و درجه حرارت، مقایسه نتایج مدلهای گزارش پنجم با یکدیگر و تعیین تغییرات در میزان بارش و درجه حرارت در دوره های آتی نسبت به دوره پایه و برآورد آب مورد نیاز نخیلات منطقه اهواز در راستای مدیریت پایدار منابع آب بود.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش از مدل ریزمقیاس نمایی آماری با استفاده از مدل SDSM خروجی مدل تغییر اقلیم canESM2 ایستگاه سینوپتیک اهواز براساس مدل های گزارش پنجم هیات بین الدول تغییر اقلیم و تحت سناریوهای جدید انتشار و پیش بینی های آتی در سه بازه زمانی 2040-2010، 2070-2041 و 2100-2071 در مقایسه با دوره پایه2005 -1961 استفاده شد. مشاهدات روزانه بارش، دمای متوسط، حداقل و حداکثر برای دوره 2005-1961 به عنوان ورودی وارد مدل شد. با در نظر گرفتن سناریوهای تغییر اقلیم (RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5)برای دوره های آتی تغییر اقلیم مورد نظر، مورد ارزیابی قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج خروجی مدل ریزمقیاس نشان داد که در دوره های آینده دما در ایستگاه اهواز بر اساس سه سناریوی مورد بررسی افزایش و بارش در سه سناریوی مورد بررسی برای هر سه دوره کاهش خواهد یافت. این میزان طی سناریوهای مختلف متفاوت است. کمترین افزایش دما در ماه ژوئن به میزان 95/0 درجه سانتی گراد طی سناریو RCP8.5 و بیشترین آن به میزان 96/3 در ماه سپتامبر و طی سناریو RCP4.5 به وقوع می پیوندد. کمترین افزایش سالانه متوسط دما به میزان 96/1 درجه طی سناریوی RCP8.5اتفاق می افتد و بیشترین افزایش سالانه متوسط دما به میزان 57/2 درجه طی سناریوی RCP4.5 اتفاق می افتد که تفاوت اندکی با سناریوی 6/2 دارد. دمای متوسط در ایستگاه اهواز طی سالهای 2070-2041 نسبت به دوره پایه 2005-1961 افزایش نشان داد این میزان طی سناریوهای مختلف متفاوت است. کمترین افزایش دما در ماه دسامبر به میزان 13/3 درجه سانتی گراد طی سناریو RCP2.6 و بیشترین آن به میزان 57/5 در ماه سپتامبر و طی سناریو 5/4 به وقوع می پیوندد. کمترین افزایش سالانه متوسط دما به میزان 18/3 درجه طی سناریوی 6/2 اتفاق می افتد و بیشترین افزایش سالانه متوسط دما به میزان 65/4 درجه طی سناریوی 5/8 اتفاق می افتد که تفاوت اندکی با سناریو 5/4 دارد. دمای متوسط در ایستگاه اهواز طی سالهای 2099-2071 نسبت به دوره پایه 2005-1961 افزایش نشان داد. کمترین افزایش دما در ماه ژانویه به میزان 58/1 درجه سانتی گراد طی سناریو ار سی پی 6/2 و بیشترین آن به میزان 62/6 در ماه اکتبر و طی سناریو 5/8 به وقوع می پیوندد. کمترین افزایش سالانه متوسط دما به میزان 27/4 درجه سانتی گراد طی سناریو 6/2 اتفاق می افتد و بیشترین افزایش سالانه متوسط دما به میزان 99/5 درجه طی سناریوی 5/8 اتفاق افتاد.

    نتایج

    آب مورد نخیلات با استفاده از نرم افزار کراپ وات 8 در نشان داد که آب مورد نیاز نخیلات در سالهای 2040-2011 در اهواز طی سناریو (RCP2.6) به میزان 4/0 درصد کاهش و تحت دو سناریو دیگر به میزان 5 تا 8 درصد افزایش یافت. آب مورد نیاز نخیلات جهت سالهای 2070-2041 به میزان 15 تا 19 درصد و در سالهای 2099-2071 به میزان 25 تا 28 درصد افزایش نشان داد. نتیجه گیری: با توجه به افزایش درجه حرارت و کاهش میزان بارندگی در دوره های آتی، نیاز آبیاری نخیلات در منطقه اهواز افزایش خواهد یافت.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، نخل خرما، نیاز آبی
  • نادر سلامتی*، امیرخسرو دانایی، لیلا بهبهانی صفحات 155-171
    سابقه و هدف

    تنش خشکی مهم ترین عامل محیطی محدودکننده رشد و نمو گیاهان در کل دنیا است به طوری که کاهش رشد در اثر تنش خشکی بیش تر از سایر تنش های محیطی گزارش شده است. کنجد به دلیل تحمل به خشکی و گرما اهمیت بسیاری در توسعه کشاورزی مناطق خشک و نیمه خشک در کشت تابستانه دارد. هدف از اجرای این تحقیق بررسی تاثیر تنش خشکی از طریق اعمال سطوح مختلف آبیاری قطره ای نواری و شناسایی رقم برتر بر اساس شاخص های تنش بود.

    مواد و روش ها

    به منظور بررسی شاخص های تنش خشکی در روش آبیاری قطره ای نواری بر عملکرد و اجزای عملکرد دانه، عملکرد روغن، درصد روغن دانه و کارآیی مصرف آب دانه آزمایشی در سال زراعی 98-1397 در ایستگاه تحقیقات کشاورزی بهبهان اجرا گردید. آزمایش به صورت کرت های یک بار خرد شده در قالب بلوک های کامل تصادفی با 3 تکرار اجرا شد. فاکتور اصلی شامل مقدار آب در آبیاری قطره ای نواری در چهار سطح 40، 60، 80 و 100 درصد نیازآبی از شروع مرحله گلدهی و فاکتور فرعی شامل رقم در دو سطح شامل ارقام محلی بهبهان و شوین بود. برای مقایسه آماری نتایج اندازه گیری و محاسبه شده از ضرایب همبستگی پیرسون برای تمام پارامترهای اندازه گیری یا محاسبه شده استفاده گردید.

    یافته ها

    مقایسه میانگین کارایی مصرف آب در اثرات متقابل آبیاری و رقم نشان داد تیمار 100 درصد نیاز آبی و رقم محلی بهبهان با کارایی مصرف آبی معادل 222/0 کیلوگرم بر مترمکعب دانه کنجد، تیمار برتر بود. میانگین آب مصرفی در یک سال انجام آزمایش در تیمارهای 40، 60، 80، 100 درصد نیاز آبی و تیمار شاهد (آبیاری سطحی) به ترتیب برابر 0/35، 4/41، 8/47، 2/54 و 1/65 سانتی متر آب بودند. نتایج ضریب همبستگی پیرسون بیش ترین میزان همبستگی وزن هزار دانه به میزان 9305/ با شاخص عملکرد دانه را نشان داد که بیانگر نقش موثر افزایش وزن هزار دانه در بالارفتن عملکرد دانه می باشد. به دلیل زیاد بودن مقادیر شاخص های SSI و TOL در رقم محلی بهبهان نسبت به رقم شوین و نیز کم بودن شاخص های STI، MP، GMP، HM، YI و YSI در رقم فوق نسبت به رقم مزبور می توان رقم محلی بهبهان را از نظر تنش خشکی به عنوان تیمار برتر معرفی نمود. نتیجه گیری: افزایش ارتفاع بوته با همبستگی بسیار معنی داری موجب روند افزایشی تعداد دانه در کپسول گردید. بیش ترین همبستگی معنی-دار تعداد دانه در کپسول به عنوان یکی از اجزای مهم عملکرد با ارتفاع بوته و ارتفاع بوته با حجم آب مصرفی، نشان دهنده نقش بسیار مهم مدیریت بهینه ی کم آبیاری در محصول کنجد است. عملکرد تحت تنش رقم محلی بهبهان نسبت به رقم شوین، به عملکرد تیمار فاقد تنش نزدیک تر بوده و همین عامل در افزایش شاخص TOL در رقم محلی بهبهان نسبت به رقم شوین موثر بوده است. رقمی مقاوم به تنش خشکی است که رقم ضریب همبستگی شاخص TOL آن منفی تر شده است.

    نتایج

    ضریب همبستگی نشان داد شاخص MP غیر حساس-ترین شاخص تنش برای معرفی تیمارهای تحت تنش و شاخص TOL مقاوم ترین شاخص به تغییرات تنش می باشد. شاخص TOL دو رقم مورد بررسی را بر اساس تغییرات عملکردشان گروه بندی می کند. هرچه میزان تغییرات کم تر باشد، رقم ثبات بیش تری در شرایط تنش نشان داده و متحمل خواهد بود.

    کلیدواژگان: وزن هزار دانه، کارایی مصرف آب، رقم، تبخیر و تعرق
  • حسینعلی علیخانی*، جمال کریمزاده، حسن اعتصامی صفحات 173-189
    سابقه و هدف

    امروزه لزوم پرداختن به تولید محصولات کشاورزی استراتژیک مانند گندم در محیط های تحت تنش جهت دست یابی به حداکثر پتانسیل برای تامین غذا ضرورتی انکار ناپذیر می باشد. باکتری های سودوموناس فلورسنت از مهم ترین ریزوباکتری‎های مفید خاکزی هستند که با داشتن خصوصیات محرک رشدی متعدد عملکرد گیاهان را افزایش می دهند.

     

    مواد و روش

    این پژوهش به منظور غربالگری 15 جدایه باکتری سودوموناس فلورسنت از خاک ریزوسفری گیاه گندم دیمزار از نظر خصوصیات محرک رشدی مثل توان تولید آنزیم 1- آمینوسیکلو پروپان-1- کربوکسیلیک اسید- دآمیناز ACC)- دآمیناز)، ایندول-3- استیک اسید (IAA)، سیدروفور، حلالیت فسفات های نامحلول معدنی (TCP) و هیدروژن سیانید (HCN)(در شرایط شوری و غیر شور)، مقاومت به شوری و خشکی اعمال شده با پلی اتیلن گلیکول (با پتانسیل های اسمزی 5-، 10- و 15- بار) صورت گرفت.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که همه 15 جدایه دارای توانایی رشد در سطوح مختلف خشکی بودند. در سطح شوری 4 و 10 درصد نمک سدیم کلرید نیز به ترتیب 10 و 2 جدایه توانایی رشد را داشتند. همچنین تمامی این جدایه‎ها توان انحلال TCP و تولید آنزیم -ACC دآمیناز،IAA ، سیدروفور و 9 جدایه توانایی تولید HCN را داشتند. در حضور شوری 4 درصد نمک همه جدایه‎ها قابلیت انحلال TCP، تنها 8 جدایه توان تولید آنزیم ACC- د‎آمیناز، 13 جدایه توان تولید IAA، 6 جدایه توان تولید سیدروفور و 4 جدایه نیز دارای توانایی تولید HCN بودند. در این تحقیق دو جدایه باکتری ریزوسفری (Rh10 و Rh9) به عنوان جدایه‎های برتر انتخاب و شناسایی شدند. شناسایی توالی ژن 16S rRNA این جدایه‎ها نشان داد که مشابهت نزدیکی با سویه‎های Pseudomonas helmanticensis OHA11 و Pseudomonas baetica a390 دارند.

    نتیجه گیری

    با توجه به اینکه مجموعه قابل ملاحظه‎ای از سودوموناس‎های فلورسنت جداسازی شده از ریزوسفر گندم دیمزار در این تحقیق توانستند در شوری 4 درصد به خوبی رشد کنند و بعلاوه باکتری‎های مورد مطالعه در سطوح مختلف تنش خشکی، در فشار اسمزی 15- بار یا 62/37 درصد پلی اتیلن گلیکول(PEG 6000) توانایی رشد داشتند، ضمنا این باکتری‎ها علاوه بر مقاومت به شوری و خشکی قادر به تولید مولفه های تحریک رشد گیاه(PGPs) در شرایط شور و غیر شور بودند. به ویژه اینکه نتایج به دست آمده در این پژوهش نشان داد که بعضی از جدایه های بومی خاک های دیمزار کشور توانایی تولید آنزیم ACC - دآمیناز را داشتند البته در تنش شوری 4 درصد نمک سدیم کلرید این توانایی به‎ طور چشمگیری کاهش (6/46 درصد) یافته و حتی در بعضی از جدایه ها تولید این آنزیم متوقف شد. لذا بر اساس نتایج این تحقیق می توان بیان کرد که خاک ریزوسفری گندم دیمزارها می تواند منبع مناسبی برای جداسازی باکتری های سودوموناس فلورسنت باشد که برخی از این جدایه‎ها نیز توانایی حفظ ویژگی های محرک رشدی خود را در شرایط شور دارند. علاوه بر این، از آنجایی که در شرایط دیم مصرف کودهای شیمیایی موجب افزایش مضاعف شوری خاک می گردد استفاده از چنین باکتری هایی (سودوموناس های حل کننده فسفات) می تواند برخی از محدودیت های تولید گندم در دیمزارها را کاهش دهد. با این وجود کاربرد آن ها به عنوان کود زیستی نیازمند آزمون‎های گلخانه‎ای و مزرعه‎ای بیشتر می‎باشد.

    کلیدواژگان: فسفات های نامحلول، ACC- دآمیناز، مقاوم به شوری و خشکی، دیمزار، ریزوباکتری های محرک رشد گیاه
  • داود داود مقامی*، حسین بانژاد، سیداسدالله محسنی موحد، جواد مظفری صفحات 191-206
    سابقه و هدف

    سرریزها به طور گسترده ای برای اندازه گیری جریان، انحراف آب و کنترل جریان در کانال های باز استفاده می شوند. تاکنون غالب سرریزهای استفاده شده در بندهای انحرافی به صورت خطی بودند. در این پ‍ژوهش سعی شده است تا با تغییر در بزرگنمایی سرریز، تاثیر این تغییرات بر روی خصوصیات رسوب انتقال یافته در کانال اصلی و کانال آبگیر مورد بررسی قرار گیرد.

    مواد و روش ها

    آزمایش های تحقیق صورت گرفته در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه بوعلی سینا انجام گردید. آزمایش ها در فلوم به طول 10 متر، عرض 83 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر انجام شد. سازه های سرریز، دریچه و کانال آبگیر با متعلقات و مخزن جمع آوری رسوبات نیز طراحی و به مجموعه اضافه شد. برای انجام آزمایش ها از ذرات رسوبی غیر چسبنده با دانه بندی تقریبا یکسان و با قطر متوسط 35/0 میلی متر استفاده گردید. آزمایش ها با لایه ای از رسوبات با ضخامت 4 سانتی متر و با شیب 002/0 و در دو دبی 40 و 60 لیتر بر ثانیه صورت گرفت. در ابتدا دریچه آبگیر و دریچه تخلیه رسوب بسته بودند و جریان با دبی کم وارد فلوم گردید تا از روی سرریز عبور کرد. سپس دبی تا 60 و یا 40 لیتر در ثانیه افزایش یافت. در ادامه دریچه ها به اندازه مطلوب باز شده و آزمایش ها برای مدت زمان معینی صورت گرفت. سپس رسوبات وارده به کانال آبگیر و همچنین رسوبات جمع شده در مش انتهای کانال اصلی جمع آوری، خشک و توزین شده و غلظت رسوبات ورودی به کانال آبگیر و همچنین پایین دست مجرای تخلیه رسوب محاسبه گردید.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که با افزایش دبی از 40 لیتر به 60 لیتر غلظت رسوبات وارده به کانال آبگیر در آبگیری نسبی برابر افزایش می یابد. افزایش بزرگنمایی سرریز نیز باعث افزایش غلظت رسوبات وارده به کانال آبگیر در آبگیری نسبی برابر می-شود. افزایش آبگیری نسبی و همچنین افزایش دبی نسبی مجرای تخلیه رسوب نیز باعث افزایش غلظت رسوبات وارده به کانال آبگیر می شود. موارد گفته شده در خصوص مجرای تخلیه رسوب نیز صادق است. بدین مفهوم که افزایش بزرگنمایی، افزایش دبی، افزایش دبی نسبی آبگیری و همچنین افزایش دبی نسبی مجرای تخلیه رسوب، باعث افزایش غلظت رسوب ورودی به مجرای تخلیه رسوب می شود.

    نتیجه گیری

    افزایش بزرگنمایی باعث کاهش هد جریان و همچنین کاهش عمق جریان در بالادست شده و در نتیجه سرعت برشی جریان افزایش می یابد که باعث انتقال بیشتر رسوبات به سمت پایین دست و در نتیجه به سمت کانال آبگیر می شود. افزایش بازشدگی دریچه آبگیر و به تبع افزایش دبی آبگیری نیز باعث افزایش غلظت رسوبات وارده به کانال آبگیر می شود. با این حال افزایش بزرگنمایی و همچنین افزایش دبی نسبی مجرای تخلیه رسوب در راندمان غلظت رسوبات ورودی به آبگیر (نسبت غلظت رسوب کانال آبگیر به غلظت رسوبات منتقل شده در کانال اصلی) تاثیر چشمگیری ندارد.

    کلیدواژگان: سرریز، بزرگنمایی، رسوب، آبگیر، بند انحرافی
  • فرشته علیمرزایی، مریم آذرخشی*، آرش ملکیان، محمد رستمی خلج صفحات 207-222
    سابقه و هدف

    شبیه سازی جریان زیرزمینی به منظور پیش بینی سطح ایستابی، در مطالعات هیدروژئولوژی و مدیریتی، احداث سازه ها، مصارف کشاورزی و دسترسی به آب های زیرزمینی با کیفیت بالا از اهمیت بسزایی برخوردار است. در دهه های اخیر به سبب پیچیدگی و ویژگی های غیر خطی سیستم های آب زیرزمینی، مدل های هوش مصنوعی برای شبیه سازی آبخوان ها مورد آزمایش قرار گرفته اند. هدف این مطالعه مقایسه مدل های شبکه عصبی مصنوعی (پرسپترون چند لایه، تابع پایه شعاعی و نروفازی) و ترکیب آن با روش های زمین آمار برای مدل سازی سطح ایستابی دشت سرخس می باشد. بررسی مطالعات قبلی نشان می دهد، شبیه سازی سطح آب زیرزمینی با روش های هوش مصنوعی در مناطق مختلف نتایج متفاوتی ارائه کرده است .

    مواد و روش ها

    شهرستان سرخس، با پهنه ای بیش از 5 هزار کیلومترمربع در طول های جغرافیایی ′30 °60 تا ′15 °61 شرقی و عرض جغرافیایی ′55 °35 تا ′40 °36 شمالی واقع شده است. آبخوان دشت سرخس از نوع آزاد و دارای یک لایه آبرفتی می باشد. در این تحقیق از داده های سطح ایستابی 18 حلقه چاه در طول دوره آماری (1394-1370)، بارش و تبخیر پتانسیل ماهانه استفاده شد. با استفاده از روش تیسن سطح اثر ایستگاه های هواشناسی مشخص شد و داد ه های اقلیمی هر ایستگاه به چاه های واقع در پلیگون مربوطه تعمیم داده شد. مدلهای شبکه عصبی مورد استفاده شامل پرسپترون چند لایه (MLP)، تابع پایه شعاعی (RBF) و روش نروفازی (NF) یا (ANFIS) و روش های زمین آمار شامل روش کریجینگ، کوکریجینگ و روش عکس فاصله بود. 70 درصد داده های ورودی برای آموزش مدل و 30 درصد باقیمانده داده ها برای آزمایش آنها بکارگرفته شد. برای ارزیابی نتایج شبیه سازی مدلهای شبکه عصبی مصنوعی از آماره های همبستگی بین داده ها (R) ، مجذور میانگین خطای مطلق (MAE) و ضریب تبیین (R2) و برای ارزیابی روش های زمین آماری از معیارهای ارزیابی ریشه میانگین مربع خطا (RMSE) و میانگین مربعات خطا (MSE) استفاده شد.

    یافته ها

    نتایج بدست آمده نشان داد که مدل پرسپترون چند لایه نسبت به مدل های دیگر با توجه به 60/0=R2، 80/0= MAE و 77/0 R=از دقت بیشتری برخوردار است. برای تعیین بهترین مدل زمین آمار برای پیش بینی مکانی سطح ایستابی آب های زیرزمینی نتایج مدل پرسپترون چند لایه، به عنوان ورودی مدل های زمین آمار استفاده شد. نتایج نشان که روش کریجینگ با 1= RMSEو 068/0= RMSمدل بهتری برای شبیه سازی مکانی سطح آب زیرزمینی دشت سرخس می باشد و براساس آن نقشه های شبیه سازی سطح آب زیرزمینی هر سال ترسیم گردید. تحلیل نقشه های به دست آمده نشان داد بیشترین افت در قسمت شمالی منطقه می باشد و قسمت جنوبی از افت کمتری برخوردار بوده است.

    نتیجه گیری

    ترکیب مدلMLP و روش درونیابی کریجینگ، راه حلی مناسب و کم هزینه برای شبیه سازی تراز آب زیرزمینی دشت سرخس می باشد. پیشنهاد می گردد برای افزایش دقت مدل های هوش مصنوعی در صورت امکان از متغیرهای وابسته بیشتری استفاده شود. همچنین برای پیش بینی بهتر سطح آب زیرزمینی از مدل های هوش مصنوعی دیگر با الگوریتم های متفاوت استفاده شود.

    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، پهنه بندی، مدل پرسپترون چند لایه، کریجینگ
  • مهدی بحرینی، امیر فتوت*، علیرضا کریمی کارویه کریمی کارویه، رضا خراسانی، علیرضا حسین پور صفحات 223-238
    سابقه و هدف

    روی آزاد شده از خاک ریزوسفری فاکتور اصلی موثر در میزان قابلیت زیستی روی است. به منظور بررسی نحوه تاثیر فعالیت ریشه و ترشحات آن بر آزاد سازی روی در یک خاک آلوده در زمان های مختلف برداشت گیاه، آزمایشی به صورت گل خانه ای بر روی خاک آلوده به روی در سیستم رایزوباکس صورت گرفت.

    مواد و روش ها

    نمونه خاک از عمق 0-30 سانتی متر یک خاک آهکی، از مزارع کشاورزی واقع در استان زنجان برداشت شد. به منظور مطالعه تاثیر ترشحات ریشه گیاه ذرت بر رهاسازی از رایزوباکس استفاده شد. ابعاد رایزوباکس 200 در 200 در 150 میلی متر (طول، ارتفاع و عرض) در نظر گرفته شد. رایزوباکس به سه بخش از مرکز به سمت لبه رایزوباکس از سمت چپ یا راست که توسط صفحات مشبک نایلونی (300 مش) احاطه شدند، یعنی ناحیه مرکزی برای رشد گیاه (20 میلی متر)، ناحیه های نزدیک ریزوسفر (20 میلی متر) و ناحیه های توده خاک (40 میلی متر) تقسیم شد. هشت بذر در ناحیه مرکزی رایزوباکس ها کشت شدند و سپس به دو عدد تقلیل یافت. گیاهان 30، 60 و 90 روز پس از کاشت برداشت شد. این پژوهش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه سطح زمان (30، 60 و 90 روز پس از کشت) و سه ناحیه با فاصله از ریشه در سه 3 تکرار اجرا شد. سینتیک رها سازی روی در خاک توده ای و ریزوسفری توسط روش عصاره گیری متوالی با DTPA در دوره زمانی 1 تا 528 ساعت در دمای 25 درجه سانتی گراد تعیین شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که با افزایش زمان میزان روی تجمعی آزاد شده افزایش یافت. همچنین میزان روی تجمعی آزاد شده در خاک ریزوسفری در زمان 60 روز پس از کشت به صورت معنی داری نسبت به خاک های غیرریزوسفری (NR و B) به دلیل جذب گیاه کاهش یافت. بین زمان های مختلف برداشت گیاه از نظر غلظت روی تجمعی اختلاف معنی داری در هر ناحیه ریشه ای وجود داشت. میانگین روی آزاد شده از خاک ریزوسفری، متاثر از ریشه و توده ای 60 روز پس از کشت به ترتیب 5/278، 18/269، 7/259 میلی گرم بر کیلوگرم بدست آمد. مقایسه مقادیر ضریب تبیین (R2) و خطای استاندارد تخمین (SE) نشان داد که معادله های تابع توانی و مرتبه اول واکنش های آزاد سازی روی را به خوبی توصیف نموده است، به طوری که دارای بیشترین ضریب تبیین و کمترین خطای استاندارد تخمین می باشند. همچنین ضریب b معادله توانی در همه خاک ها کمتر از یک بدست آمد که نشان دهنده این است که سرعت آزاد شدن روی با زمان کاهش می یابد. بهترین مدل برای توصیف آزاد شدن روی در خاک های ریزوسفری و غیرریزوسفری، مدل توانی بود.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش نشان داد که ویژگی های روی رها شده به برآورد پتانسیل تامین روی در ریزوسفر ذرت کمک می کند که متفاوت از خاک توده ای می باشد.

    کلیدواژگان: فراریشه، DTPA-TEA، رایزوباکس، سنتیک رهاسازی، روی
  • فرشید حسینی چمنی، احمد فرخیان فیروزی*، هادی عامری خواه صفحات 239-254
    سابقه و هدف

    رطوبت خاک یکی از متغیرهایی است که با کنترل فرایند تبخیر و تعرق بر چرخه ی تبادل آب و حرارت بین زمین و اتمسفر تاثیر می گذارد. مقدار این رطوبت برای چرخه های هیدرولوژیکی، بیولوژیکی و بیوشیمیایی نیز حائز اهمیت می باشد. به کمک اطلاعات رطوبت خاک در بازه های زمانی منظم می توان درجه ی پیشرفت خشکسالی را در مناطق با آب و هوای خشک تعیین کرد. همچنین پایش مستمر رطوبت خاک مناطق کشاورزی، به برنامه ریزی آبیاری محصولات به شکلی موثر کمک می کند. از رطوبت خاک همچنین برای شناسایی مناطق آتش خیز جنگل ها استفاده می شود. بنابراین پایش رطوبت خاک در هر منطقه و در مقاطع زمانی مختلف امری مهم می باشد. با توجه به عواملی مانند عدم یکنواختی در ویژگی های فیزیکی خاک، توپوگرافی، پوشش زمین، تبخیر و تعرق و میزان بارش، رطوبت خاک به عنوان عاملی متغیر در بازه های مکانی و زمانی شناخته می شود. بنابراین استفاده از روش های سنتی تعیین رطوبت خاک (مانند روش وزنی و میله ی نوترون) برای درک رفتار مکانی و زمانی این متغیر در سطوح وسیع مناسب نمی باشد. برای رفع این مشکل در دو دهه ی گذشته تکنولوژی سنجش از دور (به خصوص در حوزه ی مرئی/مادون قرمز نزدیک و حرارتی) به طور گسترده برای تخمین غیرمستقیم رطوبت خاک مورد استفاده قرار گرفته است. هدف از انجام این پژوهش، برآورد رطوبت خاک سطحی با استفاده از شاخص های نرمال شده رطوبت (NDMI)، پوشش گیاهی نرمال شده(NDVI) و دمای سطح زمین (LST) بوده است.

    مواد و روش ها

    بدین منظور تصاویر ماهواره لندست 8 همزمان با نمونه برداری زمینی تهیه شدند. نمونه ها به آزمایشگاه منتقل و رطوبت خاک نمونه ها (تعداد 45 نمونه) به روش وزنی اندازه گیری شد سپس با استفاده از نرم افزارهای تخصصی ArcGIS شاخص های مورد نظر برآورد شد و مقادیر این شاخص ها برای اجرای رگرسیون آماری به نرم افزار SPSS منتقل و آنالیزهای آماری بین شاخص های نرمال شده رطوبت (NDMI)، پوشش گیاهی نرمال شده(NDVI) و دمای سطح زمین (LST) و رطوبت خاک اندازه گیری انجام شد. سپس تابع انتقالی برآورد رطوبت خاک به روش رگرسیون خطی چندگانه بدست آمد. این پژوهش در منطقه دهدز از توابع شهرستان ایذه استان خوزستان انجام شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد بین مقادیر رطوبت خاک سطحی با شاخص های (NDMI) ، (NDVI) و (LST) همبستگی (78%) وجود دارد. همچنین نتایج صحت سنجی تابع انتقالی برآورد رطوبت خاک نیز نشان داد که این تابع با ضریب جرم باقی مانده (CRM) 001/0- قادر به پیش بینی رطوبت خاک سطحی است، این مقدار اندک این شاخص آماری، نشان دهنده دقت زیاد مدل پیشنهادی برای برآورد رطوبت خاک سطحی می باشد.

    نتیجه گیری

    نتیجه این پژوهش در قالب توابع انتقالی و نقشه رطوبتی خاک ارائه شده است. نقشه رطوبت خاک شبیه سازی شده به وسیله این مدل قادر است 78 درصد تغییرات رطوبت خاک را در منطقه پیش بینی کند.

    کلیدواژگان: رطوبت خاک، تابع انتقالی، NDVI، LST، NDMI
  • حسن رضایی*، رقیه مطلبی، سید علی اکبر هدایتی، علی کرد رستمی صفحات 255-267
    سابقه و هدف

    اهمیت آب به عنوان بستر حیات بر هیچ کس پوشده نیست. تنگناهای ناشی از افزایش جمعیت و فشار بر منابع آب ضرورت حفاظت از این منابع را پیش آورده است. در سال های اخیر خشکسالی های پی در پی، افزایش بیش از حد جمعیت، افزایش صنایع و آلودگی های ناشی از آن اهمیت منابع آبی در کشور ایران که یکی از کشورهای خشک و نیمه خشک جهان محسوب می شود را دو چندان کرده است. یکی از متداول ترین آلاینده های آب ترکیبات نفتی هستند. بنزن یک ترکیب آروماتیکی با فرمول C6H6 است. این ماده بسیار سمی و سرطان زا بوده و یکی از آلاینده های موجود در پساب های پالایشگاهی است. مصارف اولیه آب در صنایع در سال های اخیر موجب تغلیظ و افزایش سمیت پساب ها شده است. دفع نامناسب این قبیل پساب ها و عدم کاهش آلاینده های موجود در آن ها مشکلات محیط زیستی فراوانی را به وجود آورده است. بدین منظور، هدف از انجام این مطالعه سنتز یک نانو جاذب متخلخل با استفاده از کیتوزان به عنوان یک جاذب ارزان قیمت و سازگار با محیط زیست برای حذف بنزن از محلول های آبی و پاک سازی آب های آلوده است.

    مواد و روش ها

    برای ساخت نانو ذرات کیتوزان از پودر کیتوزان ساخت شرکت سیگما آلدریچ و محلول استیک اسید 1% استفاده شد. اثر پارامترهای مختلف pH، غلظت اولیه محلول بنزن، دوز جاذب و زمان تماس مورد بررسی قرار گرفت. مقادیر غلظت بنزن توسط دستگاه اسپکتروفتومترUV-Vis Array مدل Photonix Ar 2015 در طول موج 254 نانو متر تعیین و با استفاده از نرم افزار Excel و Spss آنالیز گردید.

    یافته ها

    با توجه به نتایج مقدار بهینه جذب بنزن در pH برابر 4 به دست آمد. با افزایش یا کاهش pH محلول، کارایی حذف بنزن کاهش یافت. همچنین با افزایش زمان تماس از 5 تا 120 دقیقه، کارایی حذف بنزن از 85/96 به 28/89 درصد کاهش یافت. با افزایش غلظت اولیه بنزن، راندمان حذف دارای روند صعودی بوده و بیشترین مقدار درصد حذف در غلظت 70 میلی گرم بر لیتر برابر با 57/78 درصد به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد با افزایش دوز جاذب راندمان حذف بنزن روند نزولی داشته و بیشترین میزان درصد حذف در دوز جاذب 01/0 گرم برابر با 85/82 درصد به دست آمد. در شرایط بهینه بیشترین میزان درصد حذف بنزن 85/96 درصد تعیین شد.

    نتیجه گیری

    یافته های تحقیق نشان داد که جاذب نانو کیتوزان کارایی بالایی در جذب بنزن از محلول های آبی دارد. با توجه به این که نانوکیتوزان منشاء طبیعی دارد، می توان از آن به عنوان یک جاذب سازگار با محیط زیست و ارزان قیمت نسبت به سایر جاذب ها برای حذف ترکیبات آروماتیک از محلول های آبی استفاده کرد..

    کلیدواژگان: بنزن، جذب سطحی، محلول های آبی، نانو کیتوزان
  • زهرا وارسته خانلری*، احمد گلچین، سید عبدالله موسوی کوپر، پریسا علمداری صفحات 269-282
    سابقه و هدف

    بررسی پارامترهای بیولوژیکی کیفیت خاک به منظور ارزیابی مدیریت زمین و پایداری سیستم های کشاورزی مورد استفاده، بسیار مفید است. برای این منظور ویژگی های بیولوژیکی کیفی خاک که به کشت و کار حساس هستند مورد اندازه گیری و ارزیابی قرار می-گیرند. هدف از مطالعه حاضر بررسی تغییرات بیولوژیک کیفیت خاک جنگلی پس از تبدیل به شالیزار، تعیین حساس ترین این پارامترها به آشفتگی یک اکوسیستم و ایجاد حداقل مجموعه داده از این پارامتر ها با استفاده از روش تجزیه عامل ها بود.

    مواد و روش ها

    برای انجام این پژوهش ایستگاه تحقیقاتی صنوبر در استان گیلان انتخاب شد. نمونه های خاک از دو کاربری جنگل طبیعی و شالیزار مجاور آن ها در 5 عمق (20-0، 40-20، 60-40، 80-60 و 100-80 سانتی متر) برداشت گردید. داده های این پژوهش به صورت یک آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. فاکتورهای مورد بررسی شامل نوع کاربری اراضی در دو سطح و عمق خاک در پنج سطح بود که در سه تکرار مورد مطالعه قرار گرفت. لذا تعداد تیمارهای آزمایش 10=2×5 عدد که با لحاظ نمودن تعداد تکرارها در مجموع 30 واحد آزمایشی، جامعه آماری آزمایش را تشکیل داد. در نمونه ها تنفس میکروبی، درصد معدنی شدن کربن، کربن زیست توده میکروبی، کسر میکروبی و ضریب متابولیکی اندازه گیری و شاخص حساسیت برای هر ویژگی محاسبه گردید. مقایسه میانگین پارامترها با آزمون دانکن و تجزیه عاملی به روش تجزیه به مولفه های اصلی انجام گرفت.

    یافته ها

    نتایج این مطالعه نشان داد با تغییرکاربری اراضی از جنگل بکر به شالیزار به طور میانگین در کل خاکرخ نسبت معدنی شدن کربن (28 درصد) و ضریب (کسر) متابولیکی (21 درصد) افزایش یافت. درحالی که وزن زیست توده میکروبی (61 درصد)، تنفس میکروبی (39 درصد) و تنفس پایه (49 درصد) کاهش یافت. شاخص حساسیت (SI) نشان داد که در بین پارامترهای بیولوژیکی، زیست توده میکروبی در مقایسه با سایر پارامترها به تغییر کاربری اراضی حساس تر بود. استفاده از تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی (PCA) در این مطالعه نشان داد که دو عامل تقریبا بیش از 70 درصد واریانس را در مقادیر زیست توده میکروبی و درصد معدنی شدن کربن و بیش از 60 درصد واریانس را در مقادیر معدنی شدن کربن، تنفس پایه و کسر (ضریب) متابولیکی توجیه کرد. این پارامترها بیش ترین برآورد اشتراکی بودن را نشان می دهند و کسر میکروبی کم ترین اهمیت نسبی در بین تخمین مقادیر اشتراک را نشان داد.

    نتیجه گیری

    تغییر کاربری از جنگل بکر به اراضی شالیزاری تاثیر نامطلوب روی پارامترهای بیولوژیکی کیفیت خاک داشت. این امر موجب کاهش سلامت خاک و پتانسیل ترسیب کربن در خاک می شود. بنابراین ادامه کشت و کار در این اراضی تخریب خاک را تشدید نموده و در صورت توقف کشت و کار زمان بهبود (Recovery time) و زمان احیا (Resilience time) طولانی تر می شود.

    کلیدواژگان: تغییر کاربری، زیست توده میکروبی، ضریب (کسر) متابولیکی، معدنی شدن کربن آلی، تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی (PCA)
|
  • Mahdieh Janbaz * Pages 1-29
    Background and objectives

    Rivers discharge variations, variable rainfall regimes and drought are important reasons for using the water resource management tools in multi reservoir operation. Heuristic optimization methods can be used with different fitness functions; they can be applied for a wide range of water resource management problems specially reservoirs operation systems. Gravitational search algorithm (GSA) is an evolutionary optimization algorithm based on the law of gravity and mass interactions. In this paper, the ability of this algorithm is investigated for solving the well-known benchmark functions, hydropower-reservoir and ten-reservoir operation system.

    Materials and methods

    For the verification of new evolutionary algorithm, three well-known benchmarks of Bukin6, Rosenbrock, and Sphere were optimized with gravity search algorithm and the results were compared with the outcome of well-developed genetic algorithm (GA) and global optima solutions. Then, hydropower-reservoir operation of Karon4 reservoir was optimized with GSA and compared with the results of GA and global solutions. The global solution was obtained from linear programing solving method by using Lingo software. Finally, the ability of GSA was investigated in large scale water resource management problems. In this regard a ten-reservoir system operation was optimized with both GSA and GA and their results were compared with the global solution. It should be noted that the results were reported in different ten runs for three types of problems to ensure that the results are true. Also the function evaluation values of GSA and GA were equal for all optimization problems.

    Results

    The ability of GSA in optimizing of different types of problems are demonstrated with showing the solving results of well-known benchmark functions. The results of Bukin6, Rosenbrock and Sphere problems were close to global optima solutions compared with the outcome of the well-developed genetic algorithm results (GA). In single-reservoir hydropower operation, the average values of the objective function were equal 1.218 and 1.746 with the GSA and GA, respectively. The global solution equals to 1.213. Over all, the mean optimum solutions in GSA are better than that of obtained for GA in hydropower-reservoir and ten-reservoir operation problems about 44% and 8% respectively.

    Conclusion

    The results demonstrated the applicability and efficiency of the proposed algorithm in solving the well-known benchmark functions and water-resource optimization problems such as hydropower-reservoir and ten-reservoir operation systems. It is indicated that GSA solutions in different runs are close to the global optima and the algorithm is converged more rapidly than the genetic algorithm.

    Keywords: gravity search algorithm, operation optimization, well-known benchmark functions, hydropower-reservoir, ten-reservoir system
  • Mahdi Jafari, Hossein Khozeymehnezhad *, Yousef Ramezani Pages 31-51

    Submerged vanes technique has been used for strengthening river bed, protection of river banks, decreasing erosion in the river bend, preventing penetration of river bed sediments to intake structures, correcting river cross section in the adjacent bridge bases. In the present research using an experimental model by changing different parameters related to submerged vanes, the way of transferring bed load was examined in a separate section. The objective of this research is examination of the effect of submerged vanes on load convey in a separate section. For this purpose, the middle part of the flume was considered for creating separated and broadened section. From the beginning of the flume 0.7 meter with original width of the flume was considered as slowing down current for establishing a uniform current. After that, two glass boxes with 4 meters length, 0.075 meters width were used for decreasing flume width in higher part of the experimental cross section. Then 1.5 meter length with original width of flume was considered as experimental cross section. From the end of the experimental section to the end of the flume, the conditions of the upstream canal were repeated. After finishing experiment, the rate of sediment progression is recorded in experimental section. Also after finishing experiment, the experimental section is drained and using laser meter device in a 5×3 matrix, the topography of the sediments in experimental section is set. In these experiments, dimensions, angle, arrangement and length distance of submerged vanes change and its effect on vane performance were examined. Examining the effect of vane dimensions on how to transfer bed load indicated that by increasing submerged vane dimensions, submerged vane performance parameter is also increased. So that it increased from 10 to 46 percent with increasing the dimensionless length from 0.19 to 0.38 in dimensionless height of 0.31. By increasing the ratio of the dimensionless length, the width distance between vanes is decreased and causes increase in effect domain of whirling currents and this causes whirling movement of sediments around submerged vanes and not forming sediment beds. This causes dispersion and accumulation of sediments around submerged plane and decreases the speed of transferring bed load. For detecting vane performance in different arrangements, eight experiments were conducted. submerged vane performance parameter was higher than zero in all arrangements indicates decreasing bed load transfer and also decreasing bed load progression distance in experimental cross section relation to the observing state. the more number of vanes in Z and parallel arrangement and influence of vortex flows cause that sediment transport velocity is decreased. Generally, experiment parameter varies between 7 to 25 percent. For detecting the effect of installation angle on submerged vanes performance, experiments included six angles. Results indicated that all of the installation angles have positive performance and the submerged vanes in 90 degrees in relation to approaching current showed the highest performance than other installation angles of submerged vanes that was 23 percent. In general, we can conclude that installation of submerged vanes in experimental phase causes change in progression velocity of sediments and change in sediment distribution pattern. Also the results indicated that increasing dimensions of submerged vanes causes decrease of sediment transfer and increase of sediment accumulation around the first row vanes. According to the results of arrangements, in convergent arrangement with 30 degrees to approaching current, the submerged vanes indicated the best performance. Also chess arrangement because of its rather high width distance in double rows of the vanes has not satisfactory performance.

    Keywords: bed load, widening, river, Submerged Vanes, physical model
  • Mostafa Salehi *, Zabihollah Khanitemeliyeh, Navid Parchami, Zaher Ahmadpour Pages 53-73
    One of the important issues in water quality management is the determination of thermal layering followed by nutritional levels in reservoirs of dams and other water structures. Determining the thermal layering using qualitative models. In choosing a water quality model, there should be an exchange between the complexity of the model, the reliability, the cost of operation and the time available. Determining the parameters of a nutritional index such as total phosphorus and total nitrogen concentration in the lake, the average and maximum chlorophyll a concentration, and the amount of dry algae using these equations requires minimum quality data and less time and cost compared to complex modeling The computer required .In this study, the water quality of the Mahabad dam in West Azarbaijan province, using the CE-QUAL-W2 model, efficient software in the field of reservoir analysis and examination of water reservoirs and lakes analyzed. According to the results, the Mahabad Dam reservoir has a relatively robust summer layering, which began last in April and reaches its peak in August, with the onset of autumn and at the same time as the amount of radiation entering the reservoir of layering has been formed. It also leads towards mixing so that in December, the complete mixing takes place in the reservoir. In terms of total concentration of total soluble solids (TDS), it can be said that the trend towards depth changes is rising, so that the maximum concentration is throughout the year at the bottom of the reservoir. The changes in dissolved oxygen relative to the depth of water in the reservoir are also reducing; these changes start from June and continue until last summer so that the concentration of dissolved oxygen in the substrate will drop to zero, which eventually produces a color And the unpleasant odor is in the reservoir. Mahabad storage dam is a dike dam on the Mahabad river, west of Mahabad city in the West Azerbaijan province. Mahabad Dam has a trifling capacity of 197 million cubic meters and 172 million cubic meters of useful capacity which in addition to supplying drinking water to Mahabad, causes under its coverage over 12 thousand hectares of agricultural land in the city. The dam also has a hydroelectric power plant. Construction began in 1968 and the dam was completed in 1970. In this research, a two-dimensional CE-QUAL-W2 model was used to simulate nutritional (eutrophic) in Mahabad dam. Then the geometry of Mahabad dam reservoir is introduced. To do this, using the topographic maps of the dam reservoir and the AutoCAD software, we produced cross-sectional profiles along the reservoir's line at specified intervals and obtained information by measuring the profiles at depths of two meters in depth. Come into the depth gauge . To investigate the sensitivity analysis, the following items were used: 1. Windscreen coefficient (WSC) 2. Light-to-water penetration coefficient (EXH2O) 3.Temperature Sedimentation Coefficient (TSED) 4. Solar absorption coefficient (BETA) 5. Viscosity coefficient of vortex Horizontal (AX); Horizontal Swing Diffuser (DX); Friction Coating Friction (FRICC).
    Keywords: Mahabad Dam, quality, Layering, CE-QUAL-W2
  • Esfandyar Abbas Novinpour *, Mahsa Mohammadhoseinzadeh, Hossein Rezaie Pages 75-93
    Background and Objectives

    The most distinguished effect of dams is change in the hydrologic regime of its downstream areas, which can be attributed to permanent supply flow and changes in the level of groundwater. The assessment of groundwater level changes is an important issue in analyzing hydrogeological time series of aquifers. Considering the different performance of effective factors in budget and hydrology in the catchment area of ShahreChay plain, it is necessary to review the trend analysis, which is complicated. Investigating temporal and spatial variations of groundwater levels in planning and managing sustainable water resources in arid and semi-arid regions is very importance. The purpose of this study were be to evaluation the changes in trend groundwater level of the aquifer piezometers in the ShahrChahi before and after the construction of the reservoir with the use of nonparametric methods of Mann-Kendal, the Sen's slope, Pattit, Boishand and comparind with the result of the MODFLOW software.

    Materials and Methods

    The methodology of this research was based on library, field, and statistical methods. In this study, 10 stations in ShahreChay aquifer were used to study the groundwater level changes from 15 years (1381-1396). Ground water level trend at all stations were evaluated annually and at minimum and maximum water levels of the aquifer. The groundwater model is provided using the Modflow code in the GMS software. In order to investigate the longitudinal groundwater slope changes, the Kriging method was used in GIS 10.5 software.

    Results

    Research shows that the trend of ground water level changes in the 80% of piezometers was negative and a failure occurred in the time series in 1386. At the stations closer to ShahrChay Dam, it is usually the year of jumping from 1386 to 1387. It is usually the year of jumping after 1387, 89, or 90 at far and near the riverside and far off the rivers. In Modflow software, with using piezometric wells and other studies to predict the level of groundwater level in the stable state of the dam calibration and prediction was performed. Data from June 1381 were used to prepare the model in a steady state Modflow software was used to predict the level of groundwater level in the steady state of the dam calibration and prediction. For the years 1383 to 1385, groundwater level was predicted with less error. Continuing calculations, the groundwater level of observation by 1396 is less than predicted. Also, the study of changes in 15 years isopotential lines indicates a decrease in the slope of the basin due to the lack of nutrition due to the construction of the dam

    Conclusion

    The results show the effect of reducing the surface water level caused by the dam construction. One of the reasons is the water storage in the dam at flood time. How to use the stored water in the crop season conditions that are directly used before construction the dam the flood distributed in area and causes an increase in the level of ground water that construction dam haven't been caused the recharge in the groundwater.

    Keywords: dam, groundwater level, Trend analysis Methods, MODFLOW
  • Sonia Mehri, Raoof Mostafazadeh *, Abazar Esmali Ouri, Ardavan Ghorbani Pages 95-113
    Background and objectives

    Base flow is an important component of flow hydrograph, which feeds by ground water or shallow subsurface flow, Sub surface flow and plays an important role in ecological function of a river. Identification of base flow contribution provides a basis to assess the watershed response and information on base flow availability and contributions is needed to develop water quantity and water quality management strategies in watershed scale. Also, the separation of the base of the important factors in hydrologic modeling and increase the accuracy of the model calibration in rainfall-runoff prediction. Comparison of different watersheds based on flow recession and low flow components can provide useful information regarding the storage characteristics and flow recharge. Also, the base flow contribution amount can be used in the analysis of environmental flow assessment and river flow health condition. Base flow component strongly affected by flow extraction through the flood plain wells which can be a source of uncertainty in the base flow separation by well-known numerical methods. The aim of this study was to compare graphically and recursive digital filtering techniques in base flow separation and selection of appropriate methods to estimate the base flow contribution in number of rivers over Ardebil Province.

    Materials and methods

    The base flow was estimated on daily basis using three graphical methods, including, 1) Fixed time interval, 2) Sliding time interval, 3) Local minima and six recursive digital filters including, 1) One-parameter algorithm, 2) Bughton two-parameter algorithm, 3) IHACRES three parameter method, 4) Lynne and Hollick, 5) Chapman algorithm and 6) Exponentially Weighted Moving Average methods. The results of these methods were compared with the recession analysis method as a reference. Estimated and analysis the results of base flow methods were compared for a 22-year period (1989-2011) for which stream flow data were available in 5 river gauge station in different ranges of flow rates over Ardabil Province.

    Results

    According to the results and the comparison of graphical and filtering methods of base flow separation, it was found that the accuracy of graphical methods is not acceptable (with negative and less than unity values) according to Nash-Sutcliffe efficiency criteria. Accordingly, the performance of Fixed time interval method according to Nash-Sutcliffe efficiency criteria – 0.04 did not give a good result in the study area. While, Two-parameter Boughton and One-parameter algorithms are most suitable methods in estimating the base flow component of hydrograph with 0.88 and 0.86 efficiency criteria respectively in the study area.

    Conclusion

    The results showed that graphical methods had not satisfactory results, but the digital filtering techniques based on signal processing theory had high accuracy in separating the flow hydrograph to speed and delayed components. The estimated base flow hydrographs by recursive digital filter methods showed good agreement overall with the recession analysis method. As a concluding remark, the recursive digital filters are more suitable methods in the study area with nonlinear nature complying the sequence of discharge data time series with respect to linear graphical methods. The suggested appropriate methods can be used to low flow regional analysis, hydrologic modelling and determination of the base flow contribution in daily flow hydrograph data in the study region.

    Keywords: flow separation, base flow, Graphical methods, Recursive digital filters, Daily flow hydrograph
  • Mahsa Sameti, Sayed Hossein Sanaei Nejad *, Bijan Ghahreman, Firoozeh Rivaz Pages 115-133
    Background and objectives

    Drought is one of the most complex and dangerous natural disasters that changes both in space and time. Global warming has intensified such extreme events in recent years. Thus, the use of drought indices that consider both the effects of precipitation and temperature, as well as the use of joint spatio-temporal methods, which are the extensions of spatial statistics, can probably lead to better drought monitoring and thereby increasing the accuracy of predictions. The data correlation structure is determined by the spatio-temporal covariance functions in these methods. The aim of this study is to use and compare a number of spatio-temporal variograms for predicting and spatio-temporal mapping of drought by using the 12- month SPEI index.

    Materials and methods

    In this research, the monthly rainfall and temperature data of 48 stations in the northeast of Iran during the statistical period of 1981-2012 were used to calculate the SPEI index in a 12-month time scale. The exploratory analysis of the data was studied in terms of stationarity and isotropy assumptions. The data were divided into two groups of training and experimental data of 2012. The separable, metric, sum-metric and product-sum spatio-temporal covariance functions were fitted to determine the best combination of spherical, linear and exponential variograms for each of the spatial and temporal variograms on training data. The best model was selected using the MSE and MSPE statistical criteria, and the required parameters were estimated. Finally, using spatio-temporal kriging, the experimental data were predicted, mapped, and compared with the map of the observed values. Cross-validation of spatio-temporal and purely spatial models was done via COR, ME, MAE and RMSE statistical criteria by using 25 and 47 neighborhoods.

    Results

    The test of the stationarity of spatio-temporal data showed the spatial stationary. Drawing of the average time series data showed a decreasing trend, which was modeled by a simple regression with the use of SPEI index values as dependent variable and time as an explanatory variable, and the data were detrended. The spatial variogram in four directions of 0°, 45°, 90° and 135° did not show a significant difference between the four variograms and the assumption of isotropy was therefore accepted. The separable, metric, sum-metric and product-sum models were used to determine the correlation structure of data. The comparison of models by means of MSE criteria showed that product-sum and sum-metric models have less error as compared with the other two models. Comparison of these two models in the prediction of unobserved values selected the product-sum model as the better model with the linear variogram for both the space and time via the MSPE criteria. After estimating the model parameters and using spatio-temporal kriging, the SPEI values were predicted for the experimental data and their spatio-temporal maps were plotted. The similarity of the map of the predicted values and that of observed values indicated the good performance of the model in predicting the unobserved values. Cross-validation of spatio-temporal and purely spatial models also showed that the performances of various models were very close to each other.

    Conclusion

    The results of this study showed that the product-sum spatio-temporal covariance model has a good ability to predict the unobserved values as compared to other models, and with the aid of these models, the values of the desired variable can be predicted in any spatial location and at any time scale. Also, cross-validation of the models showed that the different spatio-temporal and purely spatial models do not differ significantly from one another, and the precision of the models have not increased as compared to the purely spatial state.

    Keywords: Drought, Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index, Product-sum model, Spatio-temporal kriging
  • ABDULHAMID MOHEBI * Pages 135-153
    Background and objectives

    In the recent years, increase of temperature due to increase of greenhouse gases have led to anomaly in the Earth’ climate system. Due to the importance of climate change and its effects, and in order to plan for adaptation to climatic variations, prediction of atmospheric variables has been done by scientists using different models. The objectives of this study were to analyze the annual rainfall and temperature trends, compare the results of fifth report of Intergovernmental panel with each other and determine the changes in rainfall and temperature in future periods compared to the base period at the annual and monthly scale, and estimated water requirement of date palm in Ahwaz area.

    Materials and methods

    In this research, downscaling method was done using SDSM model by using fifth report of Intergovernmental panel on climate change (IPCC) under new emission scenarios. Climate Change models under new three models scenarios namely RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 under three future periods: near-century (2010-2040), mid-century (2041-2070) and late-century (2071-2099) were investigated and compared for Ahwaz station. Daily rainfall observations, average, minimum, and maximum temperatures for the period 1966-2001 were inputs of model.

    Results

    The results of the output of the downscaling methods showed that in the future periods, on the three scenarios studied, the temperature increase and precipitation will decrease in Ahvaz station. In the different scenarios, the lowest temperature rise was in June with 0.95 degrees Celsius under RCP 8.5 and the highest temperature rise in September with 3.96 degrees Celsius under RCP 4.5 during 2011- 2040. The lowest average annual temperature rise was 1.96 degrees Celsius under RCP 8.5 scenario and the highest average annual temperature rise was 2.57 degree Celsius under RCP 4.5 during 2011-2040. The lowest temperature rise in December with 3.13 degrees Celsius under RCP 2.6 and the highest temperature rise in September with 5.57 degrees Celsius under RCP 4.5 during 2041- 2070. The lowest average annual temperature rise was 3.18 degrees Celsius under RCP 2.6 scenario and the highest average annual temperature rise was 4.65 degree Celsius under RCP 8.5 during 2041-2070. The lowest temperature rise in January with 1.58 degrees Celsius under RCP 2.6 and the highest temperature rise in September with 6.62 degrees Celsius under RCP 8.5 during 2071- 2099. The lowest average annual temperature rise was 4.27 degrees Celsius under RCP 2.6 scenario and the highest average annual temperature rise was 5.99 degree Celsius under RCP 8.5 during 2071-2099. The results of water requirement with using CropWat 8 software at showed that the required water content in the period 2040-2011 in the scenario (RCP2.6) decreased by 0.4 and under Two other scenarios increased. The required water requirement for 2041-2070, as well as 2071-2099, increased.

    Conclusion

    Due to the increase in temperature and the decrease in rainfall during the upcoming periods, the water requirement for Date palm will increase in Ahwaz region.

  • Nader Salamati *, Amirkhosro Danaie, Leila Behbahani Pages 155-171
    Background and objectives

    Drought stress is the most important environmental factor limiting the growth and development of plants around the world, as growth retardation due to drought stress is reported more than other environmental stresses. Sesame due to its resistance to drought and heat is of great importance in the development of agriculture in arid and semi arid regions during summer planting. The purpose of this research was to investigate the effect of drought stress by applying different levels of T-Tape drip irrigation and identification of superior cultivar based on stress indices.

    Materials and methods

    In order to study and evaluate drought stress indices in drip irrigation method, yield, grain yield components, oil yield, seed oil percentage and grain water use efficiency were tested in 2018-2019 in Behbahan Agricultural Research Station. The experiment was conducted as split plots in randomized complete block design with 3 replications. The main factor included water leveles in drip irrigation at four levels of 40, 60, 80 and 100% of water requirement from the beginning of flowering stage and the sub factor including Varieties in two levels including local of Behbahan and Shevin. For comparing the results of the measured and calculated results, Pearson correlation coefficients were used for all measured or calculated parameters.

    Results

    Comparison of the average water use efficiency of irrigation and cultivar interactions showed that 100% water requirement and local of Behbahan cultivar with water use efficiency of 0.222 kg/m3 of sesame seeds were superior treatments. Average water consumption in one year of experiment was 40, 60, 80, 100% water requirement and control treatment (Surface irrigation) respectively 35.0, 41.4, 47.8, 54.2 and 65.1 cm water. The results of Pearson correlation coefficient showed the highest correlation of 1000 grain weight with 0.9305 with grain yield index, which indicates the effective role of 1000 seed weight gain in increasing grain yield.Due to the higher values of SSI and TOL indices in Behbahan's local variety compared to Shevin, and also the low rates of STI, MP, GMP, HM, YI and YSI indices in Behbahan's local cultivar, compared with Shevin , can be Behbahan's local cultivar for drought stress It was introduced as a superior treatment.

    Conclusions

    Increasing plant height significantly correlated with increasing the number of seeds per capsule. The most significant correlation between number of seeds per capsule as one of the important components of yield with plant height and plant height with consumed water volume, shows the important role of optimum management of deficit irrigation in sesame crop. The yield under tension of local Behbahan sesame variety was closer to Shevin cultivar than non-stressed yield and this factor was effective in increasing the TOL index in local Behbahan sesame variety relative to Shevin. Variety of Sesame is resistant to drought stress, and the correlation coefficient of its TOL index is more negative. The identical trend of changes in the MP index led to the introduction of this index of the most insensitive stress index and the TOL index as the most resilient indicator for stress variations. The TOL index divides the two varieties sesame according to their performance variations. The lower the variation, the variety Sesame will show more stability under stress conditions.

    Keywords: 1000-grain weight, Water use efficiency, Variety, Evapotranspiration
  • Hossein Ali Alikhani *, Jamal Karemzadeh, Hassan Etesami Pages 173-189
    Background and objectives

    Fluorescent Pseudomonads bacteria are one important group of the most important beneficial rhizobacteria that increase the growth of many plants due to having plant growth promoting (PGP) properties.

    Materials and methods

    This research was carried out to screen 15 Fluorescent Pseudomonads isolates bacteria, isolated from rhizosphere soil of dry farming wheat, in terms of PGP traits such as 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase, indole-3-acetic acid (IAA), siderophore, solubilization of inorganic insoluble phosphates (Tricalcium phosphate: TCP) and hydrogen cyanide (HCN) (under non-saline and saline conditions), salinity resistance, drought resistance using polyethylene glycol (PEG6000) (with osmotic potentials of ─5, ─10 and ─15 bar).

    Results

    All 15 isolates had the ability to grow at different drought levels. At the salinity levels of 4 and 10% sodium chloride (NaCl), only 10 and two isolates had the ability to grow. All of these isolates also had the ability to solubilize TCP and produce ACC deaminase, IAA, and siderophore, while nine isolates were positive for producing HCN. In the presence of salinity of 4% NaCl, all isolates were able to solubilize TCP, while only 8, 13, 6, and 4 isolates were able to produce ACC deaminase IAA, siderophore and HCN, respectively.

    Conclusion

    Considering the fact that a considerable amount of Pseudomonas fluorescent isolated from rhizosphere of wheat in this study were able to grow well in salinity of 4%, and also the studied bacteria at different levels of drought stress, in osmotic pressure of -15 Bar or 37.62% polyethylene glycol (PEG 6000) were able to grow. In addition to salinity and drought resistance, these bacteria were able to produce plant growth promoting components (PGPs) in the presence and absence of salinity. Specially, the results of this study showed that some native isolates of the dry farming soils of the country were able to produce the ACC-deaminase enzyme, but this ability was significantly reduced (46.6%) in salinity stress (4% sodium chloride salt) and even in some isolates the production of this enzyme was stopped. Therefore, based on the results of this study, it can be concluded that wheat rhizosphere soil of dry farming can be a suitable source for isolating Pseudomonas fluorescent bacteria, some of which have been able to maintain their growth stimulants in the presence of salt. Since, in dry conditions, the use of chemical fertilizers increases soil salinity twice, the use of such bacteria (phosphate solubilizing Pseudomonas) can reduce some of the limitations of wheat production in dry farming. However, their application as bio-fertilizer requires more greenhouse and field tests.

    Keywords: ACC deaminase, insoluble phosphate, Salinity, drought resistance, dry farming, Plant growth promoting rhizobacteria
  • Davoud Davoud Maghami *, Hossein Banejad, Seyyed Asadollah Mohseni Movahhed, Javad Mozaffari Pages 191-206
    Background and objectives

    weirs are widely used to measure flow, water deviation and flow control in open channels. So far, most of the weirs used in the diversion dams were linear. In this study, the effect of sediment properties transmitted in the main channel and intake channel has been studied by changing the magnification of the weir.

    Materials and Methods

    The research was carried out at the Hydraulic Laboratory of the Water Engineering Department of Bu-Ali Sina University. The experiments were carried out in flume lengths of 10 meters, width of 83 cm and height of 50 cm. weirs, gate and intake channels with accessories and reservoir of sediment collection were also designed and added to the collection. For testing, non-adherent sediment particles with a grain size of approximately the same size and with a diameter of 0.35 mm were used. Experiments were carried out with a layer of sediments of thickness of 4 cm and slope of 0.002 and in two discharges of 40 and 60 liters per second. At first, intake gate and sluice way was closed and a flow with a small discharge entranced until the flow passed on the weir. Then the discharge increased to 60 or 40 liters per second. Then the intake gate was opened to a certain amount and the experiments were carried out for a certain period of time. Then, the entered sediments into the intake channel and also the accumulated sediment in the mesh of the end of main channel were collected, dried and weighted, and the concentration of sediments entering the intake channel and also downstream of sluice way were calculated.

    Results

    The results showed that, in equivalent intake discharge ratio, with increasing discharge from 40 liters to 60 liters, the concentration of sediments in the intake channel increases. Also in equivalent intake discharge ratio, increasing the weir magnification increases the concentration in the intake channel. Also the increase in intake discharge ratio and the increase of the sluice gate discharge ratio, increase the concentration of sediments in the intake channel. The same applies to the sluice gate. This means that increasing the magnification, increasing discharge, intake discharge ratio and sluice gate discharge ratio will increase the concentration of sediment input to the intake channel.

    Conclusion

    Increasing the magnification reduces the flow head and also reduces the flow depth in the upstream, and as a result, the shear stress rate of the flow increases, which results in the transfer of more sediment to the downstream and, consequently, to the intake channel. Increasing the opening of the intake gate and, consequently, increasing the intake discharge rate, also increases the concentration of sediments deposited to the intake channel, However, increasing the weir magnitude and also increasing the sluice gate discharge ratio has no Significant influence on the sediment concentration ratio of the canal intake to the main channel.

    Keywords: weir, magnification, intake, Diversion dam
  • Fereshteh Ailmrzaei, Maryam Azarakhshi *, Arash Malekian, Mohammad Rostami Khalaj Pages 207-222
    Background and objectives

    Simulation of groundwater is very important in order to groundwater table prediction, hydrogeological and management studies, construction of structures, agricultural use, and access to high quality groundwater. In recent decades, artificial intelligence models have been tested for simulation of aquifers due to the complex and nonlinear properties of groundwater systems. The purpose of this study is comparison the different models of artificial intelligence (artificial neural network, multi-layer perceptron, radial basis function and neuro-fuzzy) and its composition with geostatistics methods to modeling the groundwater table in the Sarakhs plain. Investigation of recent studies shows that simulation of groundwater level with artificial intelligence methods in different regions has different results.

    Materials and Methods

    Sarakhs County with more than 5000 Km2 area is located in 60°15' to 60°30' eastern longitude ‎and 35°55' to 36°40' northern latitude. ‎ Sarakhs Plainﹸs aquifer is unconfined type and shaped from a layer of alluvial. In this research, groundwater level data of 18 wells, rainfall and potential evaporation in statistical period (1992- 2016) were used. The affected area of each climatology station determined by Thiessenﹸs method and climate data of each station generalized to wells which situated in related polygon. The artificial intelligence models that used in this study were Multi-Layer Perceptron (MLP), Radial Basis Function (RBF) and Neuro Fuzzy (NF) and geostatistics methods were Kocriging, Kriging and Inverse Distance Weighting. 70 percent of the input data for training of models and the remaining 30 percent were used for ‎testing of them. To assessment of the results of simulations with Artificial Intelligence models the criteria of ‎correlation coefficient (R), Mean Absolute Error (MAE) and Coefficient of Determination (R2) ‎and for evaluation of geostatistics method the criteria of ‎‏ ‏Root Mean Square Error (RMSE) and‎‏ ‏‎ Mean Square ‎Error (MSE) were used. ‎

    Results

    The results showed that the multi-layer perceptron model is more accurate than other models, according to R=0.77, R2 = 0.62 and MAE = 0.80. To determination of the best geostatistical model, for spatial prediction of the groundwater level, the results of multi-layer perceptron model used as input data. The results showed that Kriging method with RMSS= 1 and RMS= 0.066, is better model to spatial simulation of groundwater level in Sarakhs plain and base of Kriging method, the maps of groundwater level in each year was designed. Assessment of these maps showed the most decline of groundwater level is in the north parts of ‎Skaraks plain and south part of this Palin has a little declining of groundwater level. ‎

    Conclusion

    The combination of the MLP model and the Kriging interpolation method is a suitable and low cost solution for simulating of the groundwater level in the Sarakhs Plain. It is suggested that if possible more dependent variables be used to increase the accuracy of artificial intelligence models. Also, for better prediction of groundwater level, the other artificial intelligence models with different algorithms ‎should be used. ‎

    Keywords: Groundwater, Zoning, Multi-Layer Perceptron model, Kriging
  • Mahdi Bahraini, Amir Fotovat *, Alireza Karimi, Reza Khorasani, Alireza Hosseinpur Pages 223-238
    Background and objectives

    Desorption of Zinc (Zn) in the rhizosphere soil is the primary factor that affects bioavailability of Zn. Desorption kinetics in the rhizosphere soil is an important process that controls the availability of the metals to plants. To investigate the effect of root activity on Zn desorption in a polluted soil at different harvesting times, a greenhouse experiment was conducted using rhizobox.

    Materials and methods

    Soil sample was collected from the 0–30 cm depth of a calcareous soil from agricultural fields located in the Zanjan province, Iran. In order to study the effect of maize root exudates on the Zn desorption using from a rhizobox. The dimension of the rhizobox was 200 mm × 200 mm × 150 mm (length × width × height). The rhizobox was divided into three sections from central to left or right boundary of rhizobox which were surrounded by nylon cloth (300 mesh), viz. a central zone for plant growth (20 mm in width), near rhizosphere zones (20 mm in width), and bulk soil zones (40 mm in width). Eight seeds were sown per rhizosphere zone and subsequently thinned to two plants. Plants were grown under greenhouse conditions. Plants were harvested 30, 60 and 90 days after germination. This research was conducted in a factorial design, with 3 replications, three levels of time (30, 60 and 90 day) and three zones classified based on their distance from root. The kinetics of Zn desorption in bulk and rhizosphere soil was determined by successive extraction with DTPA-TEA in a period of 1 to 528 h at 25±1 0C.

    Results

    The results showed that cumulative desorption of Zn increased with time. Zinc desorption rate in the maize rhizosphere soils were significantly (p<0.05) lower than bulk soils at 60 days after planted. There were also significant differences between harvesting times. The mean of Zn desorption in the bulk, near root and the rhizosphere soils were 278.5, 269.18 and 259.7 mg kg-1, respectively at 60 days after planted. Comparisons of R2 and SE values indicated that the power function and first-order kinetic equations described the reaction rates fairy well, as evidenced by the high coefficients of determination and low standard error of the estimate. The desorption rate constants in the first-order and power function equations have been introduced as an index of Zn desorption rates in the rhizosphere and the bulk soils. Also, the parameter b in power function was

    Conclusion

    The results of this research revealed that Zn desorption characteristics that are helpful to estimate the Zn supplying power of soils in the maize rhizosphere, are quite different in rhizosphere and bulk soil.

    Keywords: rhizosphere, DTPA-TEA, Rhizobox, Desorption kinetics, Zinc
  • * Farshid Hosseini Chamani, Ahmad Farrokhian Firouzi Pages 239-254
    Background and Objectives

    Available soil moisture of the land surface is one the key variables in controlling of the cycle of heat and water exchange between the earth and the atmosphere that manage this process with evapotranspiration of the surface. The amount of moisture is important for hydrological, biological and biochemical cycles, too. With Soil moisture data at regular time intervals, we can determine the degree of drought improvement in regions with dry climates. Also, continuous monitoring of soil moisture in agricultural areas can help us to efficiently crops irrigate. Soil moisture is also used to identify forest fire areas. Therefore, monitoring of soil moisture is important in any regions and different time periods. According to factors such as lack of uniformity in the physical characteristics of the soil, topography, land cover, evapotranspiration and precipitation and etc. Soil moisture is known as a variable parameter in a spatial and temporal domain. Therefore, the use of conventional and traditional methods of soil moisture (such as gravimetric and neutron probe) is not appropriate to understanding the spatial and temporal behavior of this parameter in large scales. To resolve this problem in past two decades, remote sensing technology (especially in visible/infrared spectrum) widely used to estimate of soil moisture indirectly. The objective of this study was to estimate surface soil moisture using Normalized Difference Moisture Index (NDMI), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Land Surface Temperature (LST) indices.

    Materials and Methods

    For this purpose, Landsat 8 satellite imagery was downloaded at the same time as ground sampling. The samples were transferred to the laboratory and soil moisture was calculated by weighted method. Then, using the specialized software such as ArcGIS, the indices were estimated and the values of these indicators were transferred to SPSS software for statistical regression. Statistical analyzes the studied indices and soil moisture content was measured. In this study, a PTF were obtained to predict soil moisture condition using LST and NDVI and NDMI derived from Landsat 8 data. Multiple linear regression method was used to derive the PTF. Soil moisture and soil organic matter were measured in the study area. After derivation of the pedotransfer function, the accuracy of the derived PTF was evaluated. This research was carried out in the city of Dehzad from Izeh Country, Khuzestan province.

    Results

    Comparison between measured and predicted soil moisture values indicated that the PTF had a good prediction (R2=0.78) and Coefficient of Residual Mass (CRM) also showed that the model gave good performance (CRM=0.001). Furthermoreو a soil moisture map was obtained for the study area. The result indicated which Normalized Difference Moisture Index (NDMI), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Land Surface Temperature (LST) indices can be used to predict soil surface moisture content successfully.

    Conclusion

    The result of this research is presented by a PTF and in the form of soil moisture map. The soil moisture map simulated by this model can predict 78% of soil moisture variation in the region.

    Keywords: soil moisture, Pedotransfer functions, NDVI, LST, NDMI
  • Hassan Rezaei *, Rogheyeh Motallebi, Seyed Ali Akbar Hedayati, Ali Kord Rostami Pages 255-267
    Background and objectives

    Benzene is an aromatic compound with the formula C6H6. This substance is highly toxic and cancers and is one of the pollutants in the refinery wastewater. Due to the pollution of water resources with this combination, it is very important to remove this material from the environment. For this purpose, the aim of this study was to synthesize a porous nano adsorbent using chitosan as an inexpensive and environmentally friendly adsorbent to remove benzene from aqueous solutions.

    Materials and methods

    Chitosan nano particles are made from chitosan powder made by Sigma Aldrich and 1% acetic acid solution. The effect of different pH parameters, initial concentration of benzene solution, adsorption dose and contact time are investigated. The concentration of benzene was determined by a UV-Vis Array spectrophotometer, Photonix Ar 2015, at 254 nm wavelength and analyzed using Excel and SPSS software.

    Results

    According to the results, the optimum amount of benzene adsorption was obtained at pH 4. By increasing or decreasing the pH of the solution, the efficiency of benzene removal decreased. Also, with increasing contact time from 5 to 120 minutes, the efficiency of benzene removal decreased from 96.86 to 89.28%. By increasing the initial concentration of benzene, the removal efficiency had a upward trend and the highest removal percentage was obtained at a concentration of 70 mg / l, equal to 78.57%. Also, the results showed that by increasing the absorbent dose, the removal efficiency of benzene was decreasing and the highest percentage of removal in the absorbent dose was 0.01 g, 82.85%. In optimal conditions, the highest percentage of benzene removal was determined to be 85.66%.

    Conclusion

    The results of this study showed that nano chitosan adsorbent has a high efficiency in adsorption of benzene from aqueous solutions. Due to the fact that nano chitosan have a natural origin, it can be used as an environmentally friendly and inexpensive absorbent from other adsorbents to remove aromatic compounds from aqueous solutions.

    Keywords: Benzene, Adsorption, aqueous solutions, Nano chitosan
  • Zahra Varasteh Khanlari *, Ahmad Golchin, Sead Abdolleh Musavi Kupar, Parisa Alamdari Pages 269-282
    Background and objectives

    The evaluation of biologic parameters of soil quality plays an important role in assessing the land management and sustainability of agricultural systems. For this purpose, the biological properties of soil quality, which are sensitive to farming are measured and investigated. The aim of the present study is to evaluate the biological changes forest soil quality after converting to the paddy field and determining the most sensitive properties to disturbance of an ecosystem and the creating a minimum set of data from these parameters using the factor analysis method.

    Material and methods

    The present study was performed in Poplar research station in Gilan Province. The soil sample collection was done in both natural forest and closest paddy field from five different depth (0-20, 20-40, 40-60, 60-80, and 80-100 cm). The data were analyzed as a factorial test in a completely randomized design with three replications. The factors including the type of land use in two levels and soil depth in five levels were studies in three replications. Therefore, the statistic population of the present study was 10 treatments (5 × 2 =10) with three replications (totally 30 test units). In the study, the microbial respiration, the mineralization percentage of carbon, the microbial biomass carbon, microbial fraction, and the metabolic coefficient of the samples were measured and the sensitivity index to each feature was calculated. The data were analyzed using SAS software. Mean comparison of parameters of Duncan’s test and factor analysis using principal component analysis method were performed.

    Results

    The results of the study showed that any land use changes from forest to paddy field led to increasing the mineralization percentage of carbon and the metabolic coefficient by 28 and 21% respectively. However, microbial biomass C (61%), microbial respiration (31%), and basal respiration (49%) were reduced. Sensitivity index (SI) indicated that microbial biomass is more sensitive than other parameters to land use. The use of principal component analysis (PCA) showed that two factors could explain more than 70% of the variance in microbial biomass and carbon mineralization percentage and more than 60% of the variance in the amount of carbon mineralization, basal respiration, and a metabolic fraction (quotient). These parameters represent the maximum communality estimation, and the microbial fraction showed the minimum relative importance among the estimates of the total communality values.

    Conclusion

    The change in land use from forests to the paddy fields had an adverse effect on the biological parameters of soil quality, which led to reducing the soil health and carbon sequestration potential in soil. Therefore, cultivation in these lands exacerbates soil degradation and stopping the process results in longer recovery and resilience time.

    Keywords: land use change, Microbial Biomass, metabolic friction (quotient), the mineralization of organic carbon, principle main components (PCA)