فهرست مطالب

دانش آب و خاک - سال سی‌ام شماره 2 (تابستان 1399)

نشریه دانش آب و خاک
سال سی‌ام شماره 2 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • بهمن خوشرو*، محمدرضا ساریخانی صفحات 1-14

    باکتری های حل کننده فسفات متحمل به دماهای بالا، کاندید مناسبی برای استفاده در کودهای میکروبی فسفاته گرانوله می باشند. محصول تولیدی در فرآیند تهیه این کودها، ناگزیر به تحمل حرارت بالا (°C50 -55) بوده و درصد رطوبت بسیار پایینی دارا می باشد.  بر این اساس، در این تحقیق کارایی انحلال فسفات و تحمل گرمایی 150 جدایه باکتری از بانک میکروبی گروه علوم و مهندسی خاک دانشگاه تبریز مورد ارزیابی قرار گرفت. توانایی انحلال فسفات باکتری ها به روش نیمه کمی و کمی در محیط اسپربر جامد و مایع در حضور منبع کم محلول تری کلسیم فسفات تحت شرایط دمای عادی (°C 28) و دمای 55 درجه سلسیوس ارزیابی شد. نتایج نشان داد که تفاوت معنی داری بین باکتری ها از نظر انحلال فسفات وجود دارد. در دمای معمولی از 150 باکتری، نزدیک به 17 درصد باکتریها (25 جدایه) توان انحلال فسفات کم محلول را داشتند و نسبت قطر هاله به کلنی (HD/CD) آنها بین 8/2 - 2/1 متغیر بود. در روش کمی نیز توان حل کنندگی 25 جدایه در محدوده 89/292- 8/175 میلی گرم فسفر بر لیتر قرار داشت. از  بین 25 جدایه نیز تنها 7 باکتری قادر به زنده مانی در دمای 55 درجه سلسیوس بمدت 16ساعت بودند، که از میان آنها جدایه‎ های C1-4O، C19-4O و C8-12M به ترتیب با مقادیر 5/2، 4/2 و 2/2 بالاترین نسبت قطر هاله به کلنی را داشتند. میزان آزادسازی فسفر در محیط مایع توسط این باکتری ها به ترتیب 08/244، 44/256 و 14/216 میلی گرم بر لیتر بود. نتایج شناسایی مولکولی نشان داد که این باکتریها متعلق به جنس های Enterobacter و Stenotrophomonas می باشند.

    کلیدواژگان: باکتری های حل کننده فسفات، تحمل گرمایی، زنده مانی، کود میکروبی فسفاته
  • سید نصرالله موسوی *، داود فرسادی زاده، فرزین سلماسی، علی حسین زاد دلیر صفحات 15-29

    در تحقیق حاضر، نوسانات فشار جریان در کف حوضچه آرامش تیپ دو USBR در پایین دست سرریز اوجی با استفاده از ترانسدیوسرهای فشار اندازه گیری گردید. آزمایش ها در یک فلوم آزمایشگاهی در شرایط مختلف جریان انجام گرفت. بعلاوه، میدان فشار در پرش هیدرولیکی مستغرق، به منظور کمک به درک بهتر فرآیند استهلاک انرژی و طراحی بهینه حوضچه های آرامش مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از پارامترهای  بی بعد، تاثیر استغراق بر روی توزیع طولی فشار متوسط و شدت نوسانات فشار ارزیابی گردید. برداشت داده های فشار برای اعداد فرود اولیه مختلف (Fr1) در محدوده 4/6 تا 3/8، و فاکتور استغراق (S) در محدوده 1 تا 4/1 انجام گردید. بر اساس تحلیل ابعادی، مقادیر ضریب شدت نوسانات فشار (CʹP) تابعی از پارامترهای Fr1، S و فاصله نسبی از ابتدای حوضچه (X/Y1) می باشد. نتایج نشان داد که مقادیر حداکثر ضریب CʹP در حوضچه تیپ دو نسبت به حوضچه های صاف، حدود 30 درصد کاهش می یابد. در ناحیه پایین دست حوضچه آرامش (X/Y1>10)، متوسط مقادیر CʹP در پرش های مستغرق نسبت به پرش آزاد، حدود 25 درصد کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: پرش هیدرولیکی مستغرق، ترانسدیوسر فشار، حوضچه آرامش، ضریب CʹP، فاکتور استغراق
  • مریم عبدالله زاده*، احمد فاخری فرد صفحات 31-45

    پیش بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی، برای برنامه ریزی مناسب تر به ویژه در مناطق خشک و نیمه‫خشک امری ضروری است. در این تحقیق از داده های ارتفاع سطح ایستابی به صورت ماهانه، طی دوره آماری 1380 لغایت 1390 دشت عجب شیر واقع در شهرستان عجب شیر که دارای وسعت 130 کیلومتر مربع است استفاده گردید و از دو روش برای تخمین و پیش بینی ارتفاع سطح ایستابی بهره گرفته شده است. از داده‫های سال 1380 تا 1390 جهت تخمین استفاده گردید و ارتفاع سطح ایستابی برای سه سال (1390 تا 1393) پیش‫بینی شد. روش اول حل معادله دیفرانسیل جزیی برای گام های زمانی (بصورت ماهانه) متوالی و روش دوم مدل سری های زمانی است. روش تفاضلات محدود برای حل عددی معادله دیفرانسیلی استفاده شد، برای این منظور از نرم افزار GMS استفاده گردید. مقدار ضریب همبستگی و ریشه متوسط مربعات خطا (Root Mean Square Error) بدست آمده از این روش بین مقادیر مشاهداتی و محاسباتی به‫ترتیب 9/0 و 41/0 متر بدست آمد. مدل (2و3) ARMA بهترین مدل برازش شده برای داده های ارتفاع سطح ایستابی به دست آمد که مقدار ضریب همبستگی و RMSE بدست آمده از این روش به‫ترتیب 85/0 و 49/0 متر می باشد. طبق معیارهای ارزیابی بدست آمده، معادله دیفرانسیل جزیی از دقت بیشتری در مقایسه با سری های زمانی برخوردار بود.

    کلیدواژگان: ارتفاع سطح ایستابی، سری زمانی، عجب شیر، معادله دیفرانسیل جزئی، نوسانات
  • شهرزاد کرمی، رضا قاسمی فسایی* صفحات 47-58

    کاربرد بیوچار حاصل از بقایای کشاورزی به عنوان جاذب یکی از روش های مقرون به صرفه و پرکاربرد برای حذف آلاینده هایی همچون فسفات از منابع آب می باشد. باگاس در واقع همان تفاله نیشکر است که در مناطق جنوبی کشور ایران به وفور یافت می گردد. هدف از این مطالعه بررسی سینتیک جذب فسفات توسط بیوچار باگاس نیشکر و تعیین بهترین مدل سینتیکی برای تفسیر این واکنش بود. پس از تعیین pH بهینه، تاثیر غلظت اولیه فسفات و زمان تماس بر جذب فسفات توسط بیوچار باگاس نیشکر بررسی و از 7 مدل سینتیکی جذب برای بررسی جذب فسفات استفاده گردید. حداکثر میزان جذب فسفات در زمان دو ساعت به دست آمد. مدل های سینتیکی تابع نمایی، الوویچ ساده شده، پخشیدگی سهموی و مرتبه اول با داده های حاصله تطابق نشان دادند که از میان آن ها معادله تابع نمایی اولویت داشت. نیمه عمر جذب فسفات در غلظت های مختلف از 30 دقیقه تا 100 دقیقه متفاوت بود و با افزایش غلظت اولیه فسفات کاهش یافت. با افزایش غلظت اولیه فسفات میزان جذب آن توسط جاذب و همچنین ثابت های سرعت جذب افزایش یافتند. مقادیر بالای ضرایب جذب فسفات نشان داد  که بیوچار باگاس نیشکر می تواند جاذب مناسبی برای حذف فسفات از محلول های آبی آلوده باشد.

    کلیدواژگان: آلودگی، بیوچار، تابع نمایی، جاذب، نیمه عمر
  • مجتبی کرد*، علیرضا واعظی، محمدحسین مهدیان صفحات 59-73

    بررسی عوامل موثر بر فرسایش خاک و تغییرات زمانی آن از پیش نیازهای مهم مدیریت منابع آب و خاک است. هدف از این پژوهش، تعیین حساسیت خاک ها به فرسایش آبی و تغییرات زمانی هدر رفت خاک در خاک های با بافت لوم رسی، لوم و لوم شنی در شیب های مختلف (5، 10، 15، 25 و 30 درجه) تحت باران های شبیه سازی شده (40، 60 و 80 میلی متر در ساعت) بود. آزمایش در ابعاد فلوم (65 سانتی متر×160 سانتی متر) در قالب طرح کامل تصادفی با دو تکرار انجام شد. هدررفت خاک در بازه های زمانی 5/0، 1، 5/1، 2، 3، 4، 5، 10، 15، 20، 30، 40، 50 و 60 دقیقه و ادامه تا دست یابی به جریان ماندگار رواناب سطحی اندازه گیری شد. تفاوت معنی داری بین خاک ها از نظر هدررفت خاک مشاهده شد (01/0>p). خاک لوم رسی، حساس ترین خاک به فرآیندهای فرسایشی بود. در این خاک، بخش عمده ذرات فرسایش پذیر در زمان های اولیه بارندگی فرسایش یافت و با تداوم بارندگی، هدررفت خاک کاهش یافت. هدررفت خاک در خاک ها به شدت تحت تاثیر شیب سطح و شدت باران قرار گرفت (01/0>p). با افزایش درجه شیب، به دلیل کاهش نگه داشت آب باران، رواناب سریع تر به وقوع پیوست و هدررفت خاک بیشتر شد. شیب سطح و شدت باران نقشی بارزتر در افزایش هدررفت خاک در بافت لوم شنی نشان دادند. نتایج موید آن است که حساسیت به فرسایش آبی با تغییر شیب سطح و شدت باران، در خاک های فرسایش پذیر (ریزبافت) کمتر است و این دو عامل (شیب سطح و شدت باران) بیش ترین تاثیر را بر هدررفت خاک در خاک های مقاوم (درشت بافت) می گذارند.

    کلیدواژگان: رواناب سطحی، شبیه ساز باران، غلظت رسوب، هدررفت خاک
  • پیمان ورجاوند*، شکرالله آبسالان، نادر سلامتی، آذرخش عزیزی، محی الدین گوشه، ایرج لک زاده صفحات 75-89

    مدیریت بهره برداری از شبکه های آبیاری می تواند نقش بسیار مهمی در کارایی سخت افزاری و نرم افزاری این شبکه ها داشته باشد. در تحقیق حاضر با بررسی های میدانی در زمینه حمل رسوب معلق و راندمان انتقال آب، به تحلیل تاثیر شرایط بهره برداری برروی میزان رسوبگذاری و تلفات آب در شبکه های آبیاری استان خوزستان پرداخته شده است. برای این منظور از روش دبی ورودی-خروجی برای تعیین تلفات در کانال  و از معادله پیوستگی شار رسوبی برای تعیین رسوبگذاری بار معلق در بازه مورد مطالعه استفاده شد. در کل تعداد 14 بازه کانال درجه 1، 21 بازه کانال درجه 2 و 16 بازه کانال درجه 3 مورد بررسی قرار گرفت. شاخص بهره برداری نسبت عمق آزاد جریان آب در کانال تعیین شد. تاثیر این شاخص برروی نرخ رسوبگذاری و تلفات آب نسبت به دبی ورودی در هر کیلومتر طول کانال مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به نتایج در کانال های درجه 1 و 2 به ازای 10 درصد کاهش دبی بهره برداری نسبت به دبی طراحی، به ترتیب، 23/0 و 26/0 کیلوگرم بر ثانیه در هر کیلومتر کانال به مقدار رسوبگذاری افزوده می شود. همچنین با فاصله گرفتن از بالادست کانال درجه 1 معمولا عملکرد کانال ها کاهش نشان می دهد. به نحوی که میزان تلفات در کانال درجه 1 شبکه آبیاری کرخه 12/0 درصد در هر کیلومتر نسبت به دبی ورودی به ازای هر کیلومتر فاصله از ابتدای کانال افزایش دارد. این پارامتر برای کانال غربی و شرقی شبکه آبیاری دز به ترتیب 16/0 و 09/0 درصد نتیجه شد.

    کلیدواژگان: بار معلق، تلفات آب، نرخ رسوبگذاری، روش دبی ورودی-خروجی، مدیریت بهره برداری
  • نوشین نجفی بیرگانی، محمود شفاعی بجستان، محمد بهرامی یاراحمدی* صفحات 91-102

    آبشکن ها از جمله سازه هایی هستند که برای حفاظت سواحل و ساماندهی رودخانه ها بکار می روند. آنها معمولا به شکل دیواره مستطیلی و عمود بر جریان می باشند. توسعه آبشستگی در دماغه آنها متاسفانه عامل تخریب سازه است. علاوه بر این محدوده رسوبگذار بین آبشکن ها و نیز افزایش سرعت جریان در میانه مجرا، بدلیل انسداد زیاد، از جمله عواملی هستند که مشکلاتی را برای زندگی آبزیان رودخانه فراهم می کند. صفحات مثلثی از جمله سازه هایی است که مشکلات مربوط به آبشکن های مستطیلی در آنها حداقل می باشد. بررسی عملکرد صفحات مثلثی بر تغییرات توپوگرافی بستر در شرایط مختلف جریان هدف اصلی این مقاله است. برای این منظور آزمایش هایی در یک فلوم مستقیم برای شرایط مختلف جریان (پنج عدد فرود 18/0، 2/0، 22/0، 24/0 و 26/0) با نصب صفحات مثلثی به ازای زاویه 30 درجه و فاصله 4 برابر طول موثر سازه انجام گردید. در انتهای هر آزمایش توپوگرافی بستر توسط متر لیزری برداشت گردید. نتایج نشان داد که، ابعاد هندسی چاله آبشستگی در آبشکن های مستطیلی بزرگتر از صفحات مثلثی می باشد بگونه ای که بطور متوسط طول و عمق چاله آبشستگی در آبشکن های مستطیلی به ترتیب 3/1 و 5/1 برابر در صفحات مثلثی است. در ضمن فاصله بیشینه عمق آبشستگی از ساحل در صفحات مثلثی حدود 40% بیشتر از آبشکن های مستطیلی است که این یک مزیت برای صفحات مثلثی محسوب می شود.

    کلیدواژگان: آبشستگی، آبشکن، سواحل رودخانه، صفحات مثلثی
|
  • B. khoshru*, MR. Sarikhani Pages 1-14

    Bacteria with high phosphate solubility and resistance to high temperature are suitable candidates for use in granular phosphatic microbial fertilizers (PMF). The prepared product in processing of these fertilizers (PMF) is exposed to high temperatures (50-55 ° C) under very low moisture conditions. Accordingly, in this research, the efficiency of phosphate dissolution and temperature tolerance of 150 bacterial isolates were evaluated. These bacteria were prepared in the soil biology laboratory of University of Tabriz. The phosphate solubility of these bacteria was evaluated by semi-quantitative and quantitative methods in solid and liquid Sperber medium in the presence of low-soluble tricalcium phosphate (TCP) source at the temperatures of 28 °C and 55 °C. The results showed that there was a significant difference between bacteria in terms of dissolution of phosphate. At a typical temperature among 150 bacteria, 25 bacteria (17%) had no phosphorus dissolution capacity, and the HD/CD ratio for these 25 bacteria was 1.2 to 2.8. In the quantitative method, the solubility potential of 25 isolates was 175.88- 292.98 mg P/l. Among the 25 isolates, only 7 bacteria were able to survive at 55 ° C for 16 hours, witch between them the C1-4O, C19-4O and C8-12M bacteria had the highest halo diameters with values of 2.5, 2.4 and 2.2 for the HD/CD ratio, respectively. The amounts of phosphorus release by these bacteria in the liquid medium were 244.08, 256.44 and 216.14 mg/l, respectively. The molecular identification of these bacteria showed that they were belonged to the genus Enterobacter and Stenotrophomonas.

    Keywords: Phosphatic microbial fertilizer, Phosphate Solubilizing Bacteria, Thermal tolerance, Viability
  • SN. Mousavi*, D. Farsadizadeh, F. Salmasi, A. Hosseinzadeh Dalir Pages 15-29

    In the present study, the flow pressure fluctuations have been measured on the bed of the USBR Type II stilling basin downstream of an Ogee spillway using pressure transducers. The experiments were carried out in a laboratory flume under different flow conditions. In addition, the pressure field in submerged hydraulic jumps was investigated to help better understanding the energy dissipation process and optimum designing the stilling basins. Using the dimensionless parameters, the submergence effect on the longitudinal distribution of the mean pressure and the pressure fluctuations intensity were evaluated. Pressure data acquisition was conducted for different incident Froude numbers (Fr1), ranged from 6.4 to 8.3, and submergence factors (S) in the range of 1 to 1.4. Based on the dimensional analysis, the values of the intensity coefficient of pressure fluctuations (CʹP) were a function of parameters of Fr1, S and the relative distance from the beginning of the basin (X/Y1). The results showed that the maximum values of CʹP coefficient for the Type II stilling basin decreased around 30% compared to the smooth basins. The mean values of CʹP in submerged jumps decreased around 25% compared to the free jumps at the downstream zone of the stilling basin (X/Y1>10).

    Keywords: CʹP coefficient, Pressure transducer, Stilling basin, Submerged hydraulic jump, Submergence factor
  • M Abdolahzadeh*, A Fakheri-Fard Pages 31-45

    Prediction of water table oscillation, especially in arid and semiarid areas is essential for better planning. In this study, monthly data of water table elevation, during the period of 1380 to 1390 for Ajabshir plain with an area of 130 km2 were used by application of two methods to estimate and predict the water table elevation. The date of 1380 to 1390 were used for estimating and the water table elevations were predicted for the three years of 1391 to 1393. The first method is solving partial differential equation for consecutive time steps and the second one is time series model. The GMS software was used for numerical solution of the differential equation by finite difference method. The correlation coefficient value of 0.9 and RMSE value of 0.41 between the estimated and observed amonts of groundwater levels were obtained using this method. The best fitted model for the water table elevation data using time series was ARMA (3, 2), correlation coefficient and RMSE values of this method were 0.85 and 0.49 respectively. According to the evaluation criteria, the partial differential equation method was more accurate than the time series method.

    Keywords: Ajabshir, Oscillations, Partial differential equation, Time Series, Water table elevation
  • S .Karami, R. Ghasemi* Pages 47-58

    Application of agricultural residue biochars as an adsorbent is one of the most cost-effective and widely used methods to remove contaminants such as phosphate from water resources. In fact, the bagasse is the waste residues of sugar cane which is abundant in southern parts of Iran. The aim of this study was to investigate the kinetics of phosphate adsorption by bagasse biochar and determine the best kinetic model to interpret this phenomenon. After determining optimal pH, the effects of initial phosphate concentration and contact time on phosphate adsorption by sugarcane bagasse biochar were investigated and 7 kinetic models were used to study the patterns of P adsorption. Maximum adsorption obtained at the time of two hours. Kinetic models of the exponential function, parabolic diffusion, Elovich and first order reaction were compatible with the results but the exponential function model was the best. The half-life of phosphate adsorption in different concentrations varied from 30 minutes to 100 minutes and decreased with increasing initial P concentration. P adsorption rate constants increased as initial concentration of phosphate increased. High values of P adsorption parameters demonstrated that the sugar cane bagasse biochar could be used as an appropriate adsorbent for phosphate removal from aqueous solutions.

    Keywords: Adsorbent, Biochar, Contamination, Exponential function, Half-life
  • M Kord*, AR Vaezi, MH Mahdian Pages 59-73

    Study of factors that affecting soil erosion and its temporal variation is prerequisitethe for management of soil and water resources. The purpose of This study was to determine susceptibility of soils to erosion and its temporal variations in three soil textures (clay loam, loam and sandy loam) on different slopes (5, 10, 15, 25, and 30 degree) under simulated rainfalls (40, 60 and 80 mm h-1). The experiment done by flume (160 cm × 65 cm) and in a completely randomized design with two replications. Soil losses measured at various times (0/5, 1, 1/5, 2, 3, 4, 5 10, 15, 20, 30, 40,50 and 60 minutes) to achieve steady-state flow of surface runoff. There was a Significant difference between  the soils in  terms of soil loss (p< 0.01). Clay loam was the most susceptible on to soil erosion. In this soil, Most of erodible soil particles eroded by surface runoff at the beginning of rainfall and soil loss decrese with continuing of rain. Soil loss in soils was strongly influenced by slope gradient and rainfall intensity (p< 0. 01). by increasing slope gradient,due to lower rain water retention on the surface, runoff was occurred quickly, and then soil loss increased. in soil loss of sandy loam,Slope steepness and rainfall intensity showed dominant roles in soil losses. The results revealed that in erodible soils, sensitivity to erosion by changing the slope and rain intensity is lower, and these two factors (slope steepness and rainfall intensity) has greatest impact on soil loss in highly resistant soils to erosion .

    Keywords: Rainfall simulator, Sediment concentration, Soil loss, Surface runoff
  • P .Varjavand*, Sh.Absalan, N .Salamati, A .Azizi, M. Goosheh, I .Lakzadeh Pages 75-89

    Management of irrigation networks can play a very important role in the hardware and software performance of these networks. In this research, by conducting field studies on suspended sediment transport and conveyance efficiency, the effect of operating conditions on sedimentation and water losses at Khouzestan province irrigation networks was analyzed. The inflow-outflow method and sediment flux continuity equation were used to determine the canal losses and sedimentation of suspended load in the studied reaches, respectively. The investigation was done on 4, 21 and 16 reaches of the main, secondary and tertiary channels, respectively. The ratio of free board of flow in canal as operation index was computed. The effects of this index on sedimentation rate and water losses relative to input discharge were studied in each kilometer of the canal. Results showed that 10% decreasing in the operational discharge relative to the designed discharge caused 0.23 and 0.26 kg s-1 km-1 increasing in sedimentation rates of the main and secondary channels, respectively. As the distance from the upstream of the main channel increased, the channel efficiency decreased. So that the increasing rate of the water losses in main channel of Karkheh irrigation network was 0.12 percent of the entrance discharge in each kilometer distance from the beginning of the channel. The increasing rate of water losses for the western and eastern channel of Dez irrigation network were 0.16% and 0.09%, respectively.

    Keywords: Input-output discharge method, Operation management, Sedimentation rate, Suspended Load, Water losses
  • N.Najafi Birgani, M.Shafai Bejestan, M.Bahrami Yarahmadi * Pages 91-102

    Spur dikes are one of the structures used for protection of river banks from erosion and rivers organization. They are usually rectangular and perpendicular to the flow. Unfortunately, the scour development in the tip of those can lead damage to the structure. Furthermore, sedimentation between the spur dikes as well as increasing the flow velocity in the middle of the channel due to the large obstruction, are among the factors that create problems for aquatic life of the river. These problems are minimal in the triangular vanes. The main purpose of this paper is to evaluate the performance of the triangular vanes on bed topography changes in the different flow conditions. For this reason, some tests were carried out at a straight flume for different flow conditions (five Froude numbers of 0.18, 0.20, 0.22, 0.24 and 0.26) by installing series of triangular vanes with space of 4Le (Le is the effective length of structure) at the angle of 30 degrees to the upstream bank. At the end of each test the bed topography was measured by laser distance measurer. The results showed that, the geometric dimension of the scour hole for the rectangular spur dikes was larger than that for the triangular vanes. On average, the length and depth of scour hole for the rectangular spur dikes were 1.3 and 1.5 times higher in comparison to those for triangular vanes, respectively. In addition, the position of the maximum scour depth for the triangular vanes was about 40% farther from the bank than that case of rectangular spur dikes that was an advantage for the triangular vanes.

    Keywords: River banks, Scour, Spur dike, Triangular vanes