فهرست مطالب

دانش آب و خاک - سال سی و یکم شماره 1 (بهار 1400)
  • سال سی و یکم شماره 1 (بهار 1400)
  • تاریخ انتشار: 1400/02/15
  • تعداد عناوین: 10
|
  • فاطمه پیشرو، مرتضی بختیاری*، نیما شهنی کرم زاده صفحات 1-14

    نفوذپذیری یکی از مهمترین مشخصات فیزیکی خاک است که در مهندسی ژیوتکنیک استفاده شده است. نفوذپذیری خاک به چند عامل کلی بستگی دارد، که شامل مشخصات خاک مانند فضای خالی، زبری سطح ذرات جامد، درجه اشباع و مشخصات سیالی (آب) است که از آن عبور می کند. به منظور انجام تحقیق حاضر، اقدام به طراحی و ساخت دستگاهی برای اندازه گیری نفوذپذیری افقی و قایم درنمونه ذرات درشت دانه شده است. در تحقیق حاضر چهار نمونه خاک یکنواخت و سه نمونه غیریکنواخت در شرایط تراکم های مختلف و بارهای آبی متفاوت برای آزمایش انتخاب گردیده است. نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد که نفوذپذیری در جهت افقی اغلب بیشتر از نفوذپذیری در جهت قایم است و برای نمونه های غیر یکنواخت در مقایسه با نمونه های یکنواخت این تفاوت بیشتر مشاهده می شود. میزان ناهمسانی نفوذپذیری برای نمونه های یکنواخت بین 85/0 تا 35/1 و برای نمونه های غیریکنواخت در محدوده 32/1  تا  5/3  قرار دارد همچنین با افزایش ضریب یکنواختی میزان ناهمسانی نفوذپذیری کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: تحقیق آزمایشگاهی، دانه بندی، ذرات درشت دانه، ناهمسانگردی، نفوذپذیری
  • فاطمه ثانی*، قادر دشتی صفحات 15-30

    تغییر الگوی کشت با توجه به تغییر اقلیم و تداوم خشکسالی ها از رویکردهای اساسی سیاست گذاران بخش کشاورزی جهت سازگاری با کم آبی است و اجرای طرح تغییر الگوی کشت در شهرستان سراب به عنوان یکی از نقاط عمده تولید محصولات کشاورزی در استان آذربایجان شرقی احساس می شود. از آنجایی که عدم قطعیت از جمله جوانب اجتناب ناپذیر در برنامه ریزی ها و تصمیم گیری های زراعی است، لذا مطالعه حاضر به معرفی و کاربرد مدل برنامه ریزی آرمانی استوار (RGP) در بهینه سازی الگوی کشت تحت شرایط عدم قطعیت در شهرستان سراب می پردازد. آمار و اطلاعات مطالعه از سازمان جهاد کشاورزی استان آذربایجان شرقی و تکمیل پرسشنامه طی سال زراعی 97-1396 بدست آمد. علاوه بر رهیافت RGP، مدل های LP وGP برای تعیین الگوی بهینه کشت بکار گرفته شدند. نتایج بیانگر برتری مدل RGP بر دیگر مدل ها به لحاظ دستیابی همزمان به اهداف حداکثر سود و کاهش مصرف آب می باشد که نشان دهنده بهینه نبودن وضعیت موجود بهره برداری از آب در منطقه مورد مطالعه می باشد. اجرای الگوی بهینه کشت براساس مدل RGP باعث افزایش سود و اشتغال به ترتیب به میزان 7/1 و 32/1 درصد و همچنین کاهش مصرف آب، کود و سموم شیمیایی به ترتیب به مقدار 7/7، 3/12 و 12 درصد نسبت به الگوی کشت فعلی می گردد. در میان محصولات مورد مطالعه، گندم بیشترین افزایش سطح زیر کشت را داشته است. از این رو یک محصول حایز اهمیت در منطقه است و بایستی نسبت به کشت آن به عنوان یک محصول استراتژیک در مساحت بیشتر اقدام شود.

    کلیدواژگان: آب، الگوی بهینه کشت، بهینه سازی استوار، سراب، عدم قطعیت
  • علیرضا واعظی*، زهرا حقانی صفحات 31-43

    محتوای رطوبتی خاک، عامل فیزیکی مهمی در اغلب فرآیندها مانند نفوذپذیری و فرسایش خاک است. این مطالعه با هدف بررسی تاثیر محتوای رطوبتی خاک بر رواناب و کنده شدن خاک از شیارهادر دامنه های با خاک های درشت دانه در منطقه نیمه خشک انجام شد. برای این منظور جویچه های کشت با طول 6 متر در پنج کشتزار با شیب های متفاوت (1/6، 6/10، 8/14، 7/20 و1/ 27 درصد) با چهار سطح رطوبتی شامل هواخشک (AD)، بین ظرفیت مزرعه و هواخشک (FC-AD)، ظرفیت مزرعه (FC) و رطوبت اشباع (SP) در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار احداث شدند. برای بررسی هدررفت خاک در دامنه ها از جریانی با دبی ثابت 2 لیتر بر دقیقه استفاده شد. خاک دامنه ها دارای بافت درشت (با 56 تا 75 درصد شن) و سنگی (از 22 تا 57 درصد)، با ساختمان ضعیف و نفوذپذیری زیاد بودند. نتایج نشان داد که در دامنه های با شیب 1/6، 8/14 و 7/20 درصد با افزایش رطوبت خاک، هدررفت خاک کاهش می یابد. بیش ترین مقدار هدررفت خاک (گرم بر مترمربع در ثانیه) به ترتیب در رطوبت های FC-AD (01/0)، AD (306/0) و AD (0045/0) مشاهده شد. با افزایش محتوای آب خاک، پیوستگی توده خاک افزایش یافت و بخش عمده رواناب به صورت زیرسطحی در شیارها جاری شد و در نتیجه رواناب سطحی و انتقال ذرات در شیارها کاهش یافت. این پژوهش نشان داد که در دامنه های با بافت درشت دانه با افزایش محتوای رطوبتی خاک، هدررفت خاک به شدت کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: بافت خاک، رطوبت اشباع، ساختمان خاک، سنگریزه، نفوذپذیری خاک
  • شهاب الدین شفیعی، محسن نجارچی*، سعید شعبانلو صفحات 45-58

    در این مطالعه، جهت تخمین ضربی دبی سرریزهای کنگره؜ای، از یک روش تکاملی بر مبنای نرو- فازی استفاده شد. به منظور بهینه سازی پارامترهای سیستم استنتاج عصبی- فازی سازگار (ANFIS) از الگوریتم کرم شبتاب (FFA) استفاده گردید. در مدل؜سازی روش؜های ANFIS  و  ANFIS-FFA، جهت بررسی عدم قطعیت مدل، از شبیه سازی مونت کارلو استفاده شد. علاوه بر این، با استفاده از روش اعتبارسنجی چند لایه اقدام به ارایه مدل؜هایی شد که از انعطاف پذیری و تعمیم پذیری قابل توجهی برخوردار بود. در ابتدا، پارامترهای بی بعد ورودی شامل عدد فرود (Fr)، نسبت هد روی سرریز به ارتفاع سرریز (HT/p)، زاویه راس (α)، نسبت طول تاج سرریز به عرض کانال (Lc/W)، نسبت طول راس سرریز به عرض زاویه راس (A/w) و نسبت عرض زاویه راس به ارتفاع سرریز (w/p) تعریف و برای ANFIS و ANFIS-FFA هفت مدل مختلف توسعه داده شدند. سپس با استفاده از تحلیل حساسیت، مدل های برتر (ANFIS 5 و ANFIS-FFA 5) و موثرترین پارامتر ورودی (عدد فرود) شناسایی گردیدند. همچنین، نتایج توزیع خطا نشان داد که تقریبا 70 درصد نتایج مدل برتر (ANFIS-FFA 5) خطایی کمتر از 5 درصد داشتند. به عبارت دیگر، دقت خوب مدل برتر به لحاظ آماری تایید گردید. در انتها تحلیل عدم قطعیت برای مدل های برتر اجرا گردید.

    کلیدواژگان: الگوریتم کرم شب تاب، انفیس، بهینه سازی، سرریز کنگره ای، ضریب دبی
  • علیرضا مجتهدی*، نسیم سوری، صبا سوری، حمیدرضا باباعلی صفحات 59-73

    حوضچه های‎ ‎آرامش‎ ‎از‎ ‎مهمترین‎ ‎سازه های‎ ‎مستهلک‎ ‎کننده‎ ‎انرژی‎ ‎می باشند بطوریکه تغییر شکل حوضچه آرامش می-‏تواند باعث عملکرد‎ ‎هیدرولیکی‎ ‎بهتر آنها شود. در این مطالعه، با پلکانی کردن انتهای حوضچه آرامشUSBR II‏ مدل سد ‏نازلوچای و همگرا نمودن دیواره های حوضچه، پارامترهای فشار، پروفیل سطح آب، راندمان پرش هیدرولیکی و ‏استهلاک انرژی جنبشی بررسی شد. برای این منظور در نرم‏‎ افزارFlow-3D‎‏ با استفاده از روشVOF‏ و مدل آشفتگیRNG‏ ‏، جریان در حوضچه آرامش همگرا با زوایای همگرایی5، 5/7 ،10 و5/12 درجه برای دبی 830 متر مکعب بر ثانیه ‏شبیه سازی گردید. جهت صحت سنجی مدل عددی، از مقادیر آزمایشگاهی فشار استفاده شد. نتایج مدل سازی نشان داد ‏که پلکانی کردن انتهای حوضچه و همگرایی دیواره ها باعث افزایش عمق پایاب و مانع خروج پرش از حوضچه آرامش ‏می گردد. همچنین، همگرا کردن دیواره های حوضچه تاثیر مثبتی بر راندمان دارد. همگرا کردن دیواره ها باعث مستغرق ‏شدن پرش هیدرولیکی می شود، درحالیکه پرش در حوضچه آرامش با دیواره های موازی بصورت آزاد می باشد. ‏بهترین زاویه همگرایی از نظر عملکرد، حوضچه با زاویه همگرایی 5 درجه می باشد که راندمان به میزان 136 درصد ‏نسبت به حوضچه با دیواره های موازی افزایش می یابد. مقایسه نتایج استهلاک انرژی برای مقاطع مختلف حوضچه در ‏اعماق متفاوت نشان داد که حداکثر استهلاک انرژی در اعماقی بین30-20 درصد عمق جریان رخ می دهد که در نظر ‏گرفتن این نکته، باعث طراحی سازه ای بهتر حوضچه آرامش می شود. ‏

    کلیدواژگان: استهلاک انرژی جنبشی، راندمان پرش هیدرولیکی، زوایای همگرایی، حوضچه آرامش همگرا، مدل سازی عددی
  • معصومه زارع*، حمیدرضا غفوری، حمیدرضا صفوی صفحات 75-87

    هدف از انجام این مطالعه، بررسی کارایی مدل شبکه عصبی (ANN) در مدل سازی کمی و کیفی منابع آب زیرزمینی می باشد. بدین منظور، با استفاده از گزینه های MODFLOW وMT3DMS نرم افزار GMS v.10، از نظر کمی و کیفی، آب موجود در آبخوان دشت نجف آباد، واقع در حوضه آبریز گاوخونی در فلات مرکزی ایران، مدلسازی شد. بعد از واسنجی و صحت سنجی مدل در یک دوره مطالعه 11 ساله، محدوده تغییر ضریب هدایت هیدرولیکی بین 5/0 تا 16 (متر در روز)، آبدهی ویژه بین 023/0 تا 113/0 و ضریب پخشیدگی طولی بین 5/7 تا 2/18 (متر) بدست آمد. سپس، منطقه مورد مطالعه به دو ناحیه مجزا تقسیم و برای هر کدام یک مدل شبکه عصبی، طراحی شد. در ادامه، با استفاده از آمار 20 سال آبی و به کمک بهینه ساز الگوریتم ژنتیک، پارامتر های بهینه شبکه عصبی تعیین گردید. نهایتا، مقادیر مشاهده ای تراز متوسط سطح ایستابی و میانگین غلظت TDS با مقادیر محاسباتی توسط مدل عددی و شبکه عصبی، برای دو سال آبی متوالی 94-1393 و 95-1394، با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان داد که شبکه عصبی به خوبی قادر است رفتار کمی و کیفی سیستم آب زیرزمینی را شبیه سازی کند و می تواند به عنوان جایگزین مناسبی برای مدل عددی در اتصال به مدل های مدیریتی، استفاده شود.

    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، شبیه سازی، شبکه عصبی، MODFLOW، MT3DMS
  • افشین محمدی*، علی اصغر جعفرزاده، شاهین اوستان، فرزین شهبازی صفحات 89-102
    تغییرات مکانی ویژگی های خاک تابع عوامل محیطی مانند اقلیم، توپوگرافی، ماده مادری و پوشش گیاهی است. توپوگرافی از طریق سه عامل ارتفاع، زهکش طبیعی و شیب باعث تفاوت های معنی دار در ویژگی های خاک می شود. این تحقیق به منظور بررسی اثر ارتفاع بر برخی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی، نوع و فراوانی کانی های رس و در نهایت میزان تکامل خاک های یک نیمرخ ارتفاعی واقع در کوهستان تالش در استان اردبیل انجام گرفت. تعداد 5 خاکرخ در سطوح پایدار حفر و پس از مطالعات صحرایی، آزمایش های فیزیکی، شیمیایی و کانی شناسی رس بر روی نمونه ها انجام گرفت. نتایج نشان داد که در سطوح مختلف ارتفاعی، شدت هوادیدگی و نوع فرایندهای خاک سازی متفاوت بوده و تاثیر شدیدی بر برخی ویژگی های خاک از جمله مقدار رس، شکل های مختلف آهن، کانی ها و رده بندی خاک دارد. با کاهش ارتفاع، از میزان کانی ایلیت کاسته شده، ولی بر مقدار کانی اسمکتیت افزوده می شود که این امر دلیلی بر هوادیدگی و تکامل خاک می باشد. نتایج نشان داد که اراضی مرتفع دارای خاک های اینسپتی سول با درجه تکامل کم بوده ولی اراضی پایکوهی دارای خاک های تکامل یافته تر ورتی سول و مالی سول هستند. علاوه بر این، در نیمرخ ارتفاعی مورد مطالعه با کاهش ارتفاع، اقلیم گرمتر می شود و به تبع آن شدت فرایندهای خاک ساز افزایش می یابد. افزایش مقدار آهن بلورین (Fed-Feo)، به عنوان شاخص تکامل خاک، از 9/2303 میلی گرم بر کیلوگرم در قله کوه تا 7558 میلی گرم بر کیلوگرم در پای کوه این روند تکاملی را به خوبی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: توپوگرافی، شکل های آهن، کانی شناسی رس، نیمرخ ارتفاعی، ویژگی های خاک
  • سمیرا رون، ابراهیم سپهر*، رقیه حمزه نژاد صفحات 103-117

    به منظور بررسی تاثیر لیوناردیت بر رفتار جذب وتوزیع شکل های شیمیایی روی در خاک، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با 3 سطح لیوناردیت (0، 2 و 5 درصد) در 3 تکرار انجام شد بطوریکه تیمارها به مدت دو هفته در رطوبت زراعی (FC) و دمای 1±25 درجه سانتی گراد در شرایط انکوباسیون قرارداده شدند ودر پایان انکوباسیون، همدمای جذب در سری غلظتی 0، 30، 90، 120، 150، 200، 250 و 300 میلی گرم بر لیتر روی با محلول زمینه کلسیم کلرید 01/0 مولار، روی قابل جذب گیاه به روش DTPA و شکل های مختلف روی به روش عصاره گیری دنباله ای تسییر تعیین شدند. در بین معادلات جذب، معادله فروندلیچ با بالاترین R2و کمتری SE برازش بهتری به داده-های آزمایشی در مقایسه با معادلات لانگمویر، تمکین و دوبینین- رادوشکویچ داشت و میزان پارامترهای ظرفیت جذب (qmax, B, KF, qD) و شدت جذب (KT, KL , n) با افزودن لیوناردیت کاهش یافت؛ همچنین انرژی جذب (E) محاسبه شده از طریق معادله دوبینین- رادوشکویچ بیان کننده جذب فیزیکی روی بود. کاربرد لیوناردیت سبب افزایش شکل تبادلی، کربناتی و متصل به ماده آلی و کاهش شکل اکسیدی و باقیمانده شد. همچنین با افزایش درصد لیوناردیت در خاک، مقدار شاخص تحرک روی (MF) افزایش یافت که بیانگر افزایش فراهمی روی در خاک است. درنهایت می توان نتیجه-گیری کرد که افزودن لیوناردیت به خاک، منجر به تغییرشکل روی از اشکال نامحلول به شکل های محلول تر و در نتیجه افزایش زیست فراهمی روی می شود.

    کلیدواژگان: همدمای جذب، لئوناردیت، شاخص تحرک، عصاره گیری متوالی، روی
  • فاطمه عطارزاده، سعیدرضا خداشناس*، علی نقی ضیائی صفحات 119-131

    سرریز های جانبی از جمله مهم ترین سازه های هیدورلیکی در پروژه های مختلف انتقال آب، کنترل سیلاب و انحراف آب مازاد در سیستم های فاضلاب شهری به شمار می روند. یکی از راهکارهای موثر و اقتصادی جهت افزایش راندمان سرریز های جانبی، استفاده از سرریز های کنگره ای می باشد. در سرریز های جانبی کنگره ای با تغییر هندسه پلان و افزایش طول سرریز در بازشدگی ثابت از کانال، ظرفیت عبور جریان بیشتر می گردد. با توجه به اهمیت این سرریز ها در پروژه های آبی و پیچیده بودن محاسبات مربوط به تعیین منحنی دبی- اشل سرریز های جانبی کنگره ای، لازم است روابط معمولی و کاربردی دبی- اشل در شرایط مختلف برای آن استخراج گردد. در این پژوهش رابطه دبی- اشل برای سرریز های جانبی معمولی در دو بازشدگی 3/0 و 5/0 و کنگره ای مثلثی با سه زاویه راس 45، 60 و 90 درجه در سه بازشدگی 3/0، 5/0 و 6/0 ارایه شده است. با مقایسه معادله استخراج شده با نتایج شبیه سازی شده، دقت رابطه ارایه شده در محدود 15 % ± به دست آمد که در کاربرد های عملی قابل قبول ارزیابی می شود. هم چنین با توجه به نتایج برای سرریز جانبی کنگره ای به ازای یک بار آبی ثابت، با افزایش زاویه ی راس سرریز، به علت کاهش طول موثر سرریز، دبی کاهش می یابد. از طرفی به ازای یک بار آبی ثابت، با کاهش بازشدگی سرریز، عرض موثر مجرای عبور جریان کاهش یافته و ضریب دبی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: سرریز جانبی کنگره ای، مدلسازی عددی، مدلسازی آشفتگی، معادله دبی-اشل، انسیس فلوئنت
  • بهزاد حصاری*، مریم محمد پور صفحات 133-146

    بخش کشاورزی بزرگ ترین مصرف کننده آب در ایران بوده و با محدود شدن منابع آب، نیاز به افزایش کارایی مصرف آن ضروری است. شبکه آبیاری و زهکشی حسنلو به عنوان قسمتی از پروژه بزرگ شبکه آبیاری- زهکشی دشت نقده، یکی از بزرگ ترین طرح های کشور در زمینه توسعه سامانه های آبیاری تحت فشار است. اراضی شبکه حسنلو بر اساس فشار موجود به سامانه های آبیاری بارانی، سطحی و هیدروفلوم مجهز شده است. در این تحقیق از سامانه های اطلاعات جغرافیایی به عنوان ابزاری جهت جمع آوری، مدیریت، پردازش و نمایش اطلاعات مکانی در فاز اول پروژه حسنلو در ارزیابی مدیریت آب این طرح استفاده شد. برای این منظور ابزاری برای محاسبه ضریب یکنواختی و ضریب یکنواختی توزیع در آبیاری بارانی طراحی و برای شبیه سازی و ارزیابی یکنواختی تک رایزر یا چند رایزر در سامانه GIS تهیه و الحاق شد. همچنین داده برداری میدانی آبدهی آبپاش ها و فشار واقعی زمان بهره برداری انجام پذیرفت. نتایج نشان داد فشار سر آبپاش ها به طور مکانی- زمانی از 5/0 تا 9/3 بار متغیر و ضریب یکنواختی پروژه کمتر از 50% بوده که بیانگر مدیریت ضعیف آبیاری بارانی در این پروژه بوده و همچنین در بین بهره برداران از رضایت نسبی حداقلی برخوردار است.

    کلیدواژگان: آبیاری بارانی ثابت، ضریب پخشیدگی، ضریب یکنواختی، مدل بیلدر، ArcGIS
|
  • F Pishro, M Bakhtiari *, N Shehni Karamzadeh Pages 1-14

    The permeability is one of the most important physical properties of a soil that has been used in geotechnical engineering. Soil permeability generally depends on several factors, such as soli properties containing the porosity, surface roughness of solid particles, Saturation and fluid (water) properties which passes through the soil. In order to do the research a testing device is designed for measuring horizontal and vertical permeability of the coarse particles. In this study, four uniform soil samples and three non-uniform samples with different compactions are selected and tested under various water heads. The results show the permeability in the horizontal direction is often greater than the permeability in the vertical direction and this difference in non-uniform sample is greater than that in uniform samples. The permeability anisotropy ratio for uniform samples is between 0.85-1.35 and for non-uniform samples is between 1.32-3.5. Also, with increasing the uniformity coefficient the rate of anisotropy permeable decreases.

    Keywords: anisotropy, coarse soil samples, Experimental Research, grading, Permeability
  • Fatemeh Sani *, Ghader Dashti Pages 15-30

    Changing the cropping pattern due to the climate change and drought persistence is one of the key approaches for agricultural policy makers for adaptation of water scarcity. Also, implementation of changing the cropping pattern in Sarab County is felt as one of the major points of agricultural production in East Azerbaijan province. Since the uncertainty is one of the unavoidable aspects in agricultural planning and decision making, this study introduces and applies the robust goal programming (RGP) model as a tool for optimization of cropping pattern under uncertainty. The required data and information for this study were collected through Sarab County Agriculture Organization and completing the questionnaire in the period of 2017-2018. In addition to the RGP approach, the LP and GP models were solved to determine the optimal cropping pattern. The results showed RGP model in terms of achieving the goals of maximize profit and minimize water consumption was superior to other models, which indicated that the current status of the water operation in the studied area was not optimal. Implementation of optimal cropping pattern based on RGP model would increase profited and employment by 1.7 and 1.32 percent, respectively and it also could reduce water consumption, fertilizer and chemical pesticides consumptions by 7.7, 12.3 and 12 percent, respectively relative to the current cropping pattern. Among the studied crops, wheat had the highest increase regarding cultivated area. Therefore, wheat is an important crop in the region and it should be cultivated as a strategic crop in greater volume.

    Keywords: Optimal Cropping Pattern, robust optimization, Sarab, uncertainty, Water
  • Zahra Haghani Pages 31-43

    Soil water content (SWC) is an important physical factor that plays an essential role in many processes such as infiltration and soil erosion. This study was conducted to investigate the effect of SWC on runoff and soil detachment from rills in coarse-grained soils in the semi-arid region. For this purpose, furrows with 6 m in length were installed in five rainfed farms with different slope steepness (6.1, 10.6, 14.8, 20.7 and 27.1%) treated with four moisture levels including air-dried (AD), between air-dried and field capacity (AD-FC), field capacity (FC) and saturation point (SP) in a completely randomized design witht three replications. Flow rate with a discharge of 2 L min-1 was used to investigate soil detachment from the farms. The soils were coarse texture (having 56-75% sand) and rocky (having 22-57%) with unstable structure and high infiltration rate. Based on the results, soil detachment decreased with increasing SWC in 6.1, 14.8 and 20.7 % slopes. The highest soil detachment rate (g m-2s-1) in these lands was observed in AD-FC (0.01), AD (0.306) and AD (0.0045), respectively. By increasing SWC, the continuity and stability of soil mass of furrow increased, and runoff occurred mostly as subsurface flow in the rills. Surface runoff as well as the soil particle detachment decreased in the rills. Therefore, in the semi-arid slopes with coarse-grained soil, soil detachment rate decreases with increasing SWC.

    Keywords: Gravel, Soil texture, Saturation moisture, Soil Structure, soil permeability
  • Shahabodin Shafiei, Mohsen Najarchi *, Saeid Shabanlou Pages 45-58

    In this research, an evolutionary based Neuro-fuzzy technique was utilized to estimate the discharge coefficient of labyrinth weirs. In order to optimize the parameters of the adaptive Neuro-fuzzy inference system (ANFIS), the Firefly Algorithm (FFA) was implemented. In modeling the ANFIS-FFA and ANFIS methods, the Monte Carlo simulation was used to evaluate uncertainty of the model. Furthermore, several models with significant flexibility and generalizability were provided using the k-fold cross validation method. First, the input dimensionless parameters including the Froude number (Fr), ratio of the head above the weir to the weir height (HT/p < /em>), cycle sidewall angle (α), ratio of length of the weir crest to the channel width (Lc/W), ratio of length of the apex geometry to the width of a single cycle (A/w) and the ratio of width of a single cycle to weir height (w/p < /em>) were defined. After that, seven different models were introduced for ANFIS and ANFIS-FFA. Then, using a sensitivity analysis, the superior models (ANFIS-FFA 5 and ANFIS 5) and the most effective input parameter (Froude number) were identified. In addition, the error distribution results showed that about 70% of the superior model (ANFIS-FFA 5) results had an error less than 5%. In other words, the superior model had a high statistical significance. Ultimately, the uncertainty analysis for the superior models was carried out.

    Keywords: ANFIS, Discharge coefficient, Firefly Algorithm, Labyrinth weir, optimization
  • Nasim Soori, Saba Soori, Hamid Reza Baba Ali Pages 59-73

    The stilling basins are of the most important energy dissipater structures, and changes in their shape lead to a better ‎hydraulic performance of them. In this study, the impacts of steps at the end of USBR II stilling ‎basin of Nazloo-Chay ‎dam and walls convergence on the pressure, water surface profile, efficiency of ‎hydraulic jump and energy dissipation ‎were investigated. For this purpose, the flow was ‎simulated using the VOF method and RNG turbulent model in ‎the ‎converging stilling basin (with convergence angle of 5◦, 7.5◦, 10◦ and 12.5◦) and discharge rate of 830 m3/s. The ‎numerical model was ‎verified by pressure's experimental data. The results showed that existence end steps and ‎convergence walls led to an increase in tail water depth and prevented hydraulic jump from exhausting out of ‎stilling ‎basin. Also, the convergence walls caused the jump to be submerged contrary to the free jump occurring in ‎stilling basins with parallel walls having free jumps. Convergence Walls had a positive impact on the efficiency of the ‎hydraulic jump. In this study, the converging stilling basin with 5◦ convergence angel gave a great performance, and the ‎efficiency increased by 136% in comparison to stilling basin with parallel walls. The comparison of the ‎results of energy ‎dissipation for different sections of stilling basin at different flow depths ‎demonstrated that the maximum energy ‎dissipation occurred in the depths between 20-30% of flow depth. These results may be considered for improving the ‎stilling basins design.‎

    Keywords: Convergent angels, Convergence stilling basin, Efficiency of hydraulic jump, Energy dissipation, numerical model, Turbulence
  • Masume Zare *, Hamid Reza Ghafouri, Hamid Reza Safavi Pages 75-87

    The aim of this study was to investigate the efficiency of the neural network model in quantitative and qualitative modeling of groundwater resources. For this purpose, the groundwater of the Najafabad aquifer located in Gavkhoni basin at the central plateau of Iran, was modeled using MODFLOW and MT3DMS modules of GMS v. 10 software. After calibrating and validating the model for a 11 years time period, the ranges of hydraulic conductivity, specific yield and longitudinal dispersivity coefficient were found to be 0.5-16 (m day-1), 0.023-0.113 and 7.5-18.2 (m), respectively. Then the study area divided into two sub-regions and the ANN model was designed for each of the sub-regions. Afterwards, the optimal parameters of the ANN models were determined using the 20-year dataset of water year and the genetic algorithm optimization model. Finally, calculated values relevant to the average level of groundwater and the mean concentration of TDS, which were acquired by the ANN model and the numerical model, were compared with the observed values from 2014 to 2016. Results showed that the neural network model is capable in simulating the quantitative and qualitative treatment of the groundwater system and can be used as a suitable alternative for the numerical model linking the management models.

    Keywords: Artificial neural network, genetic algorithm, MODFLOW, MT3DMS, Simulation
  • Afshin Mohammadi *, Ali Asghar Jafarzadeh, Shahin Oustan, Farzin Shahbazi Pages 89-102
    Spatial variability of the soil properties is related to the environmental factors such as climate, topography, parent material and vegetation. Topography causes significant differences in soil properties through the three factors of elevation, natural drainage and slope. This research was carried out to investigate the effect of elevation on some physical and chemical characteristics, type and content of the clay minerals, and finally on the evolution of soils of an elevation profile in Talesh Mountain in Ardabil province. Following excavation and description of five profiles on non-eroded surfaces, physical, chemical and clay mineralogy experiments were performed on the samples. The results showed that weathering intensity and type of pedological processes were different and hada significant effect on some soil characteristics such as clay content, different forms of iron, minerals and soil classification at the different surfaces of elevation. With decreasing the altitude, the amount of illite minerals was reduced but the amount of smectite minerals has increased, which is a reason for the improved weathering and evolution of the soils. The results show that toeslope lands have evolved soils of Vertisols and Mollisols, but highlands have Inceptisols with low degree of evolution. Addition, in the studied elevation profile, as the altitude decreases, the climate becomes warmer and consequently the intensity of pedogenic processes increases.The increase in the amount of crystalline iron (Fed-Feo), as an indicator of soil evolution, from 2303.9 mg kg-1 at the topslope to 7558 mg kg-1 at the toeslope of the mountain illustrates this evolutionary trend.
    Keywords: Clay mineralogy, Elevation profile, Iron forms, Soil properties, Topography
  • Samira Ravan, Roghaie Hamzenejhad Pages 103-117

    In order to study the effect of Leonardite on adsorption behavior and chemical forms of Zn a soil, an experiment was conducted in a completely randomized design (CRD) with three levels of Leonardite (0, 2 and 5%) in three replications. The soil was mixed with 2 and 5% of Leonardite and incubated at 25±1 °C for 2 weeks. After 2 weeks, adsorption experiments carried out with different initial concentration of Zn (0, 30, 90, 120, 150, 200, 250 and 300 mg L-1 Zn) with 0.01 M CaCl2 as a background solution, and Zn-extractable by DTPA method and Zn distribution by Tessier sequential extraction method were determined. Among the adsorption equations, the Froundlich equation (with higher R2 and lower SE) was better fitted to experimental data compared to Langmuier, Temkin and Dubinin-Radushkevich equations, and sorption capacity factors (qmax, B, KF, qD) and sorption energy factors (KT, KL,1/n) decreased with application of leonardite. The sorption energy parameter (E) of Dubinin-Radushkevich isotherm indicated that the Zn adsorption process was physical. The application of Leonardite increased the exchangeable, carbonateand organic matter forms and decreased oxide and residual forms. The MF Values increased with increasing Leonardite levels, demonstrating an increase in the mobility of Zn in the studied soil. It was concluded that addition of the Leonardite in soil lead to transformation of the zinc from insoluble forms into more soluble forms and increased zinc bioavailability.

    Keywords: Adsorption isotherm, Leonardite, Mobility factor, Sequential extraction, Zinc
  • Fatemeh Attarzadeh, Saeedreza Khadashenas *, Ali Naghi Ziaei Pages 119-131

    Side weirs are among important hydraulic structures that used in various projects such as water conveyance, flood control, and diversion of excess water in sewer networks. One of the most effective and economical way to increase the efficiency of this weirs is application of labyrinth side weir. Using labyrinth side weirs, the flow discharge is increased by changing the plan geometry and increasing the weir length. According to fairly complicated flow pattern around this weir, extracting simple stage-discharge relation for different conditions is necessary. Therefore, in this study, the stage-discharge relations for normal side weirs with opening of 0.3 and 0.5 and labyrinth side weirs with included angles 90, 60 and 45 and opening of 0.3, 0.5 and 0.6 were extracted. Comparison of simulated results with these relations indicated that accuracy of the relations is within ±15% which is acceptable for practical purposes. Due to decreasing the weir effective length, the flow discharge was reduced when the apex angle of labyrinth side weir has increased for a constant water head. Decreasing the effective width also caused the flow discharge to be reduced when opening was decreased for a constant water head.

    Keywords: Labyrinth side weir, Numerical modeling, Turbulence modeling, Head-Discharge Equation, ANSYS Fluent
  • Behzad Hessari *, Maryam Mohammadpour Pages 133-146

    Agricultural sector is the greatest user of water in Iran, and increase of the consumption efficiency is necessary by considering the limited water resources in the recent years. Hasanlu irrigation and drainage networks as a part of a larger project of Naghadeh plan is one of the country's largest projects in the field of development of pressurized irrigation systems. Hasanlu network supplies water to the systems of sprinklers, surface gravity irrigation, and hydroflums based on the available pressure head at the relevant sites. In this research, geographic information systems were used as a framework for storing, management, processing, analyzing and visualization of spatial information of Hasanlo project phase 1 to evaluate water management of this plan. For this purpose, the coefficient of uniformity and distribution uniformity in sprinkler irrigation calculation toolbox developed and added to GIS as an extension, to simulate and evaluate the single or multi riser uniformity tests. Also, the risers discharge and application pressure were recorded at the site during the operation of the project. Results indicated that the pressure of risers varied from 0.5 to 3.9 bar and average Christiansen’s coefficient of uniformity (CU) was under 50% that indicated poor water management in the farm level. Also the satisfaction of stakeholders was in medium level.

    Keywords: ArcGIS, Distribution Coefficient, Fixed Sprinkler Irrigation, Model Builder, Uniformity coefficient