فهرست مطالب

دانش آب و خاک - سال سی و دوم شماره 1 (بهار 1401)

نشریه دانش آب و خاک
سال سی و دوم شماره 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/16
  • تعداد عناوین: 12
|
  • فریبرز احمدزاده کلیبر* صفحات 1-14

    برنامه ریزی مناسب در استفاده از منابع محدود آب می تواند نقش موثری در افزایش تولیدات کشاورزی داشته باشد. در این تحقیق، سطح زیر کشت بهینه برمبنای حجم مخزن و شرایط کمبود آب قابل دسترس در دشت ارسباران تعیین شده-است. ابتدا سود خالص حاصل از کشت در دوره آماری (1381-90) با رابطه استوارت و ارزشهای اقتصادی منطقه بدست آمد. بهینه سازی تخصیص آب به روش برنامه ریزی خطی برای هر سال آماری جهت بیشینه نمودن تابع هدف (سود خالص) و با محدودیت های موجود اجرا گردید. بهینه سازی برای پنج مقدار آب آبیاری قابل دسترس (NIV) صورت گرفت و برای هرکدام، مساحت های زیر کشت بهینه سالیانه برای گیاهان پیشنهادی بدست آمد. با بهینه سازی سطوح کشت سالیانه یک فرم بهینه ثابت نیز برای منطقه استخراج گردید. نتایج نشان داد تغییرات سود خالص در واحد حجم آب با افزایش آب قابل دسترس در هر دو حالت بصورت سهمی درجه دو کاهش یافته و در تمام NIV ها سود سطح کشت متغیر به مقدار ثابت 7% بیشتر می باشد. همچنین سود خالص کل برای سطح کشت بهینه متغیر سالیانه برای آب قابل دسترس 8 میلیون مترمکعب، 8% بیشتر از سطح کشت ثابت بوده و این مقدار برای 10 تا 16 میلیون مترمکعب، بترتیب از 11% تا 18% بصورت خطی افزایش می یابد که نشان از برتری نسبی سطح کشت بهینه متغیر بدون در نظر گرفتن مزایای مدیریتی حالت ثابت از قبیل طراحی، آبیاری و مکانیزاسیون می باشد.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی خطی، بهینه سازی، تخصیص آب، سطح زیر کشت، سود خالص
  • شیوا مصطفی زاده*، جواد بهمنش، وحید رضاوردی نژاد صفحات 15-26

    تابش خورشیدی، از پارامترهای مهم اقلیمی است که با بسیاری از فرایندهای هیدرولوژیک و هواشناسی ارتباط مستقیم دارد. به علت فقدان داده های واقعی ثبت شده این پارامتر در ایستگاه های هواشناسی، معمولا مدل های تخمین تابش خورشیدی بر پایه پارامتر های هواشناسی در کار های عملی به کار گرفته می شوند. معادله آنگستروم-پرسکات که بر اساس ساعات آفتابی عمل می کند، به طور گسترده ای به علت سادگی و قابل قبول بودن آن در محاسبات مربوط به مقادیر تابش خورشیدی به کار گرفته شده است. تاکنون مطالعات زیادی در خصوص واسنجی ضرایب این رابطه برمبنای پارامترهای هواشناسی صورت گرفته است. هدف از تحقیق حاضر، ارزیابی اثر آلاینده-های اتمسفری بر تابش خورشیدی دریافت شده توسط زمین با استفاده از مدل آنگستروم-پرسکات می باشد. برای این منظور با استفاده از داده های روزانه تابش سنجی ایستگاه ارومیه و تبریز در دوره ی 3 ساله (1393-1395)، واسنجی ضرایب رابطه آنگستروم-پرسکات با درنظر گرفتن شاخص آلودگی هوا (API) انجام گرفت. همچنین برای مقایسه نتایج مدل های اصلاحی با معادله کلی، مدل های مختلف خطی، نمایی و لگاریتمی توسعه داده شد. به منظور ارزیابی دقت مدل ها از شاخص های آماری RMSE، MABE، NSE وR^2 استفاده گردید. نتایج آنالیز آماری مدل ها نشان داد که مدل های واسنجی شده ایستگاه ارومیه و تبریز بر مبنای شاخص آلودگی هوا و با ساختار لگاریتمی، دارای بهترین عملکرد نسبت به معادله کلی آنگستروم-پرسکات بودند. متوسط مقادیر ریشه میانگین مربعات خطا برای مدل اصلاحی لگاریتمی به ترتیب برای ارومیه و تبریز برابر 1263/0 و1050/0 ژول بر سانتی مترمربع بر روز به دست آمد.

    کلیدواژگان: آلاینده های اتمسفری، آنگستروم-پرسکات، تابش خورشیدی، ساعات آفتابی، شاخص آلودگی هوا
  • ام البنی محمدرضاپور*، زهره سادات موسوی صفحات 27-38

    آب ذخیره شده در مخازن یکی از منابع مهم تامین آب در مناطق کم آب بشمار میرود. بنابراین بهرره برداری بهینه از آن مخصوصا در دوران خشکسالی از اهمیت زیادی برخوردار میباشد. در این تحقیق به بررسی بهینه سازی بهره برداری از مخزن سد وشمگیر واقع در استان گلستان با اعمال سیاست جیره بندی پیوسته با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات و برنامه ریزی خطی پرداخته شد. تابع هدف در این تحقیق کمینه سازی مقدار کمبود می باشد. به منظور بررسی اثر اعمال سیاست مدیریتی جیره بندی، دوره خشکی سه ساله از سال 1380 تا 1382 در نظر گرفته شد. برای ارزیابی نتایج از شاخص های ارزیابی منابع آب همچون درصد تامین، درصد اعتمادپذیری، آسیب پذیری، برگشت پذیری، پایداری مورد استفاده قرار گرفت. میزان تغییرات حجم آستانه مخزن در هر ماه از مدل استخراج شده و منحنی قاعده جیره بندی ارایه گردید. ارزیابی نتایج دو مدل نشان داد شاخص پایداری مدل برنامه ریزی خطی (با مقدار78/41) از الگوریتم ازدحام ذرات (با مقدار 416/6) بسیار بالاتر بوده و نشان از کارایی بالاتر این مدل در بهینه سازی سیاست جیره بندی در سد وشمگیر می باشد.

    کلیدواژگان: بهره برداری، اعتمادپذیری، سیاست جیره بندی، بهینه سازی، مخزن
  • پیام نوروزی، فریبرز یوسفوند*، احمد رجبی، سعید شعبانلو صفحات 39-52
    در این مطالعه، برای اولین باز ضریب دبی سرریزهای کنگره ای با استفاده از مدل هوش مصنوعی ماشین آموزش نیرومند خود تطبیقی (SAELM) شبیه سازی شد. برای ارزیابی دقت مدل هوش مصنوعی از شبیه سازی های مونت کارلو استفاده شد. علاوه بر این برای صحت سنجی نتایج مدل های عددی از روش صحت سنجی ضربدری استفاده گردید. مقدار k در این مطالعه مساوی با 5 در نظر گرفته شد. در ابتدا بهینه ترین نرون لایه مخفی بدست آمد. تعداد نرون های لایه مخفی بهینه مساوی با 30 بدست آمد. همچنین تجزیه و تحلیل نتایج توابع فعال سازی مختلف نشان داد که تابع فعال سازی زیگموید دارای دقت بیشتری در مقایسه با سایر توابع فعال سازی است. با انجام تحلیل حساسیت، مدل برتر معرفی شد. مدل برتر مقادیر ضریب دبی را بر حسب کلیه پارامترهای ورودی تخمین زد. این مدل مقادیر ضریب دبی سرریزهای کنگره ای را با دقت بالایی تخمین زد. به عنوان مثال مقادیر R2، شاخص پراکندگی و ضریب Nash برای مدل برتر مساوی با 966/0، 034/0 و 964/0 محاسبه شدند. همچنین نسبت هد کل روی سرریز به ارتفاع تاج سرریز (HT/P) و نسبت طول هندسی راس سرریز به عرض یک سیکل سرریز (A/w) به عنوان موثرترین پارامترها شناسایی شدند. در انتها، برای پارامترهای ورودی تحلیل حساسیت مشتق نسبی اجرا شد.
    کلیدواژگان: سرریز کنگره ای، ضریب دبی، ماشین آموزش نیرومند خود تطبیقی، تحلیل حساسیت، مشتق نسبی
  • ساناز اشرفی سعیدلو، عباس صمدی*، میرحسن رسولی صدقیانی، ابراهیم سپهر، محسن برین صفحات 53-70

    پژوهش حاضر با هدف ارزیابی اثر منابع مختلف کربن بر قابلیت انحلال پتاسیم توسط باکتری Pseudomonas fluorescens و قارچ Aspergillus niger و مدل سازی اثر سطوح مختلف متغیرهای زمان انکوباسیون، pH و منبع کربن بر انحلال پذیری پتاسیم با استفاده از طرح مرکب مرکزی انجام شد. در مرحله ی اول، بر مبنای طرح پلاکت - برمن، تعداد 12 آزمایش با ترکیب سطوح مختلف تعریف شده و تاثیر منابع مختلف کربن شامل گلوکز، ساکارز و فروکتوز در دو سطح 1+ (10 گرم در لیتر) و 1- (5 گرم در لیتر) بر انحلال پتاسیم موجود در ایلایت مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله دوم، پس از گزینش منبع کربن مهم و تاثیرگذار، دامنه های متفاوتی از متغیرهای مستقل شامل زمان انکوباسیون، pH و منبع کربن در نظر گرفته شده و بر اساس مقادیر کدبندی شده متغیرهای مستقل، طراحی آزمایش صورت پذیرفت. نتایج نشان داد تاثیر منابع کربن بر رهاسازی K توسط باکتری و قارچ معنی دار نبود و لذا هر کدام از آنها میتوانند بهعنوان جایگزین یکدیگر در محیط کشت استفاده شوند. بر مبنای نتایج تحلیل آماری ضرایب مدل طرح مرکب مرکزی، pH اثر مثبت و افزاینده ای بر افزایش رهاسازی پتاسیم محلول داشت (0001/0>P). به طوری که بیشترین آزادسازی پتاسیم توسط باکتری و قارچ به ترتیب برابر با 75/109 و 3/170 میلی گرم در لیتر، در سطوح مرکزی زمان و منبع کربن، و 36/10 = pH مشاهده شد. بر اساس مقدار ضریب تبیین مدل طرح مرکب مرکزی، به ترتیب 91 و 8/87 درصد از تغییرات پتاسیم محلول در حضور باکتری و قارچ توسط این مدل قابل تبیین بود.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، ایلایت، میکروارگانیسم های حل کننده، پتاسیم، منبع کربن
  • فرزانه نجفی آقامیرلو*، فرزین شهبازی، علی اصغر جعفرزاده، ابوالفضل مجنونی هریس صفحات 71-83

    اولویت بندی انواع سامانه های مختلف آبیاری جهت مدیریت صحیح منابع خاک و آب برای اراضی جنوب شهرستان اهر(9000 هکتار) ضروری می باشد. بدین منظور، از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی 44 خاکرخ (بافت خاک، عمق، آهک، گچ، شوری و قلیاییت) استفاده و قابلیت اراضی برای آبیاری به روش سیستم محدودیت ها و نیز تناسب محدوده مطالعاتی برای سامانه های آبیاری قطره ای، بارانی و سطحی با استفاده از روش پارامتریک تعیین شدند. نتایج کاربرد سیستم محدودیت ها نشان داد که خاک و توپوگرافی به عنوان مهم ترین عوامل محدودکننده بوده وقابلیت آبیاری منطقه مورد مطالعه در کلاس های III (اراضی قابل کشت) و IV (اراضی قابل کشت محدود) به ترتیب با وسعتی حدود 75% و 25% قرار می گیرد. بر اساس نتایج روش پارامتریک در مورد کاربرد آبیاری سطحی، فقط 4% اراضی در کلاس S1 (عالی) قرار گرفته و به ترتیب کلاس های S2 (مناسب)، S3 (نسبتا مناسب)، N1 (تقریبا نامناسب) و N2 (نامناسب) حدود 31%، 46%، 17% و 2% مساحت مورد بررسی را شامل می شوند. همچنین قسمت های جنوبی محدوده برای آبیاری سطحی به دلیل وجود شیب زیاد مناسب نبوده و اراضی برای آبیاری بارانی و قطره ای به ترتیب درکلاس های S2 و S3 قرار گرفته و حدود70% و 25% پهنه های مطالعاتی را به خود اختصاص داده و بقیه اراضی برای آبیاری بارانی مستعدتر از آبیاری قطره ای می باشد. با استناد به نقشه های تهیه شده حدود 5000 هکتار از اراضی عمدتا قسمت های شمالی و حاشیه رودخانه اهرچای دارای کلاس مناسب برای آبیاری قطره ای (S2) می باشد. در نهایت نتایج حاصله بیانگر همخوانی آن ها با عملیات اجرایی توسعه آبیاری قطره ای توسط اداره جهاد کشاورزی شهرستان اهر می باشد.

    کلیدواژگان: آبیاری بارانی، آبیاری قطره ای، آبیاری قطره ای ارزیابی اراضی، GIS
  • حسین صفرزاده، حمیدرضا توحیدی مقدم*، فرشاد قوشچی صفحات 85-102

    به منظور بررسی نقش قارچ مایکوریزا در کاهش خسارت آرسنیک، آزمایشی در ورامین به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با چهار سطح آرسنیک (صفر، 40، 80 و 120 میلی گرم بر کیلوگرم خاک) و دو سطح میکوریز شامل (بدون کاربرد مایکوریزا و کاربرد مایکوریزا) در 3 تکرار بر روی گیاه گندم در سال 1397 انجام شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که برهمکنش کاربرد آرسنیک و مایکوریزا در تمامی صفات مورد بررسی معنی دار گردید. افزایش غلظت آرسنیک سبب کاهش شاخص سطح برگ، کلروفیل کل، وزن هزار دانه و وزن خشک هر بوته گردید در حالی که سبب افزایش محتوای پرولین برگ، میزان فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز و کاتالاز در اندام هوایی گیاه شد. کاربرد مایکوریزا در سطوح مختلف آرسنیک سبب کاهش صدمات ناشی از آن شد به طوری که منجر به افزایش اجزاء عملکرد و کاهش محتوای پرولین، فعالیت آنزیم سوپر اکسید دیسموتاز و کاتالاز در اندام هوایی گیاه گردید. بیشترین میزان شاخص سطح برگ (88/6)، کلروفیل کل (89/1 میلی گرم بر گرم وزن تر)، وزن هزار دانه (3/42 گرم) و وزن خشک تک بوته (5/31 گرم) در تیمار بدون آرسنیک و کاربرد مایکوریزا و بیشترین میزان مالون دی آلدیید (77/13 میکرومول بر گرم وزن تازه)، پرولین (06/4 میلی گرم بر گرم بافت تازه برگ) سوپر اکسید دیسموتاز ، کاتالاز و پر اکسیداز به ترتیب با 2/510، 2/182 و 18/14 واحد فعالیت، در تیمار غلظت 120 میلی گرم بر کیلو گرم + عدم کاربرد مایکوریزا مشاهده شد. به طور کلی نتایج این آزمایش نشان داد که کاربرد قارچ مایکوریزا می تواند نقش مثبتی در کاهش تنش آرسنیک داشته باشد.

    کلیدواژگان: آرسنیک، اجزاء عملکرد، فعالیت آنتی اکسیدانتی، گندم، عناصر سنگین
  • مجید حیدری *، سعید شعبانلو، بابک سان احمدی صفحات 103-114

    در این مطالعه، میدان جریان آشفته درون کانال‌های مستطیلی دارای سرریز جانبی با استفاده از نرم افزار FLOW-3D شبیه؜سازی می‌شود. برای صحت سنجی نتایج مدل‌سازی از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی هاگر (1982) استفاده می‌شود. همچنین برای شبیه سازی آشفتگی جریان از مدل‌های آشفتگی k-ε استاندارد و RNG k-ε بهره برده می‌شود. نتایج مدل سازی عددی نشان می‌دهد که مدل آشفتگی RNG k-ε از دقت بیشتری برخوردار است. بر اساس نتایج مدل‌سازی، مقدار RMSE و R2 برای مدل آشفتگی k-ε استاندارد به ترتیب برابر 005/0 و 969/0 محاسبه گردیده است. این در حالی است که مقادیر مذکور برای مدل آشفتگی RNG k-ε به ترتیب مساوی 004/0 و 971/0 تخمین زده شده است. همچنین تجزیه و تحلیل نتایج عددی حاکی از دقت مناسب مدل عددی در پیش‌بینی نتایج آزمایشگاهی است. به عنوان مثال مقادیر RMSE و ضریب همبستگی برای مدل مذکور به ترتیب برابر مساوی 004/0 و 971/0 محاسبه گردیده است. در ادامه تاثیرات طول دهانه سرریز جانبی بر روی الگوی جریان مورد بررسی قرار می‌گیرد. به همین منظور سه مدل عددی مختلف با سرریزهای به طول یک، 7/0 و 5/0 متر تعریف می‌شود. بر اساس نتایج مدل سازی، با کاهش طول دهانه سرریز جانبی مقدار عدد فرود جانبی در امتداد سرریز جانبی کاهش می‌یابد. در مقابل با کاهش طول دهانه سرریز جانبی، حداکثر مقدار فشار میدان جریان برای مدل با طول دهانه 5/0 متر پیش‌بینی شد. به عبارت دیگر حداکثر مقادیر فشار برای مدل‌های با سرریز به طول 1، 75/0 و 5/0 متر به ترتیب برابر 271، 286 و 317 پاسکال محاسبه گردید.

    کلیدواژگان: طول دهانه، سرریز جانبی، کانال مستطیلی، شبیه سازی عددی، مدل FLOW-3D
  • مهدی فولادی پناه *، مهدی ماجدی اصل صفحات 115-128

    وجود سازه‌های هیدرولیکی در مسیر جریان باعث ایجاد جریان متغیر تدریجی (GVF) می‌شود که محاسبه‌ی تغییرات سنجه‌های هیدرولیکی بر مبنای حل معادله‌ی دینامیکی جریان با دقت بسیار زیاد از اهمیت ویژه‌ای بین پژوهشگران برخوردار است. در این پژوهش، ضمن بی‌بعدسازی معادله‌ی دینامیکی GVF در قالب دو روش yn-مبنا و yc-مبنا، از تابع فوق هندسی گوس برای حل تحلیلی این معادله برای پنج شیب ملایم (M)، تند (S)، بحرانی (C)، افقی (H) و معکوس (A) استفاده شده است. همچنین با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی جمع‌آوری شده از یک کانال مستطیلی، مقایسه‌ای بین دقت محاسبه‌ی روش حل تحلیلی تابع فوق‌هندسی گوس و روش عددی رونگ‌کوتا مرتبه‌ی چهار بر مبنای شاخص‌های مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین (2R) و متوسط درصد خطا (E) برای پروفیل‌های نوع M1، S2 و C3 انجام گرفته است. مقدار شاخص‌های RMSE و 2R برای پروفیل‌های M1، S2 و C3 در حل‌گر تحلیلی فوق‌هندسی گوس به ترتیب (0173/0، 9986/0)، (0167/0، 9984/0) و (0204/0، 9988/0) و در حل‌گر عددی رونگ‌کوتای مرتبه‌ی چهار به ترتیب (0458/0، 9864/0)، (0259/0، 991/0) و (0327/0، 9869/0) به دست آمدند. نتایج پژوهش نشان داد استفاده از حل‌گر تحلیلی تابع فوق‌هندسی گوس برای حل معادله‌ی دیفرانسیلی جریان GVF ، از دقت بسیار زیادی برخوردار است.

    کلیدواژگان: پروفیل سطح آب، تابع فوق هندسی گوس، روش تحلیلی، روش عددی، جریان متغیر تدریجی
  • کیومرث روشنگر *، آیدا نوری صفحات 129-142

    طراحی کانال با هدف به حداقل رساندن هزینه ساخت کانال، یکی از مسایل مهم بهینه‌سازی است. در این تعریف مقادیر متغیرهای مقاطع یعنی شیب کناری، عرض کف، عمق جریان و شعاع کانال دایروی با مینیمم کردن هزینه کانال ها با در نظر گرفتن قید جریان هیدرولیکی محاسبه می‌شود. در تحقیق کنونی طراحی بهینه در یک چارچوب بهینه‌سازی غیر خطی با تابع هدف که تابع هزینه در واحد طول کانال بر اساس هزینه پوشش، هزینه خاکریزی و خاکبرداری واحد حجم و هزینه هدر رفت آب فرموله شده است، می‌باشد. با استفاده از الگوریتم ژنتیک پارامترهای چهار مقطع بهینه شده کانال از جمله مقاطع کانال‌های ذوزنقه‌ای، مستطیلی، مثلثی و دایروی محاسبه گردیدند. از نتایج حاصله برای محدودیت معادله جریان در مقایسه هزینه کل ساخت مقاطع، مقطع دایروی از هزینه ساخت کمتری برخوردار است. با استفاده از روش پیشنهادی که از دقت خوبی برخوردار بوده چندین حالت با محدودیت اضافی سرعت جریان، عدد فرود و عرض سطح آزاد جریان جهت طراحی مطلوب کانال در شرایط ویژه مورد بررسی قرار گرفتند که به ترتیب سبب افزایش 40%، 30% و کاهش هزینه ساخت در حدود 48%  برای مقاطع کانال‌های ذوزنقه‌ای، مستطیلی و مثلثی شدند. برای مقطع دایروی محدودیت عدد فرود، عرض سطح آزاد و سرعت سبب افزایش هزینه ساخت شدند.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، طراحی، مقاطع کانال های روباز، محدودیت، هزینه
  • ندا مرادی قزلداغ، میرحسن رسولی صدقیانی *، ابراهیم سپهر صفحات 143-157

    بیوچار به عنوان یک اصلاح کننده خاک می تواند با تاثیر بر زیست فراهمی فلزات سنگین در خاک های آلوده، خطر ورود آنها به زنجیره غذایی را کاهش دهد. برای بررسی اثر بیوچارهای تولیدشده از ضایعات هرس درخت سیب، انگور و کاه و کلش گندم بر زیست فراهمی کادمیم و رشد گیاه کاهو آزمایشی درشرایط گلخانه ای به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه فاکتور شامل 1) غلظت کادمیم (صفر، 10 و20 میلی گرم بر کیلوگرم)، 2) نوع بیوچار (هرس سیب، هرس انگور و کاه و کلش گندم) و3) مقدار بیوچار(صفر (B0)، 2 (B2) و 5  (B5)درصد وزنی/وزنی) در سه تکرار اجرا گردید. در پایان دوره رشد گیاه کاهو برخی از پارامترهای گیاه شامل وزن خشک بخش هوایی و ریشه، غلظت کادمیم  بخش هوایی و ریشه، فاکتور انتقال (TF)، ضریب تغلیظ زیستی بخش هوایی و ریشه (BCF) و کادمیم زیست فراهم خاک اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که افزایش سطح آلودگی خاک باعث افزایش کادمیم زیست فراهم خاک، غلظت کادمیم بخش هوایی، غلظت کادمیم ریشه و ضریب تغلیظ زیستی بخش هوایی و ریشه (BCF) شد. همچنین با افزیش مقدار بیوچار در خاک مقدار کادمیم زیست فراهم خاک و غلظت کادمیم بخش هوایی و ریشه در تیمارها به طور معنادار بدین ترتیب کاهش یافت (B0 >B2 >B5). غلظت کادمیم زیست فراهم خاک در تیمارهای بیوچار ضایعات هرس سیب، هرس انگور و کاه و کلش گندم در تیمار 5 درصد نسبت به تیمار بدون بیوچار به‌ترتیب 8/46، 9/65 و 5/76 درصد کاهش یافت. به طور کلی، تاثیر بیوچار بر کاهش زیست فراهمی کادمیم به نوع ماده خام، مقدار بیوچار و غلظت فلز بستگی داشت.

    کلیدواژگان: انگور، بیوچار، سیب، کادمیم، کاه و کلش گندم، کاهو
  • رضا سعیدی * صفحات 159-175

    به‌منظور بررسی حد مجاز جذب آب توسط گیاه ذرت در مراحل مختلف رشد و برنامه‌ریزی آبیاری، پژوهشی در دانشگاه‌ بین‌المللی امام خمینی(ره) به‌صورت آزمایش فاکتوریل و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی انجام شد. در تیمار شاهد نیاز آبی گیاه به‌طور کامل تامین شد. اما تیمارهای تنش شامل اعمال تنش آبی (تا نقطه‌ی پژمردگی موقت)، در مراحل مختلف رشد 6 برگی، 12 برگی، گل‌دهی و خمیری شدن دانه‌ها بود. در زمان اعمال تنش، مقاومت روزنه‌ای، دمای پوشش سبز و پارامترهای هواشناسی اندازه‌گیری شد. بر اساس پاسخ پارامترهای گیاهی به تنش آبی، مقادیر آب سهل‌الوصول (RAW) و شاخص تنش آبی محصول (CWSI) تعیین شد. مقدار RAW و CWSI در مراحل رشد 6 برگی، 12 برگی، گل‌دهی و خمیری شدن دانه به‌ترتیب برابر با 45، 66، 61 و 70 درصد و 37/0، 54/0، 63/0 و 47/0 محاسبه شد. نتایج نشان داد حساسیت گیاه به تنش آبی، در مراحل مختلف رشد ذرت متفاوت بود. به‌طوری‌که مرحله‌ی گل‌دهی ذرت، حساس‌ترین مرحله به اعمال تنش آبی بود. لذا بر اساس واکنش‌های گیاهی، زمان شروع تنش آبی گیاه به‌عنوان زمان انجام آبیاری تعیین شد. همچنین با محاسبه حجم دقیق آب مورد نیاز گیاه و اعمال دورهای متغیر آبیاری در مراحل رشد، نیاز آبی گیاه تامین و از تلفات آبیاری جلوگیری شد. در این شرایط با توجه به حساسیت متفاوت جذب آب در مراحل رشد گیاه، امکان افزایش بهره‌وری مصرف آب فراهم شد.

    کلیدواژگان: آب سهل الوصول، رطوبت خاک، حساسیت مراحل رشد، نیاز آبی، واکنش های گیاهی
|
  • Fariborz Ahmadzadeh Kaleybar * Pages 1-14

    Suitable planning for the use of limited water resources can increase the production of agricultural crops effectively. In this research, optimal cultivation areas were determined based on reservoir volume and available water scarcity conditions in Arasbaran plain. At first, the net benefit from cultivation in the period (2002-2011) obtained using the Stewart model and the region economic values. Optimal water allocation program was run using the linear programming for each time period of year for maximizing the net benefit objective function considering the restrictions. Optimization performed for five scenarios of available irrigation water (NIV) and for each of them, optimal annual cultivated areas for the proposed plants were obtained. By optimizing the annual cultivated areas, a constant optimal form was also obtained for the region. The results showed that the net benefit changes per unit volume of water, decreased with the increase of available water in both cases as a second degree curve and in all NIVs the benefit of the variable cultivated area was 7% higher. Also, the total net benefit of the annual optimal cultivated area for available water of 8 million cubic meters was 8% more than the fixed cultivated area, and for 10 to 16 million cubic meters, this value increases linearly from 11% to 18%, that shows the relative superiority of the variable optimal cultivated area without considering the management benefits of the fixed mode such as design, irrigation and mechanization.

    Keywords: Cultivated area, Liner programming, Net benefit, optimization, Water allocation
  • Shiva Mostafazadeh *, Javad Behmanesh, Vahid Rezaverdinejad Pages 15-26

    Solar radiation is one of the most important climate parameters that has direct relationship with many hydrological and meteorological processes. Due to the lack of real time records of this parameter in meteorological stations, solar radiation estimation models based on meteorological parameters are usually applied in practical issues. The Angstrom-Prescott equation that works on the basis of the sunshine hours has been widely applied for calculating solar radiation values due to its simplicity and acceptability. So far, many studies have been conducted about calibrating coefficients of this equation based on the meteorological parameters. The purpose of this study was to evaluate the atmospheric air polutions effects on received solar radiation using the Angstrom-Prescott model. Calibration of the Angstrom-Prescott equation coefficients was performed using daily radiation data of Urmia and Tabriz stations during 3 years period (2014-2017) with taking into account the Air Pollution Index (API). Also,in order to compare the results of modified models with general equation of Angstrom-Prescott,different linear,exponential and logarithmic models were developed. In order to evaluate the models precision, RMSE, MABE, NSE and R2 indices were employed. The results of statistical analysis of the models indicated that the calibrated models of Urmia and Tabriz stations on the basis of the API and the logarithmic structure had the best perfermace to general equation of Angstrom-Prescott. The average values of the RMSE of the modified logarithmic model for Urmia and Tabriz were obtained 0.1263 and 0.1050 jcm-2day-1, respectively.

    Keywords: Air pollution index, Atmospheric pollutants, Angstrom-Prescott, Solar radiation, sunshine hours
  • O. MohamadReza Pour, Z .Mosavi Rasteger Pages 27-38

    Water stored in the reservoir is one of the main sources of water supply in arid regions. Therefore, optimal operation of it is of utmost importance, especially in drought duration. In this study, optimal operation of Voshmgir dam using continues hedging policy optimized by linear programming (LP) and Partial swarm optimization Algorithm (PSO) that located in Golestan province north of Iran was investigated. The objective function is minimization of the Shortage index. In order to examine the effects of used hedging policy, 3 continuous drought years was considered. To evaluate the results of the models, evaluation criteria such as the percentage of water supply, reliability, vulnerability and stability indicators was used. The threshold volume changes per month was extracted and the base hedging rule curve for reservoir was presented. Evaluating the results of two models showed stability index in linear programming with 41.78 model was much higher than particle swarm algorithm with 6.416. Which indicates the higher performance of this model in the optimization of hedging policy in Voshmgir reservoir.

    Keywords: operation, reliability, Hedging Policy, optimization, Reservoir
  • Payam Nourouzi, Fariborz Yosefvand *, Ahmad Rajabi, Saeid Shabanlou Pages 39-52
    For the first time, in the current study, the discharge coefficient of labyrinth weirs was simulated using the Self-Adaptive Extreme Learning Machine (SAELM) artificial intelligence model in both cases including normal orientation labyrinth weirs (NLWs) and inverted orientation labyrinth weirs (ILWs). The Monte Carlo simulations were also implemented to evaluate the accuracy of the artificial intelligence model. In addition, the validation of the numerical model results was carried out by means of the k-fold cross validation approach. In this study, k was considered equal to 5. First, the most optimized neuron of the hidden layer was computed. The number of the hidden layer neurons was calculated 30. Also, by analyzing the results of different activation functions, it was concluded that the sigmoid activation function has higher accuracy than others. After that, the superior model was identified by conducting a sensitivity analysis. The superior model estimated the discharge coefficient values in terms of all input parameters. This model approximated discharge coefficient values of labyrinth weirs with reasonable accuracy. For example, the values of R2, the Scatter Index and the Nash–Sutcliffe efficiency coefficient for the superior model were calculated 0.966, 0.034 and 0.964, respectively. In addition, the ratio of the total head above the weir to the height of the weir crest (HT/P) and the ratio of length of apex geometry to width of a single cycle (A/w) were identified as the most effective parameters. Finally, a partial derivative sensitivity analysis (PDSA) was conducted for the input parameters.
    Keywords: Labyrinth weir, Discharge coefficient, Self-Adaptive Extreme Learning Machine, partial derivative, Sensitivity analysis
  • Sanaz Ashrafi Saeidlou, Abbas Samadi *, Mirhassan Rasouli Sadaghiani, Ebrahim Sepher, Mohsen Barin Pages 53-70

    Present research was carried out to evaluate the effect of different carbon sources on K release by Pseudomonas fluorescens and Aspergillus niger and modeling the effects of incubation time, pH and different amounts of carbon source on K release using central composite design. At the first step, 12 experiments were defined with a combination of different levels, and the effects of different carbon sources including glucose, sucrose and fructose at two levels of +1 (10 g.l-1) and -1 (5 g.l-1) on potassium dissolution of illite was studied. After selection of effective carbon source, different ranges of independent variables including incubation time, pH and carbon source were considered and experiment design has been made based on the coded values of them. Results showed that there is no difference between carbon sources, which were used at the first step of experiment, so each of them can be used as alternatives to each other in culture medium. According to the statistical analysis results of central composite design, pH has a positive impact on increasing the soluble potassium release (P>0.001). Maximum potassium release by bacteria and fungus, 109.75 and 170.3 mg.l-1 respectively, observed at central levels of incubation time and carbon source and pH = 10.36. Based on determination coefficient of, 91 and 87.8 percent of soluble potassium changes in the presence of bacteria and fungus can be explained by this central composite design model, respectively.

    Keywords: Illite, Optimization, Potassium, Solubilizing Microorganisms, Carbon Source
  • Farzaneh Najafi Agamirluo *, Farzin Shahbazi, AliAsgar Jafarzadeh, Abolfazl Majnooni Heris Pages 71-83

    Prioritizing different types of irrigation systems is essential for proper management of soil and water resources in the south of Ahar (9000 hectares). For this purpose, the physical and chemical properties of 44 soil profiles (soil texture, depth, lime, gypsum, salinity and alkalinity) were used and the ability of the soil to be irrigated using the limitations system as well as the suitability of the study area for the drip, sprinkler and surface irrigation systems were determined by parametric method. The application of the limitation system results showed that soil and topography were the most important limiting factors and the irrigation capacity of the study area was in classes III (arable land) and IV (limited arable land) with approximate extension of 75% and 25% respectively. Based on the results of the parametric method for surface irrigation application, only 4% of the land is classified as S1 (highly suitable) and S2 (suitable), S3 (relatively suitable), N1 (almost non-suitable) and N2 (non-suitable) with extension of about 31%, 46%, 17% and 2% in the study area. In addition, the southern parts of the area were not suitable for surface irrigation due to the high slope, and the lands for sprinkler and drip irrigation classified in S2 and S3 classes and covers 70% and 25% of the study zones and so the rest of the lands are more susceptible to sprinkler irrigation than drip ones. Based on prepared maps, about 5000 hectares of lands

    Keywords: : Sprinkler irrigation, Drip Irrigation, Land evaluation, GIS
  • Hoseein Safarzade, HamidReza Tohidi Moghadam *, Farshad Ghoshchi Pages 85-102

    In order to study effect of mycorrhiza fungi application to reduced adverse effects of arsenic on wheat, a greenhouse experiment was conducted in Varamin, Tehran, Iran in a completely randomized design with three replication in 2018. The treatments included four levels of arsenic (0, 40, 80 and 120 mg.kg-1 of soil) and two levels mycorrhiza fungi application (with and with out mycorrhiza fungi application). The results showed that intraction effect of arsenic and mycorrhiza treatment was significant for all experimental traits. The increasing in arsenic levels caused a significant decreased in leaf area index, chlorophyll content, grain weight and total dry weight per plant. Whereas, increased proline content, superoxide dismutase and catalase enzyme activity. Also the results showed that mycorrhiza fungi application reduced adverse effects of arsenic and led to increas in yield components and decreased proline content, antioxidant activity in leaves. The highest leaf area index (6.88), total chlorophyll content (1.89 mg.g-1 FW), thousand grain weight (42.3 g) and total dry weight per plant (31.5 g) were achieved in without arsenic + mycorrhiza application. The highest malondialdehyde (13.77 µmol.g FW-1), prolin (4.06 mg.g-1 FW), superoxide dismutase, catalase and peroxidase enzyme activity (510.2, 182.2 and 14.18 unit activity,) were observed in 120 mg per kg of soil+ none application mycorrhiza. According results of the present study mycorrhiza fungi application reduces the harmful effects of arsenic stress and symbiosis with wheat plant results in higher yield components of wheat and concentration of phosphorous in the shoot of the plant.

    Keywords: Antioxidant Activity, Arsenic, Component Yield, Heavy metals, Wheat
  • Majeid Heydari *, saeid shabanlou, Babak Sanahmadi Pages 103-114

    In this study, the turbulent flow field in rectangular channels with side weir is simulated using the FLOW-3D software. To verify the modeling results, the experimental measurements obtained by Hager (1982) are used. Also, for simulating the flow turbulence the standard k-ε and RNG k-ε turbulence models are used. The numerical modeling results show that the RNG k-ε turbulence model has more accuracy. According to the modeling results, the RMSE and R2 values for the standard k-ε turbulence model are calculated 0.005 and 0.969, respectively. Meanwhile, these values for the RNG k-ε turbulence model are estimated 0.004 and 0.971, respectively. Also, analysis of the numerical results indicates the acceptable accuracy of the numerical model in predicting the experimental results. For example, the RMSE and correlation coefficient values for the mentioned model are calculated 0.004 and 0.971, respectively. Subsequently, the effects of the side weir inlet length on the flow pattern are investigated. For this purpose, three different numerical models with weirs with lengths of 1m, 0.7m and 0.5m are defined. According to the modeling results, by decreasing the inlet length the side Froude number value along the side weir decreases. In contrast, by decreasing the side weir inlet length the maximum value of the flow field pressure for the model with a inlet length of 0.5m is predicted. In other words, the maximum pressure values for the models with side weirs with lengths of 1m, 0.75m and 0.5m are calculated 271pa, 286pa and 317pa, respectively.

    Keywords: Inlet Length, Side weir, Rectangular Channel, Numerical simulation, Flow-3D model
  • mehdi fuladipanah *, Mahdi Majedi Asl Pages 115-128

    The presence of the in-flow hydraulic structures create gradually varied flow (GVF) profiles which the computation of the hydraulic parameters based on the dynamic equation of flow with high accuracy has significant aspect among researchers. In this study, while doing dimensionless process of flow dynamic equation using yn and yc, Gaussian Hyper-Geometric Function (GHF) has been implemented to solve the equation analytically for five main channel slopes namely Mild (M), Steep (S), Critical (C), Horizontal (H) and Adverse (A). also, a comparison has been done using laboratory data between the accuracy of numerical Rung-Kutta 4th order method and GHF analytical solver based on root mean square error (RMSE), determination coefficient (R2) and mean percent error € for M1, S2 and C3 profiles. While The values of RMSE and R2 indices for M1, S2 and C3 profiles for GHF solver obtained (0.0173,0.9986), (0.0167,0.9984) and (0.0204,0.9988) respectively, corresponds values for Rong-Kutta method were (0.0458,0.9864), (0.0259,0.991) and (0.0327,0.9869). The results showed that using GHF analytical solver to solve the differential equation of GVF is more accurate.

    Keywords: Analytical solution, Gaussian hyper-geometric function, Gradually varied flow, Numerical solution, Water surface profile
  • K roshangar *, Aida Nouri Pages 129-142

    Channel design is one of the optimization issues aiming to minimize the cost of channel construction. In this definition, the amounts of sections variables, namely radius, slope side, bottom width and flow depth are calculated by minimizing cost of channels with regard to indicating the hydraulic flow constraint. In the current study, the optimal design problems are formulated in a nonlinear optimization framework with the objective function being a cost function per unit length of the channel has been expressed as the cost per unit length of the channel for lining, the depth-dependent unit volume earthwork cost and the cost of water lost. Using genetic algorithm, the parameters of four optimized channel sections including trapezoidal, rectangular, triangular and circular sections of channels were calculated. From the results obtained for restricting the flow equation in comparison with the total cost of construction of sections, circular section has less cost of construction. Using the proposed method, which has more precision and accuracy, several models with additional restriction of velocity, Froude number, and top width were considered for optimal design of the channel under special conditions. Restriction of velocity and Froude number caused increasing by %40 and %30 respectively, but restricted top width decrease about %48 of construction cost for trapezoidal, rectangular, and triangular sections. Restriction of Froude number, top width and velocity caused increasing, the cost construction of circular section.

    Keywords: constraint, Cost, Design, Open channel section, optimization
  • N Moradi, MH Rasoli *, E Sepehr Pages 143-157

    Biochar as a soil amendment can control bioavailability of heavy metals in contaminated soils and can reduce the hazard of their transferring to the food chain. In order to investigate the effects of biochar derived from the apple and grape pruning wastes and wheat straw on bioavailability of Cd and growth of lettuce plants an experiment was conducted in a completely randomized design under greenhouse condition with the facrors of: 1) the concentration of Cd (0, 10 and 20 mg kg-1), 2) type of biochar (apple pruning, grape pruning and wheat straw) and 3) biochar level (0 (B0), 2 (B2) and 5 (B5) % w/w) in 3 replications. At the end of the lettuce growth period, some parameters including shoot dry weight, root dry weight, Cd concentrations in root and shoot, translocation factor (TF), bio concentration factor for shoot and root (BCF), and bioavailability of Cd in soil were measured. The results showed that the increase of the soil pollution level, raised the   intensity of the Cd bioavailability, Cd concentrations of shoots and roots, bio concentration factor of shoot and root (BCF). Furthermore, with increasing the level of biochar in soil, bioavailable Cd, Cd concentrations of roots and shoots were decreased in treatments (B5> B2> B0). Bioavailable Cd concentrations in soil in biochar treatments including apple pruning, grape pruning and wheat straw at the level of 5% w/w were decreased, by 46.81, 65.96 and 76.59 %, as compared to control respectively. Therefore biochar impact on decreasing Cd bioavailability depended on its raw material, biochar amount and metal concentrations.

    Keywords: Apple, Biochar, Cadmium, Grape, Lettuce, Wheat Straw
  • reza saeidi* Pages 159-175

    In order to investigate the water uptake limit of maize at different growth stages and scheduling the irrigation time, research was conducted in Imam Khomeini International University as a factorial experiment in a randomized complete block design. In the control treatment, the water requirement of the plant was supplied. But stress treatments included applying water stress (up to the temporary wilting point), at growth stages of 6-leaf, 12-leaf, flowering and seeds doughing. In the period of water stress, stomatal resistance, canopy temperature and meteorological parameters were measured. Based on the response of crop parameters to water stress, the readily available water (RAW) and crop water stress index (CWSI) were determined. The amount of RAW and CWSI at the 6-leaf, 12-leaf, flowering and doughing stages, were calculated equal to 45, 66, 61 and 70 percent and 0.37, 0.54, 0.63, and 0.47, respectively. The results showed that crop sensitivity to water stress, was different at maize growth stages. The flowering stage of maize was the most sensitive stage to water stress. Therefore, based on crop response, the irrigation time was determined at the time of water stress. Also, by calculating the exact volume of water required and applying variable irrigation intervals during growth stages, the crop water requirement to be supplied and irrigation losses were prevented. Under these conditions, due to the different sensitivity of water absorption at growth stages, it was possible to increase the water productivity.

    Keywords: Crop responses, Readily available water, Sensitivity of growth stages, Soil Moisture, Water Requirement