فهرست مطالب

مدیریت آب و آبیاری - سال یازدهم شماره 4 (زمستان 1400)

مجله مدیریت آب و آبیاری
سال یازدهم شماره 4 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/18
  • تعداد عناوین: 20
|
  • محمدسعید جعفری، حمیده نوری*، حامد ابراهیمیان، عبدالمجید لیاقت، یاسمین سوهانی صفحات 669-682

    بهره وری آب ذرت به شدت تحت تاثیر عملکرد گیاه و میزان آب تامین شده در طول فصل است، بنابراین برنامه ریزی آبیاری و کودآبیاری از اهمیت زیادی برای افزایش بهره وری آب برخوردارند. هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر هم زمان سطوح مختلف آب و نیتروژن بر مقدار زیست توده، عملکرد دانه ذرت، بهره وری آب آبیاری و بهره وری نیتروژن و یافتن بهترین میزان آبیاری و کودآبیاری نیتروژن برای تولید ذرت بود. کشت ذرت (سینگل کراس 704)، در سال 1397 در قالب سه تیمار آبیاری (I1، I2و I3 به ترتیب برای تامین 100، 75 و 50 درصد تبخیر- تعرق گیاه) و چهار تیمار نیتروژن (N1، N2، N3 و N4 به ترتیب 200، 125 و 50 و صفر کیلوگرم نیتروژن در هکتار) در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. نتایج حاکی از تاثیر معنی دار تیمارهای آبیاری، نیتروژن و اثر متقابل آن ها بر مقدار زیست توده و عملکرد دانه ذرت بود. حداکثر زیست توده و عملکرد دانه ذرت، به ترتیب برابر با 02/23 تن در هکتار و 78/12 تن در هکتار برای تیمار آبیاری کامل با 200 کیلوگرم نیتروژن در هکتار (I1N1) به دست آمد. حداکثر بهره وری آب آبیاری برای زیست توده و عملکرد دانه به ترتیب برابر 93/4 و 7/2 کیلوگرم بر مترمکعب برای تیمار I2N1 و حداقل آن ها به ترتیب برابر 37/3 و 77/1 کیلوگرم بر مترمکعب برای تیمار I1N4 به دست آمد.

    کلیدواژگان: آبیاری قطره ای، بهره وری، کم آبیاری، کودآبیاری
  • محمدجواد فردادی شیل سر، مهدی مظاهری*، جمال محمدولی سامانی صفحات 683-698

    رودخانه ها یکی از مهمترین منابع طبیعی آب در جهان به شمار می روند. مدل سازی انتقال آلودگی در رودخانه ها توسط معادله دیفرانسیل جزیی جابه جایی-پراکندگی-واکنش (ADRE) انجام می گیرد. در پژوهش حاضر، با استفاده از تبدیل لاپلاس که یک ابزار قدرتمند و مفید در حل معادلات دیفرانسیل می باشد، پاسخ تحلیلی معادله ADRE در دامنه محدود با ضرایب متغیر به ازای شرایط مرزی بالادست و پایین دست دیریکله در رودخانه به دست آمد. به منظور استفاده از حل تحلیلی موجود در این پژوهش، سه مثال ارایه گردید که در هرکدام رودخانه مد نظر، به بازه های دو، چهار و هشت قسمتی تقسیم شده است، که ضمن متغیر بودن پارامترهای جریان، آلاینده و هندسه رودخانه در هر سه مثال، برای هر کدام از مثال ها، دقت حل تحلیلی موجود در زمانی که تقسیم بندی بازه ها بیشتر می شود در مقایسه با حل عددی بررسی شده است. با مشخص کردن ماتریس های سرعت، ضریب پراکندگی، سطح مقطع و... به عنوان ورودی مسیله، ماتریس انتشار محاسبه و به تبع آن دستگاه معادلات پیچیده ای ایجاد می شود که پیچیدگی کار را دوچندان می کند. با حل دستگاه معادلات مذکور، مقدار غلظت آلاینده محاسبه می گردد. به منظور اعتبارسنجی حل تحلیلی موجود، از حل عددی استفاده می شود، نتایج نشان داد که هرچه تعداد تقسیم بندی های رودخانه بیشتر باشد، دقت حل بالاتر می رود و دو حل تحلیلی و عددی دارای انطباق خوبی با یکدیگر خواهند بود. باتوجه به توانایی و عملکرد حل تحلیلی موجود، می توان اذعان داشت که، حل تحلیلی موجود در این پژوهش می تواند به عنوان ابزاری جهت صحت سنجی و اعتبارسنجی حل های عددی و سایر حل های تحلیلی برای ضرایب متغیر معادله مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تابع توزیع غلظت، دامنه محدود، مدل سازی ریاضی، معادله جابه جایی- پراکندگی- واکنش
  • حسین عباسعلیان، جابر سلطانی*، علی بهرامی سامانی، سید ابراهیم هاشمی گرم دره، اعظم برزویی، مریم احمدوند صفحات 699-711

    کاربرد ترکیباتی که ظرفیت نگهداشت رطوبت خاک را بهبود بخشند یکی از راهکارهای افزایش کارایی مصرف آب در بخش کشاورزی و حل مشکل کم آبی است. در بسیاری منابع به جنبه های مثبت متعدد کاربرد مواد آلی از جمله بیوچار به عنوان اصلاح کننده خاک و بهبودگر ظرفیت نگهداشت رطوبت اشاره شده است. بیوچار1، ترکیب غنی از کربن متخلخلی است که در اثر پیرولیز مواد آلی طبیعی تولید می شود. در تحقیق حاضر مقادیر صفر درصد بیوچار(B1) ، دو و نیم درصد بیوچار (B2)، پنج درصد بیوچار(B3) و هفت و نیم درصد بیوچار(B4)، همچنین دو و نیم درصد کاه گندم(W1) و پنج درصد کاه(W2) به خاک با بافت لوم رسی(S1) و نیز خاک لوم شنی(S2) افزوده شدند. این آزمایش گلدانی بر پایه طرح کاملا تصادفی در سه تکرار و در گلخانه انجام شد. کاربرد بیوچار سبب گردید بهره وری آب در تیمارهای  S 1 B4 و S2B4 به ترتیب 138 و 128 درصد افزایش یابد. کاه بر عملکرد زراعی و بهره وری آب تاثیر منفی داشت به طوری که عملکرد بیولوژیک در خاک لوم رسی و لوم شنی به ترتیب 82 و 73 درصد کاهش یافت، بهره وری آب در تیمارهای S1W1 و S2W1، 41 درصد و 25 درصد کاهش نشان داد. این کاهش ها از لحاظ آماری معنی دار بودند(01/0>P) و در هر دو نوع خاک با افزایش کاه، تشدید شدند. تحقیق حاضر نشان داد که کاربرد بیوچار می تواند راهکاری برای بهبود عملکرد و در نتیجه، بهره وری آب در بخش کشاورزی باشد.

    کلیدواژگان: رطوبت خاک، زیست توده گیاه، عناصر غذایی خاک، مواد آلی
  • آرمان نجات دهکردی، احمد شرافتی*، مجتبی مهرآیین، سید عباس حسینی صفحات 713-724

    توزیع اندازه ذرات رسوبی یکی از موضوعات مهم در دینامیک رسوبات است که به واسطه اثرگذاری بر انتقال رسوب، زبری بستر و شرایط زیست محیطی رودخانه مورد توجه قرار دارد و با وجود اهمیت بیشتر این موضوع در بسترهای قوسی به دلیل شرایط هندسی رودخانه و پیچیدگی جریان های حاکم، شناخت کمتری نسبت به آن وجود دارد. در این تحقیق توزیع اندازه ذرات رسوبی در قوس رودخانه های با بستر شنی تحت اثر مولفه های هندسی قوس و مشخصات هیدرولیکی جریان و با استفاده از داده های میدانی مطالعه شده است. 180 نمونه رسوبی از لایه سطحی بستر، پارامترهای هیدرولیکی جریان شامل سرعت و عمق جریان و مشخصات هندسی، از نه قوس آزاد رودخانه برداشت شده و پس از تعیین مشخصات دانه بندی رسوبات در آزمایشگاه و محاسبه سایر پارامترهای موردنیاز، از تیوری پی- باکینگهام برای شناسایی پارامترهای موثر بی بعد و تعیین معادله مشخصه استفاده گردیده است. به منظور پرهیز از ایجاد خطا در نتایج، متغیرهای دارای ضریب همبستگی بیشتر از 0.5 و دارای مقدار احتمال بیشتر از 0.5 از فرایند مدل سازی حذف شده اند و در نهایت با به کارگیری روش رگرسیون جمعی تعمیم یافته یک مدل ریاضی برای توزیع اندازه ذرات رسوبی بر اساس پارامترهای هندسی قوس و مشخصات جریان ارایه شده است. رابطه به دست آمده اثرگذاری عدد فرود (Fr)، پارامتر شیلدز (θShields) و نسبت شعاع قوس به عرض مقطع (Rc/T) بر متوسط اندازه رسوبات بستر (T/ds) با مقدار ضریب تعیین (R^2) برابر 0.76 را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: آنالیز ابعادی، اندازه ذرات رسوبی، رگرسیون جمعی تعمیم یافته، قوس رودخانه
  • جواد سروریان*، پریسا سلیمانی صفحات 725-737

    به علت محدودیت منابع آبی و سطح زیرکشت، تعیین الگوی کشت همواره یکی از چالش های اصلی کشور در بخش کشاورزی بوده است. در این تحقیق بهینه سازی الگوی کشت دشت مهران واقع در استان ایلام بر اساس محدودیت های منابع آبی، سطح زیرکشت و تنوع زیستی توسط الگوریتم زنتیک انجام می شود. مدل بهینه ساز بر روی سه سناریو که با ترکیب قیود مختلف ایجاد شدند، بکار برده شد. نتایج بیانگر آن بود که در سال زراعی 96-1395، الگوی کشت بهینه نبوده و شاخص تنوع زیستی نیز بسیار پایین می باشد. سود حاصله و تنوع زیستی در تمامی سناریوها بیشتر از شرایط موجود دشت مهران است. مقدار افزایش سود در سناریوهای یک، دو و سه به ترتیب 70، 101 و 132 درصد بیشتر از سود الگوی کشت موجود است و از منظر تنوع زیستی، معیار شانون - وینر در تمامی سناریوها بیشتر از دوبرابر معیار شانون - وینر در الگوی کشت موجود دشت مهران است. گندم، کلزا، کنجد و بامیه در اکثر الگوهای کشت بهینه حضور قابل توجهی دارند. گندم بیشترین سطح زیرکشت و گوجه فرنگی و یونجه و ذرت کمترین سطح زیرکشت را به خود اختصاص داده اند که دلیل آن سود پایین و مصرف بالای آب این محصولات می باشد. محصولاتی مانند ذرت، کنجد، بامیه و خیار، در الگوی کشت بهینه دارای سطوح زیرکشت قابل توجهی هستند و می توان از این محصولات به عنوان محصولات جایگزین کشت فعلی به منظور افزایش سود کشاورزی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، الگوی کشت بهینه، سطح زیرکشت، شاخص تنوع زیستی، مصرف آب
  • فاطمه ریاحی، حسن وقارفرد*، پیمان دانش کار آراسته، حمید کاردان مقدم صفحات 739-751

    یکی از ابزارهای مناسب برای شناخت وضعیت توسعه در منابع آب زیرزمینی استفاده از مفهوم آسیب پذیری منابع آب زیرزمینی است. از دیدگاه نظری، مفهوم آسیب پذیری آبخوان بر دو گونه آسیب پذیری ویژه و آسیب پذیری ذاتی بوده که بر پایه خصوصیات هیدروژیولوژیکی و آلودگی آبخوان تعریف شده است. در این پژوهش برای ارزیابی آسیب پذیری آبخوان سرخون در استان هرمزگان، از شاخص آسیب پذیری دراستیک برای ارزیابی آسیب پذیری ذاتی و از شاخص کیفی GQI، برای ارزیابی آسیب پذیری ویژه آبخوان استفاده شد. نتایج طبقه بندی آسیب پذیری آبخوان نشان داد که شاخص آسیب پذیری ذاتی در بخش جنوبی آبخوان دارای آسیب پذیری زیاد بوده و بیشتر گستره آبخوان در کلاس آسیب پذیری متوسط است. از سویی، براساس پارامترهای کیفی در چاه های منطقه شاخص GQI مورد سنجش و آنالیز قرار گرفت. وزن دهی این شاخص نشان داد که پارامتر TDS در منابع آب زیرزمینی دارای بیشترین اهمیت است. پهنه بندی کیفی در سطح آبخوان سرخون بیانگر کاهش شاخص و بیان دیگر افزایش غلظت املاح در بخش های مرکزی و خروجی آبخوان است. در پایان با نرمال سازی دو شاخص آسیب پذیری ذاتی آبخوان و آسیب پذیری ویژه، شاخص آسیب پذیری آبخوان سرخون ارزیابی و محاسبه شد. برآورد شاخص آسیب پذیری نشان داد که میزان آسیب پذیری در بخش خروجی آبخوان افزایش داشته و این موضوع با جریان آب زیرزمینی نیز همخوانی دارد. به منظور ارزیابی دقت شاخص آسیب پذیری کل، از همبستگی این شاخص با غلظت نیترات استفاده شد که نتایج حاکی از دقت آماری 72درصد است.

    کلیدواژگان: آسیب پذیری ذاتی، آسیب پذیری ویژه، شاخص GQI، TDS
  • حسن احمدی*، حمیدرضا رحیمی صفحات 753-767

    در سال های اخیر به دلیل بروز خشکسالی در کشور، مساله مدیریت منابع آب موجود از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است و این توجه هرچه بیشتر به مدیریت مخازن وپیش بینی میزان حجم آب به منظور ارایه سیاست های مناسب بهره برداری می باشد. از طرف دیگر، بارش های فصلی و بیش از حد، تغییرات شگرفی در بسترسازی رودخانه ها و حوضه های آبریز ایجاد نمود که بررسی مدل های پیش بین را در شرایط وقوع باران های شدید، بیش از پیش مشخص می نماید که علاوه بر جلوگیری از خسارات ناشی از وقوع سیلاب، می توان از آب مازاد جاری شده نیز در جهت مطلوب استفاده نمود. ازاین رو عدم تدوین سیاست مناسب بهره برداری به خصوص در شرایط خشکسالی می تواندخسارت های زیادی را به بخش های مصرف کننده آب وارد کند. پیش بینی مناسب جریان های آب و میزان موجودی های مخزن منجر به استفاده از منحنی های فرمان برای استفاده بهینه از سدها و سیستم های مخزنی می شود. در این مقاله، با توجه به اهمیت موضوع، از یک مدل مبتنی بر یادگیری عمیق و آزمون تجربی من-کندال جهت تخمین میزان سیلاب در منطقه کن-سولقان استفاده شد. نتایج نشان داد میزان اختلاف پیش بینی سیلاب منطقه به تفکیک ماهیانه برای شبکه عصبی کانولوشن برابر با 0.00654 و برای روش من-کندال، 0.19532 می باشد. همچنین میزان خطاهای MSE، RMSE، MAE و MPE برای شبکه عصبی به ترتیب برابر با 0.0019، 0.0439، 0.0239، و 0.0159 بدست آمد که نشان از دقت بالای این روش در تخمین میزان سیلاب منطقه است.

    کلیدواژگان: پیش بینی، رواناب، سیل، شبکه عصبی، یادگیری عمیق
  • کاظم شاهوردی* صفحات 769-779

    کنترل سازه های موجود در کانال های آبیاری جهت تحویل و توزیع دقیق آب و جلوگیری از اتلاف آن، نیازمند استفاده از تکنیک های کنترلی مناسب است. اخیرا، یادگیری تقویی سارسا (Sarsa)، به عنوان یکی از شاخه های هوش مصنوعی، با هدف کنترل سازه ها و بهبود کفایت و راندمان تحویل و توزیع آب در کانالهای آبیاری استفاده شده است. جهت افزایش کارایی این الگوریتم و کاهش زمان لازم برای یادگیری الگوهای بهره برداری، در این تحقیق، با توسعه الگوریتم سارسا در کانال E1R1 از شبکه دز و تلفیق آن با مدل غیرخطی کانال، یادگیری یک بازه از کانال با روش سارسا انجام شد و الگوهای بهره برداری در سایر بازه ها با بکارگیری نتایج یادگیری استخراج و ارزیابی شد. یادگیری مدل مذکور با تعریف سناریوهای مختلف بهره برداری انجام شد و نتایج با استفاده از شاخص های استاندارد ارزیابی عملکرد، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل ارایه شده با موفقیت قابل استفاده در کانال مذکور می باشد بطوری که در مرحله یادگیری، تغییرات عمق در محدوده مجاز 5 درصد و در مرحله استفاده از نتایج یادگیری، در محدوده مجاز 10 درصد قرار می گیرد. شاخص های کفایت و راندمان نیز نزدیک به مقدار مطلوب می باشند.

    کلیدواژگان: سازه های تنظیم، کانال آبیاری، مدیریت آب، یادگیری تقویتی
  • ادیب روشنی، مهدی حمیدی* صفحات 781-795

    تغییرات اقلیمی بر تمامی فرآیندهای محیط زیستی و جامعه تاثیرگذار است. در این مطالعه سه مدل ACCESS-CM2، HadGEM3-GC31-LL و NESM3 از مجموعه مدل های برونداد اقلیمی سری ششم (CMIP6) صحت سنجی شده و از مناسب ترین مدل (ACCESS-CM2) با استفاده از جدیدترین سناریوهای انتشار که به اسم خط سیر اجتماعی-اقتصادی (SSP) نام گذاری شده است، به شبیه سازی پارامترهای آب و هوایی ایستگاه ساری پرداخته شد. برای ریزمقیاس سازی از مدل LARS-WG6 استفاده شد و دو سناریو انتشار SSP2-4.5 و SSP5-8.5، برای دو دوره زمانی (2060-2041) و (2100-2081) بکار گرفته شد. در ادامه از آزمون های آماری F-test، t-student، Kolomogrov-Smirnov، ضریب تعیین (R2) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، جهت صحت سنجی مدل LARS-WG بهره گرفته شد و نتایج حاصل از صحت سنجی نشان از کارایی مناسب مدل دارد. همچنین با بکار بردن آزمون من-کندال و شیب سن روند پارامترهای مشاهداتی اقلیمی مشخص شد. نتایج به طور کلی نشان داد که میانگین تغییرات دما از 16/1 تا 09/4 درجه سانتی گراد افزایش خواهد یافت و میانگین مقدار بارش سالانه نیز در حدود 24 درصد تا 36 درصد افزایش می یابد. نتایج آزمون شیب سن برای دمای حداکثر و حداقل نشان دهنده صعودی بودن روند این پارامتر دارد و برای بارش روند مذکور نزولی است. تغییرات بلند مدت آب و هوایی یکی از عناصر تاثیر گذار بر منابع آب های زیرزمینی و سطحی می باشد، که ضروری است برای حفظ زیست بوم و سازگاری انسان با تغییر اقلیم، توسعه استراتژی های مدیریتی مناسب برای آینده در نظر گرفته شود.

    کلیدواژگان: ریزمقیاس سازی، سناریوی انتشار، LARS-WG، SSP
  • حمید عباسی، مجید دلاور*، حمید محمدی سه دران صفحات 797-814

    امروزه منابع آب به عنوان یکی از بحرانی ترین منابع طبیعی و مسئله آب به عنوان یکی از جدی ترین چالش های جامعه بشری قرن 21 تبدیل شده است. مفهوم ظرفیت برد منابع آب جهت پاسخگویی به این نگرانی ها و استفاده بهینه از منابع آب ایجاد شده است. در مطالعه‏ی حاضر تلاش شده با استفاده از رویکرد شبیه‏سازی - بیهنه سازی، ظرفیت برد منابع آب در یک حوضه پایلوت با در نظرگیری مولفه‏های اقتصادی، زیست‏محیطی و منابع آبی در دوره‏ تاریخی (2014 - 1985) و در شرایط تغییر اقلیم (2045 - 2015) مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا از ابزار ارزیابی آب و خاک (SWAT) و الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. به منظور ارزیابی تغییر اقلیم در این مطالعه از خروجی های سه مدل گردش عمومی جو تحت سناریوهای RCP 2.6, 4.5, 8.5، استفاده شده‏ است. نتایج بیانگر این است که توانایی پشتیبانی منابع آب به واسطه‏ی نوسانات اقلیمی و تغییر اقلیم در دوره مورد بررسی (2045 - 1985) روند نزولی داشته است. از طرف دیگر بارگذاری بر منابع آبی به واسطه‏ی افزایش سطح زیر کشت افزایش یافته است. کاهش توانایی پشتیبانی منابع آب در کنار افزایش بارگذاری بر منابع آب سبب وارد شدن آسیب های جدی به منابع آب و محیط زیست حوضه شده است از این میان می توان به خشک شدن کامل دریاچه های حوضه اشاره کرد. در راستای مصرف متناسب با ظرفیت برد تحت بدبینانه‏ترین و خوش‏بینانه‏ترین سناریو در شرایط تغییر اقلیم با شرایط مدیریت فعلی حوضه، نیاز به کاهش درآمد ناخالص بخش کشاورزی به ترتیب با مقادیر 44/44 و 30 درصد می‏ باشد.

    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، حوضه آبریز طشک- بختگان، ظرفیت برد منابع آب، مدل SWAT
  • حمیدرضا کمالی، محمد عبداللهی پور*، محمدجواد نحوی نیا صفحات 815-827

    استفاده از مدل سازی یکی از گزینه های مناسب برای جایگزینی آزمایشات مزرعه ای به منظور صرفه جویی در زمان و هزینه است. مدل SALTMED یکی از مدل های عمومی برای شبیه سازی واکنش گیاهان مختلف تحت تنش شوری و خشکی است. این پژوهش با هدف ارزیابی این مدل برای گیاه گندم در اقلیم خشک در شهرستان بیرجند در خراسان جنوبی انجام شد. تیمارهای در نظر گرفته شده در این تحقیق شامل تنش خشکی 50، 75، 100 و120 درصد نیاز آبی و تنش شوری ناشی از آب آبیاری با شوری های 4/1، 5/4 و 6/9 دسی زیمنس بر متر بود و آزمایشات در سه تکرار انجام شد. نتایج شاخص های آماری، نشان دهنده ریشه میانگین مربعات خطای نرمال (NRMSE) کمتر از 10 درصد و ضریب تعیین 99/0 و 96/0 بین مقادیر اندازه گیری شده و تخمینی محصول در مراحل واسنجی و ارزیابی بود. همچنین مدل توانست روند تغییرات زمانی تبخیر و تعرق و نیز تغییرات زمانی و عمقی شوری خاک را به صورت مطلوبی در طول فصل کشت برآورد کند. بنابراین با توجه به نتایج پژوهش، مدل SALTMED، از کارایی و دقت مناسبی برای پیش بینی محصول و همچنین واکنش های گیاهی گندم در شرایط مختلف کم آبیاری و درجات مختلف شوری در مناطق خشک برخوردار است.

    کلیدواژگان: تغییرات تبخیر و تعرق، تنش آبی، مدل سازی، واکنش های گیاهی
  • مسعود سلطانی*، محدثه سادات فخار، حسین ربانیها صفحات 829-843

    سامانه های آبیاری قطره ای، روش مناسبی برای تامین آب مورد نیاز گیاهان در محیط ریشه می باشد. مدیریت این روش متکی بر علم توزیع آب در حجم خاک مرطوب است. مدل های شبیه سازی می تواند در بدست آوردن این دانش ارزشمند بکار گرفته شوند. در این پژوهش شبیه سازی ستون شن در منطقه ریشه درخت سیب تحت سامانه آبیاری قطره ای به منظور تعیین عمق بهینه ستون شن در سه بافت خاک مختلف برای بررسی نحوه جذب آب توسط ریشه، مقدار آب مصرفی، میزان تبخیر و نفوذ عمقی با استفاده از مدل HYDRUS-2Dمورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد در بافت خاک لوم زمانی که عمق ستون شن در بازه 10-15 سانتی متری و در بافت خاک سیلتی لوم ستون شنی به عمق 5 تا 10 سانتی متری قرار گیرد، میزان نفوذ، آب مصرفی و تبخیر نسبت به حالت ماکزیمم به میزان قابل ملاحظه ای کمتر خواهد بود به طوری که میزان نفوذ عمقی در بافت خاک سیلتی لوم به میزان 55 درصد و در بافت خاک لوم 35 درصد نسبت به حالت ماکزیمم کاهش داشته است و در نهایت سناریو های بررسی شده نشان داد در بافت خاک لوم شنی، به دلیل سبک بودن بافت خاک استفاده از ستون شن وضعیت بهبود دهنده ای را ایجاد نخواهد کرد.

    کلیدواژگان: جذب ریشه، عمق بهینه، مدیریت آبیاری، نفوذ عمقی، HYDRUS-2D
  • سپیده رحمتی، محمدجواد منعم* صفحات 845-866

    محدودیت منابع آب و بهره وری پایین آب در بخش کشاورزی، به عنوان بزرگ ترین مصرف کننده آب، ضرورت بهبود عملکرد شبکه های آبیاری را ایجاب می نماید. برای این منظور یکی از اقدامات لازم، استفاده از رویکردی نظام مند برای ارزیابی و بهبود عملکرد سامانه های آبیاری می باشد. رویکرد مسکات (MASSCOTE) روشی همه جانبه در ارزیابی سامانه های آبیاری در مقیاس متوسط تا بزرگ، از دیدگاه بهبود عملکرد تحویل آب است. مسکات در چارچوب یک روش گام به گام به تهیه برنامه های نوگرایی کمک می کند. در این تحقیق ارزیابی و بهبود عملکرد شبکه آبیاری گتوند با استفاده از رویکرد مسکات صورت گرفت. براساس نتایج به دست آمده، مشارکت بهره برداران و تلفیق نظرات و خواسته های منطقی آن ها در مدیریت شبکه گتوند، می تواند راهگشای حل بسیاری از مسایل شبکه باشد. ایجاد تشکل های آب بران، موجب کاهش مشکلات مرتبط با تخلفات برداشت آب، و سهولت دسترسی به بهره برداران و تنظیم قراردادهای ایشان می شود. اصلاح شیوه مرسوم توزیع آب و جایگزینی آن با روش توزیع حجمی، ظرفیت مناسبی برای کاهش تلفات آب و ارتقاء بهره وری در شبکه ایجاد می کند. با توجه به محاسبات صورت گرفته، آب ورودی، نشت و زهکشی شبکه به ترتیب 5/1209، 2/113 و 771 میلیون مترمکعب می باشند. براساس بیلان آبی شبکه، میزان تبخیر-تعرق محصولات 325 میلیون مترمکعب و نیاز خالص آبیاری با استفاده از اطلاعات هواشناسی، 389 میلیون مترمکعب محاسبه گردید، که میزان تبخیر-تعرق سالانه محصولات، 64 میلیون مترمکعب کمتر می باشد. با توجه به نتایج مسکات، جهت بهبود عملکرد شبکه، اصلاح بیلان آبی و تامین بهتر نیاز آبی محصولات، اصلاح الگوی کشت، بهبود روش های آبیاری، و اصلاح ساختار مدیریت شبکه توصیه می شود.

    کلیدواژگان: ارزیابی مدیریت شبکه، خدمات تحویل آب، مدیریت بهره برداری و نگهداری، نوگرایی
  • الهام اکبری، عطاء الله ندیری*، فریبا صادقی اقدم صفحات 867-883

    دشت خوی یکی از مراکز اصلی صنعتی و کشاورزی استان آذربایجان غربی می باشد که آب مورد نیاز کشاورزی، صنعت و شرب این دشت عموما توسط آب های زیرزمینی تامین می شود، لذا کیفیت آب های در دسترس این دشت بسیار مهم به نظر می رسد. کیفیت آب های زیرزمینی عموما وابسته به فرآیندهای هیدروژیوشیمیایی حاکم بر سیستم منابع آبی می باشد. به این منظور برای درک بهتر فرآیندهای هیدروشیمیایی در آبخوان دشت خوی، روش های گرافیکی و آماری چندمتغیره برای تفسیر نتایج به دست آمده از آنالیز تعداد 54 نمونه برداشت شده از منابع آب زیرزمینی در شهریور ماه سال 1395 به کار برده شد و مشاهده گردید که مقدار آرسنیک بیشتر از حد استاندارد جهانی برای شرب است. نتایج دیاگرام پایپر و دورو نشان داد که تیپ غالب آب زیرزمینی در منطقه کربناته کلسیک و منیزیک، کلروره سدیک و تیپ مختلط است. در آنالیز خوشه ای سلسله مراتبی، نمونه ها در دو خوشه اصلی و پنج زیرخوشه قرار گرفتند. نمودارهای استیف مربوطه، نشانگر هشت گروه کلی با منشا شور، آهکی، بازالتی، ترکیب آذرین و آهکی، ترکیب شور و شیل، ترکیب شیل و آهک (مارن) و اختلاطی تشخیص داده شد. نتایج روش تحلیل عاملی، مدلی سه مولفه ای را برای داده ها پیشنهاد نمود. در مولفه نخست سدیم، کلر، سولفات، بیکربنات، کلسیم و منیزیم به هم وابسته بودند، در مولفه دوم نیترات و آرسنیک با همدیگر ارتباط داشتند، درحالی که در مولفه سوم آهن به طور جزیی با بقیه در ارتباط بود. عامل های اول و سوم منشا زمین زاد و بخشی از عامل دوم، منشا زمین‎ زاد و بخشی منشا انسان زاد دارد.

    کلیدواژگان: آرسنیک، روش های آماری چندمتغیره، روش های گرافیکی، فرایندهای هیدروشیمیایی
  • سید احمد اسلامی نژاد، مبین افتخاری، محمد اکبری*، علی حاجی الیاسی، هادی فرهادیان صفحات 885-904

    تحقیقات در مورد مدل های پیش بینی سیل، یکی از اقدامات اولیه در کاهش خسارت سیل و مدیریت سیل های آینده در حوضه های آبریز است. هدف از مطالعه حاضر، ارزیابی حساسیت سیل در حوضه آبریز دشت بیرجند از طریق چهار مدل یادگیری ماشین شامل ماشین بردار پشتیبان (‏SVM)‏، درخت تصمیم J48‏، جنگل تصادفی (‏RF) و سیستم استنتاج عصبی فازی (ANFIS) است. لذا جهت پیاده سازی و اعتبارسنجی مدل های ذکر شده، فهرستی از مناطق مستعد سیل در منطقه مورد مطالعه تهیه شد (42 موقعیت سیل خیز). علاوه بر این، 19 معیار هیدروژیولوژیکی، توپوگرافی، زمین شناسی و محیطی موثر بر وقوع سیل در منطقه مورمطالعه استخراج شدند تا برای پیش بینی نقشه حساسیت سیل مورد استفاده قرار گیرند. نتایج نشان داد که بالاترین دقت مربوط به مدل RF (845/0) و کمترین دقت مربوط به مدل SVM‏ (‏791/0)‏ بود. علاوه بر این، اعتبارسنجی نتایج با استفاده از منحنی ROC نشان داد که دقیق ترین مقادیر حساسیت سیل نیز به مدل RF اختصاص دارد (958/0AUC=)‏. نتایج این مطالعه می تواند به منظور مدیریت مناطق آسیب پذیر و کاهش خسارات سیل استفاده گردد.

    کلیدواژگان: حساسیت سیل، دشت بیرجند، سیستم اطلاعات مکانی (GIS)، یادگیری ماشین
  • ابوالفضل فرزی*، آبتین بوستانی، رضا مقصودی صفحات 905-921

    مصارف روزافزون آب در کنار اقلیم خشک ایران، باعث فشار روزافزون بر منابع آب زیرزمینی گشته و توجه به برنامه ریزی استراتژیک منابع آب را ضروری ساخته است. در این پژوهش، فرایند برنامه ریزی استراتژیک آبخوان دشت اسفراین که یکی از دشت های حوضه کویر مرکزی ایران است، مطالعه شده است. برای این منظور یک تحلیل SWOT برای دشت مذکور انجام شد و نقاط قوت، نقاط ضعف، فرصت ها و تهدیدهای آن شناسایی شد. این عوامل، با استفاده از فرایند تحلیل سلسله مراتبی فازی باکلی، به شیوه نظام مند، تحلیل شد و براساس این تحلیل، نوع استراتژی های اولویت دار پیشنهاد شد. در تحلیل SWOT، برای هر یک از گروه های نقاط قوت و نقاط ضعف، پنج عامل و برای گروه های فرصت ها و تهدیدها، هفت عامل شناسایی شد. نتایج تحلیل نظام مند عوامل SWOT نشان داد که سهم دو گروه فرصت ها و نقاط ضعف در عوامل دارای اولویت بالاتر، بیش تر از دو گروه نقاط قوت و تهدیدها بوده است، به طوری که سهم گروه فرصت ها، نقاط ضعف، تهدیدها و نقاط قوت در نیمه اول فهرست عوامل، به ترتیب 71، 60، 43 و 20 درصد عوامل این گروه ها بوده است. بنابراین پیشنهاد می شود که در گزینش استراتژی های مناسب برای آینده آب های زیرزمینی دشت اسفراین، باید اولویت با استراتژی های WO باشد. استراتژی هایی که با استفاده از فرصت های موجود در محیط بیرونی، سعی در بهبود و رفع نقاط ضعف درون سیستم دارند.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی راهبردی، تحلیل SWOT، رویکرد ترکیبی SWOT-FAHP، مدیریت آب های زیرزمینی
  • فرشته آرامی شام اسبی، امین کانونی*، سعید راثی نظامی صفحات 923-935

    استفاده از ابزارهای بهینه سازی- شبیه سازی از جمله رویکردهای موثری است که می تواند نقش قابل ملاحظه ای در تحلیل سناریوهای مدیریت منابع آب داشته باشد. در این پژوهش با استفاده از مدل برنامه ریزی منابع آب MODSIM، تاثیر سناریوهای مختلف مدیریتی در شرایط کمبود آب بر برنامه-ریزی تخصیص آب حوزه رودخانه بالخلی چای و هم چنین سطح ایستابی آبخوان دشت اردبیل، مورد بررسی قرار گرفت. واسنجی و صحت سنجی مدل با در نظر گرفتن هیدروگراف جریان سطحی خروجی از حوضه و هیدروگراف آبخوان و با استفاده از داده های دوره آماری 2014-2000 انجام و ضرایب جریان برگشتی با سعی و خطا تخمین زده شد. مقادیر شاخص های آماری جذر میانگین مربعات خطا و ضریب کارآیی نش-ساتکلیف در دوره واسنجی و صحت سنجی نشان دهنده عملکرد خوب مدل در شبیه سازی جریان سطحی و آب زیرزمینی و اجزای بیلان آب حوزه بالخلی چای بوده است. پس از اطمینان از دقت شبیه سازی مدل، سناریوهای مختلف مدیریتی از جمله سناریو رشد جمعیت (S)، تغییر راندمان آبیاری (S1) و تغییر الگوی کشت و راندمان آبیاری (S2) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان داد تحت سناریوهای S، S1و S2 میزان افت سطح آب زیرزمینی به ترتیب برابر 41/8، 36/3 و 31/2 متر و درصد تامین تقاضای کشاورزی در شبکه آبیاری از سد مخزنی یامچی به ترتیب برابر 38، 43 و 48 درصد خواهد بود. بنابراین با اعمال سناریوهای مدیریت منابع آب، ضمن تامین نیازهای مختلف می توان از افت شدید سطح ایستابی آبخوان دشت اردبیل در سال های آتی جلوگیری کرده و گام موثری در تعادل بخشی آب زیرزمینی برداشت.

    کلیدواژگان: آب سطحی و زیرزمینی، تخصیص، شبکه آبیاری یامچی، شبیه سازی
  • علیرضا تقدیسیان، علی مریدی* صفحات 937-948

    در پازل توسعه پایدار کشور نقش مهم ساعات فعالیت انسانی به ویژه در بخش کشاورزی و اهمیت آن در توسعه پایدار نادیده گرفته شده است. در این مقاله، با استفاده از روش MuSIASEM شرایط اجتماعی، اقتصادی و محیط زیستی حوضه رودخانه ارس طی سال های 1385 تا 1395 موردبررسی قرار گرفته است. شاخص های شدتی MuSIASEM برای کل حوضه، بخش کار و بخش خانگی به ترتیب 34، 108 و 83 درصد  برای مصرف آب و 21، 4 و 80 درصد برای مصرف انرژی در طول 10 سال افزایش یافته اند. این افزایش فشار مصرف منابع طبیعی در حالی رخ داده است که داده های جمعیتی نشان از تنها 3 درصد رشد برای کل حوضه می دهند. با بسط تحلیل متابولیسم جامعه به درجات پایین تر، مشخص شد که در سه بخش اصلی اقتصاد یعنی کشاورزی، صنعت و خدمات نه تنها ساعات فعالیت انسانی به ترتیب 28، 36 و 29 درصد کاهش پیدا کرده اند، بلکه شدت مصرف انرژی آن ها به ترتیب 64، 84 و 123 درصد و شدت مصرف آب کشاورزی و صنعت 74  و 105 درصد افزایش داشته اند. در تحلیل هم زمانی سال 1385، شاخص های اکولوژیکی- اقتصادی برای محصولات کشاورزی اصلی حوضه تهیه و مشخص شد. محصولی مانند عدس آبیاری چیزی در حدود هفت برابر آب، نه برابر زمین، 11 برابر گاز گلخانه، شش برابر انرژی بیش تر نسبت به میانگین سه نوع میوه نیاز دارد تا یک تن بار دهد. در نتیجه با استفاده از این روش می توان شاخص های تلفیقی جامع تری برای تحلیل کمی مسیر پیشرفت اقتصادی- محیط زیستی جامعه، و تصویری دقیق تری از درهم تنیدگی توسعه پایدار به ویژه در بخش کشاورزی کشور ارایه کرد.

    کلیدواژگان: توسعه پایدار، تحلیل بین رشته ای، شاخص های اقتصادی- اکولوژیکی، متابولیسم شهری، MuSIASEM
  • فاطمه بیات، عباس روزبهانی*، سید مهدی هاشمی شاهدانی صفحات 949-965

    بهبود کارایی سامانه های توزیع آب در بخش کشاورزی به منظور افزایش نسبی تولید محصولات زراعی با توجه به حجم آب سطحی و انرژی مصرفی، امری ضروری است. از اینرو هدف اصلی تحقیق حاضر، ارزیابی عملکرد گزینه های کاربردی در طرح های مدرن سازی به منظور بهبود عملکرد سامانه های توزیع آب سطحی در شبکه های آبیاری و انجام ارزیابی کمی عملکرد آنها مبتنی بر رویکرد پیوند آب-غذا-انرژی است. در این مطالعه، علاوه بر شبیه سازی وضعیت موجود توزیع آب در کانال اصلی شبکه آبیاری رودشت اصفهان تحت دو سناریوی بهره برداری نرمال و کم آبی؛ دو سامانه بهره برداری دستی بهبود یافته و روش کنترل خودکار پیش بین (MPC) توسعه داده شد و بهبود توزیع آب سطحی بررسی گردید. به منظور بررسی روش های بهره برداری، از هشت شاخص تحویل آب سطحی، انرژی مصرفی، بهره وری آب سطحی، بهره وری غذا، بهره وری انرژی، بهره وری اقتصادی آب سطحی، بهره وری اقتصادی انرژی و بهره وری اقتصادی غذا استفاده شد. در وضعیت موجود (روش بهره برداری دستی) تحت سناریو نرمال مقدار میانگین شاخص پیوند آب-غذا-انرژی برابر با 041 و در سناریو کم آبی برابر با 0.07 برآورد گردید. با ارتقا روش بهره برداری به دستی بهبود یافته نیز، مقدار میانگین شاخص پیوند آب-غذا-انرژی در سناریو نرمال برابر با 0.46 و در سناریو کم آبی برابر با 0.09 برآورد گردید. هم چنین نتایج MPC نشان داد که این روش در سناریو نرمال و کم آبی به ترتیب با مقدار میانگین 0.94 و 0.38 دارای بهترین عملکرد است. رویکرد ارزیابی پیشنهادی می تواند به عنوان یک ابزار مناسب برای ارزیابی و اولویت بندی گزینه های مدرن سازی سامانه های توزیع آب کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: بهره وری اقتصادی، بهره وری انرژی، شبکه آبیاری رودشت، مدرن سازی
  • سیده سیمین میرهاشمی دهکردی، حجت میان آبادی*، ابراهیم حاجیانی، سید جلال دهقانی فیروزآبادی صفحات 967-986

    مدیریت ناکارآمد منابع آبی مشترک می تواند منجر به بی ثباتی سیاسی، افزایش آسیب پذیری بخش های اجتماعی، زیست محیطی و اقتصادی، وقوع درگیری های خشونت آمیز و درنهایت تضعیف امنیت انسانی شود. به علت اهمیت قابل توجه این مساله، تاکنون تلاش ها و مطالعات متعددی در راستای مواجهه با مناقشات آبی صورت گرفته است. «صلح آبی» یکی از رویکردهای نوینی است که برای تسکین مناقشات آبی ارایه شده است. هدف اصلی در «صلح آبی» آن است که از پتانسیل سرمایه گذاری در منابع آبی مشترک به عنوان راهکاری برای ترویج صلح استفاده شود. رویکرد مذکور در سال های اخیر برای تسکین مناقشات آبی در کشورهای غرب آسیا از جمله ایران نیز موردتوجه قرار گرفته است. بر این اساس، شناخت جامع از طرح صلح آبی و بررسی مبانی نظری آن و حصول اطمینان از تناسب مبانی مذکور با شرایط حاکم بر زیرسیستم های آبی و مسایل هیدروپلیتیکی در منطقه ضروری است. شکاف پژوهشی موجود در این زمینه و ضرورت پرداختن به آن منجر به شکل گیری پژوهش حاضر شده است. ازاین رو در پژوهش حاضر، ضمن به کارگیری رویکرد توصیفی- تحلیلی و منابع کتابخانه ای به معرفی و بررسی کاربرد رویکرد صلح آبی در مناسبات آبی بین المللی و بررسی جایگاه آن در تعاملات آبی و هیدروپلتیکی در منطقه غرب آسیا پرداخته شده است. نتایج پژوهش حاکی از آن است که رویکرد صلح آبی، رویکردی بخشی نگر است که به دلیل عدم توجه به عوامل نهان اثرگذار بر شکل گیری مناقشات آبی، منجر به مواجهه کارآمد با این قبیل از مناقشات (به طور عام) و مناقشات آبی در منطقه غرب آسیا (به طور خاص) نخواهد شد.

    کلیدواژگان: صلح آبی، منابع آبی مشترک، مناقشه، همکاری
|
  • Mohammad Saeed Jafari, Hamideh Noory *, Hamed Ebrahimian, Abdolmajid Liaghat, Yasamin Sohani Pages 669-682

    Maize is one of the most important field crops in the world and Maize production with a cultivated area of about 350000 hectares and an average grain yield of 3.5 ton. ha-1 is very important and common in Iran. The purpose of this study was to investigate the effect of different levels of water and nitrogen on maize biomass, grain yield, irrigation water productivity and nitrogen productivity and finding the best irrigation and nitrogen fertilizer practices for producing Maize. Maize (SC. 704) was planted in 2018 as three irrigation treatments (I1, I2 and I3 to provide 100, 75 and 50 percent of crop evapotranspiration respectively) and four nitrogen treatments (N1, N2, N3 and N4 to provide 200, 125, 50 and zero kg of nitrogen per hectare in total, respectively) in a randomized complete block design with three replications. The results showed a significant effect of irrigation, nitrogen and their interaction effects on maize biomass and grain yield. Maximum maize biomass and grain yield were 23.02 ton. ha-1 and 12.78 kg. ha-1 for full irrigation treatment with 200 kg. ha-1 nitrogen (I1N1) treatment, respectively. Maximum irrigation water productivity for maize biomass and grain yield were 4.93 and 2.7 kg. m-3 for I2N1 and minimum irrigation water productivity for maize biomass and grain yield were 3.37 and 1.77 kg. m-3 for I1N4 treatments, respectively.

    Keywords: Deficit irrigation, Drip Irrigation, fertigation, productivity
  • Mohammad Javad Fardadi Shilsar, Mehdi Mazaheri *, Jamal Mohammad Vali Samani Pages 683-698

    Rivers are one of the most important natural water resources in the world. Pollution transport modeling in rivers is performed by the partial advection-dispersion-reaction equation (ADRE). In the present study, using the Laplace transform, which is a powerful and useful tool in solving differential equations, the analytical solution of the ADRE equation was obtained in a finite domain with variable coefficients for the upstream and downstream Dirichlet boundary conditions and the initial zero condition in the river. To use the analytical solution in this study, three examples are presented, each of which, the river are divided into two, four, and eight parts, which, while the parameters of flow, pollution, and river geometry are variable in all three examples, for each of the examples, the accuracy of the analytical solution available when the segmentation of the intervals increases as compared to the numerical solution. By specifying the matrices of velocity, dispersion coefficient, cross-section, etc. as input to the problem, the diffusion matrix is calculated and, consequently, a complex system of equations is created that doubles the complexity of the work. The amount of pollutant concentration is calculated by solving the system of the above equations. The numerical solution is used to validate the existing analytical solution, the results showed that the greater the number of river divisions, the higher the accuracy of the solution, and the two analytical and numerical solutions will be well compatible with each other. Given the ability and performance of the existing analytical solution, it can be acknowledged that the analytical solution in this study can be used as a tool to validate and verification numerical solutions and other analytical solutions for the coefficients of the equation.

    Keywords: Advection-dispersion-reaction equation, Concentration distribution function, finite domain, Mathematical Modeling
  • Hossein Abbasalian, Jaber Soltani *, Ali Bahrami Samani, Seyyed Ebrahim Hashemi Garmdareh, Azam Borzouei, Maryam Ahmadvand Pages 699-711

    Application of compounds that improve soil moisture retention capacity is one of the strategies to increase water use efficiency in agriculture and solve the problem of water shortage. In many sources, several positive aspects of organic matter application such as biochar as soil modifier and moisture retention capacity improvement have been noted. Biochar is a carbon-rich porous compound produced by pyrolysis of natural organic matter. In the present study, 0% biochar (B1), 2.5% biochar (B2), 5% biochar (B3) and 7.5% biochar (B4), 2.5% wheat straw (W1) and 5% straw (W2) were added to soil with clay loam (S1) texture and sandy loam soil (S2). This pot experiment was performed based on a completely randomized design in three replications and in greenhouse. Biochar application increased water productivity in S1B4 and S2B4 treatments by 138% and 128%, respectively. Straw had a negative effect on agronomic yield and water productivity, so that biological yield in clay loam and sandy loam soil decreased by 82% and 73%, respectively. Water productivity decreased by 41% and 25% in S1W1 and S2W1 treatments. These reductions were statistically significant (P<0.01) and were exacerbated by increased straw in both soil types. The present study showed that biochar application can be a way to improve yield and, consequently, water productivity in agriculture.

    Keywords: organic matter, Plant biomass, Soil moisture, Soil nutrients
  • Arman Nejat Dehkordi, Ahmad Sharafati *, Mojtab Mehraein, Seyed Abbas Hoseini Pages 713-724

    Sediment grains size have always been considered as one of the crucial issues in the case of sediment dynamics. This seems necessary as it significantly affects sediment transport, bed roughness, and river environmental conditions. Since the geometric factors and characteristics of hydraulic flow in river bends are very complex, the analysis of sediment grain size distribution becoming an essential issue in bends that has been studied less so far. In this research, the distribution of the sizes of sediment grains in natural river bends having gravel beds was taken into consideration using field data. To achieve such a goal, 180 sedimentary samples from upper layers and other hydraulic flow parameters, including the velocity and depth of the flow and the characteristics of geometric beds, were gathered from nine different river bends. After determining the grain sizes of the sediments in the laboratory and calculating other required parameters, the P-Buckingham theory was applied to identify both the effective non-dimensional parameters and the characteristic equation. Then, the Generalized Additive Model (GAM) was used to determine the relationship between variables. Also, to avoid errors in the results, variables with a correlation coefficient greater than 0.5 and a probability value (p-value) greater than 0.05 were removed from the modeling process. Finally, a mathematical model for the distribution of sediment particle sizes based on the geometric parameters of the bends and the flow characteristics was developed. The obtained equation, with a coefficient of determination (R^2) equal to 0.76, shows that Froude Number (F_r), Shields parameter (θ_Shields), and the proportion of curvature radius to the top width section (R_c/T) affect on the median sizes of sediments in the gravel river bends.

    Keywords: Dimensional analysis, Generalized additive model, River bend, Sediment grain size
  • Javad Sarvarian *, Parisa Soleimani Pages 725-737

    Due to limited water resources in Iran, the optimal use of water resources and improvement of water use efficiency is necessary, especially in agriculture. In current work, cropping pattern optimization was carried out in Mehran Plain of Ilam Province based on water resources, cultivated area and biodiversity constraints using genetic algorithm. The optimization model was applied to three different scenarios based on a combination of different constraints. The results showed that the cropping pattern in 2016-17 was not optimal and the biodiversity index was low. The resulting profit and biodiversity in all scenarios are higher than the current situation in Mehran plain. The amount of profit increase in combinations one, two and three is 70, 101 and 132% higher than the profit of the existing cropping pattern, respectively, and in terms of biodiversity, the Shannon-Wiener criterion is more than twice as high as the Shannon-Wiener criterion in the existing simple cropping pattern in all scenarios. Wheat, canola, sesame and okra are strongly represented in most optimal cropping patterns. Wheat has the largest acreage and tomato and alfalfa and corn have the least acreage due to the low profit and high water consumption of these products. Crops such as corn, sesame, okra and cucumber are strongly represented in the optimal cropping patterns and can be used as alternatives to the current crops to increase agricultural profits.

    Keywords: algorithm genetic, Biodiversity index, Cultivated Area, Optimal crop pattern, Water consumption
  • Fateme Riahi, Hasan Vagharfard *, Peyman Daneshkar Araste, Hamid Kardan Moghaddam Pages 739-751

    One of the appropriate tools to understand the state of development in groundwater resources is to use the concept of vulnerability of groundwater resources. From a theoretical point of view, the concept of aquifer vulnerability is based on two types of special vulnerability and intrinsic vulnerability, which is defined based on hydrogeological characteristics and aquifer pollution. In this study, to assess the vulnerability of Sarkhoon aquifer in Hormozgan province, the Drastic vulnerability index was used to assess the inherent vulnerability and the GQI quality index was used to assess the specific vulnerability of the aquifer. The results of aquifer vulnerability classification showed that the intrinsic vulnerability index in the southern part of the aquifer has a high vulnerability and most of the aquifer range is in the medium vulnerability class. On the other hand, based on quality parameters in wells in the region, GQI index was measured and analyzed. The weighting of this index showed that the TDS parameter is the most important in groundwater resources. Qualitative zoning at the level of the Sarkhon aquifer indicates a decrease in the index and another expression is an increase in the concentration of solutes in the central parts and the outlet of the aquifer. Finally, by normalizing the two indicators of intrinsic aquifer vulnerability and special vulnerability, the Sarkhon aquifer vulnerability index was evaluated and calculated. Vulnerability index estimation showed that the level of vulnerability has increased in the aquifer outlet and this is also consistent with groundwater flow. In order to evaluate the accuracy of the total vulnerability index, the correlation of this index with nitrate concentration was used, which the results indicate a statistical accuracy of 72%.

    Keywords: GQI Index, Intrinsic Vulnerability, Specific Vulnerability, TDS
  • Hasan Ahmadi *, Hamidreza Rahimi Pages 753-767

    In recent years, due to drought in the country, the issue of management of available water resources is extremely important, and this attention is increasingly to the management of reservoirs and forecasting the volume of water in order to provide appropriate exploitation policies. On the other hand, seasonal and excessive rainfall caused dramatic changes in the bedding of rivers and catchments, which examines the forecasting models in the event of heavy rains, which in addition to preventing damage in addition to preventing damage. Due to the occurrence of floods, surplus water can also be used in the desired direction. Therefore, not developing a proper operation policy, especially in drought conditions, can cause a lot of damage to water-consuming sectors. Proper forecasting of water flows and reservoir inventories leads to the use of control curves for the optimal use of dams and reservoir systems. In this paper, due to the importance of the subject, a model based on deep learning and Mann-Kendall experimental test was used to estimate the flood rate in the Kan-Sulqan area. The results showed that the monthly difference in flood forecast for the convolution neural network is 0.00654 and for the Men-Kendall method is 0.19532. Also, the error rates of MSE, RMSE, MAE and MPE for the neural network were equal to 0.0019, 0.0439, 0.0239, and 0.0159, respectively, which shows the high accuracy of this method in estimating the flood rate in the region.

    Keywords: Deep learning, Flood, neural network, Prediction, Runoff
  • Kazem Shahverdi * Pages 769-779

    Controlling structures in irrigation canals to accurately deliver and distribute the water, and to keep it needs the appropriate control techniques. Sarsa reinforcement learning, as a branch of artificial intelligence, has recently been used to control the structures and improve water delivery and distribution in irrigation canals. To improve Sarsa efficiency and reduce the required time of operational pattern learning, the Sarsa algorithm in the E1R1 canal was developed and linked to a non-linear model of the canal to learn the operational pattern of one reach of the canal and apply the results to the other reaches. Operational scenarios were defined in this regard, and standard performance indicators was used for assessment. The results showed that Sarsa can be used successfully with the proposed idea, maintaining water depth within a dead band of 5% in the learning step and that of 10% while utilizing the learning results. The efficiency and adequacy indicators were close to the desired value.

    Keywords: irrigation canals, Reinforcement Learning, Regulating Structures, Water management
  • Adib Roshani, Mahdi Hamidi * Pages 781-795

    Climate change has many impacts on all environmental processes and society. In this study, three models selected from Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) including ACCESS-CM2, HadGEM3-GC31-LL, and NESM3 are validated. The best model (i.e. ACCESS-CM2) is selected to simulate the climatic parameters of the Sari Station using the latest emission scenarios called “shared socioeconomic pathways (SSP).” The LARS-WG is adopted for downscaling, and two emission scenarios SSP2-4.5 and SSP5-8.5 are used for two periods 2041-2060 and 2081-2100, respectively. Several statistical tests are conducted including F-test, T-student, Kolomogrov-Smirnov, coefficient of determination (R2), and root mean square error (RMSE) to validate the LARS-WG model. The verification results indicate the efficiency of the LARS-WG model. The Man-Kendal and Sen’s slope tests are adopted to determine the trend of climatic observational parameters. In general, the results show that the average temperature change increases in the range of 1.16-4.09 °C and also the average annual rainfall increases by 24-36 percent. The Sen’s slope results in terms of maximum and minimum temperatures show an ascending trend in this parameter, but it is descending in the rainfall. Since long-term climate change is one of the factors affecting groundwater and surface resources, it is necessary to develop proper management strategies for the future, preserving ecosystems, and adapting humans to these changes.

    Keywords: Downscaling, Emission scenario, LARS-WG, SSP
  • Hamid Abbasi, Majid Delavar *, Hamid Mohammadi Sedaran Pages 797-814

    Water resources carrying capacity (WRCC) is a major component of resource and environmental studies and it is a management concept aimed at supporting sustainable socioeconomic development on a regional scale and catchment areas. Failure to pay attention to concepts such as the carrying capacity in the country's planning has led to the ineffectiveness of most programs. For this purpose, in the present study, it has been tried to use the simulation-optimization approach to determine the water resources carrying capacity in a pilot basin (Tashk-Bakhtegan Basin), considering the economic, environmental and Water resources in the historical periods (1985-2014) and terms of climate change (2045-2015) should be considered. In this regard, the Water and Soil Assessment Tool (SWAT) and the Genetic Algorithm are used. For this purpose, the outputs of three general circulation atmosphere models under RCP 2.6, 4.5, 8.5 scenarios have been used to assess climate change in this study. The results of the study indicate overloading of water resources due to increased crop area in all studied periods. Also, the water resources carrying capacity due to climate fluctuations and climate change in the examined period (1985 - 2045) has been declining, and from 2.6 billion cubic meters in the period (1985-2006) to 1.9 billion cubic meters. The most pessimistic climatic conditions are reduced.

    Keywords: Genetic Algorithm, SWAT Model, Tashk-Bakhtegan basin, Water resources carrying capacity
  • Hamid Reza Kamali, Mohammad Abdolahipour *, Mohammad Javad Nahvinia Pages 815-827

    The application of modeling is an appropriate alternative for field experiments that save time and cost. SALTMED is a generic model for modeling plants response to water and salinity stress. This study was done to evaluate the performance of SALTMED model for wheat plant in an arid area in Birjand, South Khorasan Province. The treatments include water stress (50, 75, 100 and 120 percent of water requirement) and salinity stress (1.4, 4.5 and 9.6 dS/m) in three replications. The statistical indices of measured and predicted yield showed the normalized root mean square error (NRMSE) less than 10 percent and the coefficient of determination (R2) equal to 0.99 and 0.96 for model calibration and validation, respectively. The model could also simulate the temporal variation of evapotranspiration and soil salinity profile during the growing season accurately. Therefore, according to the results, SALTMED is an accurate model to predict the yield and plant reactions of wheat under different water and salinity stress levels in the arid areas.

    Keywords: modeling, Plant reactions, Variation of evapotranspiration, water stress
  • Masoud Soltani *, Mohadese Sadat Fakhar, Hossein Rabbaniha Pages 829-843

    Drip irrigation systems are a proper technique to supply water for plants in the root zone. The management of this method relies on the science of water distribution in the volume of wet soil. Simulation models can be used to obtain this valuable knowledge. In this study, simulation of sand column in the root zone of apple tree under drip irrigation system was done to determine the optimal depth of the sand column in three various soil textures to investigate how water is uptake by the roots, water consumption, evaporation rate and deep penetration using The HYDRUS-2D model was examined. The results of this study showed that in the loam soil texture when the depth of the sand column is in the range of 10-15 cm and in the silty loam soil texture of the sand column to a depth of 5 to 10 cm, the rate of infiltration, water consumption and evaporation will be significantly less than the maximum so that the rate of deep penetration in the silty loam soil texture has decreased by 55% and in the loam soil texture by 35% compared to the maximum state. and finally, the studied scenarios showed that in sandy loam soil texture, due to the lightness of soil texture, the use of sand columns will not create an improving situation.

    Keywords: Deep percolation, HYDRUS-2D, Irrigation management, Optimal depth, Root uptake
  • Sepideh Rahmati, Mohammad Javad Monem * Pages 845-866

    Limited water resources and low productivity of water consumption in agricultural sector, as the largest water consumer, necessitate performance improvement of irrigation networks. One of the necessary measures to do this is to use a systematic and comprehensive approach to evaluate and improve the performance of irrigation systems. The MASSCOTE approach is a comprehensive approach for modernizing medium to large-scale irrigation systems in terms of improving water delivery performance. MASSCOTE helps evaluate and prepare modernization programs in a step-by-step manner. In this research, the performance evaluation and improvement of Gotvand irrigation network was evaluated using the MASSCOTE approach. Based on the obtained results, the participation of users and the integration of their opinions and logical demands in the management of Gotvand Network, can be the solution to many problems. Establishment of water consumer association will reduce the problems related to water abstraction violations, and make it easier for users to access and regulate their contracts. Modifying the conventional method of water distribution, by volumetric distribution method creates a good capacity to reduce water losses and improve productivity in the network. According to the calculations, the annual supplied water, leakage and drainage of the network are 1209.5, 113.2 and 771 million cubic meters, respectively. Based on the network water balance, the evapotranspiration rate of crops was estimated at 325 million cubic meters, and the net irrigation requirement was calculated using meteorological information, was 389 million cubic meters, which is 64 million cubic meters less than the evapotranspiration rate. According to the results of MASSCOTE, in order to improve the network performance, the water balance should be improved to better maintain crop water requirement. It is recommended to change the cultivation pattern to a lower water consume pattern, and to reform the irrigation methods, and network management structure.

    Keywords: modernization, Network management evaluation, Operation, maintenance management, Water delivery services
  • Elham Akbari, Ata Allah Nadiri *, Fariba Sadghi Aghdam Pages 867-883

    Khoy plain is one of the main industrial and agricultural centers in West Azerbaijan province that the water requirement for agriculture, industry and drinking water is generally supplied by groundwater. Therefore, the quality of available water seems very important in this area. Groundwater quality is generally dependent on hydrogeochemical processes that regnant the water resources system. For this purpose, in order to better understand the hydrochemical processes in Khoy plain aquifer, graphical and multi-variable statistical methods were used to interpret the results obtained from the analysis of 54 samples taken in September 2016 from groundwater resources. The results of the Piper diagram and the expanded Durov diagram shows that the groundwater type in the region is mostly calcium and magnesium carbonate, sodium chloride and the mixed type. In hierarchical cluster analysis, the samples are placed in two main clusters and five sub-clusters. The Stiff graphs identified eight general groups with saline, calcareous, basaltic, igneous and calcareous composition, Saline shale composition, shale and lime composition (Marne) and mixed type. The results of the factor analysis method suggested a three-component model for the data. In the first component, sodium, chloride, sulfate, bicarbonate, calcium and magnesium were interdependent; in the second component, nitrate and arsenic were linked; while in the third component, iron was partially related to the others. The first and third factors have geogenic sources and the second factor shows both geogenic and anthropogenic sources for groundwater contaminants.

    Keywords: arsenic, Hydrochemical processes, Graphical methods, Multivariate statistical methods
  • Seyed Ahmad Eslaminezhad, Mobin Eftekhari, Mohammad Akbari *, Ali Haji Elyasi, Hadi Farhadian Pages 885-904

    Research on flood predicting models is one of the first steps in reducing flood damage and managing future floods in catchments. The aim of this study was to evaluate flood susceptibility in Birjand plain catchment through four machine learning models including support vector machine (SVM), J48 decision tree, random forest (RF) and Adaptive neuro fuzzy inference system (ANFIS). Therefore, in order to implement and validate the mentioned models, a list of flood-prone areas in the study area was prepared (42 flood-prone locations). In addition, 19 hydrogeological, topographical, geological and environmental criteria affecting flood occurrence in the study area were extracted to be used to predict flood susceptibility map. The results showed that the highest accuracy was related to the RF model (0.845) and the lowest accuracy was related to the SVM model (0.791). In addition, the validation of the results using the ROC curve showed that the most accurate values of flood susceptibility belong to the RF model (AUC = 0.958). The results of this study can be used to manage vulnerable areas and reduce flood damage.

    Keywords: Birjand plain, Flood susceptibility, Geospatial Information System (GIS), Machine learning
  • Abolfazl Farzi *, Abtin Boostani, Reza Maghsoodi Pages 905-921

    Increasing water consumption along with the arid climate of Iran, has caused increasing pressure on groundwater resources and has made attention to strategic planning of water resources as a necessity. In this research, the strategic planning process of Esfarayen plain aquifer, which is one of the plains of the central desert basin of Iran, has been studied. For this purpose, a SWOT analysis was performed for the plain and its strengths, weaknesses, opportunities and threats were identified. These factors were systematically analyzed using Buckley Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) and based on this analysis, the prior type of strategies were proposed. In SWOT analysis, five factors were identified for each group of strengths and weaknesses and seven factors were identified for each group of opportunities and threats. The results of systematic analysis of SWOT factors showed that the share of two groups of opportunities and weaknesses in higher priority factors was more than the two groups of strengths and threats, so that the share of opportunities, weaknesses, threats and strengths in the first half of the list of factors was 71, 60, 43 and 20 percent of the factors in these groups, respectively. Therefore, it is suggested that in selecting appropriate strategies for the future of groundwater in Esfarayen plain, priority should be given to WO strategies. Strategies that try to improve and eliminate weaknesses within the system by using the opportunities available in the external environment.

    Keywords: Groundwater management, Strategic Planning, SWOT analysis, SWOT-FAHP combined approach
  • Fereshteh Arami Shamasbi, Amin Kanooni *, Saeed Rasinezami Pages 923-935

    The use of optimization-simulation tools is one of the effective approaches that can play a significant role in analyzing water resources management scenarios. In this study, using MODSIM water resources planning model, the effect of different management scenarios in water scarcity conditions on water allocation planning in Balekhlichai river catchment and also the water level of Ardabil plain aquifer was investigated. Calibration and validation of the model were performed by considering the surface flow hydrograph of the basin outlet and the aquifer hydrograph using the data of the statistical period 2000-2014. Then the return flow coefficients were estimated by trial and error. The values of root mean square error and Nash-Sutcliffe efficiency coefficient in the calibration and validation period indicate the good performance of the model in simulating surface and groundwater flow and water balance components of catchment. After ensuring the accuracy of the model simulation, various management scenarios including population growth scenario (S), irrigation efficiency change (S1) and cultivation pattern and irrigation efficiency changes (S2) were examined. The results showed that under scenarios S, S1 and S2, the groundwater level drop will be equal to 8.41, 3.36 and 2.31 meters, respectively. Also, under scenarios S, S1 and S2, the percentage of agricultural demand supply in the Yamchi irrigation network from the reservoir will be equal to 38, 43 and 48 percent, respectively. Therefore, by applying water resources management scenarios, it is possible to prevent a sharp drop in the water level of the Ardabil plain aquifer in the future years and take an effective step in balancing groundwater.

    Keywords: Allocation, simulation, Surface, groundwater, Yamchi irrigation network
  • Alireza Taghdisian, Ali Moridi * Pages 937-948

    In Iran’s sustainability puzzle, the role of human time activities, specifically in agriculture, has long been overlooked. For this reason, we applied the MuSIASEM analytical tool on Aras river basin, as a case study, in order to analyze its socio-ecological development during 2006-2016. Our results show that the biophysical pressure both on water and energy pillars. Energy metabolic rate (EMR) and Water metabolic rate (WMR) both were shifted 34%, and 21% during the decade of analysis. The household and paid work sectors both have experienced an increase of 83% and 108% in their EMR and WMR, respectively. For assessing the underlying socio-economic factor, we continued the analysis into the lower level compartments of the societal hierarchy. In agriculture, industry and service sectors, while there was a reduction of 28%, 36% and 29% in human time investments, EMR and WMR were increased by 64%, 84 and 123 for energy, and 74% and 105% for water. We conclude the result with generating composite indicators in agriculture based on the concept of metabolic processor. This shows that a crop like irrigated legume consumed 7 times more water, 9 times more land, 6 times more energy compared to fruits in one ton of their output. Also, legumes brought 37% more net added value with 5 times human time investment compared to fruits.

    Keywords: Economic-Ecological Indicators, Interdisciplinary Analysis, MuSIASEM, Sustainable Development, Urban Metabolism
  • Fatemeh Bayat, Abbas Roozbahani *, Mehdy Hashemy Shahdany Pages 949-965

    Improving the performance of water distribution systems in the agricultural sector is essential to increase arable crops production by considering surface water volume and energy consumption. Therefore, the main objective of the current research is to evaluate performance of practical alternatives in modernization projects in order to improve the performance of surface water distribution systems and to quantitatively evaluate their performance based on the water-food-energy nexus. The current operational management of the Rudasht Irrigation Network located in Isfahan, was simulated under normal and water shortage scenarios. Then the impact of two modernization methods including an improved manual operation and an automatic control system by using the Model Predictive Control (MPC) on the improvement of surface water distribution was investigated. In order to investigate the operational methods, eight indicators of surface water delivery, energy consumption, surface water productivity, food productivity, energy productivity, surface water economic productivity, energy economic productivity and food economic productivity were used. In the current status (Manual Method) under normal and water shortage scenarios, the values of water-food-energy nexus index were estimated 0.41 and 0.07, respectively. By improving the operational method to improved manual operation method, under normal and water shortage scenarios, the values of water-food-energy nexus index were estimated 0.46 and 0.09, respectively. The results of MPC method showed that this method has the best performance with 0.94 and 0.38 in normal and water shortage scenarios, respectively. The proposed evaluation approach can be used as an appropriate evaluation method to evaluate and prioritize modernization options of agricultural water distribution systems.

    Keywords: economic productivity, Energy productivity, modernization, Rudasht Irrigation Network
  • Seyede Simin Mirhashemi Dehkordi, Hojjat Mianabadi *, Ebrahim Hajiani, Seyed Jalal Dehghani Firouzabadi Pages 967-986

    Mismanagement of shared water resources may lead to political instability, increasing the vulnerability of the social, environmental, and economic sectors, developing violent conflicts, and ultimately undermining human security. Due to its significance, various efforts and studies have been conducted to address water conflicts. “Blue peace" is one of the novel approaches that has been proposed to manage water conflicts. The main goal of "blue peace" is to apply the potential of investing in shared water resources as a way to peacebuilding. The "blue peace" approach has recently been welcomed in West Asian countries for water conflicts management. Accordingly, a comprehensive understanding of the blue peace approach and its theoretical foundations is necessary to ensure the compatibility of these foundations with the conditions governing water subsystems and hydropolitical issues in the region. It has led to the formation of the present study. Accordingly, in this study, the application of this approach in international water relations and its place in water interactions in the Middle East has been investigated by using library resources and applying an analytical approach. The results reveal that the blue peace is a reductionist approach that does not pay attention to the hidden factors affecting the water conflicts and will not lead to effective dealing with these conflicts in general as well as water conflicts in the Middle East in particular.

    Keywords: Blue peace, Conflict, Cooperation, Shared water resources