فهرست مطالب

نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)
سال بیست و پنجم شماره 4 (پیاپی 98، زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/24
  • تعداد عناوین: 20
|
  • محمدمهدی متین زاده، جهانگیر عابدی کوپایی*، محمد شایان نژاد، عدنان صادقی لاری، حامد نوذری صفحات 1-18

    در مزارعی که زهکش های زیرزمینی در عمق زیاد نصب شده اند نظیر کشت و صنعت های خوزستان، با مدیریت آب و کود در سطح مزرعه می توان، کارایی مصرف آب را افزایش و همچنین حجم زه آب خروجی و تلفات کودی و سایر آلاینده ها را کاهش داد. در این پژوهش از یک مدل جامع شبیه سازی چرخه آب و دینامیک نیتروژن در زمین های کشاورزی تحت پوشش سیستم های زهکشی با استفاده از رویکرد پویایی سیستم، برای شبیه سازی سناریوهای مختلف مدیریت آب آبیاری و کود استفاده شد. به منظور کاهش آب مصرفی و کاهش تلفات کود اوره در یکی از مزارع کشت و صنعت امام خمینی، پنج سناریوی مختلف مدل سازی شامل چهار سناریوی مدیریت آب آبیاری به میزان 5، 10، 15 و 20 درصد کاهش در مقدار آب آبیاری (I1، I2، I3 و I4) نسبت به وضعیت موجود آبیاری در این کشت و صنعت (I0)، و یک سناریوی مدیریت توام آب و کود (20 درصد کاهش مقدار آب آبیاری و 210 کیلوگرم بر هکتار کود اوره، I4F) برای شبیه سازی و مقایسه حجم زه آب تولیدی، تلفات نیترات و آمونیوم توسط سیستم زهکشی و میزان نیتروژن باقیمانده در خاک اجرا شد. نتایج مدل سازی نشان داد که سناریو I4F، باعث کاهش شدت زهکشی تجمعی، تلفات تجمعی نیترات و آمونیوم زه آب، مجموع تلفات تجمعی نیترات و آمونیوم زه آب و تلفات تجمعی نیترات زدایی به ترتیب برابر با 31، 70، 71، 70، و 85 درصد می شود که علاوه بر آن که باعث صرفه جویی در آب و کود مصرفی می شود، باعث کاهش موثر در آلودگی محیط زیست می شود. بنابراین، سناریوی I4F (آبیاری به مقدار 2656 میلی متر برای شش ماه و 210 کیلوگرم بر هکتار کود اوره) برای نیشکر در کشت و صنعت نیشکر امام خمینی توصیه می شود.

    کلیدواژگان: مصرف بهینه آب آبیاری، مصرف بهینه کود اوره، مدیریت تلفیقی آب و کود، تلفات نیترات زدایی، مدل متین زاده و همکاران (1395)
  • علیرضا واعظی*، الهام محمدی صفحات 19-31

    این پژوهش با هدف بررسی تغییرات زمانی تولید رواناب و فرسایش شیاری در خاک های با بافت مختلف تحت شیب های متفاوت انجام شد. بدین منظور یک مطالعه آزمایشگاهی در سه کلاس بافت خاک (لوم، لوم رسی و لوم رسی شنی) و چهار درجه شیب (5، 10، 15 و 20 درصد) در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار انجام شد. تولید رواناب و فرسایش شیاری با استفاده از جریان شبیه سازی شده با دبی ثابت 0/5 لیتر بر دقیقه در فلومی به ابعاد 0/32 متر در 4 متر طی 30 دقیقه اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که تولید رواناب و فرسایش شیاری، تحت تاثیر بافت خاک، درجه شیب و برهمکنش بین آن دو است (0/001 > P). در هر سه خاک و هر چهار درجه شیب، رابطه مثبت معنی دار بین فرسایش شیاری و رواناب وجود داشت و قوی ترین رابطه در خاک لوم (0/86=R2) و در شیب 15 درصد بود (0/94=R2). تولید رواناب و فرسایش شیاری طی زمان در خاک ها و شیب ها دچار تغییر شد. زمان 10 دقیقه، زمان اوج وقوع رواناب و فرسایش شیاری بود. برخلاف رواناب، الگوی افزایش فرسایش شیاری طی زمان، نامنظم و تدریجی بود و تحت تاثیر موجودیت ذرات قابل انتقال خاک قرار داشت. در خاک لوم رسی به دلیل ناپایداری ساختمان و موجودیت ذرات ریز، بخش عمده ذرات حساس در همان زمان های آغازین منتقل شدند و با گذشت زمان، فرسایش شیاری به الگوی ثابتی رسید. این پژوهش نشان داد که الگوی تغییرات زمانی تولید رواناب و فرسایش شیاری تحت تاثیر نوع خاک (بافت و ساختمان) و شیب سطح قرار می گیرند

    کلیدواژگان: پایداری ساختمان، تغییرپذیری زمانی، توزیع اندازه ذرات، ذرات حساس خاک، زمان اوج
  • الناز میرزاخانی، حمیدرضا متقیان*، علیرضا حسین پور صفحات 33-46

    .آلودگی محیط زیست به وسیله فلزات دارای پتانسیل سمیت به ویژه کادمیم، یکی از مسایل مهم محیط زیست به شمار می آید. همچنین شورشدن خاک ها به دلیل کاهش کیفیت آب آبیاری از تنش هایی است که گیاهان با آن روبرو می شوند. بنابراین، به منظور بررسی اثر بیوچارهای باگاس نیشکر بر قابلیت استفاده و شکل های کادمیم در خاک آلوده (15 میلی گرم بر کیلوگرم کادمیم) و شور، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی شامل فاکتور بیوچار دارای سطوح شاهد، 1 درصد (وزنی- وزنی) باگاس، 1 درصد (وزنی- وزنی) بیوچار 400 درجه سلسیوس، 1 درصد (وزنی- وزنی) بیوچار 600 درجه سلسیوس و فاکتور شوری شامل شاهد، 20 و 40 میلی مول کلرید سدیم در کیلوگرم خاک در 3 تکرار انجام گرفت. مقدار کادمیم قابل استفاده با روش DTPA-TEA و شکل های کادمیم با روش عصاره گیری تسیر و همکاران (1979) تعیین شد. نتایج نشان داد که کاربرد بیوچار و شوری تاثیری بر pH خاک نداشتند (0/05P). برهمکنش بیوچار و شوری بر کادمیم عصاره گیری شده با DTPA-TEA و شکل های کادمیم معنی دار نبود (0/05P)؛ درحالی که در خاک های شور نسبت به شاهد افزایش یافت (0/005>P). تیمار خاک با بیوچار تهیه شده در دمای 600 درجه سلسیوس موجب کاهش (0/05>P) کادمیم تبادلی (23/8%) و افزایش (0/05>P) کادمیم پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز (25/2%) و باقیمانده (15/6%) نسبت به شاهد شد. نتایج نشان داد که شوری اثر معنی داری بر شکل های کادمیم نداشت (0/05

    کلیدواژگان: بیوچار، شوری، کادمیم، شکل های شیمیایی
  • فاطمه صادق دوست، نوید قنواتی*، احد نظرپور صفحات 47-61

    به طور عمده گرد و غبار خیابانی تحت تاثیر آلودگی هیدروکربن های آروماتیک چندحلقه ای (PAHs) قرار دارند. PAHs گروهی از آلاینده های آلی هستند که از دو یا چند حلقه بنزنی تشکیل شده و عمدتا طی احتراق ناقص تولید شده اند. PAHs به دلیل خواص سرطان زایی و جهش-زایی بالا در انسان توجه گسترده ای را به خود جلب کرده اند. بنابراین، هدف از انجام این مطالعه، بررسی منشا و میزان تاثیر این ترکیبات بر سلامت انسان و محیط زیست بود. تعداد 30 عدد نمونه گرد و غبار از پیاده رو خیابان های اصلی شهر دزفول برداشت و غلظت PAHs به روش کروماتوگرافی گازی- طیف سنجی جرمی (GC-MS) تعیین شد. مقدار کل غلظت ترکیبات PAHs در گرد و غبار خیابانی شهر دزفول از 562/85 تا 51447/10 میکروگرم بر کیلوگرم متغیر بود. نسبت ترکیبات سرطان زا به کل PAHs در محدوده بین 0/73 تا 0/91 بود. PAHs با وزن مولکولی پایین و وزن مولکولی بالا به ترتیب 12% و 88% از کل PAHs را شامل شد. احتراق سوخت های فسیلی و محصولات نفتی و انتشار از وسایل نقلیه و ترافیک مهم ترین منشا PAHs در شهر دزفول است. میزان خطر ابتلا به سرطان درطول عمر (ILCR) در مسیر بلع برای کودکان بیشتر از بزرگسالان بوده است اما میزان ILCR در مسیر جذب پوستی و تنفس در بزرگسالان بیشتر از کودکان است. مجموع ریسک سرطانی (CR) برای کودکان (10-3×5/77) بیشتر از بزرگسالان (10-3×5/56) است که این امر پتانسیل بالای خطر سرطان زایی را در منطقه مورد مطالعه نشان می دهد.

    کلیدواژگان: گرد و غبار، هیدروکربن های آروماتیک چندحلقه ای، ارزیابی آلودگی، ریسک سلامت، دزفول
  • علیرضا توکلی*، حسین حکم آبادی، علی نادری عارفی، علی حجی صفحات 63-81

    با توجه به محدودیت دسترسی به آب، ضرورت دارد مزیت نسبی محصولات زراعی و باغی مناطق مختلف استان سمنان تعیین و محصولاتی که فاقد بهره وری مطلوب هستند، شناسایی و راهکارهای لازم برای بهبود بهره وری آب یا جایگزینی محصولات دارای مزیت نسبی بیشتر با محصولات کم بازده، اندیشیده شود. بر این اساس، شاخص بهره وری فیزیکی و اقتصادی محصولات زراعی و باغی تحت سامانه های آبیاری سطحی مشخص گردید. بر اساس نتایج حاصل از بهره وری اقتصادی ناخالص آب محصولات باغی، پسته با 4869 تومان بر متر مکعب دارای بالاترین بهره وری اقتصادی بود و انگور با 3022 تومان بر متر مکعب (62 درصد پسته) در رتبه دوم قرار گرفت. نتایج حاکی از این است که کمترین میزان بهره وری اقتصادی ناخالص آب برای جو، یونجه و گندم به ترتیب برابر با 379، 399 و 457 تومان بر متر مکعب بدست آمده است. بررسی وضعیت ذرت علوفه ای نشان می‎دهد که سود خالص حاصل از کشت این محصول در سامانه آبیاری سطحی برابر 51/78 میلیون ریال در هکتار و سود خالص آن که در سامانه آبیاری قطره ای نواری (تیپ) برابر 110/87 میلیون ریال است که افزایش 2/14 برابری نسبت به روش آبیاری سطحی (مرسوم) دارد. مزیت نسبی محصولات باغی بالاتر از محصولات زراعی بود و جایگزینی و توسعه باغات به جای برخی زراعت‏ها به عنوان یک راهکار توصیه می شود. علاوه بر این، راهکارهایی که می توان برای بهبود شاخص بهره وری توصیه کرد شامل کاربرد سامانه آبیاری قطره ای نواری (تیپ) برای محصولات زراعی (ذرت علوفه ای، گوجه فرنگی، صیفی جات و سیب زمینی) و کاربرد آبیاری قطره ای (قطره ای معمولی، زیرسطحی و زیرسطحی اصلاح شده مطبق) برای محصولات باغی است. بررسی تجارب عملی کاربرد سامانه آبیاری تیپ برای گندم و جو نشان داد که این روش شاخص بهره وری فیزیکی و اقتصادی را بهبود نبخشیده است که حاکی از عدم مزیت نسبی کشت گندم و جو در استان سمنان حتی با سامانه آبیاری تیپ است.

    کلیدواژگان: آب کاربردی، الگوی کشت، بهره وری آب، عملکرد
  • رستم صادقی تالارپشتی، کیومرث ابراهیمی*، عبدالحسین هورفر صفحات 83-96

    صیانت از کیفیت آب رودخانه ها به عنوان در دسترس ترین منبع تامین آب همواره مورد توجه بوده است. در مقاله حاضر توان خودپالایی و تغییرات فصلی ضرایب زوال آلودگی رودخانه تالار بر اساس اندازه گیری های میدانی پارامترهای DO، BOD، pH، EC، نیترات، فسفر و درجه حرارت در چهار فصل از سال 1397 به همراه شبیه سازی و واسنجی آن با کاربرد مدل QUAL2Kw و روش استریتر فلپس مورد مطالعه قرار گرفته است. درضمن، علاوه بر نتایج شبیه سازی ها و ارایه مقادیر فصلی ضرایب زوال آلودگی، مقادیر داده های اندازه گیری های میدانی نمونه-های آب رودخانه نیز ارایه شده است. بر اساس نتایج، مقدار تغییرات میانگین DO از 5/15 در فصل تابستان تا 7/47 میلی گرم در لیتر در فصل بهار و تغییرات میانگین BOD از 1/88 در فصل پاییز تا 7/9 میلی گرم در لیتر در فصل تابستان ثبت شد. همچنین، در روش استریتر فلپس کمترین مقدار ضریب زوال از 1/57 یک بر روز در فصل بهار تا 9/63 یک بر روز در فصل پاییز متغیر بوده است. مقادیر ضریب زوال رودخانه تالار با استفاده از مدل QUAL2Kw نیز از 2 در فصل پاییز تا 7/7 یک بر روز در فصل تابستان به ثبت رسید.

    کلیدواژگان: اکسیژن محلول، اکسیژن خواهی بیولوژیک، بازهوادهی، تالار، ضریب زوال
  • سعید طغیانی خوراسگانی*، سعید اسلامیان، محمدجواد زارعیان صفحات 97-111

    در دهه های اخیر با توجه به رشد جمعیت جهان و همچنین افزایش مصرف سرانه آب، کمبود آب به معضلی جهانی تبدیل شده است. بنابراین، برنامه ریزی و مدیریت منابع آب با هدف جلوگیری از خطرات احتمالی از قبیل سیلاب و خشکسالی در آینده از جمله اقدامات مهم مدیریت منابع آب است. یکی از اقدامات مهم برای جلوگیری از خطرات احتمالی و پیش بینی آینده، مدل سازی بارش- رواناب است. این پژوهش با هدف بررسی کارایی مدل هیدرولوژیک WetSpa در برآورد رواناب سطحی در حوضه آبخیز اسکندری که از زیرحوضه های مهم حوضه آبریز زاینده رود می باشد، انجام شد. در این پژوهش از ایستگاه های سینوپتیک داران و فریدون شهر به منظور جمع آوری اطلاعات هواشناسی در حوضه آبخیز اسکندری استفاده شده است. همچنین، به منظور مطالعه جریان رودخانه پلاسجان، از داده های روزانه ایستگاه هیدرومتری اسکندری، واقع در خروجی حوضه استفاده شده است. داده های اقلیمی به همراه نقشه های رقومی ارتفاع، بافت خاک و کاربری اراضی به عنوان ورودی به مدل WetSpa وارد شد. در نهایت به ارزیابی توانایی مدل WetSpa در تخمین رواناب سطحی رودخانه پرداخته شد. برای ارزیابی و واسنجی مدل از دبی مشاهده شده در ایستگاه هیدرومتری در خروجی حوضه استفاده شد. واسنجی مدل برای دوره آماری(1992-2000) و اعتبارسنجی آن برای دوره آماری (2001-2004) انجام شد. در دوره واسنجی از روش سعی و خطا برای واسنجی پارامترهای مدل استفاده شد. نتایج شبیه سازی تطابق خوبی را بین دبی شبیه سازی شده با دبی اندازه گیری شده نشان داد. در مطالعه حاضر، در مرحله واسنجی ضریب نش- ساتکلیف برابر 0/73 و در مرحله صحت سنجی برابر 0/75 بدست آمد که نشان دهنده توانایی خوب و قابل قبول مدل، در برآورد رواناب سطحی حوضه مورد مطالعه است.

    کلیدواژگان: مدل بارش رواناب، مدل وتسپا، ضریب نش- ساتکلیف، حوضه آبخیز اسکندری، رودخانه پلاسجان
  • احمد مهرابی*، منوچهر حیدرپور، حمیدرضا صفوی صفحات 113-130

    طراحی الگوی کشت بهینه و تخصیص به موقع منابع آب همراه با کم آبیاری از جمله راهکارهای بهینه حداکثرساختن شاخص بهره وری اقتصادی از آب است. در این مقاله به بهینه سازی همزمان الگوی کشت و تخصیص آب با استفاده از شیوه کم آبیاری پرداخته شده است. منطقه مورد مطالعه غرب شبکه آبیاری دشت قزوین و 6 سطح متفاوت درصد کاهش میزان آبیاری نسبت به پتانسیل نیاز آبی ماهانه(0، 0 تا10، 0 تا20، 0 تا30، 0تا40 و 0 تا50 درصد) در سه سال خشک، نرمال و تر مورد مقایسه قرار گرفت و در هر سال بهترین سناریوی کم آبیاری انتخاب و نتایج با الگوی کشت موجود همان سال مقایسه شد. الگوی کشت جدید شامل محصولات اصلی منطقه و اضافه شدن محصول کلزا بود. هدف، رسیدن به حداکثر بهره وری اقتصادی آب (سود خالص در واحد حجم آب) با رعایت سقف برداشت ماهانه و سالانه آب های سطحی و زیرزمینی بود. نتایج نشان داد که بهترین سناریو در سال خشک حداکثر درصد کاهش میزان آبیاری نسبت به پتانسیل نیاز آبی ماهانه 20 درصد، در سال نرمال آبیاری کامل و در سال تر حداکثر درصد کاهش میزان آبیاری نسبت به پتانسیل نیاز آبی ماهانه 10 درصد می باشد. بهبود شاخص بهره وری اقتصادی آب برای سال خشک 52/2 درصد، سال نرمال 41/5 درصد و سال تر 19/6 درصد بوده و متوسط درصد تامین آبیاری سالانه در سال خشک از 64/3 به 91/7 درصد، در سال نرمال از 70/0 به 100 درصد و در سال تر از 77/5 به 97/1 درصد افزایش می یابد، همچنین عملکرد نسبی کلیه محصولات به ویژه گندم، یونجه و چغندرقند را به مقدارقابل توجهی ارتقا می دهد. بنابراین، الگوریتم جستجوی گرانشی، به عنوان یک مدل بهینه ساز می تواند در انتخاب الگوی کشت و تخصیص مناسب منابع آب های سطحی و زیرزمینی با لحاظ منافع اقتصادی در مدیریت شبکه های آبیاری مدنظر قرار گیرد.

    کلیدواژگان: الگوی کشت، شاخص بهره وری آب، الگوریتم جستجوی گرانشی، مدل بهینه ساز، کم آبیاری
  • مصطفی امینی* صفحات 131-145

    بررسی و تحلیل کیفیت آب های زیرزمینی به‌منظور پایش آلودگی و پی بردن به مهم ترین آلاینده های موجود در آب و شناسایی نقاط با آلودگی بیشتر یکی از زمینه های پژوهشی است. هدف از انجام چنین پژوهشی، برنامه ریزی برای بهبود کیفیت آب های زیرزمینی در مقیاس‌های زمانی و مکانی مختلف است. اطلاعات آب های زیرزمینی دشت مراغه– بناب از 26 حلقه چاه در 10 سال (1392-1382) با 454 برداشت، از سازمان آب منطقه‌ای استان آذربایجان شرقی تهیه و بوسیله تکنیک های آماری چندمتغیره مثل تابع تحلیل تشخیص (DFA) و تحلیل مولفه های اصلی PCA)) مورد تحلیل قرار گرفته است. متغیرهای مورد تحلیل شامل Mg، Ca، Cation، K، Na، TDS، TH، SAR، EC، Anion، pH، Cl، SO4، CO3 ،HCO3 هستند. نتایج حاصل از تحلیل مولفه های اصلی نشان داد که متغیرهای Cation، TDS، SAR، EC، Anion، ،Cl، Ca، TH و HCo3 دارای بار عاملی بالایی هستند. بار عاملی بالا نمایان گر اثر این متغیرها در کیفیت آب های زیرزمینی این منطقه است. نتایج حاصل از تحلیل تشخیص نیز نشان داد که متغیرهای یاد شده توانستند کاربری اراضی و سازندهای زمین شناسی را به‌ترتیب در داده های اصلی و داده-های تولید شده با استفاده از توزیع نرمال به‌ترتیب با قدرت تفکیک کنندگی 68/7، 92/2 درصد و 66/5، 89/1 درصد از هم تفکیک کنند. بررسی موقعیت مکانی متغیرها بوسیله تکنیک درون یابی در دشت مراغه- بناب نشان داد که متغیرها در پایین‌دست دشت مراغه– بناب دارای غلظت بیشتری بوده و 20 آبادی و مزارع اطراف آن ها در معرض آلودگی شدید آب های زیرزمینی هستند.

    کلیدواژگان: دشت مراغه- بناب، تکنیک های آماری چندمتغیره، کیفیت آب های زیرزمینی
  • حمید علیپور، احمد جلالیان*، ناصر هنرجو، نورایر تومانیان، فریدون سرمدیان صفحات 147-162

    گرد و غبار هوا یکی از مشکلات زیست محیطی در مناطق خشک و نیمه خشک دنیا است و در بعضی مناطق تحت تاثیر فعالیت های صنعتی، گرد و غبار هوا آلوده به فلزات سنگین است. در این مطالعه گرد و غبار هوای 10 ایستگاه در منطقه کوهدشت استان لرستان در چهار فصل بهار، تابستان، پاییز و زمستان و همچنین خاک سطحی مجاور آن (در مجموع 40 نمونه گرد و غبار و 10 نمونه خاک سطحی) مورد نمونه برداری قرار گرفت و تجزیه فلزات سنگین روی، سرب، کادمیم، نیکل، مس و منگنز روی آنها انجام شد. نتایج نشان داد که مقدار روی در گرد و غبار بسیار بیشتر از خاک های سطحی منطقه (800 در مقابل 85 میلی گرم بر کیلوگرم) است. شاخص عامل آلودگی گرد و غبار حاکی از آلودگی بسیار زیاد کادمیم و روی، آلودگی قابل توجه نیکل و سرب و عدم آلودگی به مس و منگنز بود. شدت غنی شدگی سالیانه عناصر کادمیم (33/9) و روی (24/6) بسیار زیاد، نیکل (11/3) قابل توجه، سرب (6/4) متوسط، منگنز (1) و مس (0/82) کم است. بر اساس نتایج عامل غنی شدگی، منشا عنصر کادمیم، روی و نیکل انسانی، منشا سرب انسانی و طبیعی توام و منشا مس و منگنز طبیعی است.

    کلیدواژگان: آلودگی هوا، عامل غنی شدگی، عامل آلودگی، شاخص بار آلودگی، وارونگی دما
  • آرش رضاپور، محمود حسینی*، عزیزالله ایزدی صفحات 163-186

    ارزیابی یکپارچه حوضه آبریز در مناطق خشک و نیمه خشک که با تنش شدید آبی مواجه هستند امری حیاتی است. آمار و اطلاعات، بخش اساسی فرآیند تصمیم گیری و حکمرانی آب برای تحقق مدیریت یکپارچه منابع آب در مقیاس حوضه آبریز هستند. برای دستیابی به این هدف، حسابداری آب ابزاری مفید برای سازمان دهی اطلاعات و ارایه آن ها در قالب شاخص های استاندارد است. بنابراین، هدف این پژوهش پیاده سازی چارچوب حسابداری آب پلاس Water Accounting Plus (WA+))) در حوضه آبریز فریزی واقع در استان خراسان رضوی است. در این پژوهش، شاخص های حسابداری آب حوضه آبریز فریزی برای یک دوره 28 ساله (1395-1368) و دو دوره تر (1368-1375) و خشک (1376-1387) با استفاده از مدل SWAT استخراج شدند. شاخص های استخراج شده نشان داد که میزان آب قابل مدیریت و سودمندی مصرف (تعریق) در سطح حوضه پایین است و بخش زیادی از سهم آبیاری حوضه از منابع آب زیرزمینی تامین می شود. به طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از مدل SWAT، چارچوب WA+ و تحلیل شاخص های حسابداری آب نقش مهمی را در ارزیابی شرایط کشاورزی و هیدرولوژیکی حوضه های آبریز ایفا می کنند. رویکرد پیشنهادشده در این پژوهش، می تواند به مدیران در اتخاذ تصمیمات آگاهانه برای حفظ پایداری حوضه آبریز کمک نماید.

    کلیدواژگان: مدیریت یکپارچه منابع آب، چارچوب حسابداری آب WA+، مدل SWAT، حوضه آبریز
  • حسین الهی فر، امید طیاری*، نجمه یزدانپناه، مهدی مومنی رق ابادی صفحات 187-203

    سرریزهای زیگزاگی با افزایش طول تاج در یک محدوده عرضی مشخص، موجب افزایش ظرفیت آبگذری سرریز می شوند. پژوهش حاضر روی یک فلوم آزمایشگاهی به طول 8 متر، عرض 0/6 متر و ارتفاع 0/6 متر انجام شد. بررسی آزمایشگاهی ضریب آبگذری با استفاده از سرریزهای زیگزاگی مستطیلی متقارن و نامتقارن (دوسیکل) انجام گرفت. آنالیز ابعادی به روش باکینگهام نشان داد که ضریب آبگذری (Cd) تابع پارامترهایی مانند نسبت هد هیدرولیکی کل (Ht/P)، نسبت عرض سیکل چپ به راست (WL/WR)، نسبت طول تاج جانبی سرریز (B/Wavg) و فاکتور شکل سرریز (Se) است. نتایج نشان داد که افزایش هد هیدرولیکی باعث کاهش ضریب آبگذری در سرریزهای زیگزاگی متقارن و نامتقارن و نیز سرریز خطی می شود. سرریزهای زیگزاگی نامتقارن با (2/05=WL/WR) در مقایسه با سرریز زیگزاگی متقارن با (1=WL/WR)، عملکرد هیدرولیکی مناسب تری داشت. از نظر کمی می توان بیان داشت ضریب آبگذری سرریز زیگزاگی با (3/1=B/Wavg) در مقایسه با (2/93=B/Wavg) و(2/76=B/Wavg) به ترتیب در حدود 21 درصد و 94 درصد بیشتر است. ضریب آبگذری سرریزهای زیگزاگی با (2/05=WL/WR) در مقایسه با (1=WL/WR) حدود 10 تا 27 درصد بیشتر است. ضریب آبگذری سرریز خطی نیز در حدود 60 تا 250 درصد در مقایسه با سرریزهای زیگزاگی بیشتر است.

    کلیدواژگان: سرریزهای زیگزاگی متقارن و نامتقارن، ضریب آبگذری، نسبت عرض سیکل سرریز، ظرفیت آبگذری، استغراق موضعی
  • فاطمه قاسمی سعادت آبادی، شاهرخ زند پارسا*، مهدی مهبد صفحات 205-219

    در مناطق خشک و نیمه خشک، مدیریت منابع آب و بهینه سازی مصرف آب در تامین نیاز آبی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به منظور بهینه سازی مصرف آب در مزرعه باید از میزان تبخیر- تعرق واقعی آگاه بود تا علاوه بر اجتناب از بروز تنش خشکی و کاهش محصول، از مصرف بیش از اندازه آب نیز جلوگیری شود. ازآنجایی که برآورد تبخیر- تعرق واقعی گیاه با استفاده از روش های سنتی در مناطق وسیع امکان پذیر نیست. بنابراین، استفاده از الگوریتم های سنجش از دور برای برآورد آن، دراین مناطق توصیه می شود. در این تحقیق،تبخیر- تعرق واقعی گندم با استفاده از الگوریتم METRIC (الگوریتم تهیه نقشه تبخیر- تعرق با توان تفکیک بالا به همراه واسنجی درونی)، داده های هواشناسی و تصاویر ماهواره Landsat8 در اراضی دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز در سال 1396-1395 برآورد شد. در فرایند اجرای مدل متریک، جهت محاسبه مقدار شار گرمای محسوس مزرعه گندم که به تازگی آبیاری شده بود به عنوان پیکسل سرد انتخاب شد و در نهایت مقدار تبخیر- تعرق با استفاده از آن برآورد شد. مقادیر حداکثر تبخیر- تعرق برآورد شده با الگوریتم METRIC با استفاده از مقادیر تهیه شده از مدل واسنجی شده AquaCrop با دقت خوبی با NRMSE (ریشه متوسط مربع خطای نرمال شده) برابر 12/0 اعتبارسنجی شد. درنهایت با استفاده از مقادیر برآوردشده تبخیر- تعرق از تکنیک سنجش از دور با مدل متریک، حجم آب آبیاری و مقدار کل محصول اندازه-گیری شده، بهره وری تبخیر-تعرق و بازده آبیاری برای تمام مزارع گندم به وسعت 179 هکتار به ترتیب برابر 0/86 کیلوگرم بر مترمکعب و 75% برآورد شد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، METRIC، مدیریت آبیاری، Landsat8، بهره وری آب، AquaCrop
  • سیده مریم محمدی، بهاره لرستانی*، سهیل سبحان اردکانی، مهرداد چراغی، مریم کیانی صدر صفحات 221-238

    با توجه به نیم عمر و پایداری نسبتا طولانی مدت آلاینده های آلی دیرپا در محیط و آثار نامطلوب این ترکیبات بر سلامت انسان و محیط، این مطالعه با هدف شناسایی، تعیین مقادیر، منشا یابی و ارزیابی خطر سلامت ترکیبات پلی کلره بی فنیل (PCBs) در نمونه های خاک سطحی مجاورت مجتمع پردازش و بازیافت آرادکوه تهران در سال 1399 انجام شد. بدین منظور، در مجموع 30 نمونه خاک سطحی از 10 ایستگاه نمونه برداری واقع در مجاور مجتمع آرادکوه جمع آوری شد. پس از استخراج آنالیت ها، از روش کروماتوگرافی گازی- طیف سنجی جرمی (GC-MS) برای شناسایی و تعیین محتوی PCBها استفاده شد. نتایج بیانگر شناسایی 15 ترکیب PCB در نمونه ها بود. همچنین، کمینه، بیشینه و میانگین غلظت مجموع PCBها به ترتیب برابر با 269، 434 و 359 میکروگرم در کیلوگرم بود. از طرفی، با توجه به نتایج آزمون تجزیه مولفه های اصلی (PCA) و همچنین سهم زیاد غلظت همولوگ های سبک از کل غلظت ترکیبات PCB شناسایی شده در نمونه ها، می توان وجود ترکیبات PCB در نمونه ها را احتمالا با فرایند احتراق ترکیبات حاوی اتم کلر مرتبط دانست. مقادیر فاکتور سرطان زایی ناشی از قرارگرفتن در معرض 105PCB به عنوان تنها ترکیب PCB شناسایی شده در نمونه های خاک واجد عامل هم ارزی سمیت (TEF) نشان داد که مواجهه با خاک آلوده، منجر به سرطان زایی متوسط ناشی از ترکیب 105PCB خواهد شد. با توجه به مخاطرات ناشی از ترکیبات PCB، شناسایی، تعیین محتوا، منشا یابی و نظارت منظم و دوره ای این ترکیبات در محیط های مختلف و تلاش برای کنترل و کاهش آلودگی آنها به منظور حفظ سلامت محیط و شهروندان توصیه می شود.

    کلیدواژگان: مرکز پردازش و دفن بهداشتی آرادکوه، خاک سطحی، زباله جامد شهری، ترکیبات پلی کلره بی فنیل، تهران
  • معین متولی زاده، رضا مدرس* صفحات 239-252

    طوفان های گرد و غبار در مناطق خشک و نیمه خشک آثار زیان باری بر محیط زیست، اقتصاد و سلامت جوامع محلی و جهان می گذارد. این طوفان ها تحت تاثیر متغیرهای اقلیمی و متغیرهای سطح زمین هستند. در این مطالعه، از تعداد رخداد گرد و غبار سالانه در 25 ایستگاه و 5 متغیر اقلیمی از جمله بارندگی، حداکثر سرعت باد، متوسط سرعت باد، حداکثر دمای سالانه و متوسط دمای سالانه در مناطق خشک ایران تا سال 2014 استفاده شد تا تاثیرات تغییرات اقلیمی بر طوفان های گرد و غبار نشان داده شود. ابتدا سری زمانی همبستگی سالانه متغیرهای اقلیمی و گرد و غبار بر مبنای مشاهدات ماهانه محاسبه شد. سپس با استفاده از روش من- کندال روند تغییرات متغیرهای اقلیمی، گرد و غبار و روند همبستگی بین آنها تعیین شد. نتایج نشان داد که تغییرات ضریب همبستگی در طول دوره آماری دارای نوسان بوده و در برخی سال ها این ضریب معنی دار و در برخی سال ها معنی دار نیست و مقادیر آنها برای سرعت باد و دما در بسیاری از ایستگاه ها بین 0/6 تا 0/9 و برای بارندگی بین 0/2- تا 0/6- نیز می رسد، این روند همبستگی در بسیاری از ایستگاه ها با روند تغییرات متغیرهای اقلیمی همسو است که بیانگر هم راستایی تغییرات اقلیمی با نوسانات گرد و غبار در منطقه مرکزی ایران است. نتایج نشان داد که سرعت باد و دما تاثیر بیشتری بر نوسانات فراوانی طوفان های گرد و غبار دارند و کاهش بارندگی اثر افزایشی بر گرد و غبار دارد.

    کلیدواژگان: تغییرات اقلیمی، روند طوفان های گرد و غبار، سرعت باد، خشکسالی، ایران
  • ناهید پورعبدالله، جهانگیر عابدی کوپایی، منوچهر حیدرپور، محمود اکبری* صفحات 253-266

    در این مطالعه دقت مدل های  ANFISو ANFIS-PSO در برآورد ویژگی های پرش هیدرولیکی شامل نسبت اعماق مزدوج، طول نسبی، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی در یک حوضچه آرامش در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی ارزیابی شد. این ویژگی ها در حوضچه آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی با 4 شیب معکوس، 4 قطر زبری بستر، 4 ارتفاع پله مثبت انتهایی، 3 عدد فرود و 4 دبی اندازه گیری شدند. میانگین پارامترهای آماری NRMSE، CRM و R2 برای برآورد ویژگی های پرش هیدرولیکی توسط مدل ANFIS، به ترتیب 0/059، 0/001- و 0/989 بدر این مطالعه دقت مدل های  ANFISو ANFIS-PSO در برآورد ویژگی های پرش هیدرولیکی شامل نسبت اعماق مزدوج، طول نسبی، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی در یک حوضچه آرامش در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی ارزیابی شد. این ویژگی ها در حوضچه آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی با 4 شیب معکوس، 4 قطر زبری بستر، 4 ارتفاع پله مثبت انتهایی، 3 عدد فرود و 4 دبی اندازه گیری شدند. میانگین پارامترهای آماری NRMSE، CRM و R2 برای برآورد ویژگی های پرش هیدرولیکی توسط مدل ANFIS، به ترتیب 0/059، 0/001- و 0/989 بود. درحالی که مقادیر میانگین پارامترهای یادشده برای مدل ANFIS-PSO به ترتیب 0/185، 0/002 و 0/957 بود. نتایج حاصل نشان داد که این مدل ها قادرند ویژگی های پرش هیدرولیکی را با دقت بسیار زیاد برآورد نمایند. البته مدل ANFIS در برآورد نسبت اعماق مزدوج، طول پرش نسبی ، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی نسبت به مدل ANFIS-PSO اندکی دارای دقت بیشتری بود.ود. درحالی که مقادیر میانگین پارامترهای یادشده برای مدل ANFIS-PSO به ترتیب 0/185، 0/002 و 0/957 بود. نتایج حاصل نشان داد که این مدل ها قادرند ویژگی های پرش هیدرولیکی را با دقت بسیار زیاد برآورد نمایند. البته مدل ANFIS در برآورد نسبت اعماق مزدوج، طول پرش نسبی ، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی نسبت به مدل ANFIS-PSO اندکی دارای دقت بیشتری بود.

    کلیدواژگان: پرش هیدرولیکی، مدل داده مبنا، نسبت اعماق مزدوج، افت انرژی نسبی پرش
  • امیررضا مدرس نیا، مسعود میرمحمدصادقی*، احمد جلالیان صفحات 267-281
    بیابان زایی در سال های اخیر به یکی از اصلی ترین معضلات جوامع ساکن در مجاورت مناطق بیابانی تبدیل شده است. یکی از روش هایی که در سال های اخیر برای بهسازی خاک این مناطق مورد توجه قرار گرفته و به سرعت در حال گسترش در زمینه علوم مکانیک خاک می باشد، روش بهسازی میکروبی کربنات کلسیم (MICP) است. به کمک این فرآیند می توان با استفاده از میکروارگانیسم های موجود در خاک و استفاده از اوره و کلرید کلسیم، خاک را تثبیت نموده و پارامترهای مهندسی آن را ارتقا داد. بر این اساس به تازگی تلاش هایی برای استفاده از این روش صورت گرفته که در آن با ایجاد یک لایه سطحی مقاوم بر روی ماسه از بلندشدن دانه های گرد و غبار ممانعت می نماید. در مطالعه حاضر سعی شده با بررسی این روش، تاثیر شرایط محیطی موجود در بیابان ها از قبیل درجه دما و طوفان های ماسه ای بر روی خاک تثبیت شده به روش میکروبی بررسی شود. از این رو نمونه های بهسازی شده تحت دماهای متوسط و بیشینه منطقه قرار گرفته که بر این اساس با افزایش دما میزان مقاومت لایه سطحی بیشتر گردید. این افزایش مقاومت تا دما 24 درجه با شیب زیاد ادامه داشته ولی از دمای 24 درجه به بعد این شیب کاهش می یابد. همچنین، شرایط طوفان ماسه ای منطقه با استفاده از بارش ماسه ای سه سایز مختلف دانه (ریز، متوسط و درشت) در داخل تونل باد شبیه سازی شد. نتایج این آزمایش ها نشان داد که در سرعت های باد 7 و 11 متربرثانیه خاک تثبیت شده امکان تحمل شرایط محیطی را به خوبی داشته ولی با افزایش سرعت باد به 14 متربرثانیه و همچنین افزایش سایز دانه ها به درشت دانه، لایه مقاوم سطحی دچار سایش و خرابی شده که افزایش فرسایش بادی خاک را نیز به دنبال دارد.
    کلیدواژگان: تثبیت خاک، بهسازی میکروبی کربنات کلسیم، فرسایش خاک، دما، بارش ماسه ای، آزمایش تونل باد
  • سعید صالحی*، علیرضا اسماعیلی، کاظم اسماعیلی صفحات 283-298

    پژوهش حاضر برای بررسی آزمایشگاهی مکانیزم شکست سد خاکی ناشی از اثر میزان شیب بالادست و پایین دست بدنه سد، طرح ریزی شده است. با توجه به اینکه شیب وجه پایین دست این نوع سد‏ تاثیر زیادی بر زمان و نحوه‏ی خرابی دارد، بدین منظور 8 مدل از سد خاکی با شیب های متفاوت بالادست و پایین دست (1:1 و 2:1) برای دو نوع خاک (خاک Sc) ساخته شد. زمان تخریب سد و نحوه آن برای دبی های سیلابی مورد نظر بررسی شد. نتایج نشان داد که شیب بالادست سد خاکی به مراتب تاثیر کمتری نسبت به شیب پایین دست بر روند آبشستگی حاصل از پدیده روگذری دارد. همچنین، با افزایش شیب پایین دست بدنه سد خاکی، میزان آبشستگی در شکاف آبشستگی تا ماکزیمم 28 درصد افزایش پیدا می کند. همچنین، با استفاده از تکنیک رگرسیون غیر خطی، روابطی برای تخمین میزان دبی خروجی و محل تشکیل آبشار ارایه شد. همچنین، با درنظرگرفتن نحوه شسته شدن و تشکیل آبشار درون بدنه سد های خاکی چسبنده، دو طرح کلی آبشار بزرگ و سری آبشارها ارایه شد. درنهایت نحوه تشکیل این آبشارها با تنش موجود در زمان شسته شدن رسوبات نسبت به تنش برشی مواد سازنده سد مورد بررسی و ارزیابی قرار داده شد و با ارایه محدودیت هایی بر پایه تنش برشی، وضعیت تشکیل نوع و الگوی شسته شدن بدنه سد های خاکی چسبنده در زمان روگذری تخمین زده شد. درنهایت طرح کلی برای تخمین رفتار آبشستگی در سدهای همگن با خاک چسبنده معرفی شد.

    کلیدواژگان: سد خاکی، شکاف، خاک چسبنده، طبقه بندی، شیب بالادست و پایین دست، تنش برشی
  • امیرحسین عظیمی، سعید شعبانلو*، فریبرز یوسفوند، احمد رجبی، بهروز یعقوبی صفحات 299-312

    در این مطالعه، عمق حفره آبشستگی در پایین دست سرریزهای سنگی با شکل های مختلف J، I، U و W توسط یک روش نوین هوش مصنوعی تحت عنوان ماشین آموزش نیرومند خارج از محدوده (ORELM) شبیه سازی شد. داده های مشاهداتی به دو دسته آموزش (70 درصد) و تست (30 درصد) تقسیم شدند. سپس تابع فعال سازی بهینه برای شبیه سازی عمق آبشستگی در پایین دست سرریزهای سنگی انتخاب شد. در ادامه، با استفاده از پارامترهای ورودی که شامل نسبت طول سازه به عرض کانال (b/B)، عدد فرود تراکمی (Fd)، نسبت اختلاف عمق جریان بالادست و پایین دست سازه به ارتفاع سازه (Δy/hst) و فاکتور شکل سازه (φ)، یازده مدل مختلف ORELM برای تخمین عمق آبشستگی توسعه داده شدند. با انجام یک تحلیل حساسیت، مدل برتر و موثرترین پارامترهای ورودی شناسایی شدند. مدل برتر مقادیر آبشستگی ها را توسط پارامترهای بدون بعد b/B, Fd, Δy/hst شبیه سازی کرد. برای این مدل، مقادیر ضریب همبستگی (R)، شاخص عملکرد  (VAF)و ضریب نش (NSC) برای مدل برتر در شرایط تست به ترتیب مساوی با 0/956، 91/378 و 0/908 بدست آمدند. همچنین، پارامترهای بدون بعد b/B, Δy/hst به عنوان موثرترین پارامترهای ورودی شناسایی شدند. همچنین، نتایج مدل برتر با مدل ماشین آموزش نیرومند نیز مقایسه شدند که مدل ORELM دقت بیشتری داشت. علاوه بر این، تحلیل عدم قطعیت نشان داد که مدل ORELM مقادیر آبشستگی ها را بیشتر از واقعیت تخمین زد. در ادامه، برای مدل برتر، یک تحلیل حساسیت مشتق نسبی (PDSA) اجرا گردید.

    کلیدواژگان: سرریزهای سنگی، آبشستگی، ماشین آموزش نیرومند خارج از محدوده، تحلیل عدم قطعیت، تحلیل حساسیت مشتق نسبی
  • کمال قادری، بهارک معتمدوزیری، مهدی وفاخواه*، امیراحمد دهقانی صفحات 313-326

    پیش بینی صحیح دبی سیل، برای طراحی سازه های هیدرولیکی، کاهش خطر شکست و به حداقل رساندن آسیب های محیط زیستی پایین دست، از اهمیت زیادی برخوردار است. هدف از انجام این مطالعه، بررسی کاربرد روش های یادگیری ماشین برای تحلیل منطقه ای فراوانی سیلاب است. برای دستیابی به این هدف، 18 پارامتر فیزیوگرافی، اقلیمی، سنگ شناسی و کاربری اراضی برای حوضه های بالادست ایستگاه های هیدرومتری حوزه های آبخیز کرخه و کارون (46 ایستگاه با طول آماری 21 سال) درنظر گرفته شد. سپس، بهترین تابع توزیع احتمال با استفاده از آزمون کولموگروف- اسمیرنف در هر ایستگاه برای برآورد دبی سیل با دوره بازگشت 50 سال با استفاده از روش های حداکثر درستنمایی و گشتاورهای خطی تعیین شد. درنهایت، تحلیل منطقه ای فراوانی سیلاب با استفاده از درخت تصمیم، شبکه بیزی و شبکه عصبی مصنوعی انجام شد. نتایج نشان داد که توزیع لوگ پیرسون تیپ 3 در روش حداکثر درستنمایی و توزیع نرمال‏ تعمیم‏یافته در روش گشتاورهای خطی بهترین توزیع احتمالی منطقه ای هستند. بر اساس آزمون گاما، پارامترهای محیط، طول حوضه، عامل شکل و طول جریان اصلی به عنوان بهترین ترکیب ورودی انتخاب شدند. نتایج تحلیل منطقه ای فراوانی سیلاب نشان داد که مدل بیزی با روش گشتاور خطی ((R2=0.7 بهترین برآورد را در مقایسه با روش های دیگر دارد. درخت تصمیم و شبکه عصبی مصنوعی در رده های بعدی قرار داشتند.

    کلیدواژگان: مدل سازی، دبی حداکثر لحظه ای، مدل های یادگیری ماشین، گشتاور خطی، شبکه بیزی
|
  • M.M. Matinzadeh, J. Abedi Koupai*, M. Shayannejad, A. Sadeghi Lari, H. Nozari Pages 1-18

    Using water and fertilizer management at the farm level can be increased water use efficiency and reduce the volume of drainage water, fertilizer losses, and other pollutants in farmland with deep underground drains such as Khuzestan agro-industrial Companies. In the present study, a comprehensive simulation model for the water cycle and the nitrogen dynamics modeling was used for water and fertilizer management modeling on farmland of sugarcane in Imam Agro-Industrial Company using a system dynamics approach. To reduce irrigation water consumption and nitrogen fertilizer losses, five different scenarios were considered including four scenarios of water management consist of 5, 10, 15, and 20 percent reduction in the amount of irrigation water (I1, I2, I3, and I4) compared to the current situation of irrigation in Imam agro-industrial Company (I0), and one scenario of integrated water and fertilizer management (20% reduction in the amount of irrigation water and urea fertilizer 210 Kg/ha, I4F). The results of modeling showed that the scenario of I4F caused to reduce 31, 70, 71, 70, and 85 percent of the cumulative volume of drainage water, cumulative nitrate and ammonium losses, total losses of cumulative nitrate, and ammonium by tile-drain and cumulative losses of denitrification process, respectively. Thus, the implementation of this scenario, not only saves water and fertilizer consumption but also reduces environmental pollution effectively. So the scenario of I4F (amount of irrigation water for six months 2656 mm and urea fertilizer 210 Kg/ha) is recommended for sugarcane in the Imam agro-industrial Company.

    Keywords: Optimum irrigation water use, Optimal urea fertilizer application, Integrated water, fertilizer management, Denitrification Losses, Matinzadeh et al., (2016) model
  • A.R. Vaezi*, E. Mohammadi Pages 19-31

    This study was conducted to investigate the temporal variations of runoff and rill erosion in various soil textures under different slope gradients. So, a laboratory experiment was set up in three soil textures (loam, clay loam, and sandy clay loam) and four slope gradients (5, 10, 15, and 20%) using the completely randomized design with three replications. Runoff production and rill erosion were measured at a flume with 4 m×0.32 m in dimensions using a simulated water flow with 0.5 lit min-1 in discharge during 30 min. Results indicated that runoff and rill erosion and their interaction were significantly affected by soil texture and slope gradient (P < 0.001). Significant relations were found between rill erosion and runoff both in three soils and four slope gradients, and the strongest relations were in loam (R2= 0.86) and 15% slope gradient (R2= 0.94). Runoff and rill erosion varied considerably in the soil textures and slope gradients during the experiment. A 10-min pick time was found for runoff and rill erosion. In contrast to runoff, rill erosion appeared an irregular and gradual increasing pattern during the experiment which was associated with the frequency of transportable soil particles. Clay loam had more sensitive particles due to a higher percentage of fine particles and weaker structure, and most of them were washed in early times, and finally, rill erosion was reached to a constant pattern. This study revealed that temporal variation patterns of runoff and rill erosion are influenced by soil type (texture and structure) and slope gradient.

    Keywords: Structure stability, Temporal variability, Particle size distribution, Sensitive soil particles, Pick time
  • E. Mirzakhani, H. Motaghian*, A. Hosseinpur Pages 33-46

    Pollution of the environment by heavy metals, especially soil pollution with cadmium (Cd), is one of the most important environmental problems. Also, salinization of soils due to a decrease in irrigation water quality reduces plants growth. To investigate the effect of sugarcane bagasse biochars and salinity on Cd available and Cd fractions in a contaminated soil (15 mg kg-1 Cd), an experimental factorial design in a completely randomized design including (1) biochar factor with control, 1% (w/w) bagasse, 1% (w/w) biochar 400 °C and 1% (w/w) biochar 600 °C, and (2) salinity factor with control, 20, and 40 mmol kg-1 as sodium chloride were performed in 3 replications. The amount of available Cd was determined by the DTPA-TEA method and the Cd fractions were determined by Tessier et al. (1979). The results showed that biochar and salinity had no significant effect on soil pH (P > 0.05) but increased soil EC (P < 0.05). Interaction of biochar and salinity was not significant (P > 0.05) on available Cd and Cd fractions. Biochar application reduced Cd -DTPA-TEA (P < 0.05), whereas salinity increased Cd -DTPA-TEA (P < 0.05). Application of biochar prepared at 600 °C reduced (P < 0.05) exchangeable Cd (23.8%) and increased (P < 0.05) Cd associated with iron and manganese oxides (25.2%) and residual (15.6%) compared to the control. The results showed that salinity had no significant effect on the Cd fractions (P > 0.05) and soil treated with sugarcane bagasse biochar can reduce Cd available due to changing the Cd distribution from unstable forms to stable forms.

    Keywords: Biochar, Salinity, Cadmium, Chemical forms
  • F. Sadeghdoust, N. Ghanavati*, A. Nazarpour Pages 47-61

    Street dust is mainly affected by the pollution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). PAHs are a group of organic pollutants consisting of two or more benzene rings and are mainly produced during incomplete combustion. PAHs have attracted widespread attention due to their high carcinogenic and mutagenic properties in humans. Therefore, the purpose of this study was to investigate the sources and extent of the impact of these compounds on human health and the environment. To achieve this goal, 30 dust samples were collected from the sidewalks of the main streets of Dezful and the concentration of PAHs was determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The total concentration of PAHs in street dust of Dezful varied from 562.85 to 51447.10 μg / kg. The ratio of carcinogenic compounds to total PAHs was in the range between 0.73 to 0.91. Low molecular weight and high molecular weight PAHs accounted for 12% and 88% of total PAHs, respectively. The most important sources of PAHs in Dezful are the combustion of fossil fuels and petroleum products and emissions from vehicles and traffic. Moreover, incremental lifetime cancer risk (ILCR) in pathways ingestion in children was higher than in adults, but the ILCR in pathways dermal contact and inhalation in adults was higher than in children. The total cancer risk (CR) for children (5.77×10-3) was higher than adults (5.56×10-3), which shows the high potential for CR in the study area.

    Keywords: Dust, Polycyclic aromatic hydrocarbons, Pollution assessment, Health risk, Dezful
  • A.R. Tavakoli*, H. Hokmabadi, A. Naderi Arefi, A. Hajji Pages 63-81

    Due to limited access to water, it is necessary to determine the comparative advantage of crops and horticultural products in different parts of the province and identify products that lack the desired productivity. Then, find ways to improve water productivity or replace products with higher comparative advantage with low-yield products. Based on this, the crop and economic productivity index of the province's agricultural and horticultural products under surface irrigation systems was determined. Based on the results of gross economic productivity of horticultural products, pistachio with 48690 Rials per cubic meter had the highest economic productivity, and grapes with 30220 Rials per cubic meter (62% of pistachios) was in second place. In addition, water quality for pistachios can never be generalized for grapes and other crops, and this is a tremendous advantage for pistachios that low-quality water resources can also be used. The lowest gross economic productivity of water for barley, alfalfa, and wheat is equal to 3790, 3990, and 4570 Rials per cubic meter, respectively. The study of fodder corn shows that the net profit from the cultivation of this crop in the surface irrigation system is equal to 51.78 million Rials per hectare and its net profit in the strip drip irrigation system (tape) is equal to 110.87 million Rials, which it has a 2.14-fold increase compared to the conventional irrigation method. The comparative advantage of horticultural products was higher than that of crops, and the replacement and development of orchards instead of some crops is recommended as a solution. In addition, solutions that can be recommended to improve the productivity index include the use of a drip irrigation system (tape) for crops (fodder corn, tomatoes, summer crops, and potatoes) and the use of drip irrigation (normal, subsurface, and subsurface modified drip) for horticultural products. Examination of practical experiences of using tape irrigation system for wheat and barley showed that this method has not improved the agricultural and economic productivity index, which indicates the lack of comparative advantage of wheat and barley cultivation in Semnan Province even with tape irrigation system.

    Keywords: Applicable water, Cultivation pattern, Water productivity, Yield
  • R. Sadeghi Talarposhti, K. Ebrahimi*, A. Horfar Pages 83-96

    Protection of rivers’ water quality as the most accessible source of the water supply has always been considered. In this paper, self-purification and the pollution decay coefficient values of Talar River, IRAN were studied based on field measurement of DO, BOD, pH, EC, Nitrate, Phosphate, and Temperature, in four seasons of the year 2018, in tandem with the river simulation and its calibration using QUAL2Kw model and the Streeter-Phelps method. In addition to the modeling and analysis results, the measured laboratory data values of the river water samples are also presented. Based on the results, the DO variations were ranged from 5.15 in summer to 7.47 mg/l in spring and BOD variations ranged from 1.88 in fall to 7.9 mg/l in summer. Also, according to the Streeter-Phelps method the decay coefficient values varied from 1.57 (1/day) in spring to 9.63 (1/day) in fall. The values of the Talar River decay coefficient also varied from 2 in fall to 7.7 (1/day) in summer involving the QUAL2Kw model.

    Keywords: Dissolved Oxygen, BOD, Coefficient of reaeration, Talar River, Decay coefficient
  • S. Toghiani Khorasgani*, S. Eslamian, M.J. Zareian Pages 97-111

    In recent decades, water scarcity has become a global problem due to the growth of the world's population as well as the increase in per capita water consumption. Therefore, planning and managing water resources to prevent potential risks such as floods and drought in the future is one of the important measures of water resources management. One of the important measures to avoid potential risks and predict the future is rainfall-runoff modeling. The objective of this study was to investigate the efficiency of the WetSpa hydrological model in estimating surface runoff in the Eskandari watershed, which is one of the important sub-basins of the Zayandehrood watershed. In this study, Daran and Fereydunshahr synoptic stations have been used to collect meteorological information in the Eskandari watershed. Also, to study the flow of the Plasjan river, daily data of Eskandari hydrometric station, located at the outlet of the basin, have been used. Climatic data along with digital maps of altitude, soil texture, and land use were entered as input to the WetSpa model. Finally, the ability of the WetSpa model was evaluated in estimating river surface runoff. The observed flow at the basin outlet in the hydrometric station was used to evaluate and calibrate the model. The model was calibrated for the statistical period (1992-2000) and its validation was performed for the statistical period (2001-2004). In the calibration period, the trial and error method were used to calibrate the model parameters. The simulation results showed a good correlation between the simulated flow and the measured flow. In the present study, the Nash Sutcliffe coefficient in the calibration and validation stages was equal to 0.73 and 0.75, respectively which shows the good and acceptable ability of the model in estimating the surface runoff of the study basin.

    Keywords: Runoff precipitation model, WetSpa model, Sutcliffe Nash coefficient, Eskandari watershed, Plasjan river
  • A. Mehrabi*, M. Heidar Pour, H. R. Safavi Pages 113-130

    Designing an optimal crop pattern and on-time water allocation of water resources along with deficit irrigation are among the optimal solutions to maximize the water economic efficiency index. In this paper, the simultaneous optimization of crop pattern and water allocation are discussed using the deficit irrigation method. The study area is located west of the Qazvin plain irrigation network. The six different levels of percentage reduction of irrigation rate (0, 0 to 10, 0 to 20, 0 to 30, 0 to 40, and 0 to 50%) in three climatic conditions consist of dry, normal, and wet years were compared. The best irrigation scenario was selected for each year, and the results were compared with the existing crop pattern of the same year. The new crop pattern included the main crops of the region and the addition of rapeseed. The objective was to reach the maximum net benefit per unit volume of water by considering the maximum extraction of monthly and annual surface and groundwater. The results showed that the best scenario in the dry year was maximum deficit irrigation up to 20%, in a normal year full irrigation, and a wet year maximum deficit irrigation up to 10%. The improvement of economic water productivity in a dry year was 52.2%, in a normal year 41.5%, and in a wet year is 19.6% compared to the existing crop pattern. The average percentage of annual irrigation supply increases from 64.3 to 91.7% in a dry year, from 70 to 100% in a normal year, and from 77.5 to 97.1% in a wet year. Also, the relative yield of all crops, especially wheat, alfalfa, and sugar beet significantly increases. Therefore, the gravitational search algorithm as an optimization model can be considered in selecting the suitable crop pattern and allocation of surface and groundwater resources concerning economic benefits in irrigation networks management.

    Keywords: Crop pattern, Water productivity index, Gravitational search algorithm, Optimization model, Deficit irrigation
  • M. Amini* Pages 131-145

    Investigation and analysis of groundwater quality to monitor contamination and identify the most important pollutants and pollution points is one of the research fields. The objective of this research was to plan to improve groundwater quality on various spatial and temporal scales. Groundwater information of Maragheh-Bonab plain was collected from 26 wells in 10 years (2001-2011) with 454 sampling points from East Azerbaijan Regional Water Organization and was analyzed using multivariate statistical techniques such as DFA and PCA. Analyzed Variables are included Mg, Ca, Cation, K, Na, TDS, TH, SAR, EC, Anion, pH, Cl, SO4, CO3, and HCO3. Results of PCA showed that variables such as cation, HCO3، TDS، SAR، EC، Anion ،Cl, Ca, and TH were identified as important variables which they can great impacts on the groundwater quality of this region and in the other hand DFA showed which mentioned variables can discriminate land uses and geology formations in primary and normal distribution data with power discriminatory of 68.7 %, 92.2 %, and 66.5 %, 89.1 %, respectively. Investigation of the spatial position of elements using interpolation technique in Maragheh-Bonab plain showed that variables concentration in lowlands are high and 20 villages and their surrounding farms are exposed to high contamination risk of groundwater.

    Keywords: Maragheh-Bonab plain, Multivariate statistical techniques, Groundwater quality
  • H. Alipour, A. Jalalian*, N. Honarjoo, N. Toomanian, F. Sarmadian Pages 147-162

    Dust is one of the environmental hazards in arid and semi-arid regions of the world. In some areas, under the influence of human activities, dust is contaminated by heavy metals. In this study, the dust of 10 stations in the Kuhdasht region of Lorestan province in four seasons of spring, summer, autumn, and winter, as well as adjacent surface soils (a total of 40 dust samples and 10 surface soil samples), were sampled and some heavy metals including Zn, Pb, Cd, Ni, Cu, and Mn were analyzed. The results revealed that the amount of Zn in the dust was much higher than the surface soils of the region (800 vs. 85 mg/kg). Contamination factor index calculation indicated that high contamination of Cd and Zn, significant contamination of Ni and Pb, and lack of contamination by Cu and Mn. The annual enrichment factor of Cd (33.9) and Zn (24.6) was very high, Ni (11.3) was significant, Pb (6.4) was moderate, Mn (1) and Cu (0.82) were low. Based on the enrichment factor values, Cd, Zn, and Ni seem to have a human origin, Pb has both human activities and natural origin, and Cu and Mn have an only natural origin.

    Keywords: Air pollution, Enrichment factor, Pollution factor, Pollution load index, Temperature inversion
  • A. Rezapour, M. Hosseini*, A. Izady Pages 163-186

    Integrated assessment of the watershed is critical in arid and semi-arid areas due to the severe water stress in these regions. Data and information are an essential part of decision making and water governance to obtain integrated water resources management at the watershed scale. Water accounting is a helpful tool to organize information and present them as the standard indicators to achieve this goal. Therefore, the objective of this study is to implement the Water Accounting Plus framework (WA+) in the Ferizi watershed located in the Khorasan-e Razavi Province. In this study, water accounting indicators of the Ferizi watershed for a period of 28 years (1990-2017) and wet (1990-1997) and dry (1998-2009) periods were calculated using the SWAT model. The calculated indicators showed that the amount of manageable water and usefulness of consumption (transpiration) is low in the watershed and a large part of the share of irrigation in the watershed is provided by groundwater resources. Generally, the results of this study showed that the use of the SWAT model, WA+ framework, and analysis of water accounting indicators play a significant role in assessing the agricultural and hydrological conditions of the watershed. The proposed approach in this study can help managers make enlightened decisions to keep the sustainability of the watershed.

    Keywords: Integrated water resources management, WA+ Water accounting framework, SWAT model, Watershed
  • H. Elahifar, O. Tayari*, N. Yazdanpanah, M. Momeni Pages 187-203

    The discharge coefficient of labyrinth weirs increases with increasing the crest length in a certain width range. The present research was carried out in a laboratory flume with a length of 8 m, a width of 0.6 m, and a height of 0.6 m. The discharge coefficient of two-cycle symmetric and asymmetric rectangular labyrinth weirs was experimentally measured. The dimensional analysis by the Buckingham π theorem indicated that the discharge coefficient was dependent on Se, B/Wavg, Ht/P, and WL/WR. According to the results, the discharge coefficient decreased with increasing the hydraulic head in the symmetric and asymmetric labyrinth weirs and the linear weir. Asymmetric labyrinth weirs with a WL/WR of 2.05 outperformed symmetric labyrinth weirs with a WL/WR of 1. Quantitatively, the discharge coefficient of the labyrinth weir with a B/Wavg of 3.1 was respectively 21% and 94% higher than that with a B/Wavg of 2.93 and 2.76. The discharge coefficient of the labyrinth weir with a WL/WR of 2.05 was 10-27% higher than that with a WL/WR of 1. The discharge coefficient of the linear weir was 60-250% higher than that of labyrinth weirs.

    Keywords: Symmetric, asymmetric labyrinth weirs, Discharge coefficient, Weir cycle width ratio, Discharge capacity, Local submergence
  • F. Ghasemi Saadat Abadi, S. Zand Parsa*, M. Mahbod Pages 205-219

    In arid and semi-arid regions, water resource management and optimization of applying irrigation water are particularly important. For optimization of applying irrigation water, the estimated values of actual evapotranspiration are necessary for avoiding excessive or inadequate applying water. The estimation of actual crop evapotranspiration is not possible in large areas using the traditional methods. Hence, it is recommended to use remote sensing algorithms for these areas. In this research, actual evapotranspiration of wheat fields was estimated using METRIC algorithm (Mapping EvapoTranspiration at high Resolution with Internalized Calibration), using ground-based meteorological data and satellite images of Landsat8 at the Faculty of Agriculture, Shiraz University, in 2016-2018. In the process of METRIC execution, cold pixels are located in well-irrigated wheat fields where there is no water stress and maximum crop evapotranspiration occurred. The estimated maximum values of evapotranspiration using the METRIC algorithm were validated favorably using the obtained values by the AquaCrop model with NRMSE (Normalized Root Mean Square Errors) equal to 0.12. Finally, the values of water productivity (grain yield per unit volume of evapotranspiration) and irrigation efficiency were estimated using the values of predicted actual evapotranspiration using remote sensing technique. The values of measured irrigation water and produced wheat grain yield in 179 ha were estimated at 0.86 kg m-3 and 75%, respectively.

    Keywords: Optimization, METRIC, Water management, Landsat8, Water efficiency, AquaCrop
  • M. Mohammadi, B. Lorestani*, Soheil Sobhan Ardakani, M. Cheraghi, M. Kiani Sadr Pages 221-238

    Polychlorinated biphenyls (PCBs) can adversely affect human and environmental health according to long-term half-life and persistence in the environment. Therefore, this study was conducted to detect, identify, and health risk assessment of PCBs in surface soils collected from the vicinity of Arad-Kouh processing and disposal complex, Tehran, in 2020. A total of 30 surface soil samples was collected from 10 sampling sites near the Arad-kouh complex. After extraction of analytes, the gas chromatography/mass spectrometry (GC–MS) method was used to determine PCBs in soil samples. Based on the results, 15 congeners of PCBs were detected in the analyzed soil samples. Also, the minimum, maximum, and mean concentrations of total PCBs (µg/kg) were 269, 434, and 359, respectively. Moreover, the results of PCA and significant contribution values of low molecular weight homologs indicated that the presence of PCB compounds in the soil samples was connected with combustion processes in the soil. Besides, as among the detected PCBs, the TEF values only established for PCB105 showed that exposure to contaminated soil could be lead to a moderate level of carcinogenic risk through PCB105. Given that PCBs have adverse effects on the environment and human health, detecting, determining the concentration, source identification, and periodical monitoring of these compounds in different mediums to human health maintenance is strongly recommended.

    Keywords: Arad-Kouh processing, disposal center, Surface soil, Municipal solid waste, Polychlorinated biphenyls, Tehran
  • M. Motavallizadeh Naeini, R. Modarres* Pages 239-252

    Dust storms in arid and semi-arid regions have harmful impacts on the environment, the economy, and the health of local and global communities. In this study, the frequency of annual dust events in twenty-five stations and five climatic variables including rainfall, maximum annual wind speed, average annual wind speed, maximum annual temperature, and average annual temperature in arid regions of Iran up to 2014 were used to show the effects of climatic change on dust storms. Annual correlation coefficient time series between climatic variables and dust storms were first calculated based on monthly observations. Then, the trend in climatic variables, dust storm frequency, and their correlation were assessed using the Mann-Kendal method. Results indicated that the correlation coefficients had fluctuations in time and are both significant and insignificant in different years that reach from 0.6 to 0.9 for wind speed and temperature and -0.2 to -0.6 for precipitation. This trend in correlation has the same direction with climatic variables and shows co-movement between climatic change and dust storm fluctuations in central Iran. Results also showed that wind speed and temperature have a high impact on dust storm fluctuations and rainfall reduction has an increasing effect on dust storms.

    Keywords: Climatic change, Dust storm trend, Wind speed, Drought, Iran
  • N. Pourabdollah, J. Abedi Koupai, M. Heidarpour, M. Akbari* Pages 253-266

    In this study accuracy of the ANFIS and ANFIS-PSO models to estimate hydraulic jump characteristics including sequence depth ratio, the jump length, the roller length ratio, and relative energy loss was evaluated in stilling basin versus laboratory results. The mentioned characteristics were measured in the stilling basin with a rectangular cross-section with four different adverse slopes, four diameters of bed roughness, four heights of positive step, three Froude numbers, and four discharges. The average statistical parameters of NRMSE, CRM, and R2 for estimating hydraulic jump characteristics with the ANFIS model were 0.059, -0.001, and 0.989, respectively. While, the mean values of these parameters for the ANFIS-PSO model were 0.185, 0.002, and 0.957, respectively. The results indicated that these models were capable of estimating hydraulic jump parameters with high accuracy. However, the ANFIS model was moderately more accurate than the ANFIS-PSO model to estimate the sequence depth ratio, the jump length, the roller length ratio, and relative energy loss.

    Keywords: Hydraulic jump, Data-Driven model, Sequence depth ratio, Relative energy loss
  • A.R Modares Nia, M. Mirmohamad Sadeghi*, A. Jalalian Pages 267-281
    Desertification has become one of the main problems of human societies living in the vicinity of desert areas in recent years. One of the methods that have been considered in recent years and are rapidly expanding in the field of soil mechanics is the Microbial Induced Carbonate Precipitation (MICP). In this method, urea-positive organisms that are naturally present in the soil can stabilize the soil and improve its engineering parameters by using urea and calcium chloride. Recently, attempts have been made to use this method to create a crustal layer on the soil to prevent wind erosion. In the present study, the effect of environmental conditions in deserts such as temperature and sand bombardment on microbial soil treatment has been investigated using this new method. The soil of the Segzi region as one of the main centers of dust in the Isfahan region was studied in this research. Therefore, the improved samples are subjected to regional temperatures which increased the surface layer resistance with increasing temperature. Also, the sandstorm conditions of the region were simulated using three different grain sizes of sand inside the wind tunnel. The results of these experiments showed that stabilized soil could withstand the conditions at wind speeds of 7 and 11 m/s. However, by increasing the wind speed to 14 m/s and the grain size, the crustal layer destroys and increases the wind erosion of the soil. Also, the resistance of the surface layer increased by increasing temperature in the tested samples. This increase in resistance continued up to 24 degrees with a high slope, but from 24 degrees onwards, this slope decreases. Based on the results of this research, it can be said that the microbial improvement method can be used as an alternative method in the future to stabilize desert soils.
    Keywords: Soil stabilization, Microbial induced carbonate precipitation, Wind erosion, Temperature, Sand bombardment, Wind tunnel test
  • S. Salehi*, A.R. Esmaili, K. Esmaili Pages 283-298

    The objective of this study was to investigate how the earth dam is destroyed due to the effect of upstream and downstream slope of the body in overflow conditions. Therefore, eight models were provided that each model is constructed from the embankment dam with different upstream and downstream slopes (1:1, 2:1) and the soil properties (Sc) on breach formation. The time and method of dam break for flood discharges were investigated. The results showed that the upstream side slope of the embankment dam has less effect than the downstream side slope on the scour process resulting from the phenomenon and by increasing the downstream side slope of the embankment dam, the amount of erosion in the scour hole increases 28 %. Then, using nonlinear regression, relationships were presented to estimate the output flow rate and the location of the waterfall. A to the erosion and formation of the waterfall inside the body of sticky earth dams, two main outlines of the great waterfall and a series of waterfalls were presented. Finally, the formation of these waterfalls due to the effect of shear stress created during sediment erosion relative to the critical shear stress of the dam constituents was investigated and evaluated. Considering the limitations based on shear stress, the formation status of the type and the leaching pattern of the body of the cohesive earth dams during the overpass were estimated. Then, a general plan was presented to predict the behavior of the overflow stream in homogeneous and sticky soil.

    Keywords: Earth dam, Hole, Sticky soil, Classification, Downstream, upstream side slope, Shear stress
  • A.H. Azimi, S. Shabanlou*, F. Yosefvand, A. Rajabi, B. Yaghoubi Pages 299-312

    In this research, the scour hole depth at the downstream of cross-vane structures with different shapes (i.e., J, I, U, and W) was simulated utilizing a modern artificial intelligence method entitled "Outlier Robust Extreme Learning Machine (ORELM)". The observational data were divided into two groups: training (70%) and test (30%). Then, using the input parameters including the ratio of the structure length to the channel width (b/B), the densimetric Froude number (Fd), the ratio of the difference between the downstream and upstream depths to the structure height (Δy/hst), and the structure shape factor (φ), eleven different ORELM models were developed for estimating the scour depth. Subsequently, the superior model and also the most effective input parameters were identified through the conduction of uncertainty analysis. The superior model simulated the scour values by the dimensionless parameters b/B, Fd, Δy/hst. For this model, the values of the correlation coefficient (R), the variance accounted for (VAF), and the Nash-Sutcliffe efficiency (NSC) for the superior model in the test mode were obtained 0.956, 91.378, and 0.908, respectively. Also, the dimensionless parameters b/B and Δy/hst were detected as the most effective input parameters. Furthermore, the results of the superior model were compared with the extreme learning machine model and it was concluded that the ORELM model was more accurate. Moreover, an uncertainty analysis exhibited that the ORELM model had an overestimated performance. Besides, a partial derivative sensitivity analysis (PDSA) model was performed for the superior model.

    Keywords: Cross-vane structures, Scour, Outlier robust extreme learning machine, Uncertainty analysis, Partial derivative sensitivity analysis
  • K. Ghaderi, B. Motamedvaziri, M. Vafakhah*, A.A. Dehghani Pages 313-326

    Proper flood discharge forecasting is significant for the design of hydraulic structures, reducing the risk of failure, and minimizing downstream environmental damage. The objective of this study was to investigate the application of machine learning methods in Regional Flood Frequency Analysis (RFFA). To achieve this goal, 18 physiographic, climatic, lithological, and land use parameters were considered for the upstream basins of the hydrometric stations located in Karkheh and Karun watersheds (46 stations with a statistical length of 21 years). The best Probability Distribution Function (pdf) was then determined using the Kolmogorov-Smirnov test at each station to estimate the flood discharge with a return period of 50-year using maximum likelihood methods and L-moments. Finally, RFFA was performed using a decision tree, Bayesian network, and artificial neural network. The results showed that the log Pearson type 3 distribution in the maximum likelihood method and the generalized normal distribution in the L moment method are the best possible regional pdfs. Based on the gamma test, the parameters of the perimeter, basin length, shape factor, and mainstream length were selected as the best input structure. The results of regional flood frequency analysis showed that the Bayesian model with the L moment method (R2 = 0.7) has the best estimate compared to other methods. Decision tree and artificial neural network were in the following ranks.

    Keywords: Modeling, Instantaneous maximum discharge, Machine learning models, L-moments, Bayesian network