فهرست مطالب

فصلنامه حفاظت منابع آب و خاک
سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 45، پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/16
  • تعداد عناوین: 9
|
  • بابک شاهی نژاد*، زهرا شمس، ذبیح الله خانی تملیه، آزاده ارشیا صفحات 1-19
    زمینه و هدف

    در دیدگاه هیدرولوژیک اندازه گیری میزان آب های جاری رودخانه ها دریاچه ها و آب های زیرزمینی معیار خشکسالی می باشد و یک زمان پایه بین فقدان بارندگی و کم شدن آب های جاری و رودخانه ها و آب دریاچه ها و آب های زیرزمینی وجود دارد. در زمینه خشکسالی هواشناسی مطالعات بیشتری در قیاس با خشکسالی هیدرولوژیک صورت گرفته است. لذا هدف از این تحقیق تحلیل چند متغیره خشکسالی های هیدرولوژیک در حوضه دریاچه ارومیه با استفاده از مدل های تولید داده مصنوعی و توابع مفصل می باشد. لذا بکار بردن تلفیق روش های مذکور برای تحلیل خشکسالی های هیدرولوژیک به عنوان روشی جدید جهت تحلیل خشکسالی های هیدرولوژیک بکار گرفته شد.

    روش پژوهش:

     در این تحقیق به منظور تحلیل چند متغیره خشکسالی های هیدرولوژیک در حوضه دریاچه ارومیه از داده های دبی جریان 28 ایستگاه هیدرمتری که رژیم جریان در آنها واقعی می باشد طی دوره آماری 40 ساله (1395-1356 شمسی) استفاده گردید. همچنین جهت تولید داده های مصنوعی از مدل Ar (1) و جهت تحلیل خشکسالی از شاخص SDImod استفاده گردید. برای این منظور اقدام به تولید داده-های مصنوعی در 1000 تکرار گردید. از آنجایی که تحلیل تک متغیره خشکسالی و تحلیل بر مبنای داده های تاریخی نمی تواند به تنهایی افقی از خشکسالی های آتی را نشان دهد، لذا با استفاده از مدل Ar (1) داده های سالیانه تولید گردید و سپس با استفاده از مدل والنسیا شاکی اقدام به تولید داده های مصنوعی ماهیانه گردید. سپس مشخصات خشکسالی (شدت و مدت) برای هر دو سری داده-های تاریخی و تولیدی استخراج گردید و توزیع های رایج در هیدرولوژی بر داده های شدت، مدت و جریان برازش داده شد سپس ماتریس احتمال انتقال و ماتریس شرایط پایدار آنها نیز محاسبه گردید. همچنین با استفاده از ده توابع مفصل ارشمیدسی اقدام به تحلیل چند متغیره خشکسالی های هیدرولوژیک گردید. کد نویسی مراحل فوق در محیط نرم افزار متلب انجام شد.

    یافته ها: 

    نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد پس از بررسی همگنی داده ها و تست ایستایی بودن آنها غالب داده ها از همگنی لازم برخوردار بوده اند و نتایج حاصل از همگنی داده ها نشان داد که ضریب تبیین بالای 9/0 و نتایج تست ایستایی و روند آنها نشان داد که داده ها در محدود مجاز 1/2± و 96/1± قرار داشتند. نتایج حاصل از برازش داده ها بر توزیع های رایج آماری نشان داد که تابع لوگ پیرسون تیپ 3 بر داده های جریان و توابع توزیع های گاما و نمایی به ترتیب بر شدت و مدت خشکسالی به عنوان توابع توزیع برتر شناخته شدند. تعداد دوره های خشکسالی بر اساس مقیاس های مختلف شاخص SDImod نشان داد برای دوره های مختلف تعداد دوره های خشکسالی برای مقیاس های کوتاه مدت بیشتر از مقیاس های بلندمدت بوده است. همچنین متوسط شدت و مدت خشکسالی برای داده های تولیدی و تاریخی حاکی از افزایش شدت خشکسالی برای داده های تولیدی نسبت به داده های تاریخی می باشد. نتایج حاصل از کلاس بندی دوره های خشکسالی برای داده های تاریخی و تولیدی نشان داد که به طور تقریبی 68 درصد از داده ها در طی دوره آماری در محدوده نرمال قرار داشتند و 32 درصد را سایر کلاس ها تشکیل داده اند. همچنین نتایج حاصل از توابع مفصل نشان داد که تابع مفصل جویی در مرتبه اول و توابع فیلیپ گامبل و گالامبوس در مرتبه بعدی به عنوان توابع مفصل برتر شناخته شدند.

    نتایج

    در نهایت نتایج حاصل نشان داد مدل های تولید داده های مصنوعی برای داده های سالیانه و ماهیانه برای سال های آماری کمتر از 30 سال مشخصات آماری میانگین، انحراف معیار، چولگی و همبستگی بین دو ماه متوالی را در حد قابل قبولی حفظ می کند، در حالی که با افزایش تعداد سال های آماری عملکرد مدل مطلوب تر می شود. احتمال تجمعی عدم خشکسالی یک ساله و احتمالات حالت نرمال و تر سالی در ماه های گرم سال بیشتر از ماه های دیگر سال باشد. همچنین با افزایش دوره های خشکسالی، احتمال تجمعی عدم خشکسالی نیز افزایش می یابد، بطوریکه با افزایش دوره ها این میزان احتمال کاهش می یابد و تقریبا صفر می شود. نتایج حاصل از دوره بازگشت های توام و شرطی و همچنین دوره بازگشت کندال نشان داد که در دوره های آتی احتمال رخدادن خشکسالی حداقل مشابه داده های تاریخی انتظار می رود. همچنین نتایج نشان داد که تابع مفصل جویی به عنوان تابع مفصل برتر برای داده های تاریخی و تولیدی شناخته شد. بر این اساس تابع مفصل تیوری در برابر تابع مفصل تجربی به نیمساز زاویه 45 درجه نزدیک می باشد.

    کلیدواژگان: دریاچه ارومیه، تولید داده مصنوعی، توابع مفصل، Ar (1)
  • محمدرضا کلامی زاده، امیرعباس کمان بدست*، محمود شفاعی بجستان، علیرضا مسجدی، هوشنگ حسونی زاده صفحات 21-33
    زمینه و هدف

    یکی از روش های جدید جهت کنترل فرسایش در ساحل خارجی قوس رودخانه ها استفاده از صفحات متصل به ساحل می باشد. صفحات متصل به ساحل از جمله سازه های زیست محیطی هستند که برای کنترل فرسایش سواحل، انحراف جریان از سواحل به طرف مرکز مجرا، بهتر شدن وضعیت انتقال رسوب، توسعه رودخانه جهت قایقرانی، ترمیم و توسعه زیستگاه آبزیان رودخانه استفاده می شوند. علیرغم مزایای فراوان صفحات متصل به ساحل اما اطلاعات دقیقی در رابطه با وضعیت فرسایش و رسوب گذاری و الگوی جریان در اطراف آنها تحت شرایط هیدرولیکی و هندسی مختلف وجود ندارد و تحقیقات بسیار اندکی صورت گرفته است. در تحقیق حاضر تاثیر سناریوهای مختلف نصب آب شکن های نفوذپذیر مثلثی بر تغییرات پروفیل طولی و عرضی رسوب بستر در کانال آزمایشگاهی با قوس 180 درجه ارزیابی شده است.

    روش پژوهش: 

    در این  تحقیق هدف اصلی بررسی الگوی رسوب گذاری و فرسایش در قوس رودخانه ها با استفاده از صفحات مثلثی متصل به ساحل می باشد؛ که در این راستا در مورد تاثیر فاصله بین صفحات مثلثی و طول موثر صفحات مثلثی و نیز عدد فرود جریان بر کنترل فرسایش دیواره خارجی قوس 180 درجه تمرکز شده است. آزمایش ها در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس 180 درجه ملایم با نسبت    و مقطع عرضی مستطیلی به عرض  0.6 متر انجام می پذیرد. زاویه نصب صفحات مثلثی ثابت برابر با 60 درجه  نسبت به ساحل بالادست، ارتفاع صفحات مثلثی نفوذپذیر از سطح رسوب ثابت برابر 10cm و نفوذپذیری صفحات مثلثی ثابت برابر 12 درصد در نظر گرفته شد. آزمایش-ها در حالت آب زلال انجام شد. طول موثر صفحات تهیه شده برابر با W/L=5، W/L=4 و W/L=3 (W= عرض مقطع جریان برابر 60 سانتیمتر ، L= طول موثر به ترتیب برابر 12 و 15 و 20 سانتیمتر) و با فواصل نصب برابر با  D/L=5 (D= فواصل نصب به ترتیب 60، 75 و 100 سانتیمتر برای 3 طول موثر) در نظر گرفته شد و در دو دبی ورودی مختلف اجرا گردید.

    یافته ها:

     بررسی تاثیر تغییرات فاصله قرارگیری صفحات مثلثی نفوذپذیر بر توپوگرافی بستر نشان می دهد در هر عدد فرود با افزایش فاصله صفحات از یکدیگر، حداکثر عمق آبشستگی افزایش می یابد، نتایج مطالعه نشان می دهد استفاده از صفحات مثلثی نفوذپذیر باعث انحراف جریان از قوس بیرونی به طرف مرکز و سپس قوس داخلی فلوم خواهد شد که این مزیت در عمل باعث کنترل فرسایش در قوس بیرونی رودخانه ها می شود. با افزایش دبی جریان ورودی و افزایش طول موثر صفحات مثلثی (طول عمود بر جریان) و فاصله صفحات مثلثی از یکدیگر در قوس 180 درجه، حداکثر عمق آبشستگی و حجم آبشستگی افزایش پیدا کرده است، نصب صفحات مثلثی با طول موثر برابر   و فاصله صفحات مثلثی برابر 5L، باعث انحراف جریان از ساحل بیرونی به طرف دماغه صفحات و میانه فلوم و در نتیجه تنش برشی بستر در میانه فلوم کاهش می یابد و این امر سبب کاهش حداکثر عمق آبشستگی کانال فرسایشی و ایجاد خط القعر در دماغه صفحات خواهد شد.

    نتایج

    نتایج نشان داد که با نصب آب شکن، تپه های رسوبی در حدفاصل بین آن ها ایجاد می شوند. بنابراین در طول موثر برابر با  W/L=5 معادل 12 سانتیمتر حداکثر ارتفاع تپه رسوبی در دیواره خارجی برابر با 30 و 31 درصد عمق آب، به ترتیب بین زاویه های صفر تا 170 درجه و 7/68 تا 115 درجه معادل 11 برابر و 3 برابر فاصله بین صفحات به ترتیب برای دبی های 5/13 و 5/15 لیتر بر ثانیه بوده است. همچنین برای شرایط ذکر شده عرض تپه رسوبی در دیواره خارجی به ترتیب به 85 و 75 درصد طول موثر صفحات رسید. آبشکن‫های مثلثی نفوذپذیر شش پایه برای رودخانه‫های میاندری مانند کارون و در قوس 90 و 180 درجه توصیه می‫شوند. این رودخانه‫ها دارای پیچش و انحنای زیاد و همچنین عمق جریان زیاد و سرعت جریان در آنها کم که حاوی رسوبات معلق زیاد می‫باشند و شیب این نوع رودخانه ها 001/0 یا کمتر بوده و به واسطه شیب کم پتانسیل حمل رسوب آنها کم و بار رسوبی عمدتا ریزدانه دارند.

    کلیدواژگان: چاله آبشستگی، ساحل خارجی، فرسایش، رسوب گذاری، هیدرولیک
  • سمیرا سالاری، فاطمه کاراندیش*، پرویز حقیقت جو، مایت آلدایا صفحات 35-49
    زمینه و هدف

    بحران آب انسان نهاد، یکی از چالش های جهانی است که پایداری جهان در آینده را تهدید می کند. برداشت بی رویه از منابع آب آبی برای تامین نیاز غذایی در حال رشد بشر، مهم ترین دلیل این بحران است. بنچ مارکینگ ردپای آب که هنوز در ابتدای مسیر خود قرار دارد، روش مناسبی برای تعیین مولفه  ناکارآمد ردپای آب می باشد. لذا، در این پژوهش، امکان محدود نمودن ردپای آب در بخش کشاورزی به سطح پایدارش در استان خوزستان بررسی شد.

    روش پژوهش:

     این تحقیق، شامل سه مرحله محاسبه ردپای آب، تحلیل پایداری و تحلیل کارآمدی می باشد. ابتدا، ردپای آب مصرفی و تخریب کننده برای 32 گیاه در شهرستان های استان خوزستان در طول دوره 2016-1986 محاسبه شد. ردپای آب سبز و آبی، به ترتیب، از تقسیم تبخیر-تعرق سبز و آبی بر عملکرد گیاه به دست آمد. برای تخمین مقادیر روزانه تبخیر-تعرق، از مدل AquaCrop استفاده و سپس، از حاصل جمع مقادیر روزانه، مقادیر فصلی محاسبه شد. ردپای آب خاکستری برای کود نیتروژن مصرفی محاسبه شد. در گام بعدی، وضعیت پایداری ردپای آب آبی، با مقایسه مقادیر مطلق ردپای آب آبی با آب آبی موجود، که از کسر نیاز زیست محیطی از رواناب طبیعی به دست آمد، تعیین شد. سپس، مقادیر بنچ مارک ردپای آب برای سطوح تولید 10، 25 و 50 درصد تعیین شد و بر اساس آن ها، مقادیر ناکارآمد ردپای آب برای هر گیاه به دست آمد. در انتها، مقادیر ردپای آب ناکارآمد و ناپایدار با هم مقایسه شدند تا معلوم شود که آیا دستیابی به سطوح بنچ مارک می تواند آب مصرفی را به سقف پایدارش در محدوده پژوهش محدود نماید. یک تحلیل همبستگی برای تعیین ریشه های اصلی ناکارآمدی در استان خوزستان نیز انجام شد.

    یافته ها

     همگام با 63 درصد افزایش در تولید و 53 درصد افزایش ردپای آب آبی واحد، مقدار مطلق ردپای آب آبی در طول دوره پژوهش 80 درصد افزایش یافت. این روند، منتج به افزایش شدت برداشت آب های زیرزمینی با شدت 12 میلیون مترمکعب در سال شد.. سهم آب سبز در ردپای آب مصرفی، از 60 درصد در سال 1986 به 48 درصد در سال 2016 کاهش یافت. لکن، مجموع ردپای آب خاکستری، روندی کاهشی را با شیب متوسط 140 مترمکعب در هکتار در سال طی نمود که این کاهش، بیش تر به دلیل کاهش ردپای آب خاکستری گیاهان اقتصادی بود.در سال 2016، 98/0 میلیارد مترمکعب از مجموع آب آبی مصرفی ناپایدار بود که این مقدار، 85 درصد بیش تر از سال 1986 بود. تعداد شهرستان ها با مصارف ناپایدار نیز از 2 شهرستان در سال 1986 به 9 شهرستان در سال 2016 رسید. گیاهان غذایی بیش ترین سهم را در ردپای آب آبی ناپایدار داشتند. بر اساس تحلیل کارآمدی، و با لحاظ سطوح بنچ مارک در سطح 25 درصد از کل تولید، ردپای آب آبی ناکارآمد در سال 2016، بین 26/0 تا 660 میلیون مترمکعب در شهرستان های مختلف متغیر بود. در مقایسه با سال 1986، میزان ناکارآمدی در 16 شهرستان بین 10 تا 3860 مترمکعب در هکتار افزایش یافت. اگرچه در مقیاس استانی، دستیابی به سطوح بنچ مارک می تواند ردپای آب را به حدود پایدارش برساند؛ لکن در دو شهرستان اندیمشک و رامشیر، مقادیر ردپای آب ناپایدار، به ترتیب، 8/6 و 9/340 میلیون مترمکعب بیش تر از مقادیر ردپای آب آبی ناکارآمد بودند و سیستم تولید آنها نیازمند بازنگری اساسی است. آنالیز همبستگی نشان داد که افزایش در ارزش افزوده  بخش کشاورزی و یا صادرات محصولاتش، کشت محصولات آب بر، افزایش شدت کمبود آبی و دسترسی به منابع آب زیرزمینی می-تواند میزان ناکارآمدی را افزایش دهد. در مقابل، افزایش تعداد بهره برداران در واحد سطح، عملکرد محصول، و سطح زیر کشت گیاهان اقتصادی، می تواند از میزان ناکارآمدی بکاهد.

    نتایج

    ارزیابی ردپای آب نشان داد که تولید گیاه در استان خوزستان در ازای تعدی به حریم محیط زیست صورت می گیرد که خطری برای پایداری کشاورزی در آینده نزدیک است. اگرچه دستیابی به سطوح بنچ مارک ردپای آب می تواند با حذف مولفه ناکارآمد ردپای آب، شرایط محدود نمودن مجموع ردپای آب به سطوح پایدارش را فراهم کند، لکن خطر ناپایداری، هنوز در برخی مناطق وجود دارد که این مساله، اهمیت تحلیل در مقیاس های ریز را نشان می دهد. بنابراین، برای تدوین برنامه های توسعه پایدار، انجام پژوهش های بعدی برای تعیین ماه های بحرانی نیز ضروری است.

    کلیدواژگان: ارزیابی ردپای آب، تدوین بنچ مارک ردپای آب، تحلیل کارایی و پایداری، کمبود آب آبی، ایران
  • مجتبی ذبیح پور روشن، علی باقری*، رضا اسدی، داود اکبری نودهی، فضل شیردل شهمیری صفحات 51-61
    زمینه و هدف

    امروزه آبیاری غرقاب دایم در دوره رشد محصول در شالیزارهای شمال کشور موجب مصرف بالای آب شده است. با توجه به کمبود منابع آبی کشور، مدیریت مناسب آبیاری جهت کاهش مصرف آب در ارقام مختلف برنج، ضروری است. بنابراین، پژوهش حاضر به-منظور بررسی اثر مدیریت های آبیاری بر عملکرد و اجزای عملکرد چهار ژنوتیپ برنج اجرا شد.

    روش پژوهش:

     آزمایش به صورت کرت های خرد شده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی موسسه تحقیقات برنج کشور، معاونت مازندران (آمل) اجرا شد. در این آزمایش ژنوتیپ های برنج در چهار سطح (G1: طلوع، G2: طارم، G3: تیسا و G4: شیرودی) به عنوان فاکتور اصلی و سطوح آبیاری در شش سطح (I1: غرقاب دایم از نشاکاری تا 20 روز پس از 50 درصد گلدهی و سپس قطع آبیاری، I2: غرقاب دایم از نشاکاری تا 15 روز پس از 50 درصد گلدهی و سپس قطع آبیاری، I3: غرقاب دایم از نشاکاری تا 10 روز پس از 50 درصد گلدهی و سپس قطع آبیاری، I4: غرقاب دایم از نشاکاری تا 5 روز پس از 50 درصد گلدهی و سپس قطع آبیاری، I5: غرقاب دایم از نشاکاری تا مرحله گلدهی و سپس قطع آبیاری و I6: آبیاری تناوبی از نشاکاری تا 10 روز قبل از برداشت و سپس قطع آبیاری به عنوان فاکتور فرعی در نظر گرفته شدند. در زمان رسیدگی فیزیولوژیکی، عملکرد و اجزای عملکرد نظیر ارتفاع بوته، طول خوشه، تعداد کل پنجه در کپه، تعداد دانه پر در خوشه و وزن هزار دانه اندازه گیری شدند.

    یافته ها: 

    نتایج نشان داد که بیشترین و کمترین عملکرد دانه (به ترتیب 6765 و 4255 کیلوگرم در هکتار) از ارقام طلوع و طارم حاصل شد. اعمال سطح I1 موجب حصول حداکثر عملکرد دانه (8/6291 کیلوگرم در هکتار) گردید، در حالی که با کاربرد سطح I5، عملکرد به میزان 4/17 درصد کاهش یافت. سطح I6 ضمن تولید عملکرد دانه مطلوب (5911 کیلوگرم در هکتار)، به عنوان بهترین گزینه مدیریت آبیاری در شرایط کمبود آب جهت آبیاری تعیین گردید.

    نتایج

    با توجه به نتایج، اعمال سطح آبیاری تناوبی از نشاکاری تا 10 روز قبل از برداشت و سپس قطع آبیاری در گیاه برنج در منطقه مورد مطالعه، عملکرد قابل قبولی را در شرایط کم آبی خواهد داشت و جهت دستیابی به حداکثر مقدار عملکرد، رقم طلوع به عنوان ژنوتیپ مناسب پیشنهاد می گردد.

    کلیدواژگان: ارقام برنج، سطوح آبیاری، عملکرد دانه
  • صمد ظاهرمند*، خسرو شفیعی مطلق، اسفندیار جهانتاب، رسول اجل لوییان صفحات 63-71
    زمینه و هدف

    بهسازی خاک با استفاده از ریشه گیاهان به منظور مقاوم سازی توده خاک از نظر حفظ محیط زیست و منابع طبیعی مورد توجه محققان زیادی قرار گرفته است. تاثیر سیستم ریشه ای گیاهان در مقاوم سازی خاکها تابع ویژگی های زیست فنی ریشه ها است. اما با توجه به تعاملات پیچیده بین خاک و گیاه، تاثیر بهسازی ریشه ها در خاکها به عنوان یک چالش باقی مانده است. این مطالعه، به بررسی اثر تراکم ریشه گیاه یونجه در مقاوم سازی خاک منطقه پازنان در استان خوزستان می پردازد.

    روش پژوهش: 

    در پژوهش انجام شده، برای اولین بار تاثیر سیستم ریشه ای گیاه یونجه در مقاوم سازی خاک در شرایط گلخانه ای بررسی شد. نمونه های خاک اخذ شده از منطقه مورد مطالعه پس از طی یک دوره 5 ماهه در شرایط کشت گلخانه ای، برای اندازه گیری مقاومت برشی ترکیب خاک و ریشه، آزمایش برش مستقیم بر روی 3 نمونه خاک فاقد ریشه و تعداد 12 نمونه خاک با دانسیته های مختلف ریشه انجام گردید و پارامترهای زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک مسلح شده با ریشه بدست آمد و با نمونه های خاک بدون ریشه مقایسه شد.

    یافته ها:

     بطور کلی تراکم و شمار ریشه ها با افزایش عمق کاهش یافته است و شاخص تراکم ریشه بصورت توانی با افزایش عمق کاهش می یابد. با بهره گیری از این نتایج و آزمون های برش مستقیم میزان مسلح سازی محاسبه شد. وجود ریشه ها مقاومت چشمگیری را در مقاومت برشی خاک ایجاد کرده است که این تغییرات متاثر از افزایش مقدار چسبندگی خاک بوده است و در مقابل، زاویه اصطکاک داخلی خاک مسلح با کاهش نسبت به خاک بدون ریشه، رفتاری عکس عامل چسبندگی دارد و تغییرات آن بسیار کمتر از تغییرات عامل چسبندگی است. بنابراین افزایش مقاومت برشی خاک مسلح شده با ریشه گیاه یونجه را می توان معادل افزایش چسبندگی دانست.

    نتایج

      نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان می دهد که بین شاخص تراکم ریشه و مقاومت برشی خاک رابطه مستقیم وجود دارد. بیشترین و کمترین میزان مسلح سازی برای شاخص تراکم 28 و 5 درصد به ترتیب 5/87 و 5/7 درصد افزایش در چسبندگی خاک بدست آمد و حداکثر کاهش زاویه اصطکاک داخلی نسبت به خاک فاقد ریشه 5/5 درصد بوده است. این پژوهش وجود رابطه کاهش بین عمق و شاخص تراکم ریشه، عمق و قدرت مسلح سازی را به عنوان ویژگی های زیست فنی گونه یونجه را نشان داد.

    کلیدواژگان: آزمایش برش مستقیم، شاخص تراکم ریشه، زیست مهندسی، مسلح سازی خاک، یونجه
  • شاهین ابراهیمی، علی محمدی ترکاشوند*، مهرداد اسفندیاری، عباس احمدی صفحات 73-86
    زمینه و هدف

    فرسایش بادی در بخش بزرگی از پهنه ایران وجود داد که سبب تخریب اراضی و کاهش باروری آنها به همراه اثرات زیست محیطی شده است. شناخت مناطق حساس به فرسایش می تواند در برنامه ریزی های حفاظت خاک به کمک مدیران منابع طبیعی و محیط زیست آید.

    روش پژوهش:

     این تحقیق برای برآورد جزء فرسایش پذیر خاک در مقابل باد (EF) از روی ویژگی های سهل الوصول خاک دردشت الله ‎آباد واقع در شرق استان قزوین انجام شد. بدین منظور جزء فرسایش پذیر خاک در مقابل باد با استفاده از روش های رگرسیون چند متغیره (MLR)، شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و تلفیق شبکه عصبی مصنوعی با الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی اوزان (GA-ANN) با به کار بردن ویژگی های سهل الوصول برآورد شد. با بررسی نقشه خاک، تفاوت خاک ها و خصوصیات محیطی دشت الله آباد، 103 نمونه خاک طبق یک الگوی تصادفی طبقه بندی شده از 10 سانتی متری سطح آن‎ها، جمع آوری و به آزمایشگاه ارسال شد. در نمونه های خاک، برخی خصوصیات خاک به عنوان ورودی های مدل های برآورد جزء فرسایش پذیر خاک در مقابل باد اندازه گیری گردید. ورودی های هر مدل شاملpH، ECe، CCE، SAR، جرم مخصوص ظاهری، ذرات شن، سیلت و رس، ذرات درشت خاک با قطر کمتر از 2 میلی متر و ماده آلی بودند. دقت و قابلیت اعتماد نتایج مدل‎ های ایجاد شده با توجه به معیارهای ضریب تبیین، مجذور مربعات خطا، آزمون مورگان-گرنجر- نیوبلد و شاخص آکایک مورد مقایسه قرار گفتند.

    یافته ها

    طبق یافته ها، بیشترین همبستگی جزء فرسایش پذیر خاک در مقابل باد (EF) با مقدار رس خاک دیده شد (789/0- r=). همچنین جزء فرسایش پذیر خاک با خصوصیات دیگر خاک شامل pH، هدایت الکتریکی، SAR، مقدار ماده آلی و جرم مخصوص ظاهری، همبستگی نشان داد، این همبستگی با سه خصوصیت SAR، ماده آلی و رس در سطح یک درصد همبستگی معنی دار بود. مدل‎های ایجاد شده با هر سه روش توانایی بسیار بیشتری در پیش بینی EF در سری داده های آزمون نسبت به داده های سری آموزش داشتند. همچنین نتایج نشان داد که مدل شبکه عصبی از دقت بیشتر و خطای تخمین کمتری در مقایسه با مدل های هیبرید و رگرسیون به دست آمده است. نتایج آنالیز حساسیت نیز نشان داد که بیشترین حساسیت مدل به متغیرهای ورودی در مدل ANN، به ترتیب مربوط به ماده آلی و SAR و در مدل GA-ANN مربوط به متغیر میزان رس خاک بود.

    نتیجه گیری

    بر طبق نتایج، تنها مدل رگرسیون در مرحله آموزش دارای R2 بیشتر از 50 درصد (R2=0.56) در برآورد جزء فرسایش پذیری خاک بود که البته این مقدار (R2=0.56) نیز قابل اعتماد نیست. با توجه به نتایج مرحله آزمون، هر سه مدل به کار رفته شامل رگرسیون، شبکه عصبی مصنوعی و تلفیق آن با الگوریتم ژنتیک در برآورد شاخص جزء فرسایش پذیر خاک از کارایی مناسبی برخوردار نمی باشند به طوری که بالاترین ضریب تبیین (R2) در مدل شبکه عصبی در مرحله آزمون (R2 = 0.43)، صحت کمتر از 50 درصد در تخمین EF داشت که نمی تواند صحت مناسبی در پیش بینی جزء فرسایش پذیری بادی خاک باشد.

    کلیدواژگان: پرسپترون، رس، رگرسیون خطی چند متغیره، ریزگرد، ماده آلی
  • هادی رمضانی اعتدالی*، فریبا خدابخشی، الهه کنعانی صفحات 87-107
    زمینه و هدف

    فرایند تغییر اقلیم به ویژه تغییرات دما و بارش و تاثیر آن ها بر پدیده خشکسالی یکی از مهم ترین مسایل مطرح در قلمرو علوم محیطی است. مطالعه تغییرات اقلیمی و تاثیر آن برشدت و تواتر خشکسالی های دهه های آتی می تواند به برنامه ریزی جهت استفاده صحیح منابع آب و سازگاری با آثار مخرب پدیده خشکسالی کمک شایانی نماید. هدف از این مطالعه، بررسی اثرات تغییر اقلیم بر خشکسالی هواشناسی است. بدین منظور در پژوهش حاضر بر اساس روش کار ریزمقیاس گردانی SDSM بارش و دما طی دوره زمانی 2020-2100 با مدل بزرگ مقیاس CanESM2، پیش بینی و اثرات تغییر اقلیم بر خشکسالی هواشناسی استان ایلام با استفاده از دو شاخص SPI و RDI موردبررسی قرار گرفت.

    روش پژوهش: 

    در این مطالعه، ابتدا داده های اقلیمی موردنیاز از طریق یکی از سایت های تولید داده گزارش پنجم به دست می آید. از 21 مدل CMIP5 جهت پیش بینی پارامترهای بارندگی و دمای متوسط در دوره آتی استفاده شده است. برای بررسی میزان عدم قطعیت ناشی از به کارگیری مدل های موردبررسی از روش وزن دهی میانگین های مشاهداتی استفاده شد. در ادامه با استفاده از مدل ریزمقیاس گردانی SDSM داده های هواشناسی تحت سه سناریوی RCP 4.5، RCP2.6 و RCP8.5 مدل جفت شده ی جوی- اقیانوسی CanESM2 تولید می شود. داده های تاریخی مدل از سال 1993 تا سال 2005 با به کارگیری داده های باز تحلیل NCEP برای واسنجی و طراحی روابط ریزمقیاس گردانی مورداستفاده قرار می گیرند و داده های سال 2006 تا 2100 نیز برای برآورد چشم انداز تغییرات اقلیمی دهه های آتی مورداستفاده قرار می گیرند. سری های زمانی SPI و RDI در سه مقیاس 3، 6 و 12 ماهه برای دوره تاریخی و آینده محاسبه شدند. مشخصه های شدت، مدت و فراوانی خشکسالی طبق تیوری ران با انتخاب سطح آستانه برای سری های زمانی SPI و RDI در مقیاس 3، 6 و 12 ماهه به دست آمد.

    یافته ها: 

    بر طبق نتایج حاصل از بررسی عدم قطعیت مدل CanESM2 نسبت به سایر مدل ها بیشترین وزن را برای هردو متغیر دما و بارش به خود اختصاص داد. آنالیز وجود روند در داده های بارش و دما با آزمون نا پارامتری من - کندال نشان داد که دما در سناریو RCP8.5 دارای روند معنادار و مثبت (افزایشی) در سطح معناداری 01/0 است و بارش دارای روند کاهشی است. نتایج پایش خشکسالی نشان داد در دو شاخص SPI و RDI با افزایش مقیاس زمانی فراوانی دوره های خشک کاهش می یابد که این کاهش با افزایش شدت و مدت خشکسالی توام است. شاخص RDI به دلیل در نظر گرفتن دمای متوسط در محاسبه دوره های خشک، مشخصه های خشکسالی را نسبت به SPI بالاتر نشان می دهد. بزرگ ترین خشکسالی در دوره تاریخی طبق شاخص SPI در مقیاس 12 ماهه دارای شدت 22/38-و مدت 26 ماه می باشد. بزرگ ترین خشکسالی در شاخص RDI در مقیاس 12 ماهه دارای شدت 14/39- و مدت 26 ماه می باشد. منطقه مطالعاتی خشکسالی های شدیدتر و طولانی تری را در آینده طبق هر سه سناریو مدل گردش عمومی جو نسبت به دوره تاریخی تجربه خواهد کرد، به طوری که شدت خشکسالی های تولیدشده توسط سناریوهای RCP4.5 RCP2.6 و RCP8.5 بر اساس SPI 12 ماهه به ترتیب 11، 52 و 65 درصد می باشد. 

    نتایج

    نتایج بررسی مدل SDSM و شاخص های خشکسالی SPI و RDI نشان داد که در شرایط اقلیمی آینده برای دوره زمانی 2020-2100 افزایش دما و کاهش بارندگی متحمل است. به طوری که دما 798/3 درجه سانتی گراد افزایش و بارش 8/6 درصد کاهش می باید. همچنین نتایج نشان داد منطقه مطالعاتی در آینده خشکسالی های شدیدتر و طولانی تری را نسبت به دوره تاریخی تحت هر سه سناریوهای RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 تجربه می کند. با افزایش مقیاس زمانی SPI شدت و مدت خشکسالی افزایش می یابد. شاخص RDI از مشابهت رفتاری بالایی با SPI برخوردار بوده، اما شاخص RDI حساس به تغییرات محیطی است و نتایج بهتری را ارایه می دهد.

    کلیدواژگان: خشکسالی هواشناسی، سناریوهای RCP، مدل SDSM
  • علی عبدزادگوهری* صفحات 109-123
    زمینه و هدف

    یکی از مهم ترین عوامل محدود کننده تولید محصول بادام زمینی، تنش و کمبود آب در مراحل رشد گیاه است. از این رو مدل های شبیه سازی محصول می تواند برای پیش بینی عملکرد و تاثیر تنش آبی بر رشد و نمو گیاه مفید باشند. در این مطالعه، از مدل WOFOST برای شبیه سازی عملکرد زیست توده، عملکرد دانه و بهره وری مصرف آب در بادام زمینی استفاده شد. با توجه به این که پژوهش-های زیادی در خصوص استفاده از مدل  در گیاه بادام زمینی در کشور گزارش نشده است، لذا هدف از این پژوهش، ارزیابی توانایی مدل مذکور در شبیه سازی عملکرد دو رقم بادام زمینی در شرایط آبیاری در مراحل مختلف رشد در منطقه آستانه اشرفیه بود.

    روش پژوهش:

     این آزمایش به صورت کرت های خرد شده و در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار انجام شد. فاکتور اصلی شامل آبیاری تا آغاز زمان گلدهی (I1)، آبیاری تا آغاز زمان غلاف دهی (I2) و آبیاری کامل (I3) و فاکتور فرعی شامل دو رقم بادام زمینی جنوبی (C1) و گیل (C2) بود. برای شبیه سازی عملکرد بادام زمینی، از مدل WOFOST نسخه 7.1.3 استفاده شد. در این مدل، شبیه سازی رشد گیاه بر مبنای چرخه کربن بوده که رشد گیاه را در سه وضعیت عدم وجود عامل محدود کننده، محدودیت آب و محدودیت مواد غذایی شبیه سازی می نماید.

    یافته ها

    ارزیابی مدل نشان داد که ریشه میانگین مربعات بین مقادیر مشاهده شده و شبیه سازی شده در برآورد میزان عملکرد زیست توده برای رقم جنوبی و گیل در سال 1396 به ترتیب 554/0 و 501/0 درصد، برای سال 1397 به ترتیب 872/0 و 897/0 درصد و در سال 1398 به ترتیب 449/0 و 466/0 درصد بود. ریشه میانگین مربعات بین مقادیر مشاهده شده و شبیه سازی شده در برآورد میزان عملکرد دانه برای رقم جنوبی و گیل در سال 1396 به ترتیب 052/0 و 065/0 درصد، در سال 1397 به ترتیب 132/0 و 131/0 درصد و در سال 1398 به ترتیب 101/0 و 096/0 درصد بود. مقادیر میانگین خطای نسبی بین مقادیر مشاهده شده و شبیه سازی شده  در سال های 1396، 1397 و 1398 برای عملکرد زیست توده به ترتیب 2/10، 1/18 و 7/7 درصد و برای عملکرد دانه به ترتیب 35/4، 4/6 و 5/4- درصد و شاخص ضریب کارایی بین 442/0 تا 960/0 متغیر بود.

    نتایج

    بررسی مقادیر شبیهسازی و مشاهده ای بر عملکرد زیست توده و عملکرد دانه نشان داد که شاخص های ریشه میانگین مربعات خطای نسبی و متوسط میزان خطای نسبی و سایر آزمونهای آماری در محدوده قابل قبولی بود و مدل WOFOST، عکسالعمل دو رقم بادام زمینی را در تیمارهای مختلف آبیاری به خوبی شبیهسازی نمود.

    کلیدواژگان: بهره وری مصرف آب، تبخیر-تعرق، تنش آبی، مدل سازی گیاهی
  • مجید خدابخش، الهام دانائی* صفحات 125-136
    زمینه و هدف

    شمعدانی معطر گیاهی چندساله زینتی است که اسانس آن در صنایع عطرسازی، آرایشی و بهداشتی، غذایی و داروسازی کاربرد دارد. کمبود آب، یکی از مهم ترین تنش های محیطی محدود کننده رشد و عملکرد گیاهان می باشد که تاثیر زیادی بر خصوصیات مورفوفیزیولوژیک، بیوشیمیایی و آنزیمی گیاهان داشته و شانس نمو و بقای آنها را محدود می کند. استفاده از اسمولیت های آلی مانند پرولین و گلایسین بتایین از طریق افزایش ظرفیت و سرعت فتوسنتز، جذب برخی یون ها مانند منیزیم و پتاسیم، جلوگیری از تخریب ترکیب های رنگیزه-پروتیین و حفظ رنگریزه های گیاهی، تقویت سیستم آنتی اکسیدانی، نقش موثری در مهار اثرات منفی کم آبی در گیاهان دارد. لذا هدف از پژوهش تعیین بهترین ماده و غلظت موثر در بهبود کیفیت و گلدهی شمعدانی معطر تحت تنش کم آبی می باشد.

    مواد و روش

    قلمه های شمعدانی معطر در گلخانه ای تجاری با دمای حدود 17 تا 20 درجه سانتی گراد، رطوبت نسبی 60 تا 70 درصد و شدت نور 50 تا 60 میکرومول بر مترمربع در ثانیه در شهرستان کرج نگهداری شد. تغذیه با محلول هوگلند نیز یک بار در هفته صورت گرفت و به منظور اندازه گیری رطوبت خاک از سیستم توزین گلدان ها، استفاده و آبیاری بر اساس تغییر وزن خاک گلدان ها نسبت به ظرفیت زراعی تعیین شده، انجام شد. محلول پاشی گیاهان با پرولین و گلایسین بتایین (صفر، 50 و 100 میلی گرم در لیتر) دو هفته پس از استقرار قلمه ها در گلدان و پس از 24 ساعت سطوح مختلف تنش کم آبی (25، 50، 75 و 100 درصد ظرفیت زراعی) به مدت یک ماه اعمال گردید. پس از اتمام اعمال تیمارها، برداشت نمونه ها و ارزیابی صفاتی مانند وزن ترو خشک اندام هوایی و ریشه، آنتوسیانین گلبرگ ها، محتوای کلروفیل کل برگ، پرولین و فعالیت آنزیم های سوپراکسید دیسموتاز و پراکسیداز انجام شد. آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح آماری کاملا تصادفی با دو عامل اعمال تنش کم آبی و محلول پاشی با پرولین و گلایسین بتایین و اثر متقابل آن ها در سال 1398 اجرا ‎گردید. سپس آنالیز داده ها با نرم افزار SPSS، مقایسه میانگین ها با آزمون چند دامنه ای دانکن و رسم نمودارها در Excel انجام شد.

    یافته ها:

     مقایسه میانگین داده ها نشان داد که بیش ترین وزن ترو خشک اندام هوایی با 25/67 و 53/8 گرم و بیش ترین وزن ترو خشک ریشه با 62/15 و 45/3 گرم در تیمار ظرفیت زراعی 100 درصد (شاهد) و کم ترین وزن ترو خشک اندام هوایی با 76/44 و 45/4 گرم و کم ترین وزن تر و خشک ریشه با 57/10 و 17/1 گرم در تیمار ظرفیت زراعی 25 درصد (بدون محلول پاشی) بود. هم چنین بیش ترین و کم ترین آنتوسیانین گلبرگ با 8925/2 و 5376/1 میلی گرم در گرم وزن تر و کلروفیل کل برگ با 3735/15 و 1632/11 میلی گرم در گرم وزن تر در تیمار ظرفیت زراعی 100 درصد (شاهد) و تیمار ظرفیت زراعی 25 درصد (بدون محلول پاشی) بود. بیش ترین و کم ترین میزان پرولین با 84/3 و 67/1 میلی گرم در گرم وزن تر در تیمار ظرفیت زراعی 25 درصد (بدون محلول پاشی) و تیمار ظرفیت زراعی 75 درصد+ پرولین 100 میلی گرم در لیتر بود. بیش ترین فعالیت آنزیم های سوپراکسید دیسموتاز و پراکسیداز با 97/2 و 52/16 واحد آنزیم در گرم وزن تر در تیمار ظرفیت زراعی 75 درصد+ گلایسین بتایین 100 میلی گرم در لیتر و کم ترین با 12/1 و 93/12 واحد آنزیم در گرم وزن تر در ظرفیت زراعی 25 درصد (بدون محلول پاشی) بدست آمد.

    نتیجه گیری:

     نتایج پژوهش نشان داد که وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه با افزایش تنش کم آبی، کاهش یافت که این کاهش در ظرفیت زراعی 25 درصد بیشتر بود و محلول پاشی گیاهان با گلایسین بتایین و پرولین موجب مهار اثرات منفی تنش شد که این اثرات در غلظت 100 میلی گرم در لیتر هر دو ترکیب نمایان تر بود. آنتوسیانین گلبرگ و کلروفیل کل برگ در گیاه شمعدانی با افزایش تنش کم آبی، کاهش یافت و تیمار گیاهان با گلایسین بتایین و پرولین نقش موثری در بهبود رنگریزه های گیاهی داشت. هم چنین تنش کم آبی موجب افزایش میزان پرولین گردید. بیش ترین فعالیت آنزیمی در ظرفیت زراعی 75 درصد بود و با افزایش میزان تنش کم آبی، فعالیت آنزیمی کاهش یافت. محلول پاشی گیاهان با گلایسین بتایین و پرولین 100 میلی گرم در لیتر توانست اثر منفی تنش کم آبی را در ظرفیت زراعی 50 و 75 درصد نسبت به ظرفیت زراعی 25 درصد، کاهش دهد. بنابراین با توجه به نتایج حاصل از پژوهش می توان کاربرد اسمولیت های آلی از جمله گلایسین بتایین و پرولین را برای کاهش اثرات منفی تنش کم آبی در گیاهان زینتی توصیه نمود.

    کلیدواژگان: آنتوسیانین، پراکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز، کلروفیل
|
  • Babak Shahinejad *, Zahra Shams, Zabihollah Khani Temeliyeh, Azadeh Arshia Pages 1-19
    Background and Aim

    From a hydrological point of view, measuring the flow of rivers, lakes and groundwater is a measure of drought and there is a baseline time between the lack of rainfall and the decrease of running water of inlets and lakes and groundwater. More studies have been done on meteorological droughts compared to hydrological droughts. Therefore, the purpose of this study is multivariate analysis of hydrological droughts in Lake Urmia basin using artificial data generation models and Copula functions. Therefore, using a combination of the above methods for the analysis of hydrological droughts was used as a new method for the analysis of hydrological droughts.

    Method

    In this study, in order to multivariate analysis of hydrological droughts in the Urmia Lake basin, the flow data of 28 hydrometric stations in which the flow regime is real were used during a statistical period of 40 years (1978-2017). Also, Ar (1) model was used to generate artificial data and SDImod index was used for drought analysis. For this purpose, artificial data were generated in 1000 sequence. Since univariate drought analysis and analysis based on historical data can not show the horizontal of future droughts alone, so using the Ar (1) model, annual data were generated and then using the model The Valencia and Schakke generated monthly artificial data. Then drought characteristics (intensity and duration) were extracted for both historical and generation data series and common distributions in hydrology were fitted to intensity, duration and flow data. Then the transfer probability matrix and their steady state condition matrix (SSC) were also calculated. Also, multivariate analysis of hydrological droughts was performed using ten Archimedean Copula functions. The above coding was done in MATLAB software environment.

    Results

    The results of this study showed that after examining the homogeneity of data and their static test, most of the data had the necessary homogeneity and the results of data homogeneity showed that the coefficient of explanation was above 0.9 and the results of static test and Their trend showed that the data were within the allowable range of 1.2 ±2.1 and ±1.96. The results of fitting the data on the common statistical distributions showed that the Log Pearson Type3 (LP3) function was known as the superior distribution functions on the flow data and the gamma and exponential distribution functions on the severity and duration of the drought, respectively. The number of drought periods based on different scales of SDImod index showed that for different periods the number of drought periods for short-term scales was more than long-term scales. Also, the average intensity and duration of drought for generated and historical data indicate an increase in the intensity of drought for generated data compared to historical data. The results of classifying drought periods for historical and generated data showed that approximately 68% of the data were in the normal range during the statistical period and 32% were other classes. The result of the Copula functions showed that the Joe Copula function in the first order and Filip Gumble and Galambos functions in the next order were known as the superior Copula functions.

    Conclusion

    Finally, the results showed that the artificial data generation models for annual and monthly data for statistical years less than 30 years maintain the statistical characteristics of mean, standard deviation, skewness and correlation between two consecutive months, while increasing The number of statistical years of model performance becomes more favorable. The cumulative probability of non-annual drought and the probability of normal and wet season in hot months of the year is higher than other months of the year. Also, with increasing periods of drought, the cumulative probability of non-drought increases, so that with increasing periods, this probability decreases and becomes almost zero. The results of the joint and conditional return periods as well as the Kendall return period showed that the probability of drought occurring in future periods is expected to be at least similar to the historical data. The results also showed that the Joe Copula function was recognized as the superior Copula function for historical and generated data. Accordingly, the theoretical Copula function is close to the 45 degree angle bisector against the experimental Copula function.

    Keywords: Urmia Lake, Generation Technique, Copula Functions, Ar (1)
  • MohammadReza Kalamizadeh, AmirAbbas Kamanbedast *, Mahmoud Shafai Bejestan, AliReza Masjedi, Hooshang Hasoonizadeh Pages 21-33
    Background and Objectives

    One of the new methods for controlling erosion on the outer bank of river curve is the use of plates connected to the riverbank. Coastal vanes are the environmental structures which are used to control bank erosion, divert flow from bank to river center, improve sediment transport status, develop river for sailing, restorate and develop river's aquatic habitat. Despite the many advantages of coastal vanes, there is no detailed information about erosion and sedimentation and flow patterns around them under different hydraulic and geometric conditions and fewer research have been done. In the present study, the effect of different installation scenarios of triangular permeable vanes on bed sediment longitudinal and transverse profile changes in a laboratory channel with a 180-degree bend is evaluated.

    Methods

    In this research, the main purpose is to investigate sedimentation and erosion patterns in the rivers’ bend using coastal triangular vanes; in this regard, the impact of distance between triangular vanes, their effective length, and Froud number on the erosion control of the outer bank of the 180 degree bend is focused. Experiments in a laboratory flume with a mild 180-degree bend with a  ratio and a rectangular cross section with a width of 0.6 meters is done. The angle of fixed triangular vanes is 60 degrees, the height of the permeable triangular vanes from the sediment surface is 10cm and the permeability of the triangular vanes is 12%. The experiments were carried out with limpid water mode. The effective lengths of the prepared vanes were 12, 15 and 20 cm with installation intervals of 60, 75 and 100 cm respectively and were run at two different inlet discharges.

    Results

    Investigating the effect of the distance between permeable triangular vanes on bed topography shows that in each Froud number, with increasing the distance of vanes from each other, the maximum scour depth will be increased. The results demonstrate the use of permeable triangular vanes causes the flow deviation from the outer bank to the center and then the inner bank of the flume, which leads to control the erosion in the river outer bank. By increasing the inlet flow discharge and increasing the effective length of triangular vanes and the distance of triangular vanes from each other in a 180-degree bend, the maximum scour depth and volume are increased. The installation of triangular vanes with an effective length of  and a distance of 5L causes the flow deviation from the outer bank to the vanes cape and the middle of the flume, consequently results in a decrease in the shear stress in the middle of the flume and scour depth of the erosion channel and creates thalweg in the vanes cape.

    Conclusion

    The results illustrate that by installing the triangular vanes, the point-bars are created in the interval between them. Therefore, during the effective length of 12cm, the maximum height of the point-bar on the outer bank equals to 30 and 31% of water depth, between the 0 to 170 degrees and 68.7 to 115 degrees equal to 11 times and 3 times the distance between the vanes, for discharge values of 13.5 and 15.5 l/sec, respectively. Also, for the mentioned conditions the width of the point-bar on the outer bank reaches  85% and 75% of vanes’ effective length , respectively. Permeable triangular vanes with six pillars are recommended for meandering rivers like  Karun in 90 and 180-degree arcs. These rivers have high torsion and curvature as well as high flow depth and low flow velocity in them, which contain high suspended sediments and the slope of this type of rivers is 0.001 or less and due to the low slope, their sediment carrying potential. Sediment loads are mostly fine.

    Keywords: Scour, Groin, erosion, sedimentation, Hydraulic
  • Samira Salari, Fatemeh Karandish *, Parviz Haghighatjou, Maite Aldaya Pages 35-49
    Background and aim

    Anthropogenic water scarcity is among global concerns which threats the sustainability of the world in future. Overexploiting limited blue water resources for supplying human’s growing food demand is the main root of such a scarcity. Being still in its infancy, water footprint (WF) benchmarking is a proper method to determine the inefficient fraction of water consumption. Hence, we assessed if achieving benchmark levels can limit agricultural WF to its sustainable cap in Khuzestan province, which is the agricultural backbone of Iran.

    Method

    The research consists of three stages including WF accounting, and sustainability and efficiency assessment. First, consumptive and degradative WFs were accounted for 32 in counties of Khuzestan province over the period 1986-2016. Green and blue WFs were accounted by dividing green and blue evapotranspiration by crop’s yield, respectively. The AquaCrop model was used to simulate daily evapotranspiration, and then, seasonal values were estimated by aggregating daily values. Grey WF was estimated for the applied nitrogen fertilizer in croplands. In the next stage, the sustainability status of water consumption pattern was assessed by dividing overall blue WF by blue water availability. The latter was estimated by subtracting environmental flow requirements from natural runoff. Thereafter, WF benchmarks were extracted for 10th, 25th, and 50th level of crop production, and based on which, the inefficient fractions of blue WFs were estimated for individual crops. Finally, inefficient blue WFs were compared with unsustainable ones to know if achieving benchmark levels can limit agricultural blue water consumption to its sustainable caps in the study area. A correlation assessment was also done to determine the main roots of inefficiency in Khuzestan province.

    Results

    Along with a 63% increase in crop production and 53 increase in unit blue WF, the overall blue WF increased by 80% over the study period. Such an increasing pattern caused groundwater overexploitation with an annual average rate of 12 million m3 y-1. The contribution of green WF in consumptive WF decreased from 60% in 1986 to 48% in 2016. Overall grey WF, however, followed a decreasing trend, with an average annual decreasing slope of 140 m3 ha-1 y-1, which mainly occurred by a considerable reduction in cash crop’s grey WF. In 2016, a total of 0.98 billion m3 of blue water was consumed unsustainably, which was roughly 85% higher than one in 1986. The number of countries with unsustainable water consumption also increased from 2 counties in 1986, to 9 counties in 2016. Stable crops had the largest contribution in unsustainable WF. Based on the results of efficiency assessment, and considering WF benchmarks developed at 25th of crop production level, inefficient blue WF varies in the range of 0.26 to 606 million m3 y-1 in different counties in 2016. Compared with 1986, the inefficiency increased by 10-3860 m3 ha-1 in 16 counties in 2016. While achieving benchmark levels can reduce blue WF to its sustainable level at provincial scale, unsustainable blue WFs in Andimeshk and Ramshir counties are still 6.8 and 340.9 million m3 higher than the inefficient blue WFs, respectively. The correlation assessment showed that inefficiency increase along with any increase in added value by agricultural production and/or export, unit blue WF, blue water scarcity level, and access to groundwater consumption; while it decreases with any increase in the number of employees per ha, crop yield, and cash crop’s harvested area.

    Conclusion

    WF assessment showed that crop production in Khuzestan province is done at the cost of deteriorating environment, which threats the stability of agricultural system in near future. While achieving benchmark levels helps with being limited to sustainable WF caps through removing inefficient blue WF fractions, there are still the risk of unsustainability in some regions, which indicates the importance of high-resolution assessments for determining hotspots. Hence, further research is required to determine temporal hotspots as well, in order to implement a proper sustainable development plans.

    Keywords: Blue water scarcity, efficiency, sustainability assessment, WF assessment, WF benchmarking
  • Mojtaba Zabihpour Roushan, Ali Bagheri *, Reza Asadi, Davod Akbari Nodehi, Fazl Shirdel Shahmiri Pages 51-61
    Background and Aim

    At this day and age continuous flood irrigation during the crop growth period in the paddy fields of northern Iran has caused high water consumption (WC). Due to the lack of water resources in Iran, proper irrigation management is necessary to reduce WC in different rice cultivars. Therefore, the present study was conducted to investigate the effect of irrigation management on yield and yield components of four rice genotypes.

    Method

    The experiment was conducted as split plot in a randomized complete block design with three iterations at the research farm of the Iranian Rice Research Institute, Mazandaran Deputy (Amol). In this experiment, rice genotypes at four levels (G1: Toloo, G2: Tarom, G3: Tisa and G4: Shiroudi) as main factor and irrigation at six levels (I1: continuous flooding (CF) from transplanting to 20 days after 50% flowering and then cutting irrigation, I2: CF from transplanting to 15 days after 50% flowering and then cutting irrigation, I3: CF from transplanting to 10 days after 50% flowering and then cutting irrigation, I4: CF from transplanting to 5 days after 50% flowering and then cutting irrigation, I5: CF from transplanting to flowering stage and then cutting irrigation and I6: Intermittent irrigation from transplanting to 10 days before harvest and then cutting irrigation) were considered as sub-factors. At physiological maturity, the yield and yield components such as plant height, panicle length, total number of tillers per hill, number of filled grains per panicle and 1000-grain weight were measured.

    Results

    The results showed that the highest and lowest grain yield were 6765 and 4255 kg.ha-1 from Toloo and Tarom cultivars, respectively. Application of I1 resulted in maximum grain yield (6291.8 kg.ha-1), while with the application of I5, yield decreased by 17.4%. Application of I6 while producing optimal grain yield (5911 kg.ha-1), can have a good ability to reduce WC in paddy fields, so it was selected as the best irrigation management option in case of water shortage for irrigation.

    Conclusion

    According to the results, intermittent irrigation from transplanting to 10 days before harvest and then cutting irrigation in rice plant in the study area will have acceptable yield in water deficit conditions and to achieve maximum yield, Toloo cultivar as a suitable genotype is suggested.

    Keywords: Grain yield, Irrigation levels, Rice cultivars
  • Samad Zahermand *, Khosrow Shafiei Motlagh, Esfandyar Jahantab, Rasol Ajalloeian Pages 63-71
    Background and Aim

    Soil improvement using plant roots has been considered by many researchers in order to strengthen soil mass in terms of environmental protection and natural resources.The effect of plant root system on soil resilience is a function of the biotechnical properties of roots But due to the complex interactions between soil and plant, the impact of root reclamation on soils remains a challenge.This study investigates the effect of alfalfa root density on soil consolidation in Pazannan region in Khuzestan province

    Methods

    In this study, for the first time, the effect of alfalfa root system was investigated on soil resilience in greenhouse conditions. Soil samples taken from the study area after a period of 5 months under greenhouse cultivation, 3 rootless soil samples and 12 soil samples with different root densities were tested for direct cutting to measure the shear strength of soil composition and roots And the parameters of internal friction angle and adhesion of root-reinforced soil were obtained and compared with rootless soil samples.

    Results

    In general, the density and number of roots has been reduced with increasing depth, and also the root density index decreases with the depth increases.Using these results and direct cutting tests   was calculated the amount of armament.The presence of roots has created a significant resistance to soil shear strength, which has been affected by increasing the amount of soil adhesion.In contrast, the internal friction angle of reinforced soil decreases with respect to the rootless soil and has the opposite behavior of the adhesion factor.And its changes are much less than the changes of the adhesion factor.Therefore, it can be known that increasing the shear strength of soil reinforced with alfalfa root is equivalent to increasing adhesion.

    Conclusions

    The results of this study show that there is a direct relationship between root density index and soil shear strength. The highest and lowest reinforcement rates for 28 and 5% density index were 87.5% and 7.5% increase in soil adhesion, respectively and there has been a maximum reduction in internal friction angle relative to rootless soil of 5.5%. This study showed that there is a decrease in the relationship between depth and root density index, depth and strength of reinforcement as biotechnological characteristics of alfalfa species.

    Keywords: Direct shear test, Root Density Index, Biotechnology, Soil Reinforcement, alfalfa
  • Shahin Ebrahimi, Ali Mohammadi Torkashvand *, Mehrdad Esfandiari, Abbas Ahmadi Pages 73-86
    Background and Aim

     Wind erosion has occurred in a large part of Iran, which has caused land degradation and reduced fertility along with environmental effects. Identifying erosion-sensitive areas can help natural resource and environmental managers in soil conservation planning.

    Methods

    This study is a step to estimate the erodible component of soil against the wind (EF) from soil accessibility characteristics in Allahabad plain located in the east of Qazvin province. For this purpose, the soil erodibility component, which is closely related to soil erosion versus wind, using multivariate regression (MLR), artificial neural network (ANN), and artificial neural network with genetic algorithm for weight optimization (GA-ANN) were estimated using accessible characteristics. Regarding soil map, soil differences, and environmental characteristics of Allahabad plain, 103 soil samples were collected according to a stratified random pattern of 10 cm of soil surface. In soil samples, some soil properties were measured as inputs of models for estimating erodible soil components against the wind. The inputs of each model included pH, ECe, CCE, SAR, bulk density, sand particles, silt and clay, coarse soil particles with a diameter of more than 2 mm, and organic matter. Accuracy and reliability of the results of the created models were compared with each other according to the criteria of coefficient of determination, square of error, Morgan-Granger-Newbold and Akaike information criterion.

    Results

    Based on data, the highest correlation between soil erodible fraction to wind erosion (EF) was observed with soil clay content (r = -0.789). Also, soil erodible components showed a correlation with other soil properties including pH, electrical conductivity, SAR, organic matter, and the should be omitted density. This correlation was significant with three properties of SAR, organic matter, and clay at a should be added 1% level. The models created by the three methods were much more capable of predicting EF in the test data series than the training series data. The results also showed that the neural network model had a should be omitted more accuracy and less estimation error compared to hybrid and regression models. The results of sensitivity analysis of the models also showed that the highest sensitivity of the model to input variables in the ANN model, related to organic matter and SAR, respectively, and in the model GA-ANN was related to soil clay content variable.

    Conclusion

    According to the results, R2 in the regression model of training data was more than 50% in estimating EF, but this value (R2 = 0.56) is not reliable. According to the test data, all three models, including regression, artificial neural network, and its combination with genetic algorithm had not been efficient enough in estimating EF, so that can be omitted the highest R2 in the neural network model in the test data (R2 = 0.43) had an accuracy of less than 50% in estimating the EF, which cannot be an appropriate accuracy in predicting EF.

    Keywords: dust, Cla, Organic matter, MLP, Perceptron
  • Hadi Ramezani Etedali *, Fariba Hodabakhshi, Elahe Kanani Pages 87-107
    Background and Aim

    The process of climate change, especially the change in temperature and precipitation, and its effect on the drought phenomenon constitute the most important topic of discussion in environmental sciences. Studying climate change and its effect on the severity and frequency of droughts in the coming decades can considerably contribute to the planning for the proper use of water resources and adapting to the destructive effects of droughts. To this end, based on the SDSM microscale method, precipitation and temperature during the 2020-2100 period were predicted in the present study using the large-scale CanESM2 model, and the effects of climate change on the meteorological drought in Ilam Province were studied using the SPI and RDI indices.

    Method

    In this study, the required climatic data are obtained through one of the data reporting sites of the IPCC AR5. Twenty one CMIP5 models have been used to predict Precipitation and temperature parameters in the future. The weighting method of observational means was used to investigate the uncertainty caused by using the studied models. Then, using the SDSM model, meteorological data are generated under three scenarios: RCP 2.6, RCP4.5 and RCP8.5 of the CanESM2 model. Model historical data from 1993 to 2005 will be used to analyze the SDSM model using NCEP re-analysis data, and data from 2006 to 2100 will be used to estimate future climate change. The SPI and RDI time series were calculated in three scales of 3, 6 and 12 months for the historical and future period. The intensity, duration and frequency of the drought, according to the run theory for the spi and RDI on scale 3, 6 and 12 months.

    Results

    According to the results of the uncertainty analysis, the CanESM2 model had the highest weight compared to other models for both temperature and precipitation variables. Analysis of trend in precipitation and temperature data by non - parametric mann - kendall test showed that temperature in scenario rcp8.5 has a significant positive trend ( increasing ) at 0.01 and precipitation has decreasing trend. The results of drought monitoring showed that in both SPI and RDI indices, the frequency of dry period’s decreases with increasing time scale, which is accompanied by an increase in the severity and duration of drought. The RDI index shows higher drought characteristics than SPI due to considering the average temperature in calculating dry periods. The greatest drought in the historical period according to the SPI index on a 12-month scale has an intensity of 38.22 and a duration of 26 months. RDI index on a 12-month scale has an intensity of 39.14 and a duration of 26 months.The study area will experience more severe and longer droughts in the future according to all three scenarios than in the historical period. The severity of droughts produced by RCP4.5 RCP2.6 and RCP8.5 scenarios based on 12-month SPI is 11%, 52% and 65%.

    Conclusion

    The results of the analysis with the SDSM model and the SPI and RDI drought indices indicated that in the future climatic conditions in the 2020-2100 period, an increase in temperature and a decrease in precipitation are probable. To wit, temperature rises by 3.798 C and precipitation decreases by 6.8%. The results also revealed that the study area will experience more severe and longer droughts in the future than in the historical period under all three RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. As the time scale of the drought index increases, the severity and duration of the drought increases. The RDI index has a high behavioral similarity to the SPI, but the RDI index is sensitive to environmental changes and provides better results.

    Keywords: Meteorological drought, RCP scenarios, SDSM Model
  • Ali Abdzad Gohari * Pages 109-123
    Background and Aim

    One of the most important factors limiting peanut production is water stress and shortage in plant growth stages. Therefore, crop simulation models can be useful for predicting yield and assessing the effect of water stress on plant growth and development. In this study, the WOFOST model was used to simulate biomass yield, seed yield and water use productivity in peanut. As the peanut modeling research has not been well-addressed in Iran, thus, the purpose of this study is to evaluate the ability of WOFOST model to simulate the yield of two peanut cultivars under irrigation conditions at different growth stages in Astaneh Ashrafiyeh region.

    Method

    This experiment was performed in the form of split plots in a randomized complete block design with three iterations. The main treatment included irrigation until the beginning of flowering time (I1), irrigation until the beginning of pod time (I2) and full irrigation (I3), and the sub-treatment included two cultivars of Jonobi peanut (C1) and Guil (C2). The WOFOST version 7.1.3 model was employed. In this model, crop growth simulation is based on carbon cycle, which models crop growth in three situations: absence of limiting factor, water limitation, and nutrient limitation.

    Results

    Model evaluation showed that the root mean square between the observed and simulated values in estimating biomass yield for Jonobi and Guil cultivars in 2017 were 0.554 and 0.501%, in 2018 were 0.872 and 0.897%, and in 2019 were 0.449 and 0.466%, respectively. The root of the mean squares between the observed and simulated values in estimating seed yield for Jonobi and Guil cultivars in 2017 were 0.052 and 0.065%, in 2018 were 0.132 and 0.131%, and in 2019 were 0.101 and 0.096%, respectively. The mean values of relative error between the observed and simulated values in 2017, 2018 and 2019 for biomass yield were 10.2, 18.1, and 7.7%, and for seed yield were 4.35, 6.4 and, -4.5%, respectively; also the efficiency coefficient index ranged from 0.442 to 0.960.

    Conclusion

    Evaluation of simulated and observed values on biomass yield and seed yield demonstrate that RMSE, RMSEn and other statistical indexes were acceptable and the WOFOST model simulated two peanut cultivars accurately in different irrigation treatments.

    Keywords: Crop modeling, Evapotranspiration, Water Stress, Water Use Productivity
  • Majid Khodabakhsh, Elham Danaee * Pages 125-136
    Background and Aim

     Aromatic geranium is an ornamental perennial plant which its essential oil is used in perfumery, cosmetics, food and pharmaceutical industries. Water scarcity is one of the most important environmental stresses limiting plants’ growth and yield, which greatly impacts the morphophysiological, biochemical and enzymatic properties of plants and limits their development and survival. Using organic osmolytes such as proline and glycine-betaine increase the capacity and speed of photosynthesis, absorb ions such as magnesium and potassium, prevent the degradation of pigment-protein compounds, maintain plant pigments, strengthen the antioxidant system, and impact in inhibiting the adverse effects of water scarcity in plants. Thus, the aim of this study is to determine the best substance and effective concentration improving the quality and aromatic geraniums flowering under water scarcity stress.

    Methods

    Aromatic geranium cuttings were kept in commercial greenhouses with a temperature of about 17 to 20 Cᵒ, 60 to 70% relative humidity and light intensity of about 50 to 60 µm/m2S in Karaj city. Feeding with Hoagland solution was done once a week and in order to measure the soil moisture, the potting system was used, and irrigation was carried out based on the soil weight change according to the determined field capacity (FC). Foliar spraying with proline and glycine betaine (0, 50 and, 100 mg/l) was applied for a month after two weeks of placing the cuttings in pots and  24 hours of being at different levels of low scarcity stress (25, 50, 75 and, 100% field capacity), sequently. After completing the treatments, sampling and evaluating of traits such as fresh and dry weight of shoots and roots, petals anthocyanin, total leaf chlorophyll, proline and activity of superoxide dismutase and peroxidase enzymes were performed. The experiment was performed in 2019 as a factorial experiment in a completely randomized statistical design with two factors of applying water scarcity stress and spraying with proline and glycine-betaine and their interaction. Then, data were analyzed using SPSS, the means were compared with Duncan's multiple domain and graphs were drawn in Excel.

    Results

    Data means comparison showed that the highest fresh and dry weight of shoots with 67.25 and 8.53 g and the highest fresh and dry weight of roots with 15.62 and 3.45 g were observed in 100% FC (control) and the lowest shoot fresh and dry weight with 44.76 and 4.45 g and the lowest fresh and dry weight of roots with 10.57 and 1.17 g, were in 25% FC treatment (without foliar application). Also, the highest and lowest petals anthocyanin with 2.8925 and 1.5775 mg/g FW and total leaf chlorophyll with 15.3735 and 11.1632 mg/g FW were in 100% FC (control) and 25% FC treatment (without foliar application). The highest and lowest proline levels were 3.84 and 1.67 mg/g of FW in 25% FC treatment (without foliar application) and 75% FC treatment + 100 mg/l of proline. The highest activity of superoxide dismutase and peroxidase enzymes with 2.97 and 16.52 UE/g of FW in 75% FC + glycine-betaine 100 mg/l treatment and the lowest with 1.12 and 12.93 UE/g FW in 25% FC treatment (without foliar application), was obtained.

    Conclusion

    The results demonstrate that the fresh and dry weight of shoots and roots decreased with increasing water scarcity stress, which this reduction was in 25% or more of field capacity and foliar application of plants with glycine betaine and proline inhibited the negative effects of stress at a concentration of 100 mg/l, both combinations were more visible. Petal anthocyanin and total leaf chlorophyll dropped with rising water scarcity stress and, treatment of plants with glycine betaine and proline had an effective role in ameliorating plant pigments. In addition, proline levels are increased by water scarcity stress. The highest enzyme activity was in 75% FC and with increasing water scarcity stress, enzyme activity reduced. Foliar application of plants with glycine betaine and 100 mg/l proline reduced the negative effect of water stress in 50 and 75% FC compared to 25% FC. Hence, according to the research results, the use of organic osmolytes such as glycine betaine and proline can be recommended to decrease the negative effects of water scarcity stress in ornamental plants.

    Keywords: Anthocyanin, Chlorophyll, Peroxidase, superoxide dismutase