فهرست مطالب

مجله مهندسی آبیاری و آب ایران
پیاپی 49 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/17
  • تعداد عناوین: 25
|
  • مسعود حاجی پور، مهدی بهداروندی*، احسان پارسی، محمد انصاری قوجقار صفحات 1-16
    در این تحقیق، جریان درون کانال مرکب مستطیلی، با روش عددی حجم محدود مورد مطالعه قرار گرفت که بدین منظور از نرم افزار Flow-3d استفاده شد. با مقایسه ی نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی نتیجه گرفته شد که مدل عددی بخوبی می تواند جریان درون کانال مرکب مستطیلی را شبیه سازی کند. با انجام مدل سازی های عددی شرایط مرزی مناسب، مش بندی با ابعاد مورد نظر و مدل مناسب آشفتگی برای توصیف هیدرولیک جریان درون کانال مرکب مستطیلی بدست آمد. سه مدل آشفتگی دو معادله ای K-ε، RNG K-ε و K-ω و یک مدل آشفتگی گردابه های بزرگ LES مورد استفاده قرار گرفت. همچنین اثر پارامترهای هندسی و جریان بر میزان سرعت متوسط در کانال مرکب بررسی شد. نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان می دهد که با افزایش عرض سیلاب دشت در عمق های مختلف سرعت جریان کاهش یافته است، به طوری که در مقدار 75/0=(yf/H)، با کاهش عرض سیلاب دشت سمت راست از 71/5 به 33/13 سانتیمتر نسبت سرعت جریان در مقطع کانال اصلی به سرعت متوسط نیز 51 درصد افزایش یافته است. لازم به ذکر است که با افزایش عمق سیلاب دشت سرعت جریان کاهش یافته است. همچنین با افزایش ارتفاع دیواره کانال اصلی سرعت جریان کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: دشت سیلابی، کانال مرکب مستطیلی، کانال اصلی، نرم افزار FLOW3D
  • علیرضا خوش فطرت، رسول دانشفراز، جواد بهمنش* صفحات 17-33

    سیستم های انتقال آب متشکل از مخازن ذخیره، ایستگاه های پمپاژ و خطوط لوله می باشند. خاموشی ناگهانی ایستگاه های پمپاژ، باز کردن و بستن شیرهای کنترلی و شکستگی لوله ها، باعث ایجاد حالت گذرا در خطوط انتقال می شود. معادلات اصلی جریان گذرا شامل مومنتوم و پیوستگی با استفاده از روش مشخصه ها و با لحاظ شرایط مرزی بوسیله نرم افزارهای مهندسی تحلیل می شوند. در پژوهش حاضر، افت اصطکاکی حالت گذرا با چهار روش پایدار، شبه پایدار، ناپایدار و ناپایدار ویتکوفسکی با نرم افزار بنتلی همر محاسبه شده و مورد مقایسه قرار گرفت. در سیستم انتقال آب شهر پیرانشهر در محل ایستگاه پمپاژ و در شرایط بحرانی قطع جریان برق، با فشارسنج حساس و سریع، فشارسنجی شد. داده های ثبت شده با خروجی نرم افزار بنتلی همر و با استفاده از روش های آماری مقایسه گردید. نتایج شبیه سازی و داده های واقعی حاکی از انطباق پریودهای زمانی است. در حالت محاسبه افت به روش ناپایدار ویتکوفسکی، خطای متوسط مطلق مقادیر فشار در زمان های اولیه برابر 13/5 متر آب و در محدوده زمانی داده برداری 45/5 متر آب بدست آمد. برای مقادیر حداکثر فشار، بیشترین اختلاف مربوط به روش محاسبه ناپایدار(62/14- متر آب) و کمترین اختلاف مربوط به دو روش محاسبه پایدار و شبه پایدار(به ترتیب 58/4- و 56/4- متر آب) بود. بیشترین اختلاف مقادیرحداقل فشار برای روش پایدار بوده (55/5- متر آب) و کمترین آن برای روش ناپایدار(52/1- متر آب) بدست آمد. افزایش و کاهش سرعت موج بر فشار های حداکثر اثر مستقیم و بر فشارهای حداقل اثر معکوس دارد. استفاده از روش ناپایدار ویتکوفسکی در تهیه مدل هیدرولیکی پیشنهاد می گردد.

    کلیدواژگان: ایستگاه پمپاژ، بنتلی همر، پیرانشهر، جریان غیرماندگار، خطوط انتقال
  • سهراب کریمی، حجت کرمی*، خسرو حسینی، سعید فرزین صفحات 34-50

    از جمله روش های کاهش خسارت سیل و کاهش سرعت جریان در نزدیکی ساحل، استفاده از آبشکن ها است. در این مطالعه ابتدا انتقال رسوب و آبشستگی اطراف آبشکن های سری در یک مدل آزمایشگاهی توسط نرم افزار Flow 3d شبیه سازی شده است. با توجه به نتایج از این مقایسه، می توان تطابق خوب بین نتایج مدل عددی و آزمایشگاهی را مشاهده کرد. به طوری که میزان خطای MAPE در اطراف آبشکن اول، برای نسبت های U/Ucr برابر 75/0 و 85/0 و 95/0 به ترتیب برابر با 9 درصد و 79/13 درصد و 10/14 درصد می باشد (Ucr سرعت بحرانی). سپس در بالادست کانال از دو آبشکن محافظ با طول های (10 و 20 سانتی متر)استفاده شده و اثرات این دو آبشکن بر روی آبشستگی اطراف آبشکن های اصلی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که با افزایش U/Ucr، حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن ها افزایش می یابد، به طوری که با افزایش 26 درصدی U/Ucr (از 75/0به 95/0)، افزایش حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن های اول، دوم و سوم به ترتیب برابر 51، 400 و 116 درصد، می شود. هنگامی که زوج آبشکن محافظ با طول های متفاوت به صورت همزمان به کار می روند، باعث کاهش شدید شدت برخورد جریان به دیواره و دماغه ی آبشکن اصلی اول می شوند به همین دلیل ابعاد حفره ی آبشستگی در اطراف آبشکن های اصلی کاهش یافته است بعلاوه حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن های اصلی اول و دوم و سوم به ترتیب میزان 78، 42 و 79 درصد کاهش پیدا کرده اند (U/Ucr برابر با 85).

    کلیدواژگان: آبشستگی، آبشکن های سری، آبشکن های محافظ، مدل عددی
  • حمید رفیعی، جلال بازرگان*، علی باباخانی صفحات 51-65
    در این تحقیق با استفاده از نرم افزار Flow-3D به شبیه سازی عددی رفتار جریان در شوت های مانع دار پرداخته شده است. به همین منظور ابتدا با بهره گیری از اطلاعات مدل آزمایشگاهی و پس از تعریف شرایط مرزی لازم، صحت سنجی محاسبات عددی مذکور انجام پذیرفت. سپس تاثیر فاصله بین ردیف های موانع در دو حالت فواصل یکنواخت و غیریکنواخت بر میزان استهلاک انرژی در شوت با طول ثابت مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان می دهد افزایش دو برابری فواصل ردیف های موانع در حالت فواصل یکنواخت بین ردیف ها، کاهش نسبتا کم (حدود 5/17 درصد) میزان استهلاک انرژی را در پی دارد با این وجود افزایش فواصل ردیف ها منجر به بهبود عملکرد هر کدام از ردیف ها می گردد. در بررسی دیگر نتایج نشان داد چنانچه فاصله ی ردیف ها در طول شوت غیریکنواخت باشد و در راستای طولی شوت بطور تصاعدی افزایش یابد، با وجود کاهش تعداد ردیف موانع در طول کل شوت همچنان استهلاک انرژی نسبت به مدل متناظر با فواصل یکنواخت ردیف ها افزایش خواهد یافت. علاوه بر بررسی اثر فواصل موانع در راستای طولی شوت، تاثیر تعداد موانع در هر ردیف (در راستای عرضی شوت) بر میزان استهلاک انرژی نیز مورد بررسی قرار گرفت در این بررسی درصد انسداد ثابت در نظر گرفته شد بنابراین افزایش تعداد بلوک های هر ردیف با کاهش عرض هر بلوک همراه است. نتایج این بررسی نشان داد که افزایش تعداد موانع در عرض شوت، تاثیر چندانی (تغییرات کمتر از 2درصد) بر میزان استهلاک انرژی ندارد.
    کلیدواژگان: استهلاک انرژی، آرایش هندسی، شوت های مانع دار، فواصل بلوک ها، Flow-3D
  • مهنا فرجی، الهام درویشی* صفحات 66-89
    پیش بینی فشار در اثر پدیده ضربه قوچ در طراحی خط انتقال و تجهیزات مقابله با ضربه قوچ از اهمیت زیادی برخوردار است. روش های عددی مختلفی برای حل معادلات ضربه قوچ به کار می رود. در این پژوهش روش طیفی چبیشف و روش ویسکوزیته فوق طیفی چبیشف برای حل این معادلات در حالت بسته شدن ناگهانی و آهسته شیر با ضریب زبری ماندگار، شبه ماندگار و غیرماندگار به کار رفته است و با داده های آزمایشگاهی مقایسه شد. در تمام حالات نتایج روش طیفی چبیشف با ضریب زبری غیرماندگار نسبت به شبه ماندگار و ماندگار به داده های آزمایشگاهی بسیار نزدیکتر است. در حالت بسته شدن سریع شیر هر دو روش طیفی با ضریب زبری غیرماندگار دارای خطای 4 درصد در پیش بینی فشار و نتایج هر دو روش برهم منطبق هستند. روش های طیفی فشار کمتر از داده های آزمایشگاهی را محاسبه می کند. در این حالت نتایج روش تفاضل محدود نیز دارای خطای حدود 4 درصد و فشار را بیشتر از فشار واقعی محاسبه می کند. اما در حالت بسته شدن آهسته شیر با ضریب زبری غیرماندگار، تمام روش ها در محاسبه فشار دارای حداکثر خطای 7 درصد در انتهای لوله و 1/2 درصد در وسط لوله هستند و مقادیر فشار حداکثر 0224/0 ثانیه دیرتر از زمان واقعی پیش بینی می شود. روش طیفی چبیشف با تعداد گره و زمان محاسبات کمتر نسبت به روش های عددی روشی کارآمد در حل معادلات ضربه قوچ است.
    کلیدواژگان: ویسکوزیته فوق طیفی، روش طیفی، ضربه قوچ، ضریب زبری غیرماندگار، روش تفاضل محدود
  • زینب حمید، امیر سلطانی محمدی*، محسن احمدی صفحات 90-107
    استفاده از کود نیتراته به منظور افزایش عملکرد گیاهان روشی است که توسط بسیاری از کشاورزان مورد استفاده قرار می گیرد. پس از ورود این یون به خاک، به نیترات تبدیل شده و به سهولت آبشویی می گردد. استفاده از زیولیت یکی از روش های جلوگیری از آبشویی نیترات است که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با این وجود تعیین مقدار کود نیتراته مناسب در زمان استفاده از زیولیت بسیار حایز اهمیت است. انجام آزمایش به صورت کلاسیک و با در نظر گرفتن اثر همه عوامل (طرح فاکتوریل) سبب صرف وقت و هزینه در انجام آزمایش ها می شود. به همین دلیل می بایست روش های تحقیقاتی قدیمی با روش های ساده و استاندارد مانند تاگوچی و طرح مربع مرکزی جایگزین شوند. بدین منظور این تحقیق در قالب طرح کاملا تصادفی و به صورت فاکتوریل با تیمارهای مقدار زیولیت (در سطوح صفر، 2 و 6 درصد وزنی) و سطوح کاربرد نیترات (برابر با صفر، 200 و 400 میلی گرم در هر کیلوگرم خاک) با سه تکرار انجام شد. دو روش تاگوچی و طرح مربع مرکزی نیز به ترتیب با 9 و 13 آزمایش در کنار روش فاکتوریل کامل در نظر گرفته شدند. نتایج روش فاکتوریل کامل نشان داد که مقدار زیولیت بر آبشویی نیترات اثر معنی داری داشت؛ گرچه کود نیترات اثری بر آبشویی نیترات نداشت. از نظر مدل تاگوچی، هر دو عامل زیولیت و مقدار کود نیترات بر آبشویی نیترات از خاک تاثیرگذار بودند. براساس اولویت گذاری اثرگذاری در روش طرح مربع مرکزی، مشاهده شد که زیولیت مهم ترین عامل کاهش آبشویی نیترات بود. براساس نتایج سه روش مورد استفاده، کاربرد 2 درصد زیولیت شروع اثرگذاری زیولیت بر آبشویی نیترات بود. بنابراین می توان انتظار داشت که در مقادیر بین 2 تا 6 درصد زیولیت، کاهش معنی داری در کاهش آبشویی نیترات رخ دهد.
    کلیدواژگان: زئولیت، طرح های آماری، نگهداشت، نیترات
  • محمد نوید فرح زا، بیژن نظری* صفحات 108-123

    در حال حاضر استفاده پایدار از منابع آب، چالش قرن به ویژه در کشورهای خشک و نیمه خشک است. استفاده صحیح از سامانه های آبیاری تحت فشار موجب افزایش بهره وری در گیاهان می شود. این پژوهش به منظور ارزیابی نیازهای آموزشی کشاورزان دارای سامانه آبیاری تحت فشار با رویکرد سازگاری با کم آبی در استان قزوین انجام شد. برای نیازسنجی آموزشی کشاورزان از الگوی سه بعدی کافمن، کوریگان و جانسون و روش دلفی استفاده شد. یافته های این پژوهش نشان داد آگاهی و مهارت کشاورزان از نظر "کشاورزان"، "صاحب نظران" و "آموزشگران" برای زارعین به ترتیب 26/1±10/3، 76/0±25/2 و 81/0±23/2 و برای باغداران به ترتیب 1/1±69/3، 75/0±31/2 و 87/0±45/2 (از امتیاز کل5) است. آگاهی و مهارت کشاورزان در اکثر نیازهای آموزشی به ویژه از دیدگاه صاحب نظران و آموزشگران کمتر از مقدار متوسط (امتیاز 3) است. پر اهمیت ترین نیازهای آموزشی بر اساس سه دیدگاه فوق به ترتیب مربوط به گویه های «تعیین زمان آبیاری با ابزارها و فناوری های جدید»، «نحوه آبیاری خاص هر نوع محصول» و «تطبیق مدیریت مزرعه با نوع سامانه آبیاری» برای زارعین و «کاهش تلفات آب در استخرهای آبیاری»، «نحوه آبیاری خاص هر نوع محصول» و «نحوه بهره برداری از سامانه های آبیاری تحت فشار» برای باغداران بود. نتایج این پژوهش اولویت های تعریف سرفصل ها و دوره های آموزشی برای کشاورزان دارای سامانه آبیاری تحت فشار را نشان داد. همچنین یافته های این پژوهش نشان داد که کشاورزان به اهمیت و ضرورت آموزش آگاهی دارند و برای آموزش اثربخش باید پژوهش های آینده بر روی شناسایی شیوه های آموزشی متناسب با شرایط اقلیمی، فرهنگی و اجتماعی تمرکز یابد.

    کلیدواژگان: آموزش، الگوی سه بعدی، باغداران، زارعین، نیازسنجی آموزشی
  • سوگند عرب، جواد مظفری*، محمدجواد نحوی نیا صفحات 124-140

    توزیع رطوبت در خاک تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله دبی و نوع سیستم های آبیاری می باشد. در این پژوهش سعی براین است که توزیع افقی و عمودی رطوبت، توزیع مجدد رطوبت در خاک و مساحت خیس شده در پایان آبیاری در دو سیستم آبیاری قطره ای سطحی و زیرسطحی مقایسه گردد. بدین منظور آزمایشی در قالب یک مدل فیزیکی شیشه با ابعاد 1 ×5/0×20/1 متر، دو عمق نصب (0 و 30 سانتی متری) و سه دبی(2=Q1، 4= Q2و 8=Q3 لیتر بر ساعت) به صورت فاکتوریل و در قالب طرح پایه کاملا تصادفی در طی شش ساعت آبیاری برای بافت خاک شنی انجام گردید. توزیع مجدد رطوبت آبیاری پس از 68 ساعت، بررسی شد. نتایج نشان داد در سیستم قطره ای زیرسطحی با دو برابر و چهار برابر شدن دبی، مساحت خیس شده به ترتیب به سه و پنج برابر افزایش یافته ولی درسیستم سطحی به ترتیب به دو و چهار برابر تغییر یافته است. همچنین تغییرات توزیع مجدد رطوبت در سیستم قطره ای زیرسطحی بیشتر از سطحی بوده است، زیرا در سیستم قطره ای سطحی آب به صورت آزادانه تری در خاک حرکت می کند و بیشترین تغییرات در جبهه رطوبتی در آن، پیش از توزیع مجدد انجام شده است. در نظرگیری تغییرات مجدد الگوی رطوبتی برای طراحی سیستم های آبیاری بسیار حایز اهمیت است چراکه باعث مدیریت بهتر توزیع رطوبت و جلوگیری از تلفات عمقی ناشی از آن می گردد.

    کلیدواژگان: مساحت خیس شده، توزیع مجدد رطوبت، توزیع افقی، توزیع عمودی
  • سعید ناصری، بهمن فرهادی بانسوله*، آرش آذری صفحات 141-160

    دمای سطحی متغیر مهمی است که در انرژی سطح زمین و بیلان آب دخیل است و یک مولفه کلیدی در بسیاری از جنبه های تحقیقات محیطی است. دمای سطحی معمولا بر اساس باندهای حرارتی محاسبه می شود. باندهای حرارتی ماهواره لندست 8 جدیدترین باندهای حرارتی مادون قرمز هستند که شامل دو باند حرارتی مجاور با تفکیک مکانی 30 متری هستند. روش های مختلفی جهت محاسبه دمای سطحی وجود دارد. این روش ها سه گروه هستند: روش هایی که فقط به داده های ماهواره ای نیاز دارند، روش هایی که به داده های ماهواره ای و شاخص سطح برگ (LAI) نیاز دارند و روش هایی که به داده های ماهواره ای و داده های هواشناسی نیاز دارند. در این تحقیق مقدار دمای سطحی به وسیله روش های معکوس تابع پلانک، الگوریتم سبال، الگوریتم آماری تک پنجره، الگوریتم شکاف پنجره، الگوریتم تک پنجره، معادله انتقال تابشی، الگوریتم شکاف پنجره سابرینو، الگوریتم سازمانی سازمان ملی اقیانوسی و جوی مشترک با اداره ماهواره ای قطبی و الگوریتم تک کاناله تخمین زده شد. سپس نتایج با دمای سطحی اندازه گیری شده در سطح ناحیه عمرانی LPT2 شبکه آبیاری سلیمانشاه در طول فصل رشد آفتابگردان آجیلی در سال 1399 بر اساس دو معیار   و RMSE مقایسه شد. نتایج نشان داد که روش هایی که به داده های هواشناسی وابسته نیستند، از قبیل روش های معکوس تابع پلانک (PIF)، الگوریتم سبال (SEBAL)، الگوریتم آماری تک پنجره (SMW)، الگوریتم شکاف پنجره (SWA) و الگوریتم تک پنجره (MWA) به ترتیب از دقت بالایی برخوردارند.  از بین آن ها روش معکوس تابع پلانک با مقادیر   و RMSE به ترتیب برابر 0.6 و 4.2 درجه سانتیگراد بالاترین دقت را دارد. روش های الگوریتم شکاف پنجره سابرینو (SSWA)، الگوریتم سازمانی سازمان ملی اقیانوسی و جوی مشترک با اداره ماهواره ای قطبی (JPSS-NOAA) و الگوریتم تک کاناله (SCA) به ترتیب از دقت پایینی برخوردارند.

    کلیدواژگان: دمای سطحی، الگوریتم سبال، روش معکوس تابع پلانک، لندست 8، شاخص سطح برگ
  • ساناز شکری، منا گلابی*، عبدالرحیم هوشمند، ناصر عالم زاده انصاری، دن استرو صفحات 161-175

    به منظور بررسی تاثیر روش های کم آبیاری بر خیار کشت شده تحت شرایط گلخانه ای آزمایشی در قالب طرح بلوک کاملا تصادفی با سه سطح آبیاری 100، 85 و 75 درصد نیازآبی در 2 فصل کشت طی سال های 1397 و 1398 انجام گرفت. عملکرد و شاخص های کمی و کیفی عملکرد در طول آزمایش اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که در کشت اول در تیمارهای 85 و 75 درصد نیاز آبی به ترتیب میزان بهره وری مصرفی آب نسبت به تیمار شاهد به میزان 12/6 و 73/15 درصد کاهش یافته است. همچنین در کشت دوم در تیمارهای 85 و 75 درصد نیاز آبی میزان بهره وری مصرفی آب نسبت به تیمار شاهد به میزان 4/3 و 6/12 درصد کاهش یافته است تجزیه و تحلیل داده های مربوط به عملکرد و شاخص های عملکرد و شاخص های رشد گیاه نشان داد که با کاهش میزان مصرف آب بهره وری مصرف آب و عملکرد به طور معنی داری کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: خیار، عملکرد، بهره وری مصرف آب، کم آبیاری
  • حمیدرضا سالمی، علی قدمی فیروزآبادی*، مهدی اکبری صفحات 176-190

    آبیاری سطحی بیشترین سطح آبیاری کل کشور را به خود اختصاص می دهد. بنابراین ارزیابی و مطالعه این سامانه آبیاری به منظور بررسی و ارتقای راندمان آبیاری ضروری است. یکی از نرم افزارهای موجود برای طراحی و ارزیابی روش های آبیاری سطحی مدلSIRMOD  است. در این تحقیق مدل های موجود در بسته SIRMOD مورد ارزیابی قرار گرفت بدین منظور، از 3 سری داده مزرعه ای ایستگاه های تحقیقاتی کبوترآباد (اصفهان)، هاشم آباد (مازندران) و زرقان (فارس) به ترتیب با بافت لوم رسی سیلتی، لوم رسی سیلتی و رس سیلتی استفاده شد. ابتدا طول شیار با استفاده از سه روش طراحی فایو، حفاظت خاک آمریکا و واکر - اسکوگربو در مناطق مذکور بررسی و طول مناسب در این مناطق به ترتیب 120، 200 و 100 متر تعیین شد. نتایج بررسی شاخص های آماری نظیر NRMSE، ME  و R2 بین مقادیر اندازه گیری شده و شبیه سازی شده توسط مدل های موجود درSIRMOD  حاکی از دقت بالای این مدل ها در پیش بینی پیشروی و پسروی آب در جویچه بود. همچنین نتایج نشان داد که مدل هیدرودینامیک نسبت به دو مدل اینرسی صفر و موج سینماتیک در پیش بینی زمان های پیشروی و پسروی دارای دقت بالاتری است. براساس نتایج این پژوهش، بیشترین خطای این مدل ها مربوط به تخمین میزان رواناب به میزان 5 درصد و کمترین آن مربوط به مقدار نفوذ به میزان 7/2 درصد تعیین شد. بنابراین مدل های موجود در بسته ی SIRMOD میزان نفوذ تجمعی در خاک را با دقت بالاتری نسبت به میزان رواناب برآورد می کنند. نتایج  کلی این تحقیق نشان داد که  نرم افزارSIRMOD  در شرایط آبیاری جویچه ای از کارآیی مناسبی برخوردار است و استفاده این ابزار قدرتمند توصیه می شود.

    کلیدواژگان: آبیاری سطحی، رواناب، زمان پسروی، زمان پیشروی، نفوذ
  • جواد ظهیری*، احمد جعفری صفحات 191-205
    دریچه های تنظیم سطح آب و کنترل دبی از مهمترین بخش های هر شبکه آبیاری به حساب می آیند که اغلب پس از بهره برداری دچار مشکل شده و تنظیم دقیق میزان دبی عبوری از طریق این دریچه ها تقریبا غیرممکن می گردد. مکانیزه کردن دریچه های سیستم های آبیاری سطحی تا حد زیادی می تواند باعث صرفه جویی در میزان آب مصرفی و افزایش راندمان گردد. بر همین اساس در این طرح سعی گردید با استفاده از تکنولوژی های نوین، دریچه ای طراحی و ساخته شود که با توجه به میزان دبی تعریف شده و سطح آب بالادست بتواند به صورت هوشمند عمل کرده و دبی مورد نظر را از خود عبور دهد. برای آب بندی دریچه از لاستیک های آب بند حبابی شکل استفاده گردید تا میزان هدررفت آب به کمترین مقدار خود برسد. قطعات مورد استفاده جهت مکانیزه کردن دریچه شامل: موتور، انکودر، سنسور التراسونیک، اینورتر و PLC می باشند. تمامی محاسبات مربوط به میزان بازشدگی دریچه توسط PLC انجام می گیرد و پس از آن دستورات لازم به الکتروموتور منتقل می شود. انکودر به موتور متصل بوده و با توجه به محاسبات صورت گرفته تعداد دورهای موتور را برای میزان بازشدگی مشخص کنترل می کند. جهت کنترل سیستم حرکتی دریچه از محیط TIA Portal استفاده گردید. برنامه نوشته شده در محیط TIA Portal کلیه تنظیمات مربوط به میزان  دبی عبوری، میزان بازشدگی دریچه و حساسیت سنسور التراسونیک و دریچه را شامل می شود. برنامه به گونه ای نوشته شده است که بتواند انعطفاف پذیری دریچه در شرایط واقعی را تامین نماید. جهت بررسی میزان دقت دریچه، از مدل آزمایشگاهی استفاده گردید. با توجه به آزمایشات صورت گرفته، رابطه به دست آمده جهت میزان بازشدگی دریچه کالیبره گردید. ضریب تعیین و ریشه میانگین مربعات خطا برای معادله اصلاح شده به ترتیب برابر با 97/0 و 66/0 محاسبه گردید که نشان دهنده عملکرد مناسب دریچه خودکار ساخته شده بر اساس رابطه اصلاح شده می باشد.
    کلیدواژگان: شبکه آبیاری، راندمان، PLC، محیط TIA Portal
  • سید حسن میرهاشمی، رحیمه دهقانی دشتابی، پرویز حقیقت جو*، میلاد جهانی صفحات 206-218

    از شاخص های مهم در تعیین کارایی استفاده از آب به منظور تولید محصولات کشاورزی، شاخص کارایی مصرف آب می باشد. این تحقیق با هدف تعیین کارایی مصرف آب محصول پسته در شهرستان سیرجان واقع در جنوب غربی استان کرمان در سال 1394 انجام شد. برای مقایسه دو روش آبیاری بابلر و زیر سطحی، تعداد 27 باغ پسته با سطح 1373 هکتار به منظور تعیین کارایی مصرف آب انتخاب شدند، که از این تعداد 4 باغ مجهز به سامانه بابلر و بقیه مجهز به سامانه زیر سطحی بودند. در تحقیق حاضر دبی قطره چکان ها، مدت زمان آبیاری، مساحت هر قطعه آبیاری و عملکرد محصول مورد بررسی قرار گرفتند. با اندازه گیری حجم آب آبیاری بعد از هر نوبت آبیاری و مقدار آب هدر رفته در طول مسیر، میزان متوسط حجم ناخالص آب آبیاری کاربردی محاسبه گردید. پس از برداشت محصول میزان متوسط عملکرد محصول پسته در هر هکتار محاسبه شد. نتایج این تحقیق نشان داد روش آبیاری قطره ای زیر سطحی در مقایسه با روش آبیاری بابلر علاوه بر افزایش معنی دار کارایی مصرف آب، سبب افزایش عملکرد محصول سبب افزایش به میزان34 درصد گردید. لذا با توجه نتایج و همچنین شرایط کم آبی موجود در شهرستان سیرجان استفاده از شیوه آبیاری زیرسطحی نسبت به آبیاری بابلر در آبیاری باغات پسته مناسب تر می باشد.

    کلیدواژگان: قطره چکان بابلر، قطره ای زیر سطحی، ارزش اقتصادی، پسته، حجم آب
  • علی اکبر رضایی استخروئیه، نوید جلال کمالی*، مهدی مومنی رق آبادی صفحات 219-244
    در چند دهه اخیر الگوریتم های فراابتکاری نقش موثری در مسایل مختلف مهندسی از جمله بهره برداری بهینه از مخازن داشته اند. به دلیل پیچیدگی مسایل مدیریت منابع آب و در نتیجه نیاز روزافزون به توسعه و رواج روش های مزبور، در پژوهش حاضر اقدام به مدل سازی بهره برداری بهینه از سیستم چند مخزنی با استفاده از روش جدید الگوریتم جستجوی موجودات همزیست مبتنی بر برازش- فاصله- توازن (FDB-SOS) گردید. برای این منظور سامانه آبی متشکل از سدهای بافت، صفارود و جیرفت واقع در حوضه آبریز هلیل رود، حدفاصل طول های جغرافیایی 51-°56 تا  30-°61 درجه شرقی و عرض جغرافیایی  18-°26 تا  30-°29 درجه شمالی، به منظور تخصیص بهینه برای تامین نیاز آبی سه منطقه، با اولویت تامین نیاز آبی شرب، زیست محیطی، کشاورزی و صنعت در نظر گرفته شده است. به منظور بررسی کارایی الگوریتم جدید FDB-SOS، سیاست های بهره برداری از سامانه مزبور در دوره زمانی 223 ماهه (دوره 1398-1379) علاوه بر الگوریتم FDB-SOS، با الگوریتم های شناخته شده جستجوی هارمونی HS و رقابت استعماری ICA، مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که سیاست بهره برداری حاصل از الگوریتم جدید FDB-SOS با تامین 23/87، 34/74 و 03/96 درصد از نیازهای پایین دست سدهای بافت، صفارود و جیرفت، در مقایسه با سیاست های حاصله از اعمال الگوریتم های HS و ICA از برتری برخوردار می باشد.
    کلیدواژگان: الگوریتم FDB-SOS، بهره برداری بهینه، حوضه آبریز هلیل رود، الگوریتم های فراابتکاری
  • محمدرضا اتحادی، سید آرمان هاشمی منفرد*، عباس رضاپور، علی محتشمی صفحات 245-266

    اغلب مناطق ایران دارای آب و هوای خشک و نیمه خشک است. از این رو در بیشتر نواحی آن کویرها یا پلایاهای متعددی شکل گرفته اند. در این تحقیق با استفاده از مدل عددی سوترا (SUTRA) نحوه بازگشت آب شور در اثر افزایش سطح ایستابی آبخوان مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی رفتار گوه آب شور در شرایط گذرا، علاوه بر آنالیز شاخص طول پنجه گوه که در اغلب تحقیقات آزمایشگاهی و عددی قبلی مورد استفاده قرار گرفته است، تغییرات شاخص ارتفاع گوه نسبت به زمان اندازه گیری شد. نتایج نشان دادند که الف) در هنگام پیشروی گوه، شاخص ارتفاع گوه به مراتب زودتر از شاخص طول پنجه گوه به شرایط دایمی میرسد، این در حالی است که در هنگام بازگشت گوه، هر دو شاخص بطور هم زمان به وضعیت پایدار میرسند. ب) بر خلاف طول پنجه گوه که در وضعیت برگشت زودتر از وضعیت پیشروی به شرایط دایمی می رسد، شاخص ارتفاع گوه در هر دو وضعیت پیشروی و بازگشت تقریبا مدت زمان یکسانی را برای رسیدن به شرایط دایمی طی میکند. همچنین نتایج برای ناحیه اختلاط نشان داد که در اثر فرایندهای شستشو و اختلاط، ناحیه اختلاط در اوایل مرحله بازگشت گوه گسترش مییابد و با نزدیک شدن گوه به شرایط دایمی، فرایند شستشو متوقف شده و ناحیه اختلاط کمکم منقبض می گردد.

    کلیدواژگان: آبخوان های مجاور کویر، بازگشت آب شور، سطح مشترک آب شور و شیرین، ناحیه اختلاط، مدل عددیSUTRA
  • زهرا باعزم، ابوالفضل اکبرپور* صفحات 267-285
    مدیریت منابع آب زیرزمینی جهت تامین نیاز آبی بشر و کاهش افت سطح آب زیرزمینی ناشی از برداشت بی رویه، یکی از مسایل مهم کشور است. لذا در این مطالعه جهت مدیریت بهره برداری از آبخوان از مدل شبیه ساز-بهینه ساز (FEM-IPO) استفاده شد. مدل ریاضی جریان آب زیرزمینی آبخوان با استفاده از شبیه سازی عددی اجزای محدود صورت گرفت. با اهداف یافتن بهینه ی مکان چاه ها و کاهش سطح افت، مدل بهینه آبخوان با استفاده از الگوریتم سطوح شیبدار تهیه شد. نتایج نشان می دهد مناطق غربی و شمال غربی دشت پتانسیل بیش تری جهت حفر چاه های پمپاژ دارد. همچنین در آبخوان مورد مطالعه و با توجه به نیاز آبی تعریف شده، 5 چاه که در ضلع غربی و شمال غربی قرارگرفته اند با افت حداکثر 49/28 متر بهینه ترین مدل جهت بهره برداری از آبخوان بوده است. در این مطالعه سطح آب محاسبه شده توسط مدل اجزاء محدود با سطح آب مشاهداتی مدل مقایسه شدند به طوری که خطای نسبی و خطای جذر میانگین مربعات به ترتیب 00024/0 و 224/0 بودکه نشان دهنده ی دقت بالای مدل است. همچنین با توجه به دقت بالا، کارایی و صرفه جویی زمانی در مدل سازی، مدل FEM-IPO می تواند به عنوان یک مدل جهت بهره برداری بهینه از آبخوان استفاده گردد.
    کلیدواژگان: مدل عددی، افت سطح آب زیرزمینی، الگوریتم فرا ابتکاری
  • سمیرا ترابی، عبدالله طاهری تیزرو*، روژین فصیحی صفحات 286-304

    سفره های آب زیرزمینی منبع تامین آب مورد نیاز کشور طی سال های اخیر بوده و استفاده از مدل های شبیه سازی به منظور مدیریت مناسب آبخوان ضروری می باشد. در این مطالعه تغییرات سطح ایستابی آبخوان نهاوند با مدل کامپیوتری GMS در حالت پایدار برای مهر ماه 85 و در حالت ناپایدار برای 9 سال از مهر 1385 تا مهر 1394 شبیه سازی شد. برای واسنجی مدل از داده های اندازه گیری شده چاه های پیزومتری سال های 1394 تا 1395 استفاده گردید. تخمین پارامترهای هیدرودینامیکی آبخوان با استفاده از پکیج PEST با تطابق ارتفاع سطح ایستابی اندازه گیری شده و بدست آمده از اجرای مدل انجام پذیرفت. نتایج مدل شامل شبیه سازی تغییرات سطح ایستابی آبخوان دشت نهاوند بدون و با اعمال 3 سناریوی مدیریتی کاهش میزان برداشت از چاه های بهره برداری در 10 سال آینده می باشد. نتایج نشان داد که کاهش برداشت کمتر از 10 درصد نمی تواند روند نزولی تراز آبخوان را متوقف نماید. مقدار کاهش 30 درصدی دبی بهره بردای منجر به ایجاد شرایط ثابت و کاهش بیش از آن تا مقدار 50 درصد قادر به جبران کسری مخزن در دوره ای بلند مدت است. در نهایت نقشه پهنه بندی و افت سطح آب زیرزمینی در نرم افزار GIS رسم شد. نتایج نشان داد که سطح آب زیرزمینی در نواحی مختلف دشت 5/1 تا 13 متر و به طور متوسط در کل آبخوان 7/5 متر طی دوره مطالعاتی کاهش پیدا کرده است.

    کلیدواژگان: سیستم مدل سازی آب های زیرزمینی(GMS)، افت سطح ایستابی، پهنه بندی مکانی، دشت نهاوند
  • مریم شفائی، رسول میرعباسی نجف آبادی* صفحات 305-325

    تحلیل فراوانی چند متغیره پدیده های هیدرولوژیکی، با در نظر گرفتن وابستگی بین مشخصه های اساسی این پدیده ها، منجر به تخمین دقیق تر آنها خواهد شد. با توجه به انعطاف پذیری بالایی که مفصل های درختی واین در مسایل با ابعاد بالاتر از دو ارایه داده اند، در این مطالعه از تابع مفصل دی- واین جهت تعیین تابع توزیع احتمالاتی توام چهاربعدی مشخصه های مهم رویدادهای بارش ایستگاه سریمونا واقع در کشور ایتالیا شامل بیشینه شدت بارش (M)، عمق کل بارش (R)، مدت زمان دوره مرطوب  (L) و مدت دوره خشک (D)  استفاده شده است. بدین منظور، در ابتدا با توجه به معنی داری وابستگی بین مشخصه های مهم رویدادهای بارش و همچنین با استفاده از جایگشت آنها ساختارهای منتخب درختی دی-واین حاصل گردید. پس از برازش مفصل های مختلف خانواده های ارشمیدسی و بیضوی بر جفت- مفصل های هر یک از ساختارهای درختی دی-واین، مناسب ترین خانواده های مفصل جهت برازش بر جفت- مفصل های هریک از ساختارهای دی- واین بواسطه معیارهای حداکثر لوگ درست نمایی، اطلاعات آکاییکه (AIC) و اطلاعات بیزین (BIC)  تعیین گردیدند. سپس به منظور ارزیابی دقت توابع توزیع احتمالاتی توام چهاربعدی مشخصه های مهم رویدادهای بارش، توابع مذکور با مفصل چهاربعدی تجربی مقایسه گردیدند. در نهایت ساختار دی- واین چهار بعدی M-R-D-L با توجه به میزان معیارهای ارزیابی 991/0= R2=، 031/0 ,RMSE، و 024/0= MAE، و روش گرافیکی بعنوان مناسب ترین ساختار جهت تعیین تابع توزیع توام مشخصه های مهم بارش در ایستگاه سریمونا انتخاب گردید.

    کلیدواژگان: تحلیل فراوانی چندمتغیره، جفت-مفصل، مشخصه های بارش، ساختار دی-واین، تابع مفصل
  • کاکا شاهدی*، سجاد روزبه کوشاهی صفحات 326-346
    خشکسالی کشاورزی به دلیل تاثیر شدید بر روی محصولات زراعی و تاثیر غیرمستقیم بر اشتغال و همچنین درآمد سرانه، در سراسر جهان به یک نگرانی اصلی تبدیل شده است. استفاده از روش های سنجش از دور انعکاسی، جهت ارزیابی اثرات خشکسالی، به عنوان یکی از کارآمدترین روش ها شناخته شده است. بنابراین هدف از پژوهش حاضر تحلیل خشکسالی کشاورزی استان مازندران با استفاده از شاخص های مناسب سنجش از دور و هواشناسی می باشد. ابتدا شاخص های SPI، ZSI و EDI در مقیاس های زمانی مختلف محاسبه گردید و بهترین نمایه بر اساس روش توزیع نرمال انتخاب گردید. سپس با استفاده از تصاویر سری ماهواره های لندست 5، 7 و 8، شاخص های سنجش از دور NDVI، EVI و VCI استخراج گردید و بهترین نمایه براساس بیشترین هبستگی با شاخص خشکسالی مناسب انتخاب گردید. در نهایت با استفاده از بهترین نمایه هواشناسی و سنجش از دور، خشکسالی کشاورزی استان مازندران در دو سال خیلی خشک (89) و خیلی مرطوب (92) برای فصول مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج پژوهش حاضر نشان داد که براساس روش توزیع نرمال، مجموع اختلاف از توزیع نرمال برای شاخص SPI نسبت به شاخص های دیگر کمتر می باشد. همچنین نتایج نشان داد که بالاترین همبستگی بین نمایه طیفی VCI و نمایه های هواشناسی SPI با تاخیر زمانی سه و شش ماهه می باشد. همچنین نتایج نشان داد، میانگین VCI در تمام فصول سال خیلی خشک (89) برای همه ایستگاه ها منطقه مورد مطالعه زیر 50/0 و حداکثر ایستگاه ها دارای ارزش VCI کمتر از 35/0 اما در تمام فصول سال خیلی مرطوب (92) برای اکثر ایستگاه ها بالای 50/0 می باشد.
    کلیدواژگان: خشکسالی، سری ماهواره های لندست، روش توزیع نرمال، شاخص VCI
  • هادی ثانی خانی صفحات 347-368

    تغییرات زمانی و مکانی بارش نقش اساسی در بیلان منابع آبی ایفا می کند. حوضه آبریز دریاچه ارومیه نیز به عنوان بزرگ ترین دریاچه داخلی ایران مقاصد مهمترین رودخانه های شمال غربی کشور است، به همین منظور شناسایی متغیرهای موثر در توزیع زمانی و مکانی بارش و ناحیه بندی مناطق بارشی در این منطقه ضرورت می یابد. بر این اساس در پژوهش حاضر به بررسی توزیع زمانی و مکانی بارش حوضه دریاچه ارومیه پرداخته شد. داده های مورد استفاده، مجموع فراوانی بارش فصلی و سالانه 59 ایستگاه هواشناسی و داده های مربوط به 11 الگوی پیوند از دور در سال های 1394-1370 و روش های اصلی، ویژگی های آماری (چارک اول، چارک سوم و ضریب تغییرات فصلی و سالانه)، تحلیل مولفه های اصلی، تحلیل خوشه ای سلسله مراتبی وارد، روش زمین آمار کریجینگ و همبستگی پیرسون هستند. در بررسی ویژگی های آماری مشخص شد که بیشترین ضریب تغییرات در تابستان و بیشترین مقدار عددی چارک اول و سوم در زمستان محاسبه شده است و بیشترین ضریب تغییرات در بخش های میانی، مرکزی و جنوبی، مقادیر بیشتر چارک اول در بخش های شمالی و غربی و مقادیر بالاتر چارک سوم درنیمه غربی و جنوبی مشاهده شده است. براساس نتایج تحلیل های زمانی و مکانی معین گردید بیشترین مقدار بارش در فصل بهار در نیمه غربی رخ می دهد. اجرای تحلیل مولفه های اصلی معین کرد که شش عامل اصلی حدود 95 درصد واریانس داده ها را تبیین می نماید و مهمترین مولفه های تاثیرگذار چارک اول و سوم فصول پاییز، زمستان و سالانه هستند. نتایج تحلیل خوشه ای سه گروه را در 1- نواحی میانی و جنوبی 2-غربی و جنوب غربی و 3-نیمه شمالی مشخص کرد. بررسی ارتباط بارش فصل زمستان با الگوهای پیوند از دور معین نمود که این ارتباط با الگوهای NAO، EAWR و MOI معنادار است.

    کلیدواژگان: بارش، تحلیل زمانی-مکانی، الگوهای پیوند از دور، تحلیل خوشه ای، تحلیل مولفه های اصلی
  • سمیه نقوی*، هاجر اثنی عشری، ندا بنی اسدی صفحات 369-382
    باتوجه به اهمیت کمیابی آب، هدف ازانجام این پژوهش، استفاده از مدل اقتصادسنجی برای تعیین سهم نابرابری اقتصادی، پایداری و مصرف آب (QESW) در کشورهای عضو سازمان همکاری اقتصادی می باشد. از نظر مقایسه کشورها بر اساس ضریب ارزش افزوده به تولیدناخالص داخلی و کارایی استفاده از آب در بخش های صنعت، کشاورزی و خدمات،کشور آذربایجان با بالاترین ضریب ارزش افزوده به تولیدناخالص داخلی در بخش صنعت، جزء کشورهای با ضریب بالای کارایی استفاده از آب در بخش صنعت است. همچنین، در حالی که در کشور افغانستان ضریب ارزش افزوده به تولیدناخالص داخلی در بخش کشاورزی بالا بوده، این کشور از منظر ضریب کارایی استفاده از آب در بخش کشاورزی افغانستان، جزء کشورهای با ضریب بالا بوده است. کشور آذربایجان با بالاترین ضریب ارزش افزوده به تولیدناخالص داخلی در بخش خدمات، جزء کشورهای با ضریب بالای کارایی استفاده از آب در بخش خدمات بوده است. بنابر آنچه ذکر شد،  با استفاده از تحلیل  نابرابری اقتصادی، پایداری و مصرف آب در کشورهای عضو سازمان همکاری اقتصادی، سیاستگزاران در خصوص کمیابی و بحران آب می توانند راهکارهایی جهت مدیریت بهتر منابع آب اتخاذ نمایند.
    کلیدواژگان: تحلیل QESW، کمیابی آب، رشد اقتصادی
  • زهرا غفاری مقدم*، علی سردارشهرکی، فاطمه بیدرنامنی صفحات 383-402
    با توجه به آمار و ارقام، منطقه سیستان جزو مناطق فراخشک و کم آب است و مسیله کمبود آب و خشکسالی یکی از بحران ‏هایی است که منطقه سیسان را در آینده‏ای نزدیک تهدید می کند. آب و میزان فقر به شدت به هم مرتبط هستند بنابراین یک ارزیابی قوی از تنش آبی برای شناسایی مناطق نیازمند و توسعه مداخلات مناسب برای کاهش فقر ضروری است. شاخص فقر آب (WPI) ابزاری برای ارزیابی تنش آبی با پیوند دادن تخمین های فیزیکی میزان آب در دسترس با محرک های اقتصادی-اجتماعی فقر می‏باشد. و همچنین یک ابزار جامع برای مدیریت و ارزیابی منابع آب می‏باشد. این مطالعه کاربرد شاخص فقر آب (WPI) را برای تخمین و مقایسه سطح تنش آبی در 5 شهرستان منطقه سیستان در سال 1400-1401  ارایه می کند. نتایج مطالعه نشان داد که متوسط شاخص فقر در شهرستانهای منطقه سیستان در حالت وزن یکسان 48/0 و در وزن دهی بر اساس روش AHP، 43/0 می‏باشد. شاخص فقر آبی در بین شهرستانهای سیستان از 60/0 تا 23/0 متفاوت است. شهرستان هیرمند در مقایسه با دیگر شهرستان‏ها دارای تنش آبی بیشتری است. جهت مقابله با فقر آبی در منطقه سیستان، مدیریت و استفاده بهینه از منابع آبی به ویژه در شرایط خشکسالی بسیار حایز اهیمت می‏باشد.
    کلیدواژگان: شاخص فقر آبی، AHP، منابع آب، سیستان
  • سمیرا سیستانی، محمدرضا زارع مهرجردی*، نسرین سیاری، سمیه امیرتیموری صفحات 403-420

    کشاورزی همواره به‏عنوان یک عامل مهم در پیشرفت تمدن بشری مورد توجه بوده و امروزه نیز یکی از مهم‏ترین بخش های اقتصادی و بزرگ‏ترین مصرف کننده آب در ایران و جهان است. برداشت بی‏رویه این بخش از آب‏های زیرزمینی باعث بحران کم‏آبی در اکثر مناطق ایران شده است. بنابراین منابع آب کشور نیازمند برنامه‏ریزی و مدیریت در جهت پایداری می‏باشند. یکی از راه‏ها، تعیین الگوی کشت بهینه با در نظر گرفتن کمیت و کیفیت آب می‏باشد. لذا، در این مطالعه با استفاده از تیوری بازی‏ها به تعیین الگوی کشت بهینه با در نظر گرفتن شاخص ردپا و کیفیت آب در شهرستان بردسیر پرداخته شده است. بدین منظور پنج محصول عمده زراعی این شهرستان در نظر گرفته شده و آمار و اطلاعات لازم از سازمان هوا شناسی، اداره آب منطقه‏ای و سازمان جهاد کشاورزی استان کرمان و شهرستان بردسیر برای سال های 96-1384 جمع‏آوری شده است. نتایج نشان داد گندم، جو، یونجه، سیب‏زمینی و ذرت‏علوفه‏ای به‏ترتیب بیشترین میزان رد پای آب را به خود اختصاص داده‏اند. در الگوی کشت بهینه به‏دست آمده از تیوری بازی‏ها نسبت به الگوی کشت فعلی؛ سطح زیر کشت گندم، جو و سیب‏زمینی به‏ترتیب %4، 7% و 12% کاهش و سطح زیر کشت یونجه و ذرت‏علوفه‏ای به‏ترتیب 4% و 25% افزایش می‏یابد. الگوی کشت بهینه به‏دست آمده از تیوری بازی‏ها برای این شهرستان توصیه می‏شود، زیرا در این الگو علاوه بر منافع اقتصادی به کمیت و کیفیت آب توجه شده است تا منابع آبی با بحران روبرو نشوند.

    کلیدواژگان: تئوری بازی‏ها، روش دومارتن، نمودار پایپر، نمودار شولر، نمودار ویلکاکس
  • رئوف مصطفی زاده*، خدیجه حاجی، حسن آذرم دل، اکبر قاسمی صفحات 421-439
    آگاهی از کیفیت منابع آب یکی از نیازمندی های مهم در برنامه ریزی و توسعه منابع آب و حفاظت و کنترل آن هاست. هدف پژوهش حاضر تعیین ایستگاه ها و پارامترهای فیزیکوشیمیایی مهم در برآورد تغییرات کیفیت آب سطحی در حوضه گرگانرود واقع در استان گلستان است. در این پژوهش از روش های آماری چند متغیره شامل تحلیل خوشه ای، تحلیل مولفه های اصلی و تحلیل عامل ها استفاده شده است. آمار 19 ایستگاه پایش در یک دوره زمانی 23 ساله (1397-1375) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. سپس 11 پارامتر کیفیت آب شامل سدیم، کلسیم، پتاسیم، منیزیم، سولفات، کلر، بی کربنات، pH، هدایت الکتریکی، مجموع املاح محلول و سختی کل ارزیابی شدند. در تحلیل مولفه های اصلی، مقادیر ویژه در سه مولفه اول در مجموع 47/95 درصد واریانس کل داده ها را توجیه می نماید. در مولفه اول ایستگاه های تقی آباد، شیرآباد و نوده نقش کم تری در توجیه تغییرات سالانه پارامترهای کیفیت آب حوضه گرگانرود دارند. با توجه به بهبود ضریب تبیین معادلات رگرسیونی و با حذف ایستگاه هایی با اهمیت کم تر می توان گفت که بهبود کارایی شبکه پایش با کاهش تعدادی از ایستگاه ها (از 19 به 16) و هم چنین کاهش هزینه های ثبت داده ها و افزایش ارزش اطلاعاتی آن ها امکان پذیر است. هم چنین در تحلیل عاملی 98/97 درصد واریانس جامعه توسط سه مولفه اول پارامترها به دست آمد که در میان آن ها سختی کل (989/0) و هدایت الکتریکی (987/0) دارای بیش ترین بار عاملی در مولفه اول و pH (984/0) و بی کربنات (475/0) در مولفه دوم در تغییرات کیفیت منابع آب سطحی منطقه مورد مطالعه اهمیت بیش تری دارند. بنابراین تعیین عامل های مهم و موثر در کیفیت آب می توان در اتخاذ تصمیم های بهتر و اقتصادی تر در مدیریت و طراحی شبکه های پایش کیفیت آب به مدیران کمک نمود.
    کلیدواژگان: ایستگاه های اندازه گیری، پایش کیفیت آب، تحلیل خوشه ای، تحلیل مولفه اصلی، رودخانه گرگانرود
  • حامد نوری خواجه بلاغ، سید فرهاد موسوی* صفحات 440-464
    مدیریت کمی و کیفی رواناب قسمتی از شهر کرج با کاربرد بهینه سازی روش های توسعه کم  اثر (LID) در شرایط پایه و تغییر اقلیم بررسی شده است. جهت ارزیابی اثرات تغییر اقلیم، مدل CanESM2 با دوره ی پایه (2005-1985) و دوره آتی (2040-2020) تحت سناریوهای RCP2.6 و RCP8.5 استفاده شده است. مدل سازی هیدرولیکی و هیدرولوژیک توسط نرم افزار SWMM انجام پذیرفته و با الگوریتم های چندهدفه ازدحام ذرات (MOPSO) و ژنتیک چندهدفه با مرتب سازی نامغلوب (NSGA-II)  تلفیق شده است. تعداد 37 زیرحوضه و پنج نوع LID به الگوریتم ها معرفی شده است. جهت مقایسه و ارزیابی الگوریتم ها، هشت سناریو تعریف شد. در شرایط پایه، با اعمال الگوریتم های NSGA-II و MOPSO به ترتیب 2/21 و 3/20 درصد کاهش حجم آب گرفتگی در داخل حوضه، 1/59 و 4/58 درصد کاهش غلظت مواد جامد معلق (TSS)، 6/16 و 7/12 درصد کاهش غلظت آلاینده نیتروژن کل (TN) و 7/29 و 7/28 درصد کاهش غلظت آلاینده سرب (Pb) در خروجی حوضه صورت پذیرفته است. راه حل اریه شده توسط الگوریتم ها در شرایط تغییر اقلیم، از نظر کمیت سیلاب مشابه شرایط پایه است. غلظت TSS و با شرایط سناریوی RCP2.6، به ترتیب کاهشی برابر با 5/59 و 2/55 درصد و در شرایط سناریوی RCP8.5، به ترتیب 6/59 و 8/55 درصد به دست آمد. برای TN، در شرایط سناریوی RCP2.6، این مقادیر به ترتیب 4/17 و 4/13 درصد و در سناریوی RCP8.5، به ترتیب 6/17 و 5/13 درصد کاهش داشته اند.  Pb در شرایط سناریوی RCP2.6، به ترتیب با 1/30 و 7/29 درصد و در سناریوی RCP8.5، با 9/30 و 4/30 درصد کاهش داشته است.
    کلیدواژگان: NSGA-II، MOPSO، مدیریت رواناب شهری، SWMM
|
  • Masoud Hajipour, Mehdi Behdarvandi *, Ehsan Parsi, Mohammad Ansari Ghojghar Pages 1-16
    In this study, the flow inside a rectangular composite channel was studied by finite volume numerical method, for which Flow-3d software was used. Comparing the results of the numerical model with the laboratory results, it was concluded that the numerical model can well simulate the flow inside a rectangular composite channel. Performing numerical modeling of suitable boundary conditions, a grid with the desired dimensions and a suitable turbulence model was obtained to describe the hydraulic flow inside the rectangular composite channel. Three turbulence models of the two equations K-ε, RNG K-ε and K-ω and one turbulence model of large vortices LES were used. Also, the effect of geometric parameters and flow on the average velocity in the composite channel was investigated. The results obtained from this study show that with increasing the width of the floodplain at different depths, the flow velocity has decreased, so that in the value of = 0.75 (yf / H), with decreasing the flood width of the right plain from 5.71 to 13.33 cm, the ratio of flow velocity in the section of the main channel to the average velocity has also increased by 51%. It should be noted that with increasing the depth of the floodplain, the flow velocity has decreased. Also, with increasing the height of the main channel wall, the flow velocity decreases.
    Keywords: Flood plain, FLOW3D software, main channel, rectangular composite channel
  • Alireza Khoshfetrat, Rasul Daneshfaraz, Javad Behmanesh * Pages 17-33

    Water transmission systems consist of storage reservoirs, pumping stations and pipelines. Pump station power failure, opening and closing of control valves and pipe rupture because transient conditions in pipelines. Transient flow principal equations such as momentum and continuity equations are mainly analyzed by the method of characteristics using engineering software and under boundary conditions. In this study, friction head losses were calculated by Bentley Hammer software under steady, quasi steady, unsteady and unsteady-Vitkovsky states and the results were compared. In Piranshahr water transmission system, the pressure changes were measured using a rapid and sensitive pressure indicator at the pumping station and under critical conditions of electricity power failure. Field data were compared to the Bentley Hammer output data using statistical methods. A comparison between the two, demonstrated the correspondence of time periods. Under unsteady-Vitkovsky method, the mean absolute errors were 5.13 and 5.45 mH2o for the initial stages and full period of data logging, respectively. For the maximum pressures values, the maximum difference was observed in the unsteady method (-14.62 mH2o) and the least values were associated with the steady and quasi steady method (-4.58 and -4.56m H2o respectively). As for the minimum pressures, the steady method yielded the highest (-5.55 mH2o) and the unsteady method the lowest difference (-1.52 mH2o). Increasing and decreasing the wave speed directly affected the maximum pressures while having an inverse impact on the minimum values. Based on the results of this study, the use of unsteady-Vitkovsky method in. Hydraulic modeling is recommnded

    Keywords: Bentley Hammer, Conveyance lines, Piranshahr, Pumping satation, unsteady flow Hydraulic modeling is recommnded
  • Sohrab Karimi, Hojat Karami *, Khosrow Hosseini, Saeed Farzin Pages 34-50

    Among the approaches to reduce flood damage is to reduce the flow rate near the shore by spur dikes. The study first simulated the transfer of sediment and scour around series spur dikes in an experimental model using Flow 3d software. According to the comparison results, one can observe a good match between the results of the numerical and experimental models that the error rates of MAPE around the first spur dike, for U/Ucr ratios were, 0.75, 0.85 and 0.95 and were 9%, 13.79% and 14.10%, respectively. Then two protective spur dikes with various lengths (10 and 20 cm) were used in canal upstream and the effects of the presence of these two protective spur dikes simultaneously on the scour around the main spur dike were examined. In modeling done, increase in U/Ucr depth increases the maximum spur dike depth, so that with increase in U/Ucr by 26% (from 0.75 to 0.95), the increase in the maximum depth of the first spur was 51%, in the second spur dike 4 times, and in the third spur dike 116%. When the protective spur dike couple with various lengths is used simultaneously, and then these two protective spur dikes simultaneously drastically reduce the effect of the flow intensity to the wall and nose of the main spur dike. Moreover, the maximum depth of scour around the

    Keywords: Series Spur Dikes, Scour, Numerical models, protective spur dikes
  • Hamid Rafiei, Jalal Bazargan *, Ali Babakhani Pages 51-65
    Baffled chutes are energy dissipation structures that are used in chutes and water conveyance and distribution structures. Energy dissipation in these structures occurs by the flow collision with the upstream side of the installed baffles on the chute. In the present study, the Flow-3D numerical model was used to simulate flow behavior on the baffled chutes. For this purpose, the numerical calculations were validated using the available experimental data upon introduction of the boundary conditions. Then, the effect of the distance between the baffle rows on the energy dissipation rate of the baffled chutes was studied. The results showed that for a fixed distance between the baffles according to the USBR recommendation, by increasing the distance between the baffle rows (decreased number of baffles), the flow collision to the baffles decreased and consequently, energy dissipation rate decreased. In addition, by continuous increase of the distance between the baffle rows on the chute, the energy dissipation rate on the chute increased (even with smaller number of baffles). In the present study, the effect of increasing the number of baffles on the chute width was studied by keeping a constant blockage. The results showed that by increasing the number of baffles on the chute width (for a constant blockage), the energy dissipation rate did not change significantly. However, the blockage magnitude in the chute width influenced the energy dissipation rate of the chute.
    Keywords: Energy dissipation, Baffled Chutes, Geometric Arrangement, Flow-3D
  • Mohana Faraji, Elham Darvishi * Pages 66-89
    Predicting the impact due to the Water Hammer phenomenon is very important in the design of the pipe line and Water Hammer control equipment. Different numerical methods are used to solve Water Hammer equations. In this research, Chebyshev spectral method and Chebyshev super-spectral viscosity method have been used to solve these equations in the case of sudden and slow closing of the valve with steady, quasi-steady and unsteady roughness coefficient and were compared with experimental data. In the case of rapid closing of the valve, both spectral methods with unsteady roughness coefficient have high accuracy in predicting the pressure and the results of both methods are same. However, in the case of slow closing of the valve with unsteady roughness coefficient, at the beginning of the Water Hammer, there is an error in calculating the minimum and maximum pressure, and over time, the error decreases and the pressure values are predicted later than the real time. Comparison of the results of Chebyshev super spectral viscosity method with the finite difference method shows that the spectral method has a higher accuracy in fast closing of the valve than the finite difference method. While in the case of slow closing of the valve at the beginning of the Water Hammer, the finite difference method has a higher accuracy in calculating the minimum and maximum pressure values. But over time, the results of the Chebyshev viscosity spectral method conform to the results of the finite difference method, and both methods predict pressure values later.
  • Zeynab Hamid, Amir Soltani Mohammadi *, Mohsen Ahmadee Pages 90-107
    Use of nitrate fertilizer to increase crop yield is a method used by many farmers. Once this ion enters the soil, it is converted to nitrate and easily leached. Using zeolite is one of the methods to prevent nitrate leaching has received much attention today; however, determining the exact amount of nitrate fertilizer when using zeolite is very important. Performing experiments in a classic way and taking into account the effect of all factors (factorial design) needs time and cost in performing experiments. For this reason, old research methods should be replaced by simple and standard methods such as Taguchi and central composite design. For this purpose, this study was conducted in a completely randomized as factorial design. Treatments consisted of zeolite (at three amount; zero, 2 and 6%) and nitrate application (at three levels; zero, 200 and 400 mg nitrate per kg of soil) with three replications. Taguchi and central composite designs were considered with 9 and 13 experiments, respectively. The results of complete factorial method showed that the amount of zeolite had a significant effect on nitrate leaching; however, nitrate fertilizer had no effect on nitrate leaching. According to Taguchi results, both zeolite and nitrate fertilizer were very important on nitrate leaching reduction from soil. Based on prioritizing the effect in the central composite design, it was observed that zeolite was the most important factor in reducing nitrate leaching. Based on the results, the application of 2% zeolite was the beginning of the effect of zeolite on nitrate leaching. Therefore, it can be expected that in amounts between 2 to 6% zeolite, a significant reduction in nitrate leaching occurs.
    Keywords: Zeolite, Statistical plans, maintenance, Nitrate
  • Mohammad Navid Farahza, Bijan Nazari * Pages 108-123

    Sustainable use of water resources is now the challenge of the century, especially in arid and semi-arid countries. The use of pressurized irrigation systems improves the water productivity of plants if used properly. This study was to assess the educational needs assessment of agriculturalists with pressurized irrigation system with water scarcity adaptation. The three-dimensional model of Kauffman, Corrigan, and Johnson, and the Delphi method were used for the educational needs assessment of agriculturalists. The findings showed that agriculturalists' knowledge and skills in terms of "agriculturalists", "experts" and "trainer" were 3.11±1.26, 2.26±0.76, and 2.24±0.81, respectively for farmers and 3.69±1.1, 2.31±0.75, and 2.45±0.87 (out of 5 points), respectively for horticulturists. Knowledge of agriculturalists in most educational needs, especially from the point of view of experts and trainers, is below average (score 3). The most important educational needs based on three perspectives were "determination of irrigation time with new tools and technologies", "specific irrigation mode for each crop" "adaptation of farm management with irrigation system type" for farmers, and "water loss reduction in irrigation ponds", "specific irrigation mode for each crop" and "how to operate pressurized irrigation systems" for horticulturists. The results of this study showed the priorities of defining the headings and training courses for agriculturalists with a pressurized irrigation system. The findings also showed that agriculturalists are aware of the importance and necessity of education and that for effective education future research should focus on identifying educational practices appropriate to the climate, cultural, and social conditions.

    Keywords: 3D model, Education, Educational needs assessment, farmers, Horticulturists
  • Sogand Arab, Javad Mozaffari *, MohammadJavad Nahvinia Pages 124-140

    Soil moisture distribution is affected by various factors such as discharge and the type of irrigation systems. In this study, it is tried to compare the horizontal and vertical distribution of moisture, redistribution of moisture in the soil and the wetting area at the end of irrigation in two surface and subsurface drip irrigation systems. For this purpose, an experiment in the form of a glass physical model with dimensions of 1 × 0.5×1.20 m, two installation depths (0 and 30 cm) and three discharges (Q1=2, Q2=4 and Q3=8 liters/hour) for sandy soil texture was performed during six hours of irrigation as factorial and in a completely randomized design. Irrigation moisture redistribution was investigated after 68 hr. The results showed that in the subsurface drip system with doubling and quadrupling the discharge, the wetting area increased to three and five times, but in the surface system it changed to two and four times, respectively. Also, changes in moisture redistribution in the subsurface drip system have been more than the surface drip system, because in the surface drip system, water moves more freely in the soil and most changes in the moisture front were made before redistribution. Considering the moisture redistribution is very important for the design of irrigation systems because it leads to better management of moisture distribution and prevention of deep losses.

    Keywords: Wet Area, moisture redistribution, Horizontal distribution, vertical distribution
  • Saeid Naseri, Bahman Farhadi Bansouleh *, Arash Azari Pages 141-160

    Land surface temperature is a significant variable involved in land surface energy and water balance and is a substantial component in many aspects of environmental research. The land surface temperature is usually calculated based on thermal bands. Landsat 8 satellite thermal bands are the newest infrared thermal bands, included two adjacent thermal bands with a spatial separation of 30 meters. There are several methods for calculating land surface temperature. These methods are of three groups: Methods that only need satellite data, methods that require satellite data and leaf area index (LAI), and Methods that require satellite data and meteorological data. In this study, the land surface temperature simulated by the Planck Inverse Function, SEBAL algorithm, Statistical Mono-Window algorithm, Split Window Algorithm, Mono-Window Algorithm, Radiation Transfer Equation, Sabrino Split Window Algorithm, National Oceanic and Atmospheric Administration Joint Polar Satellite System, And the Single-Channel Algorithm and compared with the surface temperature measured in the LPT2 construction area of ​​Soleimanshah irrigation network during the growing season of nut sunflower in 2020 based on two criteria of R 2 and RMSE. The results showed the Planck Inverse Function, SEBAL algorithm Statistical Mono-Window algorithm, Split Window algorithm, and Mono Window algorithm respectively have high accuracy (Those approaches are not dependent on meteorological data). Among them, the Planck Inverse Function with values of R2 and RMSE of 0.6 and 4.2 ° C, respectively has the highest accuracy. The Sabrino Split Window algorithm, National Oceanic and Atmospheric Administration Joint Polar Satellite System, and the Single-Channel algorithm, respectively have low accuracy.

    Keywords: surface temperature, SEBAL Algorithm, Planck's inversion function method, Landsat 8, Leaf area index
  • Sanaz Shokri, Mona Golabi *, Abdolrahim Hooshmand, Naser Almzade Ansari, Dan Struve Pages 161-175

    In order to investigate the effect of irrigation deficit on cucumbers grown in greenhouse conditions, an experiment was conducted in a completely randomized block design with three irrigation levels of 100, 85 and 75% water requirement in two growing seasons during the years 2018 and 2019.Performance and quantitative and qualitative performance indicators were measured during the experiment. The results showed that in the first crop of treatments of 85 and 75 percent of water requirement, the amount of water consumption productivity decreased by 6.12 and 15.73 percent compared to the control treatment, respectively. Also in the second crop, the amount of water consumption in treatments of 85 and 75% of water requirement compared to the control treatment has decreased by 3.4 and 12.6%. Analysis of data related yield indices and plant growth indices showed that with decreasing water consumption, water productivity and performance are significantly reduced.

    Keywords: Cucumber, performance, Water Use Efficiency, irrigation
  • HamidReza Salemi, Ali Ghadami Firouzabadi *, Mehdi Akbari Pages 176-190

    Surface irrigation is the most irrigated area in the entire country. Therefore, it is necessary to evaluate this irrigation system due to improve irrigation efficiency. One of the existing software for assessing surface irrigation methods is SIRMOD model. In this study, a few models in the SIRMOD package were evaluated. In hence, three data groups of research stations of Kabutarabad (Isfahan), Hashem Abad (Mazandaran) and Zarghan (Fars) were used as local inputs. The soil texture of these fields was silty clay loam, silty clay loam and silty clay respectively. First, the length of the Furrow was investigated by using three methods FAO, SCS and W&S. Optimum Furrow length in these areas was determined as 120, 200 and 100 meters, respectively. The results of reliability indices such as NRMSE, ME and R2 were used to compare simulated and measured values of the parameters which indicated the high accuracy of the models those have performed well in predicting advanced and recession time in furrow. The results also revealed that the hydrodynamic model was more accurate than the two zero-inertia and kinematic inertia models in predicting advanced and recession times. According to the results of this study, the highest error of these models was related to estimating the amount of runoff at 5% and the lowest was related to the infiltration depth parameter at 2.7%. Therefore, the models in the SIRMOD package estimate the cumulative infiltration rate in the soil to be higher than the runoff rate.

    Keywords: Surface irrigation, runoff, Advanced time, Recession time, Infiltration
  • Javad Zahiri *, Ahmad Jafari Pages 191-205
    Water level and flow control gates are the most important parts of any irrigation network. Most of the gates located in the irrigation networks face problems after the operation. While mechanizing gates for surface irrigation systems can greatly save water consumption and increase water efficiency. In this project, it was tried to design and construct a gate using modern technologies, which can be intelligently operated and able to pass the desired discharge. Bubble rubber was used to seal the gate and minimizing water loss. Electromotor, encoder, ultrasonic sensor, inverter, and PLC were used to mechanize the gate. An ultrasonic sensor was applied to read the water level. All the computations of the gate-opening rate are performed by the PLC and then the instructions are transmitted to the electromotor. The encoder is connected to the electromotor and, according to the computations, controls the number of motor revolutions for a given opening rate. The TIA Portal environment used to control the gate motion system. The program written in the TIA Portal environment includes all the settings related to the flow discharge, gate opening, sensitivity of the ultrasonic sensor, and gate-opening rate to provide the flexibility of the gate in real conditions. In order to calibrate the constructed sluice gate according to the obtained equation, several experiments were used and finally, the coefficient of 0.625 was obtained as a correction coefficient. The coefficient of determination and root mean square error for the calibrated equation were calculated to be 0.97 and 0.66, respectively. These results showed the suitable performance of the automatic gate based on a calibrated equation
    Keywords: Irrigation network, Water efficiency, PLC, TIA Portal environment
  • Seyedhassan Mirhashemi, Rahimeh Dehghani Dashtabi, Parviz Haghighat Jou *, Milad Jahani Pages 206-218

    One of the important indicators in determining water use efficiency for agricultural productions is the index of water consumption efficiency. This study was conducted to determine the water use efficiency of pistachio in Sirjan city located in the southwest of Kerman province in 2015. To compare bubbler and subsurface drip irrigation methods, 27 pistachio orchards with an area of ​​1373 hectares were selected to determine water use efficiency, of which four orchards were equipped with the bubbler system and the rest were equipped with subsurface system. Bubbler discharge, irrigation time, area of ​​each irrigation plot and crop yield were studied. By measuring the volume of irrigation water after irrigating the field and the amount of water wasted along the route, the average gross volume of applied irrigation water was calculated. After harvesting, the average yield of pistachio per hectare was calculated. The results of this study showed that the subsurface drip irrigation method compared to bubbler irrigation method, not only significantly increases water use efficiency but also increases crop yield by 34%. Therefore, according to the results and also the current water shortage conditions in Sirjan city, the use of subsurface drip irrigation method is more appropriate than bubbler irrigation to irrigate pistachio orchards.

    Keywords: Bubbler irrigation, subsurface drip irrigation, Economic value, Pistachio, water volume
  • Aliakbar Rezaei-Estakhroueiyeh, Navid Jalalkamali *, Mehdi Momeniroghabadi Pages 219-244
    In recent decades, metaheuristic algorithms have been successfully applied in various aspects of water resource engineering and management issues, especially in reservoirs' optimal operation. In this paper, a new method based on Symbiotic Organisms Search using the Fitness-Distance-Balance (FDB-SOS) algorithm has been developed for modeling optimal operation of complex multi reservoir system Baft, Safarood, and Jiroft reservoirs of Halilrood basin situated at latitude 56◦51ʹ-61◦30ʹ N and longitude 26◦18ʹ-29◦30ʹ E. The system consists of 3 different agricultural irrigation demands allocation with environmental prioritize in the long-term (from 2000 to 2019) approach. The developed model was used to solve the complex multi-reservoir system operating Halilrood basin. The new FDB-SOS algorithm results were compared with other developed evolutionary algorithms, including Harmony Search Algorithm (HS) and Imperialist competitive algorithm (ICA). Results showed the new FDB-SOS algorithm’s sustainability index was obtained 87.23, 74.34, and 96.03 percent of downstream demands for Baft, Safarood, and Jiroft reservoirs. The finding revealed that the new FDB-SOS algorithm was the superior algorithm in optimal operation of the multi-reservoir system.
    Keywords: FDB-SOS Algorithm, Optimal Operation, Halilrood Basin, Metaheuristic Algorithms
  • MohamadReza Ettehadi, Seyed Arman Hashemi Monfared *, Abbas Rezapour, Ali Mohtashami Pages 245-266

    Most parts of Iran have arid and semi-arid climates. Therefore, many deserts and playas have been formed in these areas. In the present study, the return of saline water due to the groundwater head increase in the aquifers with the usage of SUTRA numerical model, was investigated. In order to assess the wedge behavior of saline water in transient state, the toe length of the wedge is analiezed. The changes in the hight of wedge shape due to the time is measured.  The results showed that: a) with the progression of the wedge behavior, its height is getting earlier to the steady state in comparison to its length, however in the return time, they both reached the steady condition at the same time. b) Unlike the wedge's length, which reachec the steady state earlier than the progession time, its height has an equal time to reach the steady condition in both states (progression and return). The achieved results also showed that due to the mixing processe, the mixing zone expanded earlier in return phase. Also, as the wedge approached the steady condition, the area of mixing zone decreased gradually.

    Keywords: Aquifers adjacent deserts, Saline Water Return, interface, Mixing zone, SUTRA numerical model
  • Zahra Baazm, ABOLFAZL AKBARPOUR * Pages 267-285
    Groundwater resource management to meet human water needs and reduce the drop in groundwater levels due to uncontrolled abstraction, is one of the important issues of the country. Therefore, in this study, the simulation-optimization model (FEM-IPO) was used to manage the operation of the aquifer. The mathematical model of the aquifer groundwater flow was performed using finite element numerical simulation. In order to find the optimal location of wells and reduce the drop level, the optimal model of the aquifer was prepared using the slope algorithm. The results show that the western and northwestern areas of the plain have more potential for digging pumping wells. Also in the studied aquifer and according to the defined water requirement, 5 wells located on the west and northwest sides with a maximum drop of 28.49 meters has been the most optimal model for exploiting the aquifer. In this study, the water level calculated by the finite element model was compared with the observational water level of the model, so that the relative error and the root mean square error were 0.00024 and 0.224, respectively, which indicates the high accuracy of the model. Also, due to high accuracy, efficiency and time saving in modeling, FEM-IPO model can be used as a model for optimal operation of the aquifer.
    Keywords: Numerical Model, groundwater level, Ultra-innovative algorithm
  • Samira Toraby, Abdollah Taheritizro *, Rojin Fasihi Pages 286-304

    Groundwater aquifers is the main   source of water supply required by the country in recent years and the use of simulation models for proper aquifer management is essential. In this study, the water table variations in the Nahavand aquifer were simulated with a GMS (computer based model) in a steady state for the month of October and unsteady state for 9 years from October 2006 to September 2015. To calibrate the model, the field measured data from piezometric wells were used from 2015 to 2016. The estimation of hydrodynamic parameters of the aquifer using PEST package was carried out with the adaptation of the depth to water table by implementation to model. The results of the model include prediction of water table variations in Nahavand Plain   by considering with or without three management scenarios which shows reducing at the time of wells Operation     in the next 10 years. The results showed that lowering the withdrawal from the wells by less than 10% could not stop the downward trend of the aquifer potentials. The reduction of 30% of the utilized may resulted in the establishment of fixed conditions and a reduction of more than that to a value of 50% capable of compensating for the deficit in a long-term period. Finally, the average depth of the groundwater level was determined by the Theisen method during the study period for each year, and the zoning and groundwater level map was processed by GIS software, It’s found that, groundwater level has been reduced in different areas of the plain from 1.5 to 13 m and the average of the total aquifer was 5.7 m declination during the study period.

    Keywords: Groundwater Modeling System (GMS), Groundwater level decline, Spatial Zoning, Nahavand Plain
  • Maryam Shafaei, Rsoul Mirabbasi Najafabadi * Pages 305-325

    Multivariate frequency analysis of hydrological phenomena by considering the dependence between the basic characteristics of these phenomena will lead to more their accurate estimation. Due to the high flexibility provided by vine tree copulas in problems with dimension greater than two. In this study the D-vine function is used to determine the four-dimensional probabilistic distribution function of main characteristics of the precipitation events of Cremona station in Italy (including maximum rainfall intensity, total rainfall depth, duration of wet period and dry period). First, due to the significant dependence between the main characteristics of precipitation events and also using their permutation, D-vine tree structures were obtained. After fitting the various Archimedean and elliptical copula families to the pair-copulas of each D-vine tree structure, the most suitable copula families were determined for fitting the pair-copulas of each D-vine structure by the maximum log-likelihood, Akaike (AIC) and Bayesian Information Criterion (BIC). Then, in order to evaluate the accuracy of the four-dimensional probabilistic distribution functions of the important characteristics of precipitation events, the mentioned functions were compared with the corresponding four-dimensional empirical copulas. Finally, the M-R-D-L four-dimensional D-vine structure according to the evaluation criteria of R2 = 0.991, RMSE = 0.031, and MAE = 0.024, was selected as the most appropriate structure for constructing of the joint distribution function of main characteristics of precipitation in Cremona station

    Keywords: Copula function, D-vine, Multivariate frequency analysis, pair-copula, Precipitation characteristics
  • Kaka Shahedi *, Sajad. Rouzbeh Koshahi Pages 326-346
    Agricultural drought has become a major concern worldwide due to the severe impact on crops and the indirect impact on occupation as well as per capita income. The use of reflective remote sensing techniques to evaluate the effects of drought is recognized as one of the most efficient methods. Therefore, the purpose of the present study is to analyze agricultural drought in Mazandaran province using Remote sensing and meteorological indicators. At the first, SPI, ZSI and EDI indices were calculated at different time scales and the best index was selected based on the normal distribution method. Then, using Landsat 5, 7 and 8 satellite images, NDVI, EVI and VCI remote sensing indices were extracted and the best index was selected based on the highest correlation with appropriate drought index. Finally, using the best meteorological and remote sensing indices, the agricultural drought in Mazandaran province was evaluated in two very dry (89) and very wet (92) years for different seasons. The results showed that based on the normal distribution method, the sum of the difference from normal distribution for the SPI index is lower than the other indices. The results also showed that the highest correlation was observed between VCI spectral index and SPI meteorological index with time delay of three and six months. The results also showed that the mean VCI in all seasons of very dry year (89) for all stations was below 0.50 and maximum stations had a VCI value of less than 0.35 but in all seasons of very wet year (92) for most stations is above 0.5
    Keywords: Drought, Landsat Satellite Series, Normal Distribution Method, VCI Index
  • Hadi Sanikhani Pages 347-368

    Temporal and spatial variations in rainfall play a key role in the balance of water resources. The catchment area of Lake Urmia, as the largest inland lake in Iran, is the destination of the most important rivers in the northwest of the country. Accordingly, in the present study, the temporal and spatial distribution of rainfall in the Lake Urmia basin was investigated. The data used are the total frequency of seasonal and annual precipitation of 59 meteorological stations and data related to 11 teleconnection patterns during 1992-2016 and the main methods, statistical characteristics (first quartile, third quartile, and seasonal and annual Coefficient of variation), principal component analysis, Ward hierarchical cluster analysis, Kriging geostatistical method, and Pearson correlation. In the study of statistical features, it was found that the highest coefficient of variation in summer and the highest numerical value of the first and third quartile in winter were calculated and the highest coefficient of variation in the middle, central and southern parts, more values of the first quartile in the northern and western parts and higher quartile values are observed in the western and southern halves. Based on the results of temporal and spatial analysis, it was determined that the highest amount of precipitation occurs in the spring in the western half. Performing principal component analysis determined that the six main factors explain about 95% of the variance of the data and the most important influential components are the first and third quartile of autumn, winter, and annual. The results of cluster analysis identified three groups in central and southern regions, western and southwestern and northern half. The study of the relationship between winter rainfall and teleconnection patterns showed that this relationship is significant with NAO, EAWR, and MOI patterns.

    Keywords: Rainfall, Spatiotemporal analysis, Teleconnection patterns, Cluster analysis, Principal component analysis
  • Somayeh Naghavi *, Hajar Esnaashari, Neda Baniasadi Pages 369-382
    Considering the importance of water scarcity, the purpose of this research is to use the econometric model to determine the share of economic inequality, sustainability and water consumption (QESW) in Between Members of Economic Cooperation Organization. In terms of comparison of countries based on the added value to gross domestic production and the efficiency of water use in the industry, agriculture and service sectors, the country of Azerbaijan with the highest coefficient of added value to gross domestic production in the industry sector is one of the countries with a high coefficient of water use efficiency. It is in the industry sector. Also, while the coefficient of added value to gross domestic production in the agricultural sector was high in Afghanistan, this country was one of the countries with a high coefficient in terms of the efficiency of water use in the agricultural sector of Afghanistan. Azerbaijan has been one of the countries with the highest coefficient of water use efficiency in the service sector with the highest coefficient of added value to gross domestic production in the service sector. According to what was mentioned, using the QESW analysis policy makers can adopt strategies for better management of water resources regarding water scarcity and crisis.
    Keywords: QESV Analysis, water scarcity, Economic Growth
  • Zahra Ghaffari Moghadam *, Ali Sardar Shahraki, Fatemeh Bidarnamani Pages 383-402
    According to statistics, Sistan region is one of the arid and low water areas. And the issue of water shortage and drought is one of the crises that threaten the Sisan region in the near future. Water and poverty are closely linked, so a strong assessment of water stress is essential to identify areas in need and develop appropriate interventions to reduce poverty. The Water Poverty Index (WPI) is a tool for assessing water stress by linking physical estimates of available water levels with socioeconomic incentives for poverty. It is also a comprehensive tool for managing and evaluating water resources. This study presents the application of water poverty index (WPI) to estimate and compare water stress levels in 5 cities of Sistan region in 2021-2022. The results of the study show that the average poverty index in the cities of Sistan region in the same weight condition is 0.48 and, in the weight, according to AHP method is 0.43. The water poverty index varies from 0.60 to 0.23 among the cities of Sistan. hirmand city has more water stress compared to other cities. In order to deal with water poverty in Sistan region, management and optimal use of water resources, especially in drought conditions, is very important.
    Keywords: Water Poverty Index, AHP, Water Resource, Sistan
  • Samira Sistani, MohammadReza Zare Mehrjerdi *, Nasreen Sayari, Somayeh Amirtaimoori Pages 403-420

    Agriculture has always been considered as an important factor in the development of human civilization and today this sector is one of the most important economic sectors and the largest consumer of water in Iran and the world. Irregular extraction of groundwater by this sector has caused a water shortage crisis in most parts of Iran. Therefore, the country's water resources need to be planned and managed in order to be sustainable. One way is to determine the optimal cropping pattern by considering the quantity and quality of water. Therefore, in this study, using game theory, the optimal cropping pattern has been determined by considering the footprint index and water quality in Bardsir city. For this purpose, five major crops of this city have been considered and the necessary statistics and information have been collected from the Meteorological Organization, the Regional Water Administration and the Agricultural Jihad Organization of Kerman province and Bardsir city for the years 2005-2017. The results showed that wheat, barley, alfalfa, potato and fodder corn had the highest water footprint, respectively. In the optimal cropping pattern obtained from game theory compared to the current cropping pattern; the area under cultivation of wheat, barley and potato decreased by 4%, 7% and 12%, respectively, and the area under cultivation of alfalfa and fodder corn increased by 4% and 25%, respectively. The optimal cropping pattern obtained from game theory is recommended for this city, because in this pattern, in addition to economic benefits, attention has been paid to the quantity and quality of water so that water resources do not face a crisis.

    Keywords: game theory, Domarten Method, Piper Diagram, Schuler diagram, Wilcox Diagram
  • Raoof Mostafazadeh *, Khadijeh Haji, Hassan Azarmdel, Akbar Ghasemi Pages 421-439
    This study focuses on evaluating the effectiveness of surface water quality monitoring network and identify monitoring stations and water quality parameters, which are important in assessing annual variations of water quality in Gorgan-Rud Basin, Golestan Province. Cluster analysis (CA) was used to sort cases (monitoring points) into groups. Principal component analysis (PCA) and factor analysis (FA) techniques were applied for these objectives. In this study water quality data of nineteen water quality monitoring stations over a 23-year time period (1996-2018), were analysed. Principal component analysis has determined a reduced number of three principal components that explain over 95.47 % of the data set variance. Results indicated that three monitoring stations (Taghi-Abad, Shir-Abad, and Nodeh) were identified as less important in explaining the annual variance of the water quality parameters. Based on the coefficient of determination improvements of regression relations, concluded that removing of the less important stations (from 19 to 16) can help the cost effectiveness and meaningful data collection of the monitoring network in the study domain. In addition, results revealed more important water quality parameters. Results shows that total hardness and EC are most important parameters at first component and in the second component, pH and HCO3 are appropriate for assessing variations of water quality in the Gorgan-Rud Basin. The clustering procedure highlighted two different groups in which the sampling sites have similar characteristics.
    Keywords: Cluster analysis, Gauging Stations, Gorgan-Rud River, Principal component analysis, Water Quality Monitoring
  • Hamed Noori Khaje Balag, Sayed-Farhad Mousavi * Pages 440-464
    Quantitative and qualitative management of urban runoff in part of Karaj city has been investigated using optimization of Low Impact Development (LID) methods under base period and climate change conditions. CanESM2 was employed with the base period (1985-2005) and future period (2020-2040) under the RCP2.6 and RCP8.5 scenarios to investigate climate change impacts. Hydraulic and hydrological modeling was performed by Storm Water Management Model (SWMM) and was combined with Multi-objective Particle Swarm Optimization Algorithm (MOPSO) and Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). Thirty-seven sub-catchments and five types of LIDS are introduced to the algorithms. Eight scenarios were defined to compare and evaluate the algorithms. Under the base period conditions, by applying NSGA-II and MOPSO algorithms, the flood volume in the catchment will decrease by 21.2% and 20.3%, total suspended solids (TSS) will increase by 59.1% and 58.4%, total nitrogen (TN) will increase by 16.6% and 12.7%, and lead (Pb) concentration will increase by 29.7% and 28.7%, respectively. Solution of the algorithms under climate change conditions gave similar flood values as the base conditions. In RCP2.6 scenario, TSS will decrease by 59.5% and 55.2%, respectively, and in RCP8.5 scenario, TSS will decrease by 59.6% and 55.8%, respectively. In RCP2.6 scenario, TN will decrease by 17.4% and 13.4%, respectively, and in RCP8.5 scenario, TN will decrease by 17.6% and 13.5%, respectively. Pb in RCP2.6 scenario will decrease by 30.1% and 29.7%, respectively, and in RCP8.5 scenario, Pb will decrease by 30.9% and 30.4%, respectively.
    Keywords: NSGA-II, MOPSO, Urban runoff management, SWMM