فهرست مطالب

نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)
سال بیست و ششم شماره 4 (پیاپی 102، زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/10
  • تعداد عناوین: 20
|
  • علی یوسفی*، مهدی مالکی زاده، علیرضا نیکویی، محمد صادق ابراهیمی صفحات 1-20

    هدف این پژوهش، ارزیابی آثار سیاست پرداخت یارانه برای تبدیل شیوه آبیاری غرقابی به قطره ای در آبخوان نجف آباد با توجه به روش تحویل آب به کشاورز است. به منظور بررسی اثر مشوق های اقتصادی در تصمیم گیری کشاورز برای انتخاب نوع تکنولوژی آبیاری، الگوی کشت، آب کاربردی و آب مصرفی، یک مدل برنامه ریزی ریاضی مثبت در محدوده مطالعاتی دهستان گرکن شمالی به عنوان بخشی از آبخوان نجف آباد، توسعه داده شد. داده های مورد نیاز این مدل به سه شیوه پیمایشی، استفاده از گزارش های ثبتی و نظرات خبرگان، جمع آوری شد. نتایج نشان داد که با کاهش هزینه های مالی تبدیل آبیاری غرقابی به قطره ای، کشاورزان تمایل به سرمایه گذاری در این فناوری دارند. در سناریوی تخصیص آب به شیوه فعلی، همگام با افزایش یارانه اجرای آبیاری تحت فشار، مجموع آب مصرفی محصولاتی که از سیستم آبیاری قطره ای استفاده می کنند؛ 28 درصد افزایش می یابد که 19 درصد از این افزایش میزان آبی است که تا قبل از سیاست پرداخت یارانه ها مصرف نمی شده و مابقی آن مربوط به کاهش سطح کشت زمین های غرقابی است. بدین ترتیب با کاهش هزینه های بهره برداری، درآمد خالص مزارع به دلیل بهبود عملکرد و توسعه سطح زیر کشت افزایش می یابد که خود باعث بالا رفتن میزان مصرف آب می شود، این در حالی است که میزان آب کاربردی ثابت است. در سناریوی تحویل حجمی آب، با افزایش یارانه ها، درآمد خالص مزارع بدون توسعه سطح زیر کشت و تنها به دلیل بهبود عملکرد، افزایش می یابد. بنابراین، تنها در شرایط تحویل حجمی آب، پرداخت یارانه باعث افزایش راندمان آبیاری هم در سطح مزرعه و هم در سطح منطقه می شود و به عنوان سیاستی به منظور مقابله با شرایط خشکسالی، اثربخش است.

    کلیدواژگان: یارانه، آبیاری قطره ای، آب مصرفی، آب کاربردی، تحویل حجمی آب، برنامه ریزی ریاضی مثبت
  • رسول دانشفراز*، محمد باقر زاده، محمد جعفری صفحات 21-32

    هدف از تحقیق حاضر بررسی و مقایسه نتایج آزمایشگاهی استهلاک انرژی و طول شیب شکن قایم مجهز به صفحات مشبک افقی با نتایج حوضچه های آرامش استاندارد نوع یک، دو، سه و چهار شیب شکن قایم ساده است. بدین منظور تعداد 64 آزمایش مختلف روی شیب شکن قایم مجهز به صفحه مشبک افقی در فواصل نسبی 0،  0/25، 0/5 و 0/75 از لبه شیب شکن، با تخلخل 40 و 50 درصدی صفحات مشبک و ارتفاع 20 سانتی متری انجام شد. نتایج نشان داد که در تمامی آزمایش ها و در یک دبی ثابت، افزایش فاصله صفحه مشبک از لبه شیب شکن، تاثیری زیادی بر استهلاک انرژی جریان ندارد. به طور متوسط استهلاک انرژی پایین دست برای مطالعه حاضر در مقایسه با شیب شکن قایم ساده به میزان بیش از 20 درصد افزایش یافته است که می تواند جایگزین مناسبی برای حوضچه آرامش پایین دست باشد. در میان مدل های تحقیق حاضر، بیشترین کاهش طول نسبی شیب شکن توسط مدل شیب شکن قایم با صفحه مشبک افقی با فاصله نسبی 0/75 اتفاق افتاد. به طور میانگین هنگام استفاده از صفحات مشبک افقی در چهار فاصله نسبی از لبه شیب شکن نیز نسبت به شیب شکن قایم مجهز به حوضچه آرامش استاندارد بیش از 73 درصد از طول نسبی شیب شکن کاسته می شود.

    کلیدواژگان: شیب شکن قائم، محل قرارگیری صفحات مشبک افقی، مستهلک کننده انرژی، لبه شیب شکن، پرش هیدرولیکی
  • مهرداد پسندی*، حمیدرضا پاکزاد، عبدالمهدی حلوائی لنگه، محمدرضا طاهری زاده صفحات 33-47

    غلظت و آلایندگی فلزات سنگین در رسوبات دانه ریز بخش جزر و مدی دلتای مهران واقع در خلیج فارس که جنگل های مانگرو رشد کرده اند و ارتباط غلظت این عناصر با عوامل فیزیکوشیمیایی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور از رسوبات سطحی پهنه جزر و مدی دلتای مهران نمونه برداری شد و دانه بندی، میزان کربنات کلسیم، مواد آلی، pH/Eh و فلزات سنگین در رده گل رسوبات تعیین شد. وجود کربنات کلسیم بالا در رسوبات عامل موثر در میزان فراوانی عناصر منگنز، کادمیوم و سرب است. رس و مواد آلی به صورت جذب سطحی در فراوانی غلظت عناصر روی و مس نقش داشته اند و اکسی- هیدرواکسیدهای آهن نیز به صورت جذبی در میزان غلظت عناصرکبالت، کروم و نیکل تاثیرگذار بوده است. بر اساس شاخص غنی شدگی (EF)، میانگین غنی شدگی عناصر در رسوبات مورد مطالعه از زیاد به کم به صورت کروم، نیکل، کادمیوم، روی، منگنز، سرب، کبالت و مس است. بر اساس شاخص انباشت آلودگی (PLI)، هیچکدام از عناصر در رسوبات دلتا اعم از رسوبات درون مانگرو و رسوبات خارج از مانگرو در طبقه بندی آلوده قرار ندارند. بر اساس شاخص زمین انباشتگی (Igeo) عناصر در اکثر نمونه ها غیرآلوده بوده و فقط فلزات کادمیوم، کروم، نیکل در تعدادی نمونه ها آلودگی کمی نشان می دهند. لذا در حال حاضر تهدیدی متاثر از آلودگی عناصر بالقوه سمی مورد بررسی با منشا طبیعی و انسان زاد متوجه محیط زیست مانگرو و دلتای مهران نیست.

    کلیدواژگان: آلایندگی، فلزات سنگین، رسوبات گلی، دلتای رودخانه مهران، مانگرو
  • علی شاهبایی کوتنایی*، حسین عساکره صفحات 49-63

    بارش یکی از مهم ترین فراسنج های آب و هوایی است که چگونگی پراکنش و مقادیر آن در نواحی مختلف، برایند روابط پیچیده خطی و غیرخطی بین عناصر جوی - فرایندهای اقلیمی و ساختار فضایی محیط سطح زمین است. طبقه بندی داده ها و قرارگیری آنها در پهنه های کوچک و متجانس می تواند در بهبود درک این روابط پیچیده و نتایج حاصل از آنها موثر باشد. در پژوهش حاضر با استفاده از داده های بارش سالانه 3423 ایستگاه همدیدی، اقلیم شناسی و باران سنجی ایران در دوره 1961 - 2015 و داده های ارتفاع، شیب، جهت شیب و تراکم ایستگاهی تلاش شد تا چگونگی پراکنش بارش کشور در ارتباط با عوامل محیطی پهنه بندی شده و مورد تحلیل قرار گیرد. بدین منظور بعد از استاندارد سازی و آماده سازی ماتریس داده ها، تعداد بهینه خوشه ها مشخص و مجموعه داده ها به مدل شبکه عصبی- فازی (ANFIS-FCM) وارد شد. بررسی نتایج نشان داد که مقادیر شاخص های   و MAE  به ترتیب 0/76 و 0/23 بوده که حاکی از دقت مناسب مدل است. همچنین مشخص شد در پهنه های چهارگانه خروجی مدل، عوامل محیطی از اثرگذاری بالایی در پراکنش فضایی فراسنج بارش برخوردار هستند. در پهنه های اول و سوم، ترکیب عوامل ارتفاع و شیب زیاد به همراه مجاورت جغرافیایی با سامانه های بارشی، موجب شده متوسط مقدار بارش سالانه در این پهنه ها به ترتیب 318 و 181 میلی متر باشد؛ در حالی که با تضعیف نقش عوامل محیطی در خوشه های دوم و چهارم، متوسط بارش سالانه به حدود 100 میلی متر کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: شبکه عصبی، منطق فازی، تابع عضویت، خوشه بندی، بارش، ایران
  • آرمین بالوایه، لیلا غلامی*، فاطمه شکریان، عطاالله کاویان صفحات 65-78

    تغییرات غلظت عناصر غذایی خاک می تواند در مدیریت بهینه مصرف کود را مشخص کرده و از آلوده شدن محیط زیست و منابع آبی جلوگیری کند. این پژوهش با هدف تعیین تغییرات غلظت عناصر پرمصرف خاک نیتروژن، فسفر و پتاسیم با کاربرد اصلاح کننده های پلی وینیل استات، بقایای لوبیاروغنی و ترکیب پلی وینیل استات + بقایای لوبیاروغنی در دوره های زمانی یک، دو و چهار ماهه انجام شد. نتایج نشان داد که کاربرد اصلاح کننده های خاک تاثیر متفاوتی بر تغییرات نیتروژن، فسفر و پتاسیم خاک داشتند. بیشترین مقدار نیتروژن مربوط به تیمار بقایای لوبیاروغنی در بازه زمانی چهار ماه قبل از شبیه سازی (با مقدار 44/62 درصد) و کمترین مقدار نیتروژن در تیمار پلی وینیل استات در بازه زمانی یک ماه (با مقدار 1/92- درصد) است. کمترین مقدار فسفر بعد از کاربرد اصلاح کننده ها در تیمار بقایای لوبیاروغنی با مقدار 50 درصد در بازه زمانی یک ماه قبل از شبیه سازی بارندگی، با مقدار (0/95 درصد) اندازه گیری شد. بیشترین مقدار پتاسیم مربوط به تیمار پلی وینیل استات در بازه زمانی چهار ماه قبل از شبیه سازی (189/35 درصد) و کمترین مقدار در تیمار ترکیب بقایای لوبیاروغنی + پلی وینیل استات در بازه زمانی یک ماه بعد از شبیه سازی (40/66 درصد) بود. بنابراین کاربرد اصلاح کننده ها می تواند در دوره های زمانی متفاوت اثرات متفاوتی بر تغییرات عناصر پرمصرف خاک داشته باشد.

    کلیدواژگان: افزودنی های آلی و شیمیایی، بازه زمانی، مقادیر نیتروژن، فسفر و پتاسیم، هدررفت عناصر پرمصرف خاک
  • فرزانه زارعی*، محمدرضا نوری امازاده ای، احمدرضا قاسمی دستگردی، علی شاهنظری صفحات 79-90

    الگوی توزیع ریشه در خاک های لایه ای یکی از موضوعات قابل توجه در محاسبه آب قابل نگهداری خاک و مدیریت و برنامه ریزی آبیاری به شمار می رود. هدف از پژوهش حاضر، تعیین الگوی توزیع ریشه گیاه سویا در نیمرخ خاک های مطبق و همچنین تاثیر آن بر جذب آب انجام شده است. پژوهش در قالب طرح کاملا تصادفی با 15 تیمار مختلف متشکل از سه نوع بافت خاک (سبک، سنگین، متوسط) در چهار تکرار انجام گرفت. پایش الگوی توزیع ریشه توسط نمونه برداری از ستون های دارای ریشه در پایان دوره رشد گیاه سویا صورت گرفت. پس از مقایسه تیمارها از نظر رشد گیاه مشاهده شد که وجود لایه های خاک با بافت متوسط موجب توسعه و رشد بهتر گیاه شده است. در حالت کلی، چگالی طولی ریشه با افزایش عمق خاک کاهش می یافت، به جز در مواردی که لایه بندی خاک وجود داشت و چگالی طولی ریشه به ترتیب مقابل قرار گرفت: چگالی طولی ریشه متعلق به لایه های دارای بافت متوسط≥ بافت سنگین ≥ بافت سبک بود. میزان سرعت جذب آب توسط ریشه در لایه های شنی بیشترین مقدار، در رس متوسط و در بافت لومی کمترین مقدار را دارا بود. همچنین سرعت جذب آب توسط ریشه در سه لایه موجود در تیمار ها نیز، به صورت معناداری با افزایش عمق افزایش یافت. درنتیجه می توان گفت الگوی توزیع ریشه و رشد گیاه به صورت معنی داری تحت تاثیر بافت خاک و لایه بندی آن قرار دارد.

    کلیدواژگان: الگوی توزیع ریشه، خاک مطبق، سویا، چگالی طولی ریشه، سرعت جذب آب
  • بابک شاهی نژاد*، عباس پارسایی، حجت الله یونسی، زهرا شمسی، آزاده ارشیا صفحات 91-104

    در پژوهش حاضر، دبی جریان در فلوم های حاوی نیم استوانه های جانبی (SMBF) تحت شرایط آزاد و مستغرق با استفاده از مدل های ماشین بردار پشتیان (SVM)، رگرسیون انطباقی چندمتغیره اسپلاین (MARS) و مدل شبکه عصبی مصنوعی چندلایه (MLPNN)، شبیه سازی و تخمین زده شد. در حالت جریان آزاد از پارامترهای بی بعد مستخرج از آنالیز ابعادی شامل نسبت عمق جریان در بالادست به عرض گلوگاه و نسبت انقباض (عرض گلوگاه به عرض کانال) و در حالت مستغرق علاوه بر این دو پارامتر از پارامترهای عمق پایاب به عرض گلوگاه و عمق پایاب به عمق بالادست به عنوان ورودی و از فرم بی بعد دبی جریان به عنوان خروجی مدل ها استفاده شد. نتایج نشان داد که در حالت جریان آزاد در مرحله صحت سنجی مدل MARS با شاخص های آماری 0/985= R2، 0/008=RMSE، % 0/87=MAPE و مدل  SVM با شاخص های آماری 0/971=R2، 0/0012=RMSE، % 1/376=MAPE و مدل MLPNN با شاخص های آماری 0/973= R2، 0/011=RMSE، % 1/304=MAPE دبی جریان را شبیه سازی و پیش بینی کرده اند. در حالت مستغرق شاخص های آماری مدل MARS توسعه داده شده عبارت از 0/978= R2، 0/018=RMSE، % 3/6=MAPE و شاخص های آماری مدل SVM عبارت از 0/988= R2، 0/014=RMSE، % 4/2=MAPE و شاخص های آماری مدل MLPNN عبارت از 0/966= R2، 0/022=RMSE و % 5/7=MAPE هستند. در توسعه مدل های SVM و MLPNN به ترتیب از توابع کرنل شعاعی و تانژانت هایپربولیک استفاده شد.

    کلیدواژگان: شبکه عصبی مصنوعی، فلوم هایSMBF، کانال انتقال آب، ماشین بردار پشتیبان، نیم استوانه های جانبی
  • محمدجواد امیری*، مهدی بهرامی، معصومه السادات موسوی، علی شعبانی صفحات 105-118

    روش تشت تبخیر کلاس A یکی از روش های بسیار رایج تخمین تبخیر- تعرق مرجع  (ET0)است که به دلیل سادگی، هزینه به نسبت کم و توانایی تخمین تبخیر- تعرق روزانه، به طور گسترده در جهان استفاده می شود. در این تحقیق کارایی 8 معادله تجربی شامل آلن و پروییت ، کوینکا، اشنایدر، اشنایدر اصلاح شده، پرییرا و همکاران، اورنگ، راگووانشی و والندر  و فایو 56 در برآورد ضریب تشت تبخیر کلاس A و تبخیر - تعرق گیاه مرجع در ایستگاه فسا واقع در استان فارس مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور ضریب تشت محاسبه شده از معادلات فوق با ضریب تشت اندازه‏گیری شده که از نسبت تبخیر - تعرق به دست ‏آمده از روش فایو- پنمن- مانتیث به میزان تبخیر از تشت به دست آمد، مقایسه شد. نتایج نشان داد تمامی معادلات تجربی دارای دقت بسیار پایینی در برآورد ضریب تشت تبخیر هستند (0/25<nrmase< span=""></nrmase<>;0/3> R2). نتایج مقایسه بین ET0 به دست آمده از معادلات تجربی با ET0 به دست آمده از معادله پنمن- مانتیث- فایو نشان داد که معادله فایو 56 دارای بهترین عملکرد است (0/3=NRMASE;0/72=R2). به منظور افزایش دقت معادلات تجربی ضریب تشت تبخیر، این معادلات با داده های هواشناسی 8 ساله (1386-1394) ایستگاه هواشناسی فسا تصحیح شده و با داده های مستقل 2 ساله (1394-1396) اعتبارسنجی شد. نتایج نشان داد که دقت همه معادلات تجربی افزایش یافته و معادله کوینکا با 0/16 =  NRMASE و 0/63 = R2 به عنوان مناسب‏ترین معادله برای تخمین ضریب تشت و تبخیر- تعرق مرجع (0/18=NRMASE;0/85=R2). برای منطقه فسا انتخاب شد. آنالیز حساسیت نشان داد که به ترتیب داده های سرعت باد (U)، رطوبت نسبی (RH)، فاصله تشت از پوشش گیاهی (F)، شیب منحنی فشار بخار اشباع (∆)، ساعت آفتابی (n)، و فشار هوا (P) بیشترین تاثیر را در تخمین ضریب تشت تبخیر دارد. با استناد به نتایج آماری و تحلیل حساسیت، معادله ای برای برآورد ضریب تشت در منطقه فسا و سایر مناطق دارای اقلیم یکسان با آن منطقه استخراج شد.

    کلیدواژگان: ضریب تشت، معادلات تجربی، آنالیز حساسیت، پنمن- مانتیث- فائو
  • مسعود فرزام نیا*، مختار میران زاده صفحات 119-136

    به منظور تعیین بهترین فاصله نوار تیپ در زراعت گندم از نظر عملکرد و اجزای آن و کارآیی مصرف آب و بررسی روند تغییرات شوری خاک در یک خاک با بافت لومی رسی سیلتی، آزمایشی به صورت طرح بلو ک های کامل تصادفی با 4 تیمار (فاصله نوار 45 (A)، 60 (B) و 75 (C) سانتی متر و تیمار شاهد، آبیاری کرتی (D)) در سه تکرار طی سال های 1396 تا 1398 در منطقه مهیار استان اصفهان اجرا شد. حجم آب آبیاری در هر دور آبیاری برای تیمارهای A، B و C یکسان بود و در تیمار D میزان حجم آب آبیاری در هر دور مشابه روش زارع بود. بر اساس نتایج تجزیه واریانس مرکب، اثر تیمارها بر عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیکی در سطح یک درصد و بر کارآیی مصرف آب و شاخص برداشت در سطح پنج درصد معنی دار بود. میانگین کارآیی مصرف آب در تیمارهای A، B، C و D به ترتیب 0/79، 0/79، 0/73 و 0/78 کیلوگرم بر مترمکعب بود که تیمارهای A، B و D در گروه برتر و تیمار C در رتبه بعدی قرار گرفتند. نتایج مذکور و بررسی روند شوری خاک در انتهای فصل نسبت به ابتدای فصل در تیمارهای آزمایش نشان داد روش آبیاری کرتی نسبت به روش آبیاری تیپ کارآمدتر است. بر اساس نتایج، فواصل نوار 45 و 60 سانتی متر از لحاظ کارآیی مصرف آب و عملکرد نسبت به فاصله نوار 75 سانتی متر در گروه بالاتری قرار گرفتند، از طرفی میزان مصرف نوار، حجم عملیات اجرایی داخل مزرعه و همچنین بقایای نوار به جا مانده در مزرعه، در فاصله نوار 45 نسبت به فاصله نوار 60 سانتی متر بیشتر است که از لحاظ اقتصاد کشاورز و مسایل زیست محیطی حایز اهمیت است، بنابراین اگر ملزم به استفاده روش آبیاری تیپ در زراعت گندم باشیم، فاصله نوار 60 سانتی متر برای بافت خاک لومی رسی سیلتی توصیه می شود.

    کلیدواژگان: آبیاری قطره ای نواری، فاصله نوار، کارآیی مصرف آب، شوری خاک
  • فرشاد فتحیان*، محمد قدمی، زهره دهقان صفحات 137-160

    در این پژوهش، روند تغییرات مکانی نمایه های حدی دما مرتبط با بخش های سلامت و کشاورزی شامل تعداد روزهای یخبندان، تعداد روزهای تابستانی، تعداد روزهای یخی، تعداد شب های حاره ای، طول فصل رویش، دامنه تغییرات شبانه روزی دما، طول مدت سرما و طول مدت گرما برای 54 ایستگاه همدیدی در سرتاسر ایران برای دوره های مشاهداتی (2005-1976) و آینده (2054-2025) بررسی شدند. بدین منظور، داده های دمای کمینه و بیشینه 3 مدل اقلیمی منطقه ای به نام های CCSM4، MPI-ESM-MR و NORESM1-ME پروژه CORDEX تحت دو سناریو RCP4.5 و RCP8.5 با استفاده از روش توسعه یافته تصحیح اریبی چند مقیاسه برای هر ایستگاه ریزمقیاس نمایی شدند. سپس، روند و تغییرات نمایه های حدی دما با استفاده از روش های من-کندال و شیب خط روند شن بررسی شدند. نتایج بررسی ها نشان داد که نمایه های گرم همانند تعداد روزهای تابستانی و تعداد روزهای حاره ای در بیشتر ایستگاه ها برای هر دو دوره مشاهداتی و آینده روند مثبتی داشته اند. در مقابل، نمایه های سرد مانند تعداد روزهای یخبندان در بیشتر ایستگاه ها روند کاهشی داشته اند. نتایج نمایه های طول مدت گرما و سرما نشان داد که بیشتر ایستگاه ها برای هر دو دوره زمانی فاقد روند هستند. طول فصل رویش در بیش از 60 درصد ایستگاه ها (45 درصد معنی دار) که بیشتر در نواحی شمالی، شمال غربی و غرب واقع شده کشور افزایش یافته است. بر اساس نتایج به دست آمده می توان دریافت که بدون درنظر گرفتن اقدامات سازگاری با شرایط اقلیمی، برخی از نقاط کشور ممکن است در آینده با خطر سلامت و قابلیت سکونت و کشاورزی محدود مواجه شوند.

    کلیدواژگان: مقادیر حدی دما، تغییر اقلیم، داده CORDEX، ریزمقیاس نمایی، تحلیل مکانی روند، ایران
  • مهرداد کریم زاده، جواد ظهیری*، ولی الله نوبخت صفحات 161-175

    سدهای مخزنی در کنار تمامی مزایای که برای بشر داشته اند، مشکلاتی را نیز به همراه داشته است. یکی از مهم ترین این مشکلات در معرض قرار دادن سطح وسیعی از آب در مجاورت هوا است که باعث هدررفت مقدار زیادی آب بر اثر تبخیر می شود. یکی از روش های کاهش تبخیر از سطح آب، استفاده از روش های شیمیایی بوده که کاربرد الکل های سنگین از آن جمله به حساب می آیند. در این تحقیق از سه امولسیون اکتادکانول، هگزادکانول و ترکیب اکتادکانول و هگزادکانول به همراه بریج- 35 (دودسیل پلی اتیلن اکسید اتر) در کنار دو روش فیزیکی سایبان و توپ های شناور برای بررسی عملکرد امولسیون های مختلف استفاده شد. از آنالیز واریانس یک طرفه برای مقایسه میانگین تبخیر در روش های مختلف شیمیایی و فیزیکی و آنالیز واریانس دو طرفه برای بررسی اثرات اصلی و متقابل پارامترهای مختلف هواشناسی بر میزان تبخیر استفاده شد. مقایسه میانگین تبخیر در روش های مختلف نشان می دهد که دو روش فیزیکی سایبان و توپ های شناور عملکرد بهتری نسبت به روش های شیمیایی داشته و در بین روش های شیمیایی نیز روش اکتادکانول از عملکرد بهتری نسبت به دو مونولایر دیگر برخوردار بوده است. نتایج آنالیز واریانس یک طرفه نشان داد که از میان روش های شیمیایی مورد استفاده، تنها روش اکتادکانول با توپ های شناور در سطح احتمال 99 درصد (0/01> P) فاقد اختلاف معنادار است. از طرفی آنالیز واریانس دوطرفه نشان داد که دمای هوا و درصد رطوبت نسبی بیشترین تاثیر را روی میزان تبخیر داشته اند. بررسی تاثیر سطوح مختلف پارامترهای هواشناسی روی عملکرد روش های کاهش تبخیر نشان داد که در دماهای کم، مونولایر اکتادکانول عملکرد ضعیف تری را نسبت به دو روش فیزیکی کاهش تبخیر دارا بوده ولی با افزایش دما عملکرد آن بهبود پیدا کرده است. همچنین این مونولایر، در سرعت های باد کم، از عملکرد مناسبی در مقایسه با روش های فیزیکی برخوردار بوده ولی با افزایش سرعت باد، عملکرد آن به شدت تحت تاثیر قرار گرفته و کارایی آن کاهش می یابد، به گونه ای که در دماهای بیشتر از 37 درجه سانتی گراد، تغییر سرعت باد از 3/5 متر بر ثانیه به بیشتر از 8/7 متر بر ثانیه باعث افزایش  بیش از 50 درصد میزان تبخیر شده است. تاثیر مونولایرها و روش های فیزیکی کاهش تبخیر بر ویژگی های کیفی آب از جمله اکسیژن محلول از اهمیت زیادی برخوردار است که بایستی در تحقیقات آینده بیشتر به آن پرداخته شود.

    کلیدواژگان: مونولایر، تبخیر، الکل های سنگین، بریج-35، آنالیز واریانس
  • طاهره محمدی، واحدبردی شیخ*، آرش زارع صفحات 177-201

    تحلیل روند دبی جریان اطلاعات عملی برای مدیریت بهتر منابع آب در آستانه تغییر اقلیم فراهم می کند. بنابراین در این پژوهش تغییرات آورد حوزه آبخیز گرگانرود طی سه دهه اخیر مورد بررسی قرار گرفته است. از روش من- کندال برای آشکارسازی روند و روش های پتیت، نرمال استاندارد و بویشند برای شناسایی نقاط تغییر ناگهانی در سری های زمانی دبی در هشت ایستگاه آق قلا، گالیکش، گنبد، حاجی قوشان، نوده، رامیان، سدگرگان (وشمگیر) و تمر استفاده شده است. آزمون من- کندال وجود روند معنی دار (سطح 5 درصد) منفی (کاهش جریان) را در مقیاس روزانه و سالانه در همه ایستگاه ها نشان داد. در مقیاس ماهانه شدیدترین روند منفی در ایستگاه های آق قلا، گالیکش، گنبد، حاجی قوشان و رامیان مربوط به ماه تیر بود ولی در دو ایستگاه نوده و تمر به ترتیب مربوط به ماه های مرداد و بهمن بود. در مقیاس فصلی در همه ایستگاه ها روند کاهشی مشاهده شد ولی این روند در برخی فصل ها معنی دار نبود. از طرفی نتایج حاصل از تحلیل نقاط تغییر در دبی نشان داد که نقاط تغییر در داده های مورد استفاده در این مطالعه بیشتر از نوع کاهشی و در مواردی نیز افزایشی و در برخی از ایستگاه ها اصلا نقاط تغییری شناسایی نشده است. بنابراین تعداد تغییرات کاهشی در ایستگاه های هیدرومتری مورد مطالعه، به طور معنی دار بیشتر از تغییرات افزایشی بوده و بیشتر در بازه زمانی سال های 1997-1993 و 2007-2005 به ترتیب در سه و چهار ایستگاه نیز قابل مشاهده است. درصورتی که بیشترین تغییرات افزایشی در بین ایستگاه ها مربوط به ایستگاه آق قلا در سال 2017 با مقدار دبی 234 مترمکعب برثانیه است. بررسی جریان دهه های گذشته حوزه آبخیز گرگانرود تغییرات شدید جریان را چه به صورت تدریجی و چه ناگهانی نشان می دهد که این تغییرات بیشتر در جهت کاهش دبی رودخانه است. روند نزولی به دست آمده در مقادیر دبی در مقیاس های زمانی مختلف برای تمام ایستگاه های هیدرومتری حوزه آبخیز گرگانرود که در آینده به دلیل تغییرات جهانی اقلیم شدیدتر نیز خواهد شد از یک سو و افزایش نیاز آبی منطقه برای مصارف مختلف در آینده به دلیل رشد جمعیت و همچنین گسترش صنایع می تواند به عنوان هشدار جدی برای سیاستگزاران، برنامه ریزان و مدیران محلی قلمداد شود تا با برنامه ریزی های صحیح از بروز احتمالی بحران آب در منطقه در آینده جلوگیری کنند.

    کلیدواژگان: دبی، روش های ناپارامتری، تغییر اقلیم، رژیم جریان، حوزه آبخیز گرگانرود
  • مهدی حیات زاده*، مسعود عشقی زاده، وحید موسوی صفحات 203-216

    از آنجا که تغییر کاربری اراضی و همچنین تغییر متغیرهای اقلیمی از جمله افزایش دما بر بسیاری از فرایندهای طبیعی نظیر فرسایش خاک و تولید رسوب، سیلاب و تخریب خصوصیات فیزیکی و شمیایی خاک اثر می گذارد، بنابراین نیاز است تا جنبه های مختلف اثر این تغییرات، در مطالعات و تصمیم گیری ها مورد توجه قرار گیرد. در تحقیق حاضر به منظور آگاهی از میزان اثرگذاری تغییر اقلیم و شرایط مدیریت کشت بر میزان سیل خیزی، اقدام به آزمون و تحلیل سناریوهای منطقی بر اساس پیشینه حوزه آبخیز مروست با استفاده از مدل مفهومی SWAT شد. در این راستا پس از واسنجی مدل، اقدام به آزمون دو سناریوی مذکور شد. سناریوی اول در زمینه مدیریت زارعی و تبدیل باغات به اراضی کشاورزی و سناریوی دوم افزایش 0/5 درجه ای دما با ثابت فرض کردن سایر شرایط درنظر گرفته شده است. نتایج واسنجی و اعتبارسنجی مدل با آزمون نش- ساتکلیف به ترتیب 0/66 و 0/68 نشان از کارایی قابل قبول مدل در محدوده مورد مطالعه دارد. در ادامه نتایج به کارگیری دو سناریوی تغییر کاربری اراضی و گرمایش نشان از تاثیر 30 درصدی سناریوی اقلیمی با افزایش متوسط دبی ماهانه به میزان 3/72 مترمکعب بر ثانیه حاکی از افزایش سیل خیزی حوضه به ویژه در سال های اخیر دارد. از طرفی سناریوی تغییر کاربری اراضی باغی به کشاورزی در دو حالت 20 درصد و 50 درصد تغییر کاربری باعث افزایش متوسط دبی ماهانه به ترتیب به میزان 1/26 و 1/5 مترمکعب بر ثانیه و به عبارتی 10 و 12 درصد به سیل خیزی حوضه اضافه شد. نتایج حاکی از آن است که در مناطق مشابه منطقه مورد مطالعه که در منطقه اقلیمی خشک واقع شده است، افزایش احتمالی دما می تواند اثر قابل ملاحظه ای را بر سیل خیزی حوضه داشته باشد. البته تاثیر غیرمستقیم عامل انسانی نیز به صورت افزایش گازهای گلخانه ای بر افزایش سیل خیزی حوضه را نباید نادیده گرفت.

    کلیدواژگان: گرمایش زمین، تغییر کاربری اراضی، مدیریت زراعی، مدل سازی
  • الناز جاویز، احمد جلالیان*، محمدرضا مصدقی، الهام چاوشی، ناصر هنرجو صفحات 217-232

    یکی از مهم ترین بحران های زیست محیطی در مناطق خشک، نیمه خشک، نیمه مرطوب و حتی مرطوب پدیده مخرب بیابان زایی و در مناطق خشک و نیمه خشک فرسایش بادی است. برای رفع این مشکل که در بخش عمده ای از کشور ایران وجود دارد، نیاز به استفاده از روشی محیط زیست دوست و اقتصادی است. در این پژوهش برای اولین بار در کشور و شاید در دنیا در منطقه بحرانی سجزی در وسعت 65 هکتار، از رس بنتونیت کلسیم دار استفاده شد. آزمایش ها بر روی سله تشکیل شده در سطوح مالچ پاشی شده با مالچ رسی با ماندگاری بیش از یک سال انجام شد. نتایج نشان داد که فرسایش بادی با پارامترهای میانگین وزنی و هندسی قطر خاکدانه، خاکدانه های بزرگ تر از 0/25 میلی متر، مقاومت برشی و مقاومت فروروی همبستگی منفی و معنی داری دارد. از طرف دیگر نتایج آزمایش های نفوذپذیری با استفاده از روش استوانه مضاعف و توسط سه مدل (کاستیاکوف، هورتون و فیلیپ) نشان داد که در نمونه های مالچ پاشی شده و شاهد، کمترین میانگین مربعات خطا(SSE)  و بیشترین ضریب تبیین(R2)  مربوط به مدل کاستیاکوف است که بیانگر برتری این مدل در مقایسه با مدل های هورتون و فیلیپ بود. همچنین شدت فرسایش بادی به صورت درجا و با استفاده از یک دستگاه تونل باد قابل حمل در 20 نقطه از منطقه سجزی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که مالچ پاشی بیشتر از 95 درصد از فرسایش خاک را کنترل کرده است.

    کلیدواژگان: مالچ رسی، فرسایش خاک، مدل های نفوذپذیری، مقاومت برشی، مقاومت فروروی
  • حمید نظری پور*، محسن حمیدیان پور، محمود خسروی، محدثه وزیری صفحات 233-247

    در این پژوهش، تغییرپذیری دهه ای فراوانی و شدت خشکسالی در گستره ایران بررسی شده است. برای این منظور از داده های شبکه ای مقیاس یک ماهه از شاخص استاندارد شده بارش- تبخیرتعرق در دوره 2015-1956 استفاده شده است. بر اساس آستانه های قراردادی رایج، مشخصه های فراوانی و شدت خشکسالی برای تک تک پیکسل ها محاسبه و مبنای تحلیل وضعیت خشکسالی قرار گرفته است. سپس، فراوانی طبقات شدت خشکسالی محاسبه و روند آن با استفاده از آزمون ناپارامتریک من- کندال بررسی شده است. یافته های پژوهش بیانگر تنوع فضایی زمانی الگوهای شدت خشکسالی در گستره ایران است. فراوانی خشکسالی های خفیف از جنوب به شمال و از شرق به غرب کاهشی بوده؛ در حالی که فراوانی رخداد خشکسالی های شدیدتر از شمال به جنوب و از غرب به شرق افزایشی است. فراوانی بیشینه از رخداد خشکسالی های خفیف و متوسط به ترتیب روی بخش میانی و پایانی ناهموارهای های زاگرس بوده؛ درحالی که فراوانی بیشینه رخداد خشکسالی های شدید و بسیار شدید روی مناطق بیابانی مرکزی، شرقی و جنوب شرقی است. فراوانی خشکسالی های خفیف در جنوب شرق، شمال غرب و شمال شرق بین 5 تا 40 درصد افزایش یافته است. درحالی که فراوانی خشکسالی های شدیدتر، در غالب گستره ایران بین 10 تا 20 درصد افزایش داشته است. تغییر فراوانی طبقات شدیدتر خشکسالی ها در حوضه آبریز فلات مرکزی و همچنین خلیج فارس- دریای عمان بارزتر است. روند شدت خشکسالی همزمان با رژیم بارش غالب گستره ایران، کاهشی (تشدید خشکسالی) است. روند افزایشی معنی دار در شدت خشکسالی (تشدید ترسالی) تنها در جنوب شرق ایران همزمان با رژیم بارش موسمی مشاهده می شود. با وجود این، نواحی خشک و فراخشک جنوب شرق ایران متاثر از فراوانی و شدت خشکسالی، دارای درجه آسیب پذیری بالا هستند.

    کلیدواژگان: تغییرپذیری، شاخص استاندارد شده بارش- تبخیرتعرق، آزمون روند من کندال، تحلیل فضایی- زمانی
  • وحید حبیبی اربطانی، محمود اکبری*، زهره مقدم، امیرمهدی بیات صفحات 249-259

    در سال های اخیر از روش های غیرمستقیم نظیر سنجش از دور و داده کاوی برای برآورد شوری خاک زمین های کشاورزی استفاده می شود. در این تحقیق، هدایت الکتریکی 94 نمونه خاک از 0 تا 100 سانتی متر با استفاده از تکنیک ابرمکعب در دشت ساوه، اندازه گیری شد. تعداد 23 نوع داده ورودی در قالب دو دسته توپوگرافی و طیفی استفاده شدند. پارامترهای سطح زمین مانند شاخص رطوبت توپوگرافیک (TWI)، شاخص طبقه بندی زمین برای مناطق پست (TCI)، شاخص قدرت جریان (STP)، مدل رقومی ارتفاع (DEM) و طول شیب (LS) با استفاده از نرم افزارهای Arc-GIS و SAGA به عنوان ورودی های توپوگرافی لحاظ شدند. همچنین شاخص های مکانی شوری و پوشش گیاهی از تصاویر لندست 8 استخراج شدند و به عنوان ورودی های طیفی درنظر گرفته شدند. به منظور مدل سازی شوری از شبکه عصبی GMDH با نسبت 70 درصد برای آموزش و 30 درصد برای صحت سنجی استفاده شد. نتایج اندازه گیری نشان داد مقادیر شوری خاک بین 0/1 تا 18 با میانگین 5 و انحراف معیار 4/7 دسی زیمنس بر متر بودند. نتایج مدل سازی نیز نشان داد پارامترهای آماری R2، MBE وNRMSE  در مرحله آموزش به ترتیب 0/80، 0/06 و 42/1 درصد بودند. همین مقادیر در مرحله صحت سنجی به ترتیب 0/79، 0/13 و 48/7 درصد بودند. بنابراین استفاده از شاخص های طیفی، توپوگرافی و شبکه عصبی GMDH، در مدل سازی شوری خاک، کارایی مناسبی دارد.

    کلیدواژگان: تکنیک ابرمکعب، شاخص پوشش گیاهی، شاخص رطوبت توپوگرافیک، لندست 8، مدل رقومی ارتفاع
  • کورش شیرانی*، رامین ارفع نیا، یزدان فریدونی، رضا نادری سامانی، محسن شریعتی، محمد فیضی صفحات 261-280

    آب زیرزمینی یکی از منابع مهم آبی به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک جهان مانند ایران بوده و در سال های اخیر به دلیل برداشت های بی رویه به شدت رو به کاهش رفته است. هدف این پژوهش تعیین بهترین مدل درون یابی و بررسی تغییرات زمانی و مکانی سطح آب زیرزمینی در دشت صحنه - بیستون استان کرمانشاه طی سه دهه بین سال های 1370 تا 1399 است. بدین منظور نخست چهار نیم تغییرنمای گوسی، خطی، کروی و توانی برای مشاهدات به دست آمد. در مرحله بعد بهترین نیم تغییرنما و روش میان یابی از بین روش های مورد بررسی برای پهنه بندی سطح آب زیرزمینی در منطقه انتخاب شد. به منظور ارزیابی و تعیین مناسب ترین نیم تغییرنما و روش میان یابی برای پهنه بندی، کمترین مقدار مجموع معیارهای خطای RMSE، MBE، MAE و بیشترین مقدار ضریب تعیین (R2) بین مشاهدات و برآوردها در هر سه دهه و میانگین کل دوره محاسبه و درنظر گرفته شد. نتایج نشان داد که روش کریجینگ معمولی با وریوگرام گوسی بهترین روش برای میان یابی عمق سطح آب زیرزمینی در دشت صحنه - بیستون است. اختلاف بین حداقل و حداکثر سطح ایستابی آب زیرزمینی بر مبنای چاه های مشاهده ای و مدل پهنه بندی به ترتیب بین 1279 تا 1372 متر و 1289 تا 1409 متر در دوره مورد بررسی است و با نزدیکی به نواحی مرکزی و جنوبی، سطح آب زیرزمینی در عمق بیشتری قرار می گیرد. بیشترین میزان کاهش و افزایش تغییرات سطح آب زیرزمینی در طول سه دهه نسبت به همدیگر به ترتیب 12 و 19 متر بوده است. همچنین تغییرات سطح آب زیرزمینی در طی این سه دهه نشان می دهد سطح تراز آب زیرزمینی در هر دو دهه دوم و سوم نسبت به دهه اول و دهه سوم نسبت به دهه دوم در بیشتر از 50 درصد منطقه افزایش یافته است. این موضوع می تواند ناشی از ترسالی و مدیریت بهینه برداشت آب زیرزمینی در این سال ها باشد. بنابراین نتایج پایش تغییرات آب زیرزمینی در سه دهه اخیر کمک موثری برای کارشناسان و بهره برداران در برنامه ریزی و مدیریت بهینه آب زیرزمینی به منظور توسعه پایدار منابع آبی را به همراه دارد.

    کلیدواژگان: دشت صحنه- بیستون، آب زیرزمینی، نیم تغییرنما، میان یابی
  • ساناز بیگدلی، کیومرث ابراهیمی*، عبدالحسین هورفر، علی اکبر داودی راد صفحات 281-297

    در این تحقیق تدقیق شبکه عصبی فازی (ANFIS) در ترکیب با الگوریتم گرگ خاکستری (GWO-ANFIS) برای اولین بار در پیش بینی تراز آب زیرزمینی با کاربرد داده های چاپ نشده مشاهده ای 1397-1377 از آبخوان زرندیه ارزیابی شد. سه چاه مشاهده ای بصورت تصادفی برای تجزیه و تحلیل انتخاب شد. بررسی معیارهای ارزیابی نشان داد که از بین سناریوهای بکار رفته با کاربرد مدل ترکیبی، سناریوی D با ترکیب داده های ورودی، تراز آب زیرزمینی ماه قبل، بارش، دما و بهره برداری از آب زیرزمینی به عنوان سناریو بهینه مدل ترکیبی انتخاب شد. برای سناریو D، چاه مشاهده ای اول پارامترهای MAPE، RMSE، NASH به ترتیب مساوی 0/29، 0/47 متر و 0/99 به دست آمد. برای چاه مشاهده ای دوم سناریوی C با ترکیب داده های ورودی، تراز آب زیرزمینی ماه قبل، بارش و بهره برداری از آب زیرزمینی به عنوان سناریو بهینه انتخاب شد و برای همان پارامترها مقادیر 0/20 ، 0/26 متر و 0/99 به دست آمد. برای چاه سوم سناریوی A با داده های ورودی، تراز آب زیرزمینی ماه قبل به عنوان سناریو بهینه مدل ANFIS-GWO انتخاب شد و مقادیر همان پارامترها برای این سناریو برابر 0/29، 0/41 متر و 0/99 به دست آمد. بر اساس نتایج، الگوریتم گرگ خاکستری در آموزش مدل ANFIS توانست میانگین خطای پیش بینی را به مقدار 03/ 0 (RMSE) و 0/02 (MAPE) متر کاهش و مقدار میانگین NASH  را به میزان 0/01 افزایش و سبب افزایش دقت پیش بینی ها شود.

    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، پایداری منابع آب، سیستم استنتاج فازی- عصبی تطبیقی، شبیه سازی، مدل هوشمند
  • نجمه مرادیان پیک، سیروس جعفری* صفحات 299-318

    تغییر فاکتورهای کیفی اراضی در تغییر کاربری دو سیستم کشت متداول خوزستان (منطقه دیمچه، سیستم کشت تناوبی و نیشکر و زراس جنگل و جنگل تراشی) بررسی شد. نتایج نشان داد با تغییر کاربری جنگل، کربن آلی از 0/93 به 0/55 درصد، ظرفیت تبادل کاتیونی از 19/6 به 13/3 سانتی مول بر کیلوگرم، نسبت کربن به نیتروژن (C/N) از 7/4 به 3/8 درصد، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها از 1/7 به 1/3 درصد و تنفس میکروبی از 0/11 به 0/06 میلی گرم دی اکسیدکربن بر گرم خاک در روز کاهش و در مقابل رس قابل انتشار از 6/4 به 3/19 درصد افزایش یافت. تجزیه به عامل برای خصوصیات نشان داد پنج عامل بیش از 90 درصد واریانس را در مقادیر FC،PWP ،AW ،AF  توجیه کرد. در منطقه دیمچه، میانگین رطوبت حجمی ظرفیت زراعی از 31/3 به 27/3 درصد، آب قابل استفاده از 12/96 به 9/8 درصد، رس قابل انتشار از 56/1 به 12/3 درصد و جرم مخصوص ظاهری از 1/6 به 1/4 درصد کاهش، کربن آلی از 0/45 به 0/78 درصد، C/N از 6/3 به 10/0 درصد، تنفس میکروبی از 0/01 به 0/04 میلی‎گرم دی اکسیدکربن بر گرم خاک در روز و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها از 0/77 به 1/3 میلی متر افزایش یافت. پنج عامل FC،AW ،BD ،DC  و OM بیش از 90 درصد واریانس را توجیه کرد.

    کلیدواژگان: پایداری خاکدانه، کاربری، جنگل، کیفیت خاک، مواد آلی
  • حمیدرضا قزوینیان، حجت کرمی* صفحات 319-334

    رواناب با سپری شدن مدت زمانی پس از بارندگی شکل گرفته و تا حد زیادی وابسته به شدت بارندگی، رطوبت خاک و شیب است. یکی از سوال های اساسی در مورد رواناب، زمان شروع ایجاد آن است. در این پژوهش با کمک دستگاه شبیه ساز بارش به بررسی آزمایشگاهی زمان شروع رواناب در خاک لوم شنی در شرایط مختلف پرداخته شد. پارامترهای شدت بارش (60، 80 و 100 میلی متر بر ساعت) و شیب (0 و 5 درصد) مورد ارزیابی قرار گرفتند. بارندگی بر روی سه نوع تیمار خاک کاملا خشک (Sdry)، خاک خشکی که 24 ساعت قبل از آزمایش اشباع شده (S24hrlag) و خاک خشکی که 48 ساعت قبل از آزمایش اشباع شده (S48hrlag) ایجاد شد. در مجموع 18 آزمایش روی این خاک انجام شد. در پایان هر آزمایش، رطوبت خاک اندازه گیری شد. نتایج آزمایشگاهی با مدل عددی گرین- آمپت مقایسه شد. با توجه به نتایج آزمون همبستگی کندال و اسپیرمن هر چه شدت بارش بیشتر باشد، زمان شروع رواناب کمتر است. همچنین، در شیب 5 درصد برای هر سه نوع وضعیت خاک شروع رواناب در زمان سریع تری ایجاد می شود. همچنین، نتایج زمان شروع رواناب در خاک با 48 ساعت تاخیر در بارش نسبت به خاک با 24 ساعت تاخیر در بارش به حالت خاک خشک در تمامی شدت بارش ها و شیب ها نزدیک تر است. بنابراین، می توان این تحلیل را داشت که در آزمایش های مربوط به 24 ساعت تاخیر، زمان شروع رواناب کاهش پیدا می کند. درحالی که در آزمایش های با 48 ساعت تاخیر تفاوت زیادی با خاک کاملا خشک نداشت. همچنین، نتایج روش گرین- آمپت با نتایج آزمایشگاهی نزدیک به هم است (R2=0.9775) و حداکثر اختلاف 4/8 دقیقه ای بین دو روش مذکور وجود دارد. پس می توان با روش گرین- آمپت برای محاسبه زمان شروع رواناب در خاک لوم شنی در حالت های مختلف شدت بارش و شیب بستر استفاده کرد.

    کلیدواژگان: زمان آغاز رواناب، خاک لوم شنی، مدل گرین- آمپت، شبیه ساز بارش
|
  • A. Yousefi*, M. Maleki-Zadeh, A.R. Nikooie, M.S. Ebrahimi Pages 1-20

    This study determines the amount of irrigation water saved as a result of the subsidy policy to adapt from flood to drip irrigation. We developed a positive mathematical programming model (PMP) to evaluate the effect of economic incentives on farmers’ decisions to choose the type of irrigation technology, cropping pattern, and "water use" and "water consumption" in rural Garkan Shomali district, which is part of the Najafabad aquifer. We collected data through farm surveys, desk research, and expert interviews. The results showed that a reduction in the financial costs of converting flood irrigation into drip irrigation can lead to farmers investing in this technology. In the current water allocation scenario, the subsidy policy increases the water consumption of drip-irrigated crops by 28%, of which 19% is non-consumed water before subsidy payment and the rest is related to the reduction of furrow-irrigated lands. Also, under non-volumetric water delivery conditions, the operating costs reduce and the net income of the farms increases because of the increase in efficiency and the development of the area under cultivation, which increases water consumption while the water use is constant. In the volumetric water delivery scenario, with the increase in subsidies, the net income of the farms will increase without developing the area under cultivation and only because of the increased yield. Therefore, subsidy policy increases irrigation efficiency at both the farm and regional levels and is an effective tool for dealing with drought conditions.

    Keywords: subsidy, drip irrigation, water use, water consumption, volumetric water allocation, positive mathematical programming model
  • R. Daneshfaraz*, M. Bagherzadeh, M. Jafari Pages 21-32

    The present study aimed to investigate and compare the laboratory results of energy dissipation and length of vertical Drops equipped with horizontal Screens with the results of standard stilling basins of type one, two, three and four simple vertical Drops. For this purpose, 64 different experiments were performed on vertical Drops equipped with a horizontal Screen at relative distances of 0, 0.25, 0.5, and 0.75 from the edge of Drops, with a porosity of 40 and 50% of the Screen and a height of 20 cm .The results showed that in all experiments and at a constant flow, increasing the distance of the Screen from the edge of Drops does not have much affect the energy dissipation of the current. On average, the downstream energy dissipation for the present study has increased by more than 20% compared to the simple vertical Drop, which can be an excellent alternative to the downstream stilling basin. Among the models of the present study, the most significant reduction in the relative length of the Drops was achieved by the vertical Drops model with a horizontal Screen with a relative distance of 0.75. On average, when using horizontal Screen at four relative distances from the edge of Drops, the relative length of the Drops is reduced by more than 73% compared to the vertical Drops equipped with a standard stilling basin.

    Keywords: Vertical Drop, Location of horizontal Screen, Energy dissipator, The edge of Drops, Hydraulic jump
  • M. Pasandi*, H.R. Pakzad, A.M. Halvaie Lengeh, M.R. Taherizadeh Pages 33-47

    The relationship between the concentration of heavy metals and physicochemical factors was studied in the fine-grained sediments of the tidal section of the Mehran delta where mangrove trees have grown. Surface sediments of the tidal zone of the Mehran delta were sampled. The grain size distribution, calcium carbonate, organic matter contents, pH/Eh, and heavy metals concentration were determined in the mud fraction of the sediments. The presence of high calcium carbonate in sediments is an effective factor in the abundance of Mn, Cd, and Pb. Clay and organic matter as adsorptive have contributed to the high concentration of Zn, Cu, while Fe oxy-hydroxides have affected the concentration of Co, Cr, and Ni. According to the index of Enrichment Factor (EF), the average enrichment of the elements in the studied sediments from high to low order is Cr, Ni, Cd, Zn, Mn, Pb, Co, and Cu. According to the Pollution Load Index (PLI), none of the delta sediments including sediments from inside and outside of the mangrove forestare classified as polluted to the heavy metals. According to the Igeo Index, most samples, and only Cd, Cr, and Ni show slight pollution in some samples. Accordingly, there is no current threat of contamination of potentially toxic elements of natural and anthropogenic origins to the mangrove environment and Mehran delta.

    Keywords: Pollution, Heavy metals, Mud sediments, The Mehran river delta, Mangrove
  • A. Shahbaee Kotenaee*, H. Asakereh Pages 49-63

    Precipitation is one of the most significant climatic parameters; its distribution and values in different areas is the result of complex linear and nonlinear relationships between atmospheric elements-climatic processes and the spatial structure of the earth's surface environment. Classification of data and placing them in small and homogeneous zones can be effective in improving the understanding of these complex relationships and their results. In the present study, zoning and analyzing the distribution of rainfall in Iran concerning environmental factors was performed using the annual precipitation data of 3423 synoptic, climatological, and gauge stations in the country during the period from 1961 to 2015 and the altitude, slope, aspect, and station density data. After standardization and preparation of the data matrix, the optimal number of clusters was determined and the data set was entered into the neural-fuzzy network model (ANFIS-FCM). The results showed that the values of R2  and MAE  indices were 0.76 and 0.23, respectively which indicate the appropriate accuracy of the model. It was also found that in the four output zones of the model, environmental factors have a high impact on the spatial distribution of precipitation. In the first and third zones, the combination of high altitude and slope factors along with geographical proximity to precipitation systems has caused the average annual rainfall in these zones to be 318 and 181 mm, respectively. The mean annual rainfall has decreased to about 100 mm by the weakening of the role of environmental factors in the second and fourth clusters.

    Keywords: Neural network, Fuzzy logic, Membership function, Clustering, Precipitation, Iran
  • A. Balvaieh, L. Gholami*, F. Shokrian, A, Kavian Pages 65-78

    Changes in nutrient concentrations of soil can specify optimal management of manure and prevent environmental and water resources pollution. The present study was conducted with the objective of changing macronutrients concentrations of Nitrogen, Phosphorus, and Potassium with amendments application of polyvinyl acetate, bean residual, and a combination of polyvinyl acetate + bean residual for time periods of one, two, and four months. The results showed that the application of soil amendments had various effects on changing Nitrogen, Phosphorus, and Potassium. The maximum amount of Nitrogen related to the treatment of bean residual at the time period of four months before simulation (with a rate of 44.62 percent) and minimum amount of nitrogen related to Polyvinyl acetate treatment at the time period of one month (with a rate of -1.92 percent). The minimum rate of Phosphorus was measured at the treatment of bean residual at the time period of one month before simulation (with a rate of 0.95 percent). The maximum amount of Potassium related to the treatment of Polyvinyl acetate at the time period of four months before simulation (with a rate of 189.35 percent) and the minimum amount of Potassium related to the combination of bean residual + Polyvinyl acetate at the time period of one month after simulation (with a rate of 40.66 percent). Therefore, the application of amendments has various effects on changing soil macronutrients at different time periods.

    Keywords: Organic, chemical conditioners, Time period, Amounts of Nitrogen, Phosphorus, Potassium, Soil macronutrients loss
  • F. Zarei*, M.R. Nouri Emamzadehei, A.R. Ghasemi Dastgerdi, A. Shahnazari Pages 79-90

    The pattern of root distribution in layered soils is one of the significant issues in the calculations of soil water and irrigation management and planning. The objective of this study was to determine the pattern of root distribution of soybean in layered soils and its effect on water uptake. The research was conducted in a completely randomized design with 15 treatments consisting of three different textures of soil (light, heavy, and medium) in four replications. The pattern of root distribution was monitored by the sampling of columns at the end of the growth period of the soybean. It was observed that the presence of the layer with medium texture has led to better plant development and growth after comparing the treatments in terms of plant growth. In general, root length density decreased with increasing soil depth, except in cases where there were different layers of soil, and root length density takes place in the following order: root length density in layers with medium texture≥ heavy texture≥ light texture. The rate of root water uptake rate was highest in the sandy layers, intermediate in clay, and lowest in loamy texture. Also, the rate of root water uptake rate increased significantly with increasing depth regardless of treatments. It can be concluded that the pattern of root distribution and plant growth is significantly affected by soil texture and its stratification.

    Keywords: The pattern of root distribution, Layered soil, Soybean, Root length density, Root water uptake rate
  • B. Shahinejad*, A. Parsaei, H. Yonesi, Z. Shamsi, A. Arshia Pages 91-104

    In the present study, the flow rate in flues containing lateral semi-cylinders (SMBF) was simulated and estimated under free and submerged conditions using back vector machine models (SVM), spin multivariate adaptive regression (MARS), and multilayer artificial neural network (MLPNN) model. In free flow mode, the dimensionless parameters extracted from the dimensional analysis include the ratio of upstream flow to throat width and contraction ratio (throat width to channel width), and in the submerged state, in addition to these two parameters, the depth-to-throat width, and bottom-depth parameters upstream depth were used as input and the two-dimensional form of flow rate was used as the output of the models. The results showed that in free flow mode in the validation stage, the MARS model with statistical indices of R2 = 0.985, RMSE = 0.008, MAPE = 0.87%, and the SVM model with statistical indices of  R2 = 0.971, RMSE = 0.0012, MAPE =1.376%, and MLPNN model with statistical indices of R2 = 0.973,  RMSE = 0.011, MAPE = 1.304% have modeled and predicted the flow rate. In the submerged state, the statistical indices of the developed MARS model were R2 = 0.978, RMSE = 0.018, MAPE = 3.6%, and the statistical indices of the SVM model were R2 = 0.988, RMSE = 0.014, 2%. MAPE = 4, and the statistical indicators of the MLPNN model were R2 = 0.966, RMSE = 0.022, and MAPE = 5.7%. In the development of SVM and MLPNN models, radial kernel and hyperbolic tangent functions were used, respectively.

    Keywords: Artificial neural network, SMBF flumes, Water transfer channel, Support vector machine, Side half cylinders
  • M.J Amiri*, M. Bahrami, M. Mousavi Poor, A. Shabani Pages 105-118

    Class A pan evaporation method as one of the most common methods for reference evapotranspiration (ET0) estimation has been widely used in the world due to its simplicity, relatively low cost, and ability to estimate daily ET. In this study, the performance of 8 empirical methods consisting of Allen and Pruitt (1991), Cuenca (1989), Snyder (1992), modified Snyder, Pereira, et al. (1995), Orang (1998), Raghuwanshi and Wallender (1998), and FAO/56 were analyzed to estimate class A pan coefficient and ET0 at Fasa synoptic station located in Fars province. The calculated pan evaporation coefficients from the above equations were compared with measured pan evaporation coefficients which were obtained from the ratio of evapotranspiration calculated by the FAO-Penman-Monteith method to the rate of evaporation from the pan. The results showed that all empirical methods did not predict pan coefficient values well (R2 < 0.3 and NRMSE > 0.25). The comparison results between ET0 from empirical methods and ET0 obtained from FAO-Penman–Monteith indicated that the FAO/56 method had the best performance (R2 = 0.72 and NRMSE = 0.3). To increase the accuracy of empirical pan coefficient equations, these equations were modified with eight years (2007-2015) of meteorological data from the Fasa synoptic station and validated using two years of independent data (2015-2017). The results showed that the accuracy of all empirical models was improved and the Cuenca equation with NRMSE = 0.16 and R2= 0.63 was selected as the best equation for pan coefficient estimation and ET0 (R2 =0.85; NRMSE =0.18) in Fasa region. The sensitivity analysis revealed that the estimated pan coefficient is more sensitive to wind speed, followed by relative humidity, fetch distance, the slope of the saturation vapor pressure curve, sunshine hours, and air pressure. According to statistical results and sensitivity analysis, an equation was expanded for the Fasa region and other areas with the same climate.

    Keywords: Pan coefficient, Empirical equations, Sensitivity analysis, FAO Penman–Monteith
  • M. Farzamnia*, M. Miran Zadeh Pages 119-136

    The present study was carried out in the Mahyar region of Esfahan Province to determine optimum drip tape spacing for the wheat crops on a silty clay loam soil respecting grain yield as well as yield components, water use efficiency, and variations in the salinity within the soil profile. The experiment was performed for three years from 2017 to 2019 with a randomized complete block design with three replicates and four treatments. The treatments consisted of three tape spacings (A) at 45, (B) at 60, (C) at 75 cm, and the Control (D) was irrigated with the basin method. The same volume of irrigated water was applied to the drip treatments, A, B, and C in every irrigation interval, whereas for treatment D, the local farmers’ practice was followed. Based on the results from compound variance analysis, the treatment effect on both grain yield and biological yield, and on water use efficiency and harvest index was significant at 1% and 5% level of confidence, respectively. The mean water use efficiency in treatments A, B, C, and D was measured as 0.79, 0.79, 0.73, and 0.78 kg m-3; thus, treatments A, B, and D outperformed treatment C. A comparison between the salinity of the soil profile at the beginning and the end of the growing season revealed that the basin irrigation method was more effective on salt leaching than the drip tape system. The results of this study indicated that concerning water use efficiency and crop yield, drip tapes spaced at 45 or 60 cm outperformed those which were 75 cm apart. On the other hand, the work required for irrigation system installation as well as the amount of drip tape residues left on the field at the end of the growing season is larger for tapes spaced at 45 cm compared to those which are 60 cm apart. This will have a significant impact on farmers’ budgets and environmental issues. Therefore, it is recommended to lay the tapes 60 cm apart for the irrigation of wheat crops on silty clay loam soils.

    Keywords: Drip tape irrigation, Tape spacing, Water use efficiency, Soil salinity
  • F. Fathian*, M. Ghadami, Z. Dehghan Pages 137-160

    In this research, the trend of spatial changes in extreme indices of temperature related to the health and agriculture sectors such as the number of frost days, number of summer days, number of icing days, number of tropical nights, growing season length, diurnal temperature range, cold spell duration index, and warm spell duration index were investigated for 54 synoptic stations throughout Iran for observational (1976-2005) and future (2025-2054) periods. Daily maximum and minimum temperature data of three regional climate models namely, CCSM4, MPI-ESM-MR, and NORESM1-ME from the CORDEX project under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios were downscaled for each station using a developed multiscale bias correction method. Then, trends and changes of extreme temperature indices were investigated using Mann-Kendall and Sen’s trend line slope methods. The results indicated that the warm indices such as the number of summer days and tropical nights indices have had a positive trend at most stations in both observational and future periods. In contrast, cold indices like the number of frost days have had a decreasing trend in most stations. The results of cold and warm spell duration indices showed that most stations have had no trend for both periods. The growing season length has increased in more than 60% of stations (45% having a significant trend) mainly located in the northern, northwestern, and western regions of the country. Based on the results, it can be concluded that without considering thoughtful climate adaptation measures, some parts of the country may face health risks and limited habitability and agriculture in the future.

    Keywords: Temperature extremes, Climate change, CORDEX data, Downscaling, Spatial trend analysis, Iran
  • M. Karim Zadeh, J. Zahiri*, V. Nobakht Pages 161-175

    Reservoir dams have had problems despite all the benefits for humans. one of the most important issues is exposing a large amount of water in contact with the air causing a large amount of water to evaporate. Using chemical methods including heavy alcohols is one of the evaporation suppression methods. In this study, three emulsions of octadecanol, hexadecanol, and a combination of octadecanol, and hexadecanol along with Brij-35 and two physical methods of the canopy and floating balls were used to evaluate the performance of different emulsions. A one-way analysis of variance was applied to compare the mean of evaporation in different chemical and physical methods and a two-way analysis of variance was performed to investigate the main and interaction effects of different meteorological parameters on the value of evaporation. The mean comparison of the evaporation in different methods showed that the two physical methods of the canopy and floating balls had better performance than the chemical methods, and the octadecanol was more efficient than the two other chemical methods. The results of one-way ANOVA showed that among the chemical methods, the octadecanol had no significant difference with floating balls at a 99% probability level (P <0.01). Two-way ANOVA indicated that air temperature and relative humidity had the greatest effect on evaporation. Examination of the effect of different levels of meteorological parameters on the performance of evaporation reduction methods showed that at low temperatures, octadecanol had poor performance than the two physical methods but with increasing temperature, its performance improved. In addition, this monolayer had a suitable performance at low wind speeds compared to physical methods. By increasing wind speed, its performance is severely affected and its efficiency decreases. So, at temperatures above 37° C, an increase in wind speed from 3.5 m/s to above 8.7 m/s has increased evaporation by more than 50%. The effects of monolayers and other evaporation suppression methods on the quality characteristics of the water including dissolved oxygen are significant and should be investigated in future research.

    Keywords: Monolayer, Evaporation, Heavy alcohols, Brij-35, ANOVA
  • T. Mohammadi, V. Sheikh*, A. Zare Pages 177-201

    Trend analysis of stream flow provides practical information for better management of water resources on the eve of climate change. Therefore, the present study investigated river flow variations during three decades as well as projections of future discharge in the Gorganrood watershed. The Man-Kendall method has been used to detect the trend and methods of Pettitt, SNHT, and Buishand to identify points of a sudden change in discharge time series in 8 stations of Aq Qala, Galikesh, Gonbad, Haji Ghoshan, Nodeh, Ramyan, Sadgorgan, and Tamar. The Mann-Kendall trend test showed the existence of a significant negative trend (flow reduction) on a daily and annual scale in all stations. Monthly, the strongest negative trend in Aq Qala, Galikesh, Gonbad, Haji Ghoshan, and Ramyan stations was related to July, but in Nodeh and Tamar stations, it was related to August and February, respectively. A decreasing trend was observed in all stations on a seasonal scale, but this trend was not significant in some seasons. The results of the analysis of change points in discharge showed that the change points in the data used in this study are more of a decreasing and in some cases incremental type and some stations, no change points have been identified at all. Therefore, the number of decreasing changes in the studied hydrometric stations is significantly higher than the incremental changes and is more visible from 1993 to 1997 and 2005-2007 in three and four stations, respectively. Also, the most incremental changes among the stations are related to the Aq Qala station in 2017 with a flow rate of 234 cubic meters per second. Investigation of the flow of the basin in the past decades showed significant monotonic and abrupt changes which are mostly toward decreasing the basin’s discharge. The downward trend in discharge values at different time scales for all hydrometric stations of the Gorganrood watershed, which will be more severe in the future due to global climate change, and increasing the region's water needs for various future use due to population growth and the expansion of industries can also be considered as a serious warning for policymakers, planners, and local managers to prevent a possible water crisis in the region in the future with proper planning.

    Keywords: Discharge, Nonparametric methods, Climate change, Flow regime, Gorganrood watershed
  • M. Hayatzadeh*, M. Eshghizadeh Pages 203-216

    The land use change as well as changes in climatic parameters such as temperature increase affect many natural processes such as soil erosion and sediment production, floods, and degradation of physical and chemical properties of soil. Therefore, it is necessary to pay attention to different aspects of the effect of these changes in studies and macro decisions of the country. In the present study, the SWAT conceptual model was used to test and analyze the existing scenarios in the Marvast basin. After calibrating the model, the two scenarios were tested. The first scenario is in the field of agricultural management and conversion of gardens to agricultural lands and the second scenario is a 0.5-degree increase in temperature by assuming other conditions are constant. The calibration and validation results of the model with the Nash-Sutcliffe test showed 0.66 and 0.68 respectively, which indicate the acceptable performance of the model in the study area. Then, the results of using two scenarios of land use change and heating, especially in recent years showed the effect of 30 percent of the climate scenario on the increase of flooding in the basin. The scenario of changing the use of garden lands to agriculture in two cases of 20% and 50% change of use of 10% and 12% was added to the flooding of the basin. The results indicate that in similar areas of the study area which is located in a dry climate zone, a possible increase in temperature can have a significant effect on flooding in the basin. However, the indirect impact of the human factor in increasing greenhouse gases and flooding in the basin should not be ignored.

    Keywords: Global warming, Land use change, Crop management, Modeling
  • E. Javiz, A. Jalalian*, M.R. Mosaddeghi, E. Chavoshi, N. Honarjoo Pages 217-232

    One of the most significant environmental crises in arid, semi-arid, sub-humid, and even humid regions is the destructive phenomenon of desertification and in the arid and semi-arid regions is wind erosion. These problems exist in large areas of Iran and it is necessary to use an environmentally friendly and economic method to solve this problem. In this study, calcium bentonite clay was used for the first time in Iran and perhaps in the worlds in the critical region of Sajzi, which covers an area of 65 hectares. Experiments were performed on the crusts after one year of mulching with bentonite clay. The results showed that wind erosion has a negative and significant correlation with the mean weight diameter and geometric weight diameter of aggregate, aggregates with diameters greater than 0.25 mm, shear strength, and penetration resistance. On the other hand, the results of the permeability test using double-ring and by three models (Kostiakov, Horton, and Philip) showed that the lowest mean square error (SSE) and the highest coefficient of determination (R2) belonged to the Kostiakov model in the mulch-applied and control samples. This result indicated the superiority of the Kostiakov model compared to Horton and Philip's models. Wind erosion intensity was also measured in situ using a portable wind tunnel at 20 points in the Sajzi region. The findings showed that mulch application has controlled more than 95% of soil erosion.

    Keywords: Clay mulch, Soil erosion, Permeability models, Shear strength, Penetration resistance
  • H. Nazaripour*, M. Hamidianpour, M. Khosravi, M. Vazirimehr Pages 233-247

    In this study, the decade variability of frequency and severity of drought in Iran has been investigated. The one-month scale data from the standardized precipitation-evapotranspiration index (SPEI 01) in the period 1956 - 2015 have been used. Based on the common numerical thresholds, the characteristics of the frequency and severity of drought for each pixel have been calculated and they are the basis for the analysis of the drought situation. Then, the frequency of drought severity classes was calculated and its trend was investigated using the non-parametric Mann-Kendall test. The findings indicated the spatio-temporal variability of drought frequency and intensity patterns in Iran. The frequency of mild droughts has decreased from south to north and from east to west; while the frequency of more severe droughts has increased from north to south and from west to east. The frequency of mild droughts in the southeast, northwest, and northeast has increased by 5 to 40 percent. While the frequency of more severe droughts in most parts of Iran has increased between 10 and 20 percent. Variability in the frequency of more severe droughts is more pronounced in the Central Plateau catchment area as well as in the Persian Gulf-Oman Sea. The trend of drought intensity is decreasing (drought intensification) at the same time as the prevailing rainfall regime in Iran. A significant increase in drought intensity (wet season intensification) is observed only in southeastern Iran at the same time as the monsoon regime. However, extra-arid and arid regions of southeastern Iran are affected by the frequency and severity of drought and have a high degree of vulnerability.

    Keywords: Drought, Variability, SPEI, Mann–Kendall trend test, Spatial-temporal analysis
  • V. Habibi Arbatani, M. Akbari*, Z. Moghaddam, A.M. Bayat Pages 249-259

    In recent years, indirect methods such as remote sensing and data mining have been used to estimate soil salinity. In this research, the electrical conductivity of 94 soil samples from 0 to 100 cm was measured using the Hypercube technique in the Saveh plain. 23 types of input data were used in the form of topographic and spectral categories. Land area parameters such as the Topographic Wetness Index (TWI), Terrain Classification Index (TCI), Stream Power Index (STP), Digital Elevation Model (DEM), and Length of Slope (LS) were considered as topographic inputs using Arc-GIS and SAGA software. Also, salinity spatial and vegetation indices were extracted from Landsat 8 images and were considered spectral inputs. The GMDH neural network was used to model salinity with a ratio of 70% for training and 30% for validation. The results showed that the soil salinity values were between 0.1 and 18 with mean and standard deviation of 5 and 4.7 dS/m, respectively. Also, the results of modeling indicated that the statistical parameters R2, MBE, and NRMSE in the training step were 0.80, 0.06, and 42.1%, respectively. The same values in the validation step were 0.79, 0.13, and 48.7%, respectively. Therefore, the application of spectral, topographic, and GMDH neural network indices for modeling soil salinity is effective.

    Keywords: Hypercube technique, Vegetation index, Topographic wetness index, Landsat 8, Digital elevation model
  • K. Shirani*, R. Arfania, Y. Fereydoni, R. Naderi Samani, M. Shariati, M. Faizi Pages 261-280

    Groundwater is always considered one of the important water resources, especially in arid and semi-arid regions of the world, such as Iran. In recent decades, it has decreased drastically due to excessive use. The objective of this study was to determine the best interpolation method and evaluation of the spatiotemporal variations for the groundwater level in the Sahneh-Biston plain of Kermanshah province during three decades from 1991 to 2020. At first, four Gaussian, linear, spherical, and power semi-variograms were obtained for observations. Then, the best semi-variogram and interpolation methods were selected among the evaluated methods for zoning the groundwater level in the region. The lowest value of the sum of RMSE, MBE, and MAE error criteria and the highest coefficient of determination (R2) between observations and estimates in all three decades and the average of the entire period were calculated and considered to evaluate the most appropriate semi-variogram and interpolation methods for spatial distribution. The results showed that the ordinary kriging method with Gaussian semi-variogram is the best method to estimate the groundwater level in the Sahneh-Biston plain. The average difference between the minimum and maximum groundwater levels based on the observation wells of the study area and the zonation method is from 1279 to 1372 meters and 1289 to 1409 meters during the studied period time, respectively. The groundwater level is placed in more depth with the proximity to the central and southern regions. The maximum decrease and increase of groundwater level variations have been 12 and 19 meters during three decades, respectively. Also, the underground water level variations during these three decades showed that both the second and third decades compared to the first decade and the third decade compared to the second decade have increased in more than 50% of the region. This increase can be caused by the optimum management and water use in these years. Therefore, groundwater level monitoring provides effective help for experts and users in planning and optimal management of groundwater for the sustainable development of water resources.

    Keywords: Sahneh-Biston plain, Groundwater, Semi-variogram, Interpolation
  • S. Bigdeli, K. Ebrahimi*, A. Hoorfar, A.A. Davudirad Pages 281-297

    In this study, the accuracy of the Adaptive Network-Based Fuzzy Inference System (ANFIS) in integrating with the Gray Wolf Algorithm (ANFIS-GWO) in predicting groundwater level was evaluated for the first time using unpublished observational data from 1998 to 2018 in the Zarandieh aquifer, central Iran. Three observational wells were randomly selected for analysis. Assessment of evaluation criteria demonstrated that among the proposed scenarios using the hybrid model, the D scenario was selected as the optimal scenario with input data including the previous month's groundwater level, precipitation, temperature, and groundwater extraction. In the D scenario, parameters including MAPE, RMSE, and NASH were 0.29 m, 0.47 m, and 0.99, respectively for the first observational well. Also, C scenario with input data including the previous month's groundwater level, precipitation, and groundwater extraction for the second observational well, for the same parameters mentioned above equal to 0.20 m, 0.26 m, and 0.99. As well for the third observational well, the A scenario with input data including the previous month's groundwater level for the same parameters equal to 0.29 m, 0.41 m, and 0.99 as the optimal scenarios were selected using the ANFIS-GWO model. Based on the results, the Gray wolf algorithm in training the ANFIS model was able to reduce the average forecast error by equal to 0.03 (RMSE) and 0.02 (MAPE) meter and increased the average NASH value equal to 0.01 and increased the accuracy of predictions.

    Keywords: Groundwater, Sustainability of water resources, Fuzzy-adaptive neural inference system, Simulation, Intelligent model
  • N. Moradian Paik, S. Jafari* Pages 299-318

    Changes in land quality factors were investigated according to the change in land use of two conventional cropping systems in Khuzestan (Dimcheh region, periodic cultivation system, sugarcane, forest, and deforesting in Zaras region). The results showed that by the change of forest land use, organic carbon from 0.93 to 0.55%, cation exchange capacity (CEC) from 19.6 to 13.3 cmol/kg, C/N from 7.4 to 3.8%, the mean weight diameter of aggregate (MWD) from 1.7 to 1.3%, and microbial respiration from 0.11 to 0.06 mg of CO2 /gr of soil per day decreased and in contrast, the dispersible clay from 4.6 to 19.3% increased. PCA analysis for the parameters showed that five factors justified more than 90% of the variance in the values of FC, PWP, AW, and AF. In the Dimcheh region, the average volumetric moisture content of FC from 31.3% to 27.3%, available water from 12.9% to 9.8%, dispersible clay from 56.1% to 12.3%, and bulk density reduced from 1.6 to 1.4%, organic carbon from 0.45 to 0.78%, C/N from 6.3 to 10.0%, microbial respiration from 0.01 to 0.04 mg of CO2 /gr soil per day and MWD of aggregates increased from 0.77 to 1.3 mm. Five factors including FC, AW, BD, DC, and OM explained more than 90% of the variance.

    Keywords: Aggregate stability, Land use, Forest, Soil quality, Organic matter
  • H. Ghazvinian, H. Karami* Pages 319-334

    Runoff is formed by spending some time after rain and significantly depends on rainfall intensity, soil moisture, and slope. One of the fundamental questions about runoff is the time that it starts to create. In this research, the runoff start time in sandy loam soil was evaluated experimentally under different conditions using a precipitation simulator machine. The rainfall intensity parameters of (60, 80, and 100 millimeters per hour) and the slope of (0 and 5 percent) were investigated. The rainfall was created in the three soil treatment types completely dry (Sdry), the dry soil that had been saturated 24 hours before the test (S24hrlag), and the dry soil that had been saturated 48 hours before the test (S48hrlag). Eighteen tests were conducted on this soil. At the end of each test, the soil moisture was measured. The experimental results were compared with the numerical model of Green-Ampt. According to the Kendall and Spearman correlation test results, as the rainfall be intense, the start time of the runoff is lower. Also, the runoff starts at a faster time in the slope of 5 percent for every three types of soil. Also, the results of starting time of the runoff in the soil with a delay of 48 hours in the rain compared to the soil with a delay of 24 hours in the rain are closer in all of the rainfall intensity and slopes compared to the case of dry soil. Therefore, in the experiments related to a delay of 24 hours, the time of the start of runoff decreases. While in tests with a delay of 48 hours, it was not much different from completely dry soil. Also, the Green-Ampt results are close to the experimental results (R2=0.9775), and the maximum difference between the two mentioned methods is 4.8 minutes. Therefore, it can be used with the Green-Ampt method to calculate the start time of runoff in sandy loam soil in different states of rainfall intensity and bed slope.

    Keywords: Runoff start time, Sandy loam soil, Green-Ampt model, Precipitation simulator