فهرست مطالب

حفاظت منابع آب و خاک - سال دوازدهم شماره 3 (پیاپی 47، بهار 1402)

فصلنامه حفاظت منابع آب و خاک
سال دوازدهم شماره 3 (پیاپی 47، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/22
  • تعداد عناوین: 10
|
  • علی کیانپور، بهمن یارقلی*، احمد شرافتی، کرامت اخوان گیگلو صفحات 1-13
    زمینه و هدف

    با توجه به مصارف بالای آب در کشاورزی، سالانه حجم قابل توجهی زهاب تولید می شود. در حال حاضر حجم قابل توجهی از زهاب (فقط بالغ بر سه میلیارد متر مکعب در خوزستان) بدون استفاده سودمند وارد محیط شده و آلودگی منابع آب و خاک را در پی دارد. با توجه به بحران آب در کشور، حفاظت کیفی از منابع آب و استفاده از منابع آب نامتعارف، به ویژه مدیریت کیفی زهاب و استفاده از آنها در کشاورزی و محیط زیست به عنوان امری ضروری مطرح می باشد.

    مواد و روش

    این تحقیق در استان خوزستان و در بهار و تابستان سال 1399 با استفاده از زهاب کشت و صنعت میرزا کوچک خان و امیرکبیر انجام شد. این تحقیق برای ارزیابی کارایی فیلترهای زیستی با جنس بسترهای مختلف برای تصفیه زهاب های کشاورزی خوزستان با هدف کاهش آلودگی منابع پذیرنده و همچنین استفاده مجدد در کشاورزی اجرا گردید. در این تحقیق تاثیر چهار جنس مختلف فیلتر زیستی شامل خاک اره، ساقه پنبه، کاه و کلش گندم و پوسته برنج به عنوان عامل اصلی و سه زمان مانده 2، 5 و 10 روز به عنوان عامل فرعی موردبررسی قرار گرفت. فاکتورهای کیفی مورد پایش شامل pH، کدورت، EC (به عنوان شاخص شوری)، ازت کل، فسفر کل و BOD بود.

    یافته ها

    نتایج تجزیه واریانس نشان می دهد که بین تیمارهای مختلف از نظر پارامترهای موردمطالعه، به غیر از pH، برای باقی فاکتورها در سطح یک درصد اختلاف معنی داری وجود دارد. بر اساس نتایج حاصله، بیشترین میانگین پالایش فاکتورهای کیفی مورد تحقیق بر اساس جنس فیلتر برای کدورت معادل 87/37 درصد و مربوط به تیمار ساقه پنبه است. برای EC، ازت کل، فسفر کل و BOD به ترتیب معادل 23/9،60/49، 50/46 و 97/59 درصد و مربوط به تیمار خاک اره می باشد. بر اساس نتایج حاصل میانگین بیشترین درصد کاهش آلودگی برای فاکتورهای موردبررسی مربوط به زمان ماند 10 روزه بوده که برای کدورت، EC، ازت کل، فسفر کل و BOD به ترتیب معادل 79/56، 97/12، 51/66، 49/53 و 20/80 درصد می باشد.

    نتیجه گیری

    توجه به نتایج حاکی از عملکرد نسبتا بهتر تیمار خاک اره در مقایسه با سایر تیمارها می باشد. این موضوع با توجه به وجود و فراوانی این ماده در سطح کشور از نظر امکان استفاده از آن حایز اهمیت می باشد. توجه به اثر زمان ماند هیدرولیکی، نسبت مستقیم راندمان با زمان ماند را نشان می دهد. ولی افزایش راندمان از زمان ماند 2 روز تا 5 روز (سه روز) معنی دارتر از افزایش زمان ماند از 5 روز به 10 روز (5 روز افزایش) می باشد؛ که این موضوع با توجه به غلظت آلاینده های موجود در زهاب، می تواند به عنوان عامل مهمی در انتخاب زمان ماند محسوب شود. بر این اساس، برای فاکتورهای موردبررسی فیلتر خاک اره و زمان ماند 5 روزه به واسطه عملکرد مناسب و اقتصادی تر بودن از نظر حجم و ابعاد سیستم توصیه می گردد

    کلیدواژگان: ازت کل، پوسته برنج، راندمان حذف، زمان ماند، زهاب کشاورزی
  • بتول زینالی*، الهام ملانوری، شیوا صفری صفحات 15-31
    زمینه و هدف

    تغییر اقلیم تاثیرات منفی بر منابع آبی و جوامع انسانی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک دارد. سنجش از راه دور کاربرد وسیعی در مطالعاتی از جمله نظارت بر محیط زیست، کشاورزی و اقلیم کره زمین دارد. این فن آوری امکان پژوهش و بررسی این دست از مطالعات را در مناطق بزرگ با وضوح مکانی و زمانی بالا، به ویژه مناطق صعب العبور و یا مناطقی که فاقد ایستگاه اندازه گیری زمینی (مانند ایستگاه های سینوپتیک) هستند را فراهم می کند. با توجه به گسترش اقلیم نیمه بیابانی سرد در منطقه شمال غرب کشور و تغییرات کاربری اراضی منطقه مشکین شهر در سال های اخیر، هدف از پژوهش حاضر بررسی رابطه متقابل مولفه های اقلیمی دما، بارش و همچنین رطوبت خاک با تغییرات کاربری اراضی است.

    روش پژوهش: 

    شهرستان مشکین شهر در شمال غرب ایران واقع شده و یکی از شهرستان های مهم استان اردبیل می باشد. در پژوهش حاضر منطقه مورد مطالعه با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 5 برای سال 2002 و لندست 8  برای سال 2021 در هفت کلاس کشاورزی آبی، کشاورزی دیم، منطقه مسکونی، مناطق آبی، پوشش برفی، مرتع خوب و مرتع ضعیف جهت بررسی تغییرات کاربری اراضی طبقه بندی شدند. در ادامه مولفه های دما و بارش (به همراه صحت سنجی با داده های زمینی) به ترتیب با استفاده از الگوریتم تک کاناله و پایگاه داده GPM و رطوبت خاک نیز با استفاده از الگوریتم نوری -حرارتی (TOTRAM) با اعمال پارامترهای LST و NDVI به صورت سری زمانی برای سال های 2002، 2006، 2011، 2016، 2019 و2021  بررسی شدند.  

    یافته ها

    با بررسی نقشه های حاصل تغییرات قابل ملاحظه ای در کاربری های مختلف مشاهده شده که بیشتر این تغییرات در زمینه ی افزایش زمین های کشاورزی آبی و مراتع ضعیف و از بین رفتن مراتع مرغوب بوده است. همچنین نوسانات دمایی و بارشی در سال های مورد مطالعه کاملا روشن است و از روند منظمی برخوردار نمی باشند، به طوری که برای مثال در سال 2011 افزایش ناگهانی بارش به مقدار 46 میلیمتر مشاهده می شود. ولی میزان کمینه ی دما نسبت به بیشینه ی آن در سال های مختلف افزایش بیشتری در مقایسه با سال 2002 نشان می دهد. پوشش گیاهی و میزان طوبت خاک نیز روند صعودی یا نزولی خاصی نداشته و مقادیر متفاوتی در سال های مختلف نشان می دهند، اما حداکثر پوشش گیاهی، یعنی مقدار 1 در مورد شاخص NDVI در سال 2002 مشاهده می شود. 

    نتایج

    با توجه به نتایج و نوسانات مقادیر مولفه های اقلیمی، به ویژه تغییرات ناگهانی در برخی سال ها، نشانه هایی از تغییرات اقلیم در منطقه مشاهده می شود، ولی نظری قطعی نمی توان در رابطه با روند تغییرات کاربری اراضی و تغییرات اقلیمی بیان کرد. بررسی نتایج نشان می دهد که تغییرات کاربری به ویژه در بخش کشاورزی می تواند تحت تاثیر شرایط اقلیمی باشد. وابستگی مولفه های اقلیمی به یکدیگر و متاثر بودن رطوبت خاک و پوشش گیاهی از این مولفه ها، از نتایج دیگر این مطالعه است. به طوری که با افزایش دما شاهد کاهش میزان رطوبت و سطح پوشش گیاهی هستیم. زمان هایی که رطوبت خاک نسبت به سال های دیگر بیشتر است، با توجه به نقش خنک کنندگی تبخیر، دما پایین و پوشش گیاهی مطلوب است. در نتیجه بین مولفه های مختلف وابستگی روشنی وجود دارد و تغییر در پارامتری بقیه پارامترها را تحت تاثیر خود قرار می دهد، اما به نظر می رسد مولفه ی دما نقش پر رنگ تری نسبت به بقیه پارامترها ایفا می کند.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، کاربری اراضی، الگوریتم TOTRAM، NDVI
  • صدیقه برارخان پور احمدی*، محمدعلی غلامی سفیدکوهی، مجتبی خوش روش صفحات 33-49
    زمینه و هدف

    تغییرات اقلیمی ناشی از پیشرفت و صنعتی شدن جوامع بشری موجب تغییر در شدت و فراوانی بارش های شدید و سیل آسا شده است که خسارت های غیرقابل جبرانی را به همراه داشته است. به منظور کاهش این خسارت ها لازم است تغییرات مقادیر حدی بارش و عوامل موثر بر آن در هر منطقه شناسایی شود. روش های رگرسیون چندک قادر هستند روندها را نه تنها در میانه، بلکه در دامنه های مختلف سری داده ها بررسی کنند. بنابراین هدف از این پژوهش، بررسی روند فصلی مقادیر مختلف از بارش و نیز بررسی رابطه ی پارامترهای اقلیمی کمینه دما، بیشینه دما، کمینه رطوبت نسبی، بیشینه رطوبت نسبی و بیشینه سرعت باد بر روی مقادیر مختلف بارش در اقلیم های مختلف ایران می باشد. 

     روش پژوهش: 

    در گام اول، سری زمانی روزانه داده های اقلیمی شامل بارش، کمینه و بیشینه دما، کمینه و بیشینه رطوبت نسبی و بیشینه سرعت باد برای یک دوره ی 45 ساله در فصل های مختلف برای 5 ایستگاه سینوپتیک بابلسر، شیراز، بندرعباس، خرم آباد و تربت حیدریه تشکیل شد. در انتخاب ایستگاه های مطالعاتی سعی شد از ایستگاه های با اقلیم های متفاوت و با طول دوره ی آماری مناسب انتخاب گردد. سپس به بررسی روند تغییرات فصلی مقادیر مختلف بارش در چندک های مختلف (چندک های 01/0، 05/0، 1/0، 25/0، 5/0، 75/0، 9/0، 95/0 و 99/0) با استفاده از روش رگرسیون چندک در تمامی ایستگاه های مطالعاتی پرداخته شد. در گام بعدی، رابطه ی پارامترهای اقلیمی بر روی مقادیر مختلف بارش (مقادیر بارش کم تا بسیار بالا) در فصل های مختلف برای هر یک از ایستگاه ها، با استفاده از روش رگرسیون چندکی بررسی شد. سپس نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. 

    یافته ها

    نتایج بررسی روند تغییرات بارش روزانه نشان داد که مقادیر بالای بارش در فصل بهار، در ایستگاه های بندر عباس، شیراز و تربت حیدریه به صورت معنی دار کاهش یافته اما مقادیر بسیار بالای بارش (چندک های 95/0 و 99/0) در ایستگاه های بابلسر و خرم آباد افزایش یافته است. همچنین، مقادیر بارش های بسیار بالای روزانه در تابستان، در ایستگاه بندرعباس کاهش اما در ایستگاه های تربت حیدریه و خرم آباد به طور قابل توجهی افزایش یافته است. در حالی که در فصل زمستان، مقادیر مختلف بارش در تمامی فصل ها دارای روند کاهشی بوده و تنها یک شیب مثبت معنی دار در مقادیر بارش های بسیار بالا (چندک 99/0) در ایستگاه بابلسر وجود داشت. در بررسی پارامترهای موثر بر بارش های حدی نتایج نشان داد که مقدار تاثیر بر روی وقوع بارش های شدید به نسبت بیشتر از بارش های کم تا میانه بوده است. پارامترهای کمینه دما، کمینه رطوبت، بیشینه رطوبت و بیشینه سرعت باد تاثیر مثبت و پارامتر بیشینه دما تاثیر منفی را بر روی بارش های شدید در فصل ها و ایستگاه های مختلف داشته است. بیشترین ضرایب تاثیر مثبت در فصل بهار برای سرعت باد در بابلسر (8/1)، در فصل تابستان برای سرعت باد در بابلسر (8/3)، کمینه و بیشینه دما در بندرعباس (03/4- و 53/1)، برای فصل پاییز برای بیشینه رطوبت و سرعت باد در بابلسر (57/2 و 99/2) و سرعت باد در خرم آباد (54/1) و برای فصل زمستان، برای سرعت باد در بابلسر و بندرعباس (94/1 و 6/2)، و کمینه دما در تربت حیدریه (96/0) بوده است. همچنین، بیشترین ضرایب تاثیر منفی بیشینه دما در فصل های پاییز و زمستان (88/0- و 72/0-) در بابلسر و نیز فصل پاییز (63/0-) در شیراز بوده است.  

    نتایج

    تغییرات معنی دار افزایشی و کاهشی بارش بیشتر مربوط به مقادیر بارش های شدید بوده که در فصل ها و اقلیم های مختلف متفاوت می باشد. همچنین بارش های ایستگاه های نزدیک سواحل شمالی و جنوبی به مقدار بیشتری تحت تاثیر پارامترهای اقلیمی بوده اند. به طور کلی می توان بیان کرد که بارش های سیلابی تحت تاثیر پارامترهای اقلیمی سرعت باد، رطوبت و دما به ترتیب اهمیت بوده و این تاثیر بسته به موقعیت های مکانی و زمانی و تحث تاثیر عوامل مختلف، متفاوت است. بنابراین، اعمال برنامه ریزی دقیق برای استفاده ی درست از بارش دریافتی و مدیریت بهینه در منطقه مورد نظر با استفاده از نتایج چنین مطالعاتی ضرورت دارد.

    کلیدواژگان: بارش، پارامترهای اقلیمی، رگرسیون چندک، روند، مقادیر حدی
  • محمدعلی هیلو، سید عباس حسینی*، احمد شرافتی صفحات 51-64
    زمینه و هدف

    امروزه با توجه به اهمیت رسوبات در حوضه ها، مدیریت جامع حوضه های آبخیز کشور نیازمند چارچوبی مشخص در برنامه ریزی های مربوط به پایش و کنترل رسوبات می باشد. یکی از موثرترین روش ها، استفاده از شاخص اتصال رسوبی (IC) است. فرایند اتصال یک مفهوم نوظهور برای درک بهتر از فرآیندهای رخ داده در سطح حوضه آبخیز است که بر جریان آب و حرکت رسوب در مقیاس های مکانی - زمانی مختلف تاثیر می گذارند. این شاخص درجه اتصال جریان رسوب در سرتاسر آبخیز مخصوصا بین منبع رسوب و منطقه پایین دست را تبیین کرده و به نوعی بیانگر نسبت تحویل رسوب می باشد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف بررسی اتصال رسوب در آبخیز طالقان استان البرز در قالب استخراج نقشه شاخص اتصال رسوب و نیز صحت سنجی نتایج با بازدیدهای میدانی صورت گرفته است. 

    روش پژوهش:

     در این پژوهش به منظور بررسی الگوی مکانی تولید رسوب در حوضه، از روش ارایه شده توسط بورسلی و همکاران و تعریف شاخص اتصال (IC) نقشه اتصال رسوبی حوضه استخراج گردید. بدین منظور ابتدا داده های توپوگرافی از مدل رقومی ارتفاعی 30 متر و داده های پوشش گیاهی در دو دقت مکانی 10 و 30 متری به ترتیب با تصاویر Sentinel-2A  و Landsat 8 تهیه و با استفاده از لایه های اطلاعاتی از جمله میانگین تندی شیب، میانگین عامل وزنی و سطح مشارکتی مقادیر جزء فراشیب مسیر شروع جریان در انتقال رسوب محاسبه گردید. سپس با استفاده از لایه های طول مسیر به سمت پایین دست، عامل وزنی هر سلول و درنهایت تندی شیب هر سلول، جزء فروشیب در شبکه اتصال رسوبی محاسبه و با مرجع قرار دادن خروجی آبخیز در محیط نرم افزار ArcGIS 10-2-2 شاخص اتصال برای تمام پیکسل ها محاسبه و نقشه اتصال رسوبی ترسیم گردید. محدوده IC از (∞- تا ∞+) است و هنگامی که IC به سمت ∞+ سیر می کند، اتصال افزایش می یابد و در نهایت بمنظور ارزیابی نتایج مدل، شاخص اتصال میدانی (FIC) در 30 نقطه از سطح حوضه اجرا و همبستگی بین شاخص IC و FIC در این نقاط مورد ارزیابی قرار گرفت.

    یافته ها

    بر اساس یافته های این پژوهش و برازش شاخص اتصال رسوبی (IC) با شاخص اتصال رسوب میدانی (FIC) در 30 نقطه، رابطه بین این دو شاخص از نوع خطی می باشد. ضریب تعیین در دقت مکانی 10 متر با مقدار عددی 86/0 بیشتر از ضریب تعیین خروجی مدل با دقت مکانی 30 متر با مقدار عددی 62/0 به دست آمد که نشان از دقت بالاتر نتایج حاصل از شاخص اتصال رسوب با قدرت تفکیک مکانی 10 متر نسبت به 30 متر است. هر چند پراکنش نقاط در مواردی دچار بینظمی شده اما روند کلی نتایج نشان میدهد که با افزایش میزان اتصال رسوب (IC)، میزان اتصال رسوب محاسباتی میدانی (FIC) نیز به صورت خطی افزایش پیدا کرده است. در محاسبه شاخص اتصال عواملی از قبیل شکل، شیب و زبری حوضه که به سهولت قابل دسترس می باشند به دلیل نیاز داده ای کم و کارایی بالا می توانند زمینه ساز بهبود برآورد مدل های رسوبدهی شوند. 

    نتایج

    در این پژوهش نتایج نشان داد که شاخص اتصال رسوب با دقت مکانی 10 متر دقت بالاتری نسبت با شاخص اتصال با دقت مکانی 30 متر دارد. همچنین نتایج نشان داد که شیب و عامل پوشش گیاهی از پارامترهای بسیار مهم در رسوبدهی آبخیز طالقان هستند. شایان ذکر است که جهت بررسی اثر مساحت و طول آبراهه اصلی، میتوان نتایج شاخص اتصال رسوب را در سطح زیرحوضه و حتی دامنه مورد ارزیابی دقیقتر قرار داد. لحاظ کردن نقشه جهت جریان و جریان تجمعی در فرضیات این مدل با توجه به اهمیت این موارد در رسوبدهی هر زیرحوضه، از مزایای این مدل به حساب میآید. یکی دیگر از مزایای بسیار مهم این مدل نیاز دادهای کم آن میباشد که میتواند مشکل پیچیده بودن و نیازهای دادهای فراوان مدلهای فرسایش و رسوب موجود را تا حد زیادی کاهش دهد.

    کلیدواژگان: فرسایش، اتصال رسوبی، شاخص اتصال رسوب میدانی، پوشش گیاهی، آبخیز طالقان
  • ابتسام نیسیان، کامران محسنی فر*، ابراهیم پناهپور، تیمور بابائی نژاد صفحات 65-79
    زمینه و هدف

    تهیه نقشه حاصلخیزی اراضی دارای اهمیت ویژه ای از نظر، تعیین مناطقی که نیاز به مواد غذایی خاصی دارند، بهینه کردن مصرف کودهای کشاورزی و تسهیل در مدیریت بهینه تغذیه خاک و گیاه، دارد. تغییرات مکانی در عناصر غذایی خاک و گیاه امری معمول است، ولی شناخت این تغییرات به ویژه در اراضی کشاورزی جهت برنامه ریزی دقیق و مدیریت، امری ضروری است. این تحقیق با هدف پهنه بندی الگوی توزیع مکانی عناصر غذایی نیتروژن، فسفر، پتاسیم، گوگرد، کلسیم و منیزیم در خاک و برگ درختان باغ های پرتقال دزفول با استفاده از مدل گاوسی و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) انجام شد. 

    روش پژوهش:

     در محدوده باغ های پرتقال شهرستان دزفول با مساحت 3200 هکتار تعداد 130 نقطه جهت نمونه برداری روی نقشه مشخص شدند. برای تعیین محل نمونه برداری، فاکتورهایی نظیر خاک، کشت و سیستم آبیاری، شیب، پستی و بلندی، نحوه رشد درختان پرتقال در نظر قرار گرفته شد. پس از نمونه برداری خاک (عمق 0-60 سانتی متری) و گیاه، نمونه ها به آزمایشگاه انتقال یافت و غلظت عناصر غذایی پرمصرف اندازه گیری شد. پس از آنالیزهای آماری اولیه روی داده ها، سطح همبستگی متغیرهای سنجش شده در خاک و برگ درختان پرتقال از طریق آزمون همبستگی پیرسون محاسبه شد. با استفاده از نرم افزار R موقعیت مکانی نقاط نمونه برداری در مدل گاوسین شبیه سازی گردید. میان یابی با استفاده از روش های کریجینگ ساده و کرنل صورت گرفت. تحلیل حساسیت مدل به ازاء تغییرات اعمال شده در مقادیر مبنا برای اجرای الگوریتم نیز بر اساس جایگزینی مقادیر مورد نظر از توابع پسین صورت گرفت.

    یافته ها

    بررسی شاخص های پراکندگی نشان داد بیشترین ضریب تغییرات در خاک مربوط به عنصر فسفر و در نمونه های برگ مربوط به عنصر ازت است. نتایج نشان داد مقدار مجذور میانگین مربعات خطا برای عناصر نیتروژن، فسفر، پتاسیم و گوگرد در کریجینگ ساده در خاک به ترتیب 171/0، 152/0، 132/0 و 153/0 و در روش کرنل 212/0، 152/0، 229/0 و 166/0 و برای نمونه های برگ درختان پرتقال در کریجینگ ساده به ترتیب 121/0، 188/0، 116/0 و 131/0 و در روش کرنل 184/0، 206/0، 172/0 و 229/0 محاسبه گردید. نتایج الگوی توزیع مکانی هر کدام از عناصر اندازه گیری شده در خاک و برگ درختان پرتقال نشان داد کمترین مقدار ازت در جنوب منطقه است (42/0 تا 33/1 میلی گرم بر کیلوگرم) و الگوی توزیع آن شبیه توزیع در برگ درختان پرتقال (09/1 تا 29/1 میلی گرم بر کیلوگرم) است. منیزیم در شمال و قسمتی از جنوب کمترین مقدار (11/3 تا 57/4 میلی گرم بر کیلوگرم) و گوگرد در بیشتر خاک منطقه بین 31/21 تا 25/26 میلی گرم بر کیلوگرم است.

    نتایج

    در بررسی کارایی مدل آماری گاوسین در پراکنش عناصر غذایی در خاک و برگ درختان پرتقال باغ های شهرستان دزفول، نتایج نشان داد ضریب همبستگی خطی پیرسون محاسبه شده، بیشترین همبستگی بین کلسیم و پتاسیم همچنین منیزیم و کلسیم در خاک وجود دارد ولی در برگ درختان پرتقال همبستگی خطی بین هیچ کدام از عناصر غذایی وجود ندارد. در برآورد بهترین روش درون یابی عنصر کلسیم در خاک کمترین خطا در هر دو روش کرنل و کریجینگ ساده را داشت درحالی که در برگ گیاه، منیزیم در روش کرنل و پتاسیم در روش کریجینگ ساده خطای کمتری دارد. بالاترین خطا برای خاک و گیاه به ترتیب مربوط به پتاسیم و کلسیم در روش کرنل است.

    کلیدواژگان: تغییرات مکانی، زمین آمار، عناصر غذایی، نیم تغییرنما
  • اکبر فرهادی، حسن احمدی*، بهارک معتمدوزیری، ابوالفضل معینی صفحات 81-96
    زمینه و هدف

    فرسایش آبکندی ازجمله انواع فرسایش آبی و تشدید شونده است که وقوع آن موجب تغییرات بارز در منظر زمین و محیط زیست می شود. گرچه روش های مهندسی برای مهار فرسایش مهم است، اما روش های زیستی از روش های بسیار کارآمد و کم هزینه برای مهار فرسایش خاک است. بنابراین، توجه به ویژگی اندام های گیاه برای مهار فرسایش بسیار مهم است که کمتر موردمطالعه قرارگرفته است. ازاین رو، هدف از مطالعه حاضر ارزیابی قابلیت گیاهان بومی به منظور مهار فرسایش آبکندی در منطقه نیمه خشک کنار تخته در استان فارس است.

    روش پژوهش:

     بر اساس چهار معیار مقاومت در برابر جریان فرسایشی متمرکز، قابلیت پایدارسازی دیواره ها، آستانه خمیدگی بر اثر جریان آب و توان جذب بار معلق و با کاربست پنج شاخص کمی توان گیاهان به منظور مهار فرسایش آبکندی ارزیابی شد. مقایسه و امتیازدهی گیاهان بر مبنای معیارهای فوق و بر اساس تجزیه وتحلیل چند معیاره انجام شد. پس از اندازه گیری شاخص های تراکم ساقه (SD)، پتانسیل جذب رسوب و مواد آلی (SOP)، شاخص سختی ساقه (MEI)، میزان نسبی جدا شدن خاک (RSD) و انسجام ریشه (Cr) هر شاخص با توجه به مقیاس به پنج امتیاز (صفر کم ترین و چهار بالاترین) تقسیم بندی شد. در ادامه، نمره هر شاخص در نمودار ستاره ای نشان داده شد. درنهایت، برای ارزیابی بهتر گونه های مختلف برای مهار فرسایش آبکندی، سطح اشغال شده در نمودار ستاره ای موردبررسی قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج اندازه گیری شاخص های SD، SOP، MEI، RSD و Cr  برای گونه Ziziphus spina-christi به ترتیب برابر با 0027/0، 097/0، 108، 398/0 و 34/8 کیلو پاسکال بود که بهترین عملکرد را در مقایسه با سایر گونه ها نشان می دهد. درمجموع با 18 امتیاز، این مناسب ترین گونه برای مهار فرسایش آبکندی است. گونه Atriplex canescens  با 13 امتیاز در جایگاه دوم و سایر گونه ها با عملکردی پایین تر در جایگاه های بعدی قرار گرفتند. 

    نتایج

    گونه هایی مانند Ziziphus spina-christi و Atriplex canescens به دلیل سازگاری با اقلیم، شرایط خشک منطقه، مقاومت در برابر جریان های متمرکز و نیز تثبیت دیواره آبکندها ممکن است در احیاء و توسعه پوشش گیاهی منطقه سودمند باشند. استفاده از ترکیبی از گونه های گیاهی به دلیل قابلیت متفاوت در مهار فرسایش کمک کننده می باشد. لذا، استفاده از گونه های بومی مقاوم علفی و چندساله برای مبارزه زیستی با فرسایش های تشدید شونده به ویژه فرسایش آبکندی در مناطق نیمه خشک توصیه می شود. استفاده از یافته های پژوهش حاضر در سایر مناطق نیمه خشک کشور پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: فرسایش آبکندی، کنارتخته، مهار زیستی، Atriplex canescens، Ziziphus spina-christi
  • امیرحسین آروین، محمدهادی فتاحی*، محمد صدقی اصل، عباس محمدی صفحات 97-110
    زمینه و هدف

    روش آنالیز هموتوپی (HAM) اولین بار توسط لیایو (1992) برای حل معادلات تابعی پیشنهاد شد. این روش مبتنی بر هموتوپی است و یک راه حل تقریبی- تحلیلی برای معادلات تابعی ارایه می دهد. در سال های اخیر، این روش و اصلاحات آن به طور موثر برای حل طیف وسیعی از مسایل خطی و غیرخطی در علوم کاربردی برای یافتن جواب های سری انواع مختلف معادلات غیر خطی، از جمله معادلات جبری ، معادلات دیفرانسیل معمولی، معادلات دیفرانسیل جزیی و معادلات دیفرانسیل-انتگرال مورد استفاده قرار گرفته است .(Abbasbandy et al. 2006) هدف از این تحقیق ارایه یک حل تحلیلی زودیافت با دقت قابل قبول برای معادله غیرخطی جریان غیردارسی در محیطهای درشت دانه با استفاد از روش HAM می باشد.که محققان قبلی به انجام تحقیقات بیشتر در این زمینه توصیه کرده بودند.

    روش پژوهش: 

    در این پژوهش ابتدا معادله حاکم بر جریان غیردارسی برای اولین بار به روش HAM حل شده است، سپس پروفیل های سطح آب معادله نهایی روش HAM به ازای 6 دبی ورودی با شرایط مرزی متفاوت در دو محیط متخلخل درشت دانه با مصالح گرد و تیزگوشه بدست آورده شد. و نتایج پروفیل سطح آب بدست آورده شده از روش HAM با داده های آزمایشگاهی صدقی اصل (2010) که درآزمایشگاه اشتوتگارت آلمان بدست آمده، مقایسه شده است. از تابع هدف نرمال (NOF) برای مقایسه جواب های روش HAM با داده های آزمایشگاهی صدقی اصل (2010) استفاده شده است.   

    یافته ها

     مقایسه نتایج روش HAM با داده های آزمایشگاهی صدقی اصل (2010) تحت شرایط مرزی بالادست و پایین دست به ازای دبی های متفاوت و با شیب نزدیک به افق S = 0.00001 صورت گرفته است. نتایج نشان داده اند که دبی های q=30 lit/s، با درصدخطای NOF برابر 0.000099828 در محیط متخلخل تیزگوشه وq =26.25 lit/s، با درصدخطای  NOF برابر 0.000102162 در محیط متخلخل گردگوشه به ازای دبی های ورودی بیشتر، دقت بهتری نسبت به داده های آزمایشگاهی را دارند. این روش در شیب های افق دارای جواب های منطقی و پروفیل های سطح آب در روش HAM و داده های آزمایشگاهی در اکثر نقاط برهم منطبق و یا نزدیک به هم بوده است، در شیب های بالاتر به علت تاثیر شیب و نیروی گرانش دچار نوعی تورم در پروفیل جریان می شود که از مبحث جریان ماندگار و یکنواخت خارج است و خود نیازمند تحقیق دیگری است. 

    نتایج

    نتایج نشان داده که پروفیل سطح آب در بیشتر موارد به هم نزدیک هستند و نشان دهنده دقت روش توسعه یافته بر پایه آنالیز HAM می باشد. با این حال هنگامی که اختلاف تراز آب بالادست و پایین دست زیاد می شود، درصد خطا بالا می رود. به عبارت دیگر با افزایش گرادیان هیدرولیکی در محیط متخلخل خطا نیز افزایش می یابد. در نهایت با بررسی نتایج روش HAM نسبت به داده های آزمایشگاهی، میتوان نتیجه گرفت که این روش، در محیط متخلخل با مصالح تیزگوشه نسبت به مصالح گردگوشه به ازای دبی های بیشتر دقت بهتری را نشان می دهد که به دلیل سرعت جریان و تخلخل بالا تر در این محیط می باشد.

    کلیدواژگان: محیط متخلخل، مصالح گرد و تیزگوشه، روش HAM، حل تحلیلی، داده های آزمایشگاهی، نیمرخ سطح آب
  • رامین تبریزی، سیده هدی رحمتی*، رضا حاجی سید محمد شیرازی، محمد شهبازی بیله سوار صفحات 111-127
    زمینه و هدف

    از جمله اقدامات مدیریتی که میتواند نقش مهمی در کاهش خسارتهای سیلاب داشته باشد تهیه نقشه پهنه بندی سیل میباشد. تهیه، تدوین و وجود یک طرح جامع و کامل در زمینه کنترل سیلابها و تعیین حریم و بستر رودخانه ها امری واجب و ضروری میباشد که باعث مدیریت سیلاب و ارزیابی خسارت میشود. در این پژوهش با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS و نرم افزار Arc-GIS به همراه افزونه ارتباط دهنده HEC-GeoRAS، برای تعیین حدود بستر و حریم، تهیه نقشه پهنهبندی سیلاب و بدست آوردن حریم کمی رودخانه با استفاده از استاندارد DLSRS برای رودخانه تیل چای و 2 شاخه از مسیلهای فرعی ورودی به این رودخانه استفاده شده است.

    روش پژوهش:

     ابتدا با استفاده از نقشه توپوگرافی محدوده رودخانه تیل از نرم افزار Arc-GIS و با استفاده از الحاقیه HEC-GeoRAS فایل ورودی نرم افزار HEC-RAS تهیه گردید و پس از وارد کردن داده های هندسی و داده های جریان پردازش و محاسبات مربوطه در محیط این نرم افزار جهت پهنهبندی سیلاب صورت پذیرفت.برای تعیین حدود بستر و حریم این آبراهه ها از سیلاب با دوره بازگشت 25 سال استفاده گردید. در نهایت با استفاده مجدد از الحاقیه HEC-GeoRAS و Arc-GIS نقشه های پهنهبندی سیلاب استخراج گردید. مضافا، با استفاده از استاندارد DSLRS، حریم کمی رودخانه تیل و مسیل های فرعی 1 و 2 در محدوده مورد مطالعه، با توجه به بازدیدهای میدانی صورت پذیرفته و با اعمال دید مهندسی مناسب تعیین گردید و اعداد مربوط به هر شاخص و نهایتا مقدار حریم کمی محاسبه گردید.

    یافته ها

    طبق نقشه های بدست آمده و تصاویر ماهواره ای و با توجه به بررسی ها و بازدید های انجام شده، عرض بستر هیدرولیکی محاسبه شده به دلیل عدم قطعیت های فراوان با عرض بستر تعریف شده در قانون متفاوت است. در نتیجه لازم است در این مرحله از مطالعات، بررسی های کارشناسی تفضیلی از طریق بازدید های قدم به قدم هر دو ساحل رودخانه ها و مسیل ها در طول محدوده مطالعاتی صورت پذیرد و در نهایت عرض بستر قانونی تشخیص و در نقشه ها علامت گذاری شود.

    نتایج

    نتایج نشان می دهد که تلفیق مدل HEC_RAS و سیستم جغرافیایی GIS ابزاری کار آمد و مفید در تعیین سیلاب در رودخانه می باشد. طبق بررسی ها، مقایسه نقشه ها و کاربری های موجود اطراف رودخانه تیل و 2 مسیل فرعی نهایتا مشخص گردید که در صورت وقوع سیلاب با دوره بازگشت 25 ساله، آسیب چندانی به نواحی اطراف رودخانه وارد نمی کند. طبق روش ارایه شده در استاندارد DSLRS، حریم کمی رودخانه تیل و مسیل های فرعی 1 و 2 در محدوده مورد مطالعه، با توجه به بازدیدهای میدانی صورت پذیرفت و نهایتا مقدار حریم کمی محاسبه گردید که در این محاسبات، مقدار حریم کمی رودخانه تیل در محدوده طرح مطالعاتی مقدار 8 متر و همچنین حریم کمی مسیل 1 و 2 به ترتیب 4 و 5 متر محاسبه شد.

    کلیدواژگان: HEC-RAS، Arc-GIS، رودخانه تیل، تعیین بستر و حریم، پهنه بندی سیلاب
  • سارا فکوری، محمد بی جن خان* صفحات 129-138
    زمینه و هدف

    برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی منجر به افت شدید سطح ایستابی و بروز مشکلات جدی در سطح دشت های کشور شده است. عمق آب در چاه (سطح دینامیک) با کاهش سطح ایستابی و افزایش دبی پمپاژ پایین تر افتاده و در بحرانی ترین حالت منجر به ورود هوا به داخل لوله رانش می شود. جریان دوفازی در طولانی مدت منجر به آسیب دیدگی الکتروموتور و نهایتا سوختن آن خواهد شد. از طرفی اندازه گیری سطح دینامیک با استفاده از روش های میدانی بسیار دشوار و در برخی موارد امکان نا پذیر است. لذا در این تحقیق در نظر است که بدون اندازه گیری های مستقیم، مدلی برای تخمین سطح دینامیک ارایه شود.

    روش پژوهش:

     انجام عملیات ویدیومتری یکی از روش هایی است که در تعیین سطح دینامیک چاه ها نقش دارد. اما بدلیل پرهزینه بودن و عدم امکان انجام آن برای همه چاه ها لازم است تا روشی برای تخمین سطح دینامیک ارایه شود. برای این منظور، با استفاده از مبانی هیدرولیکی حاکم بر پمپاژ آب از چاه، اقدام به ارایه یک مدل ریاضی ساده براساس معادله بقای انرژی بمنظور برآورد سطح دینامیک آب در چاه شد. همچنین، معادلات تجربی Jacob (1947) و Rorabaugh (1953)  که برمبنای افت آبخوان و افت چاه هستند، برای محاسبه سطح دینامیک توسعه داده شدند. در نهایت با استفاده از آنالیز ابعادی مدل بدون بعدی نیز برای تخمین پارامتر سطح دینامیک ارایه شد. مدل توسعه داده شده آنالیز ابعادی کمک می کند تا براساس میزان برداشت، عمق چاه و نوع پمپ اطلاعاتی از افت چاه بدست آید و روشی کاربردی است. پس از ارایه چهار مدل مذکور ضرایب مربوط به آنها با استفاده از داده های مشاهداتی مربوط به 17 حلقه چاه در محدوده های کرج، کمالشهر و گرمدره واقع در استان البرز بدست آمد. 

    یافته ها

    نتایج نشان داد که مدل های Jacob (1947)  و Rorabaugh (1953) هردو نتیجه یکسانی داشته و قادرند با میانگین قدرمطلق خطای نسبتی معادل 1/5 درصد سطح دینامیک آب در چاه را برآورد کنند. همچنین، با استفاده از روش های آنالیز ابعادی و تعادل انرژی می توان با میانگین قدر مطلق خطای نسبی 4 و 39/12 درصد به برآورد سطح آب در چاه بپردازد. به بیان دیگر سه مدل Jacob (1947)، Rorabaugh (1953) و آنالیز ابعادی کمترین مقدار خطا را داشته اما مدل تعادل انرژی سطح دینامیک را با خطای بیشتری برآورد می کند. تغییرات سطح دینامیک چاه ارتباط مستقیم با عملکرد هیدرولیکی آن دارد و لذا روابط پیشنهادی برای ارزیابی شرایط عملکرد چاه در محدوده های مورد مطالعه قابل کاربرد است. 

    نتایج

    بمنظور ارزیابی خطا بین سطح دینامیک مشاهداتی و محاسباتی خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) هر کدام از روش ها و به تفکیک محدوده  های مطالعاتی بدست آمد. با توجه به نتایج مشاهده می شود که محدوده کمالشهر نسبت به سایر مناطق خطاهای کمتری دارد. بدین ترتیب که RMSE مربوط به منطقه کمالشهر برای روابط Jacob و Rorabaugh، آنالیز ابعادی و تعادل انرژی به ترتیب برابر با  58/6، 5/6 و 87/16 متر بدست آمد. همچنین روش های Jacob (1947) و Rorabaugh (1953) و آنالیز ابعادی کمترین خطا را در محاسبه سطح دینامیک ارایه می دهند در حالی که مدل تعادل انرژی به دلیل نبودن اطلاعاتی از میزان فشار روی لوله رانش پمپ، عدم قطعیت های زیادی دارد و مقدار سطح دینامیک را با خطاهای بیشتری محاسبه می نماید. مدل  آنالیز ابعادی به دلیل بدون بعد بودن پارامترها نسبت به دو مدل  تجربیJacob  وRorabaugh  که به لحاظ ابعادی موزانه نیستند، از مزیت بیشتری برخوردار است.

    کلیدواژگان: سطح دینامیک، ویدئومتری، افت آبخوان، افت چاه
  • آرش محمدزاده، یاسر عظیم زاده* صفحات 139-152

    پدیده تغییر اقلیم را می توان به عنوان یکی از مهم ترین چالش های جهانی بشر در تامین امنیت غذایی حال حاضر، آینده نزدیک و دور برشمرد. این موضوع بیشتر به صورت افزایش دما، تغییر الگوهای بارش و افزایش فراوانی و شدت رخدادهای حدی جوی اتفاق می افتد. شواهد موجود بیانگر این است که تغییر اقلیم بخش کشاورزی را به ویژه در بوم نظام های مناطق خشک و نیمه خشک با شدت بیشتری تحت تاثیر قرار می دهد. این اثرات می تواند مستقیما بر رشد و تولید گیاهان زراعی و یا به صورت غیرمستقیم بر محیط تولید آن ها نظیر خاک اثر بگذارد. پتانسیل خاک برای تولید محصول به ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آن وابسته بوده و این ویژگی ها به طور مستقیم و غیرمستقیم تحت تاثیر عوامل اقلیمی ازجمله دما و بارندگی قرار می گیرد. اغلب پیش بینی ها نشان می دهد که در مناطق خشک و نیمه خشک ازجمله در بسیاری از مناطق ایران، تغییر اقلیم منجر به افزایش دما و کاهش بارندگی خواهد شد. بنابراین، با توجه به اهمیت و نقش دما و رطوبت در شاخص های کیفیت فیزیکی و شیمیایی خاک و پایداری تولید، به نظر می رسد پدیده تغییر اقلیم اثرات نامطلوبی بر خاک و به دنبال آن بر تولید محصول خواهد گذاشت. لذا بکارگیری راهکارهای لازم در خصوص تخفیف این اثرات نامطلوب و سازگاری با شرایط پیش رو از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. در این مقاله، با بررسی و جمع بندی پژوهش های انجام شده در مورد اثرات تغییر اقلیم بر ویژگی خاک های مناطق خشک و نیمه خشک، تلاش شده است تا نوعی پیش آگاهی از تغییرات احتمالی ایجاد شده در ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک ناشی از بروز تغییرات اقلیمی ارایه شود. با توجه به این که پدیده تغییر اقلیم امری اجتناب ناپذیر بوده و آثار و نتایج آن در زندگی بشر روزبه روز بیشتر و شدیدتر احساس می شود، لازم است در مدیریت منابع خاک، پیش آگاهی های لازم درخصوص نتایج این پدیده بر ویژگی های خاک و پتانسیل تولید محصولات کشاورزی به ویژه در دیم زارها در نظر گرفته شود.

    کلیدواژگان: بارندگی، کیفیت خاک، گازهای گلخانه ای، گرمایش جهانی
|
  • Ali Kianpoor, Bahman Yargholi *, Ahmad Sherafati, Keramat Akhavan Pages 1-13
    Background & Objectives

    Due to the high consumption of water in agriculture, considerable drainage is produced annually. Currently, a significant volume of drainages (almost 3 BCM) is entered into the Khuzestan province environment without any beneficial use, resulting soil and water contamination. On the other hand, according to Iran's water problems, the quality conservation of water resources and the use of unconventional water resources are essential, especially drainage quality management, and applying them to agriculture and the environment.

    Materials & Method

    This research is carried out to evaluate the efficiency of biological filters with different beds for the treatment of agricultural drainage in Mirza Kooch Khan and Amirkabir Agro-Industry fields in Khuzestan province of Iran during the spring and summer of 2019. The research aims to reduce drainage contamination when discharged into the environment and drainage reuse in agriculture. In this research, the effect of four different types of biological filter including wheat straw, rice husk, cotton stalk, and wood sawdust as the main factor and three retention time of 2, 5 and 10 days as the secondary factor are investigated. The quality factors monitored include turbidity, EC (as a salinity index), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and BOD.

    Results

    Analysis of variance demonstrates a significant difference between the mentioned treatments in terms of the studied parameters (at the level of 1%), except for pH. According to the results, the highest average refinement of qualitative factors based on filter type for turbidity equals 37.87% and relates to the treatment of cotton stalk. For EC, TN, TP, and BOD equal to 9.23%, 49.60%, 46.50%, and 97.59%, respectively, and relate to wood sawdust. Moreover, the average of the highest percentage of pollution reduction for the investigated factors is related to the retention time of 10 days, which for turbidity, EC, TN, TP, and BOD are equivalent to 56.79%, 12.97%, 66.51%, 53.49%, and 80.20%, respectively.

    Conclusion

    Observed results indicate that wood sawdust treatment has a relatively better performance than other treatments. This issue is important since the existence and abundance of this material in the country is high. In addition, due to the importance and effectiveness of hydraulic retention time in treating, it has a direct relationship with efficiency of treating. However, the increase in efficiency from the retention time of 2 days to 5 days is more significant than the increase of retention time from 5 days to 10 days, which can be considered an important factor in selecting the retention time based on pollutants concentration in the drainage. As a result, based on the concentration of input and output quality parameters, it is suggested to use a wood sawdust filter with a 5-day retention time due to its proper performance and being more economical in terms of volume and dimensions of the system.

    Keywords: Agricultural drainage water, Removal efficiency, Retention Time, Rice husk, Total nitrogen
  • Batool Zeynali *, Elham Mollanouri, Shiva Safary Pages 15-31
    Introduction

    Climate change has negative effects on water resources and human societies, especially in arid and semi-arid regions. Remote sensing is widely used in studies such as monitoring the environment, agriculture, and climate of the earth. This technology makes it possible to research and investigate such studies in large areas with the high spatial and temporal resolution, especially inaccessible areas or areas that do not have ground measurement stations (such as synoptic stations) provides. Considering the expansion of the cold semi-desert climate in the northwestern region of the country and the changes in land use in the Meshkinshahr region in recent years, the purpose of this research is to investigate the interrelationship between climatic components of temperature, precipitation, and soil moisture with land use changes.

    Methods

    Meshkinshahr city is located in the northwest of Iran and is one of the important cities of Ardabil province. In the present research, the studied area using satellite images of Landsat 5 for 2002 and Landsat 8 for 2021 in seven classes of irrigated agriculture, rain-fed agriculture, residential area, water areas, snow cover, good pasture, and poor pasture for investigation of the changes in land-use has been classified. In the following, temperature and precipitation components (along with verification with ground data) respectively using the single-channel algorithm and GPM database and soil moisture using the optical thermal algorithm (TOTRAM) by applying LST and NDVI parameters as a time series were reviewed for the years 2002, 2006, 2011, 2016, 2019 and 2021.

    Result

    By examining the resulting maps, it has been observed that there have been significant changes in different land uses, and most of these changes have been related to the increase of irrigated agricultural lands and poor pastures, and the loss of quality pastures. Also, temperature and precipitation fluctuations in the studied years are quite clear and do not have a regular trend, so for example, in 2011, a sudden increase in precipitation to the amount of 46 mm is observed. But the minimum temperature compared to its maximum in different years shows a greater increase compared to 2002. Vegetation and soil fertility do not have a particular upward or downward trend and show different values ​​in different years, but the maximum vegetation cover, i.e. value 1 in the case of the NDVI index, is observed in 2002.

    Conclusion

    According to the results and fluctuations in the values ​​of climatic components, especially sudden changes in some years, signs of climate change can be observed in the region, but a definite opinion cannot be expressed regarding the trend of land use changes and climate changes. Examining the results shows that land use changes, especially in the agricultural sector, can be affected by climatic conditions. The dependence of climatic components on each other and the influence of soil moisture and vegetation on these components are other results of this study. So, with the increase in temperature, we see a decrease in the amount of humidity and the level of vegetation. The times when soil moisture is higher than in other years, due to the cooling role of evaporation, low temperature, and vegetation cover are favorable. As a result, there is a clear dependence between the different components and the change in one parameter affects the other parameters, but it seems that the temperature component plays a more colorful role than the other parameters.

    Keywords: Climate Change, land use, TOTRAM algorithm, NDVI
  • Sedigheh Bararkhanpour Ahmadi *, MohammadAli Gholami Sefidkouhi, Mojtaba Khoshravesh Pages 33-49
    Background and Aim

    Climate changes caused by the progress and industrialization of human societies have caused changes in the intensity and frequency of heavy precipitation and floods, which have caused irreparable damages. In order to reduce these damages, it is necessary to identify the changes in the threshold values ​​of precipitation and factors affecting it each region. Quantile regression methods are able to examine the trends not only in the median, but also in different ranges of the data series. Therefore, the purpose of this research is to investigate the seasonal trend of different amounts of precipitation and also to investigate the relationship between the climatic parameters of minimum temperature, maximum temperature, minimum relative humidity, maximum relative humidity and wind speed on different amounts of precipitation in different climates of Iran.

    Method

    In the first step, the daily time series of climate data including precipitation, minimum and maximum temperature, minimum and maximum relative humidity and wind speed for a period of 45 years in different seasons for 5 synoptic stations of Babolsar, Shiraz, Bandar Abbas, Khorram Abad and Torbat Heydarieh were formed. In the selection of study stations, we tried to select stations with different climates and with appropriate statistical period. Then, to investigate the trend of seasonal changes of different amounts of precipitation in different quantiles (quantiles 0.01, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 0.9, 0.95 and 0.99) was analyzed using the quantile regression method in all study stations. In the next step, the relationship between the climatic parameters on different amounts of precipitation (low to very high amounts of precipitation) in different seasons was investigated for each of the stations using the quantile regression method. Then the results were analyzed.

    Results

    The results of examining the changes trend of daily precipitation are showed that the high amounts of precipitation in the spring season in Bandar Abbas, Shiraz, and Torbat Heydarieh stations were reduced significantly, but very high amounts of precipitation (0.95 and 0.99 troughs) in the station Babolsar and Khorramabad have increased. Also, very high daily precipitation amounts in summer have decreased in Bandar Abbas station but increased in Torbat Heydarieh and Khorram Abad stations, significantly. While in the winter season, different amounts of precipitation in all seasons have a decreasing trend and there was only a significant positive slope in very high amounts of precipitation (slope of 0.99) in Babolsar station. In the investigation of the parameters affecting the extreme precipitation, the results showed that the amount of impact on the occurrence of heavy rainfall was relatively higher than low to median rainfall. The parameters of minimum temperature, minimum humidity, maximum humidity and wind speed have a positive effect and the maximum temperature parameter has a negative effect on heavy rainfall in different seasons and stations.The highest positive effect coefficients were in spring for wind speed in Babolsar (1.8), in summer for wind speed in Babolsar (3.8), minimum and maximum temperature in Bandar Abbas (-4.03 and 1.53), in Autumn season for maximum humidity and wind speed in Babolsar (2.57 and 2.99) and wind speed in Khorram Abad (1.54) and in winter, for wind speed in Babolsar and Bandar Abbas (1.94 and 6. 2), and minimum temperature in Torbat Heydarieh (0.96). Also, the highest negative effect coefficients of maximum temperature were in autumn and winter seasons (-0.88 and -0.72) in Babolsar and autumn season (-0.63) in Shiraz.

    Conclusion

    The significant changes in increasing and decreasing precipitation are mostly related to the amounts of heavy precipitation, which are different in different seasons and climates. Also, the precipitation of the stations near the north and south coasts have been influenced by climatic parameters to a greater extent. In general, it can be said that flood precipitations are influenced by climatic parameters such as wind speed, humidity and temperature in order of importance and this effect is different depending on the location and time and the influence of different factors. Therefore, it is necessary to apply accurate planning for the correct use of received rainfall and optimal management in the target area using the results of such studies.

    Keywords: Climatic Parameters, Extreme Values, Precipitation, Quantile regression, Trend
  • MohammadAli Hilou, Seyed Abbas Hosseini *, Ahmad Sharafati Pages 51-64
    Background and Aim

    Nowadays, due to the importance of sediments in watersheds, the integrated watershed management in the country requires a specific framework in planning related to monitoring and control of sediments.One of the most effective methods is the use of sediment connectivity index (IC). Connectivity process is an innovative concept to understand the processes which occur in the watershed area that affect water flow and sediment movement at different spatial-temporal scales. This index explains the degree of connection of the sediment flow throughout the watershed, especially between the sediment source and the downstream area, and in a way, expresses the sediment delivery ratio. Therefore, the current research is conducted with the aim of investigating the sediment connectivity in Taleghan watershed of Alborz province to extract the sediment connectivity index map and also verify the results with field investigations.

    Method

    In this research, in order to investigate the spatial pattern of sediment production in the watershed, the sediment connectivity map of the basin was drawn from the method presented by Borselli et al. and the definition of connectivity index (IC). For this purpose, at first, topographic data from 30-Meter Digital Elevation Model and vegetation data at 10- and 30-meters spatial resolution are obtained with Sentinel-2A and Landsat 8 images, respectively, and by using data layers such as the average slope gradient, the average weighting factor and the upslope contributing area the amount of upstream component of the flow starting path in sediment transport was calculated. Then, using the layers of the length towards the downslope path, the weight factor of each cell and finally the slope gradient of each cell, the downstream component in the sediment connectivity network was calculated and by referring to catchment outlet in the ArcGIS 10-2-2 software, the connectivity index for all pixels Calculated and the sediment connectivity map was drawn. The IC can assume values ranging from -∞ to +∞ and as IC grows toward +∞, the connectivity increases, finally in order to evaluate the results of the field connection index model (FIC), it is implemented in 30 points of the watershed and the correlation between the IC index and FIC in these points are evaluated. 

    Results

    According to the findings of this research as well as the fitting of IC sediment connectivity index values with FIC field sediment connectivity index in 30 points, the relationship between these two indicators is linear. The coefficient of determining the output of the model with a spatial accuracy of 30 meters was obtained with a numerical value of 0.62, It shows the higher accuracy of the sediment connectivity index results with a spatial resolution of 10 meters compared to 30 meters. Although the distribution of the points is irregular in some cases, the general trend of the results shows that with the increase in the amount of IC connection, the amount of FIC field computing sediment connection has also increased linearly. In calculating the index of connectivity, the factors such as the shape, slope and roughness of the basin which are easily accessible due to the less data requirement and high efficiency, can be the basis for improving the estimation of sedimentation models.

    Conclusion

    In this research, the results show that the sediment connectivity index with a spatial accuracy of 10 meters has a higher accuracy than the connectivity index with a spatial accuracy of 30 meters. In addition, the results demonstrate the slope and the vegetation factor are critical parameters in the sedimentation of the Taleghan watershed. It is also worth mentioning that in order to investigate the effect of the watershed area and the principal waterway length, the results of the sediment connectivity index can be evaluated more precisely at the sub-basin and even the hillslopes. Considering the importance of these items in the sedimentation of each sub-basin, including the flow direction map and flow accumulation in the assumptions of this model, is one of the advantages of this technique. The other important advantage of this model is its low data requirement, which can greatly reduce the complexity and data requirements of existing erosion and sedimentation models.

    Keywords: erosion, Sediment connectivity, Filed sediment connectivity index, Vegetation, Taleghan watershed
  • Ebtesam Neissian, Kamran Mohsenifar *, Ebrahim Panahpour, Teimor Babainejad Pages 65-79
    Background and Aim

    Creating land fertility maps are especially important in terms of determining the areas that need particular nutrients, optimizing the use of agricultural fertilizers, and facilitating the optimal management of soil and plant nutrition. Spatial changes in soil and plant nutrients are common, but knowing these changes is essential for accurate planning and management, particularly regarding agricultural lands. This research aims at zoning the spatial distribution pattern of nutrients, aka nitrogen, phosphorus, potassium, sulfur, calcium and magnesium, in the soil and leaves of Dezful orange orchards trees using the Gaussian model and geographic information system (GIS).

    Method

    A total number of 130 sampling points are set on the map in the vicinity of orange orchards of Dezful City with an area of 3200 hectares. Factors such as soil, cultivation and irrigation system, slope, elevation, and the manner of orange trees growth are considered to determine sampling locations. Following sampling the soil (0-60 cm depth) and plants, the samples are transferred to the laboratory and the concentration of the most consumed nutrients is measured. After preliminary statistical analyzes on the data, the correlation level of the variables that are measured in the soil and leaves of orange trees, are calculated with the Pearson correlation test. The location of sampling points is simulated via Gaussian model by using the R software. The interpolation is computed using simple kriging and kernel methods. The model sensitivity analysis for the changes applied in the base values for implementing the algorithm, is done based on the replacement of the desired values from the posterior functions as well.

    Results

    Analysis of dispersion indices show that the highest coefficient of variation is related to phosphorus element in soil and nitrogen element in leaf samples. The results illustrate that the mean square error values for elements of nitrogen, phosphorus, potassium and sulfur are calculated respectively as 0.171, 0.152, 0.132 and 0.153 in simple kriging in soil, and as 0.212, 0.152, 0.229, and 0.166 in kernel method in soil; and respectively as 0.121, 0.188, 0.116 and 0.131 in simple kriging in samples of orange tree leaves, and as 0.184, 0.206, 0.172 and 0.229 in kernel method in the leaves samples as well. The results of the spatial distribution pattern of each of the measured elements in the soil and leaves of orange trees demonstrate that the lowest amount of nitrogen is in the south of the region (0.42 to 1.33 mg/kg) and its distribution pattern is similar to the distribution in the leaves of orange trees (0.9 1 to 1.29 mg/kg). Magnesium has the lowest in the north and part of the south (3.11 to 4.57 mg/kg), and sulfur in most soil of the region is between 21.31 and 26.25 mg/kg.

    Conclusion

    In examining the effectiveness of the Gaussian statistical model in the distribution of nutrients in the soil and leaves of orange trees in the gardens of Dezful city, the results display that the calculated Pearson linear correlation coefficient  has the highest correlation between calcium and potassium, as well as magnesium and calcium in the soil, but there is no linear correlation between any of the nutrients in the leaves of orange trees. In estimating the best interpolation method, calcium element in soil has the least error in both kernel and simple kriging methods, whereas in plant leaves, magnesium in kernel method and potassium in simple kriging method have less error. The highest error for soil and plant is related to potassium and calcium respectively, in the Cornell method.

    Keywords: Geo-statistical, nutrients, Semi-variogram, spatial variation
  • Akbar Farhadi, Hasan Ahmadi *, Baharak Motamedvaziri, Abolfazl Moeini Pages 81-96
    Background and Aim

    Gully erosion is one of the types of water and intensified erosion, which causes a significant change in the landscape and environment. Although engineering methods are important for erosion control, biological methods are very efficient and low-cost methods for soil erosion. Therefore, it is essential to pay attention to the characteristics of plant organs for erosion ability, which has yet to be studied. Thus, the purpose of the study is to evaluate the ability of native plants to slow gully erosion in the semi-arid Konar Takhteh region in Fars province.

    Method

    Based on four criteria of resistance to concentrated erosive flow, the ability to stabilize the walls, the bending threshold due to water flow, and the ability to trap suspended load, and by using five quantitative indices, the power of plants to control gully erosion is evaluated. The comparison and scoring of plants are done based on the above criteria and based on multi-criteria analysis. After measuring the indices of stem density (SD), sediment obstruction  potential (SOP), plant stiffness (MEI), relative soil detachment rate (RSD) and root cohesion (Cr), each index is divided into five grades according to the scale (zero is the lowest and four are the highest). In the following, the score of each index is shown in a radar chart. Finally, in order to evaluate better, different species to control the gully erosion, the occupied surface of radar chart is examined.

    Results

    The measurement results of SD, SOP, MEI, RSD and Cr indices for Ziziphus spina-christi species equal to 0.0027, 0.097, 108, 0.398 and 8.34 kPa, respectively, which demonstrates the best performance in comparison with other species. Overall, with a total of 18 points, it is the most suitable specie to control ditch erosion. Atriplex canescens with 13 points is in the second place and the other species are in the next places with lower performance.

    Conclusion

    Species such as Ziziphus spina-christi and Atriplex canescens may be beneficial in the revitalization and development of vegetation in the region due to their adaptation to the climate, dry conditions of the region, their resistance to concentrated currents as well as the stabilization of the gullies’ wall. The use of a combination of plant species is helpful in controlling erosion due to their different capabilities. Therefore, it is recommended to use perennial and herbaceous resistant indigenous species for biological combat against intensifying erosions, especially gully erosion in semi-arid areas. It is suggested to use the findings of this research in other semi-arid regions of the country.

    Keywords: gully erosion, Konar Takhteh, Biological controlling, Atriplex canescens, Ziziphus spina-christ
  • Amirhossein Arvin, MohammadHadi Fatahi *, Mohammad Sedghi-Asl, Seyed Abbas Mohammadi Pages 97-110
    Background and Aim

    The Homotopy Analysis Method (HAM) was first proposed by Liao (1992) to solve functional equations. This method is based on homotopy and provides an approximate-analytical solution for functional equations. In recent years, this method and its modifications have been effectively used to solve a wide range of linear and nonlinear problems in applied sciences to find solutions to series of various types of nonlinear equations, including algebraic equations, ordinary differential equations, partial differential equations, and differential-integral equations (Abbasbandy et al. 2006). The purpose of this research is to provide an analytical solution of time delay with acceptable accuracy for the non-linear equation of non-Darcy flow in coarse-grained media using the HAM method, which previous researchers had recommended to conduct further research in this field.

    Method

    In this research, the governing equation of the non-Darcy flow was solved by the HAM method for the first time, then the water level profiles of the final equation of the HAM method obtained for the 6 inlet flow rates with different boundary conditions and in two coarse-grained porous media including rounded and sharp-edged materials. The results of the water level profile using the HAM method have been compared with the laboratory data of Sedghi Asal (2010) reported at the Stuttgart laboratory in Germany. The normal objective function (NOF) has been used to compare the HAM method results with the experimental data of Sedghi Asal (2010).
     

    Results

    The comparison of the results of HAM method with the experimental data of Sedghi Asal (2010) has been done under upstream and downstream boundary conditions for different discharges and with a slope close to the horizon S = 0.00001. The results have shown that flow rates of q=30 lit/s, with a NOF error percentage of 0.000099828 in the porous medium of sharp corners and q = 26.25 lit/s, with a NOF error percentage of 0.000102162 in the porous medium of round corners depict better accuracy than the experimental data in higher input flow rates. This method has logical solutions in horizon slopes and the water level profiles in HAM method and experimental data have coincided or are close to each other in most of the points. However, the subject of permanent and uniform flow needs a dependent research.

    Conclusion

    The results showed that the water level profiles are close to each other in most cases. This illustrates the accuracy of the developed approach based on HAM method. However, when the difference between the upstream and downstream water levels increases, the percentage of error escalates. In other words, with the increase of the hydraulic gradient in the porous medium, the error also grows. Finally, by evaluating the results of the HAM method compared to the laboratory data, it can be concluded that this method shows better accuracy in the porous medium with sharp-cornered materials compared to round-cornered materials due to higher flow rates and higher porosity of this media.

    Keywords: Porous Media, Round, sharp materials, HAM method, analytical solution, Experimental data, water surface profile
  • Ramin Tabrizi, Seyedeh Hoda Rahmati *, Reza Haji Seyed Mohammad Shirazi, Mohammad Shahbazi Bilehsavar Pages 111-127
    Background and Aim

    One of the management measures that can play an important role in reducing flood damage is preparing a flood zoning map. The preparation, compilation, and having a comprehensive and complete plan in the field of flood controlling and determining the boundaries and bed of rivers is an obligatory and necessary matter that lead to flood management and damage assessment. In this research, for Til River and 2 branches of the tributaries entering this river, in order to determine the bed and the boundary, produce flood zoning map and obtain the quantitative boundary of the river  by using the DLSRS standard, the HEC-RAS hydraulic model and Arc-GIS software with the HEC-GeoRAS connector plugin has been used.

    Method

    First, the HEC-RAS input file was prepared by using the topographical map of the Til river area from Arc-GIS software and by using the HEC-GeoRAS extension, and after entering the geometric data and data of the processing flow and related calculations in the environment of this software for zoning. The flood took place.to determine the boundaries of the river beds and these waterways, floods with a return period of 25 years are used.Eventually, with the application of HEC-GeoRAS extension and Arc-GIS, flood zoning maps are extracted. Moreover, by using the DSLRS standard, the quantitative boundry of the Til River and tributaries 1 and 2 in the studied area are determined according to the field visits and appropriate engineering advice, and the numbers related to each index and finally the amount of quantitative boundry are calculated.

    Results

    In accord with the extrcated maps and satellite images and according to the investigations and visits, the width of the hydraulic bed calculated is different from the bed width defined in the law due to many uncertainties. Therefore, at this stage of the studies, expert surveys should be conducted through step-by-step visits to both banks of rivers and waterways along the study area, and eventually, legal bed width should be recognized and marked on the maps.

    Conclusion

    The results show that integration of HEC_RAS model and GIS geographic system is an efficient and useful tool in determining river floods. According to the investigations, the comparison of existing maps and land uses around the Til River and 2 sub-channels demonstrate that in the event of a flood with a return period of 25 years, it does not cause sever damage to the areas around the river. In accordance with DSLRS standard, qualitative boundary of Til River and sub-channels 1 and 2 in the study area are carried out with field visits and ultimately, the amount of boundry is calculated,As a result, the amount of the quantitative sanctuary of the Tail river in the scope of the study plan was calculated to be 8 meters and also the quantitative sanctuary of Mesil 1 and 2 was calculated to be 4 and 5 meters, respectively.

    Keywords: HEC-RAS, ARC GIS, Til River, Determination of bed, boundary, flood zoning
  • Sara Fakouri, Mohammad Bijankhan * Pages 129-138
    Background and Aim

    Over-groundwater exploitation leads to severe water table decline and critical consequences in Iran’s fields. Water level at wells (dynamic water level) has reduced due to groundwater table decrease. It may reach the pump level and would result in air entrance into the suction pipe. Such two-phase flow would damage the electromotor finally. On the other hand, field measurement of the dynamic water level is always very difficult. Hence, it is aimed at this study to present a model to estimate the dynamic water level indirectly.

    Method

    Water well Videometry is a useful tool to read the dynamic water level. It is however costly and not always possible. Therefore, a method to find the dynamic water level is of great practical importance. In this regard, energy balance equation is applied to a well pumping system to formulate the dynamic water level. Also, the empirical Jacob’s (1947) and Rorabaugh’s (1953) equations describing the well and aquifer losses are employed to develop a mathematical model of the dynamic water level. Finally, Buckingham analysis was employed to present a dimensionless model of the dynamic water level. Dimensional analyses could be applied using the information on the well discharge, well depth, and pump performance curve to estimate the well loss. The models were calibrated using the observed data of 17 water wells in Karaj, Kamalshahr, and Garmdareh of Alborz province.

    Results

    The results indicated that the performance of Jacob’s (1947) and Rorabaugh’s (1953) methods are similar with the associated mean relative error of 5.1% compared to the measured dynamic water well values. Also, employing the dimensional analysis and energy balance methods the dynamic water level could be estimated with the mean absolute relative errors of 4 and 12.39% respectively. The results indicated that the three first models were much better than the energy balance model to predict the dynamic water level. Well performance is directly connected to the position of the dynamic water level, hence, the proposed methods could be used effectively to evaluate the well efficiency.

    Conclusion

    To evaluate the relative error of estimating the dynamic water level RMSE values of different methods were calculated for the areas under study. The results indicated the proposed methods could be used more accurately for Kamalshahr area. The associated RMSE values of 6.58, 6.5, and 16.87 m was found for Jacob (1947) and Rorabaugh (1953), dimensional analysis, and energy balance models respectively. The method proposed based on the energy balance could not predict the observed dynamic water levels correctly. The reason might be attributed to the fact that there was no information about the pressure values at the outlet pipe. Also, there was no significant difference between the performances of Jacob (1947), Rorabaugh (1953) models. Among all, with the advantage of having dimensionless parameters, the model proposed based on the dimensional analysis was the best with the least mean absolute relative error.

    Keywords: Dynamic water level, Videometry, Aquifer loss, Well loss
  • Arash Mohammadzadeh, Yaser Azimzadeh * Pages 139-152

    Climate change is one of the most significant global challenges threatening food security now, in the near and far future. This mainly occurs in the form of increasing temperature, change in rainfall pattern, and increase in extreme weather events. There are strong evidences demonstrating the vulnerability of agriculture sector in arid and semi-arid regions to climate change. This may directly impact on crops growth and production or indirectly impact on their environments. The ability of soil to produce a crop depends on its physical and chemical properties and these properties are directly and indirectly affected by climatic factors such as temperature and rainfall. Most predictions show that in arid and semi-arid regions, including many regions of Iran, climate change will lead to an increase in temperature and a decrease in rainfall. Therefore, considering the importance and role of temperature and humidity in physical and chemical quality indicators of soil and production stability, it seems that the phenomenon of climate change will have adverse effects on soil and then on crop production. Therefore, it is very important to use the necessary solutions to mitigate these adverse effects and adapt to the upcoming conditions. In this article, by reviewing and summarizing the research on the effects of climate change on the characteristics of arid and semi-arid soils, an attempt has been made to provide some kind of foresight of possible changes in the physical, chemical, and biological properties of soil due to climate change.

    Keywords: greenhouse gases, global warming, Rainfall, Soil quality