فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال سی‌ام شماره 2 (خرداد و تیر 1402)

نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال سی‌ام شماره 2 (خرداد و تیر 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/13
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مریم حیدرزاده* صفحات 1-26

    پوشش گیاهی طبیعی جزء حیاتی مدل های تغییر اکوسیستم و اقدامات حفاظتی است. پژوهش حاضر به بررسی پویایی مکانی-زمانی شاخص گیاهی تفاضلی نرمال شده (NDVI) و شاخص پوشش گیاهی بهبود یافته (EVI) با شاخص های جوی مانند بارش (P) و خشکسالی (MSPI)؛ شاخص بیولوژیکی مانند تبخیر و تعرق (ET) و رطوبت خاک (SM)؛ و شاخص خاک، پارامتر دمای سطح زمین (LST) به کمک تصاویر ماهواره ای در سامانه گوگل ارث انجین طی بازه زمانی 1378- 1400 در استان هرمزگان می پردازد.

    مواد و روش کار

    به منظور ارزیابی شاخص های گیاهی با متغیرهای اقلیمی و بیولوژیکی از تصاویر سامانه گوگل ارث انجین استفاده شد. شاخص های NDVI و EVI، تبخیر و تعرق و دمای سطح زمین از تصاویر ماهواره ای Terra 16 روزه و رطوبت سطح خاک (0-10سانتی متر) از نقشه های خاک (Open Land Map)، طی بازه زمانی 12/10/1378 الی 12/10/1400 با برنامه نویسی توابع برای منطقه به صورت ماهانه استخراج شد. بارش و شاخص خشکسالی MSPI به کمک آمار 22 ساله ایستگاه ها تهیه شد. با روش زمین آمار کریجینگ نقشه هم بارش در نرم افزارArcGIS تهیه شد. با روش PCA خشکسالی شاخص در نقاط مختلف با نرم افزار SPSS محاسبه گردید. به منظور درک بهتر تغییرات زمانی شاخص های گیاهی آنومالی آنها طی دو دهه استخراج شد. همبستگی و روند تغییرات پارامترها با روش اسپیرمن و من-کندال محاسبه شد.

    یافته ها

    ضریب همبستگی اسپیرمن و روندیابی روش من-کندال بین دو شاخص NDVI و EVI در سطح 99 درصد به ترتیب 84/0 و 67/0 معناداراست. پراکنش زمانی شاخص های گیاهی نشان داد تغییرات سالانه و ماهانه آنها با میزان کشت پاییزه مطابقت دارد. طبق اقلیم گرم و خشک استان بیشتر بارش ها مربوط به دی تا اسفندماه است. ازاین رو شاخص ها طی ماه های دی، اسفند و فروردین بیشترین مقادیر را داشته اند. این بازه منطبق با فصل کشت و برداشت محصولات کشاورزی است و گیاهان به عالی-ترین مرحله رشد خود رسیده است. نتایج نشان داد تغییرات مکانی شاخص های گیاهی منطبق برمناطق پربارش و حاشیه روخانه ها و اراضی کشاورزی و باغی است. رابطه معکوس و معنادار بین شاخص های پوشش گیاهی و دمای سطح زمین بیانگر افزایش پوشش گیاهی همراه با کاهش دما و برعکس است. همپوشانی مناسب پهنه های بارش و شاخص خشکسالی MSPI با توزیع مکانی شاخص-های گیاهی و دمای سطح زمین و رطوبت خاک بیانگر نقش تعیین کننده بارش در مناطق خشک و نیمه خشک است. نتایج آنومالی شاخص ها نشان داد طی بازه 1378-1389به دلیل وجود خشکسالی های مکرر و شدید همبستگی مثبت ضعیفی وجود دارد. در دهه ی دوم 1389-1400 به دلیل کاهش شدت خشکسالی، شاخص ها همبستگی قوی معناداری از خود نشان دادند. طبق نمودار شاخص خشکسالی MSPI مناطق غربی، مرکزی و بخش هایی در شرق با بیشترین مقادیر خشکسالی و کمبود بارش، پایین ترین مقدار شاخص-های گیاهی را به خود اختصاص داده اند.

    نتیجه گیری

    گستردگی وسعت منطقه سبب تمرکز بیشتر شاخص های پوشش گیاهی در برخی مناطق شده است. بیشترین مقادیر NDVI و EVI در گستره ی حاشیه رودخانه ها و منابع آبی است. این مناطق منطبق با مراکز کشاورزی در دشت های رودان، میناب، شمیل و تخت و بخش هایی از حاجی آباد که از نظر جغرافیایی مناطق شمال شرقی و بخش هایی از شمال است. افزایش هر یک از شاخص های گیاهی بیانگر افزایش وسعت و فراوانی آنها است. ولی کاهش هریک به دلیل چند وجهی بودن ارتباط گیاه با عوامل جوی، خاکی و کاربری معرف ناهمگن شدن منطقه است. روند پویایی پوشش گیاهی و ارتباط آنها با سایر عوامل باید در دراز مدت مورد مطالعه قرار گیرد تا یک الگو ایجاد شود. این مطالعه تاحد امکان و با توجه دردسترس بودن یک مجموعه داده انجام شده است. مطالعات بلندمدت را می توان با استخراج متغیرهای تجربی در سطح منطقه ای و به منظور تاثیر رشد جمعیت برمنطقه نیز انجام داد. یافته های این مطالعه می تواند به مطالعات آتی مرتبط با پوشش گیاهی و ارتباط آن با سایر عوامل، حفاظت از طبیعت و تخصیص منابع کمک کند.

    کلیدواژگان: دمای سطح زمین(LST)، شاخص NDVI، شاخص EVI، رطوبت خاک (SM)، گوگل ارث انجین(GEE)
  • یول آمان ناظری، نادر جندقی*، مجتبی قره محمودلو، مجید عظیم محسنی صفحات 27-49
    سابقه و هدف

    در کشور ایران شرایط اقلیمی به گونه ای است که حتی در پربارانترین مناطق کشور، به منابع آب زیرزمینی نیاز است و همه ساله این نیاز بیشتر میشود. از آنجا که آبهای زیرزمینی یکی از ارزشمندترین منابع آب در کشور ایران بهشمار میروند، پیش بینی تغییرات آن به منظور بهره برداری بهینه با هدف توسعه پایدار بسیار ضرورت است. یکی از پیچیده ترین فرآیندهای هیدرولوژیکی در طبیعت، فرآیند بارش-تراز آب زیرزمینی است که متاثر از پارامترهای مختلف فیزیکی و هیدرولوژیکی است. اگرچه مدل های مختلفی برای پیش بینی تغییرات تراز آب زیرزمینی با استفاده از الگوی بارش ارایه شده است اما به مدل تابع انتقال کمتر توجه شده است. از این رو هدف اصلی این پژوهش معرفی و استفاده از مدل تابع انتقال جهت پیش بینی تراز آب زیرزمینی ماهانه با استفاده از آمار بارش و مقایسه نتایج آن با مدل های شبکه عصبی-فازی و شبکه عصبی مصنوعی می باشد.

    مواد و روش ها

    در پژوهش حاضر از آمار 30 ساله (1400-1371) ایستگاه های هواشناسی و چاه های مشاهده ای در 3 حوضه آبخیز گالیکش، رامیان و محمدآباد جهت مدل سازی بارش-تراز آب زیرزمینی استفاده شد.سپس، با توجه به اینکه سال های نزدیک تر به زمان حال اطلاعات دقیق تری از وضعیت این زمان دارند، سال ها به صورت فرآیند پیش رو در شبکه های عصبی مصنوعی در نظر گرفته شد. برازش مدل و پیش بینی مقادیر تراز آب زیرزمینی با استفاده از داده های بارش برای 12 ماه آینده به کمک سه مدل شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، شبکه عصبی-فازی (ANFIS) و تابع انتقال (TF) انجام شد. برای این منظور از نرم افزارهای MINITAB SAS, SPSS, و R استفاده شد. در مرحله بعد اعتبارسنجی مقادیر پیش بینی شده توسط مدل ها با استفاده از 3 شاخص میانگین قدرمطلق فاصله (MAD)، ریشه مربع میانگین خطا (RMSE) و میانگین قدرمطلق درصد خطا (MAPE) مورد ارزیابی قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج حاصل از نمودارهای خودهمبستگی نگار تراز آب زیرزمینی چاه ها نشان داد، تمامی سری های زمانی دارای روند فصلی با دوره 12 ماهه هستند. بر اساس نمودارهای خودهمبستگی متقابل نیز مشخص شد که اثر مستقیم بارش بر تراز آب زیرزمینی در دو حوضه آبخیز گالیکش و محمدآباد با تاخیر 3 ماهه و در حوضه آبخیز رامیان با تاخیر یک ماهه انجام شده است. نتایج اعتبارسنجی مدل ها با کمک 3 شاخص MAD، RMSE و MAPE نشان داد که مدل شبکه عصبی مصنوعی جهت پیش بینی تراز آب زیرزمینی با استفاده از داده های بارش ماهانه در هر 3 حوضه آبخیز مورد بررسی دارای مناسب ترین عملکرد می باشد (RMSE=0.0778, 0.0243, 0.0532m) و مدل شبکه عصبی-فازی (RMSE=0.1841, 0.0832, 0.1012m) در رتبه دوم قرار دارد. اگرچه مدل تابع انتقال نسبت به دو روش دیگر دقت کمتری داشت (RMSE=0.5711, 0.5023, 0.3234m)، اما این مدل در برازش مقادیر تراز آب زیرزمینی ماهانه عملکرد مناسبی داشته است. این مدل در شناسایی تاخیر در تاثیرگذاری بین متغیرهای ورودی و خروجی و همچنین بیان مدلی که می توان بر اساس آن نحوه اثرگذاری بارش را به صورت یک مدل بیان کرد، بسیار موثر است.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش نشان داد که برای پیش بینی تراز آب زیرزمینی با کمک مقادیر بارش ماهانه، می توان از هر 3 مدل شبکه عصبی مصنوعی، شبکه عصبی-فازی و تابع انتقال استفاده کرد. برای 3 مدل مورد استفاده بیش برآوردی و کم برآوردی پیوسته که باعث افزایش خطا و کاهش عملکرد مدل ها می شود، مشاهده نشد. همچنین هر 3 مدل در تشخیص روندها و تغییرات داده ها عملکرد مناسبی دارند. با این وجود عملکرد مدل شبکه عصبی مصنوعی نسبت به دو مدل دیگر از دقت بالاتری برخوردار است. علاوه بر این هنگامی که از عملکرد پیش رو در مدل سازی شبکه عصبی مصنوعی استفاده می شود نسبت به حالتی که از سری کامل داده ها استفاده می شود، کارایی مدل به نحو چشمگیری بهبود می یابد.

    کلیدواژگان: تراز آب زیرزمینی، بارش، شبکه عصبی مصنوعی، شبکه عصبی-فازی، تابع انتقال
  • محبوبه بای، ناصر طهماسبی پور*، حسین زینی وند، امیر سعدالدین، مهدی کاهه صفحات 51-74
    سابقه و هدف
    سیل یکی از آسیب رسان ترین مخاطرات طبیعی در جهان محسوب می شود. درک بهتر پدیده سیل و پیامدهای بالقوه آن ضرورت دارد. تحقیق حاضر بخشی از رویکرد مدیریت ریسک -محور سیل بر اساس چارچوب KULTURisk است که در آن آسیب پذیری به عنوان یکی از مولفه های ریسک سیل بررسی می شود. هدف تحقیق ارزیابی آسیب پذیری جوامع محلی در مواجهه با پدیده سیل در شرایط موجود و نیز پیش بینی اثرهای سناریوهای مدیریتی بر کاهش آن است. ارزیابی آسیب پذیری سیل، مستلزم کمی کردن اجزای آسیب پذیری است.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق، با توجه به هدف مورد نظر و با استفاده از بازدیدهای میدانی و مرور منابع مولفه ها، متغیرها و شاخص های متناسب با شرایط موجود منطقه انتخاب شد. داده ها و اطلاعات مورد نیاز با استفاده از پرسشنامه و مصاحبه با جوامع محلی، سالنامه های آماری، اطلاعات سرشماری نفوس و مسکن، دستورالعمل و راهنمای سامانه مدیریت آمار و اطلاعات بیمارستانی و همچنین مراجعه به دستگاه های اجرایی مرتبط در سطح شهرستان رامیان و استان گلستان جمع آوری و تجزیه و تحلیل شد. جامعه آماری شامل جوامع محلی ساکن در پهنه سیلاب با دوره بازگشت صد سال در بازه ای از رودخانه قره چای شهر رامیان از سرشاخه های رودخانه گرگانرود واقع در استان گلستان می باشد. دلیل انتخاب بازه مذکور موقعیت قرارگیری روستاها در مجاورت رودخانه و نیز فراوانی وقوع رخدادهای سیلابی است که طی سال های گذشته رخ داده است. مقادیر شاخص ها با روش مقیاس طبقه بندی شده و با روش فاصله تا مرجع نرمال سازی شدند. وزن هر یک از شاخص ها با روش دلفی تعیین گردید. مقادیر شاخص های نرمال شده در محیط GIS به لایه های مکانی تبدیل شدند. بدین ترتیب با ترکیب لایه های متغیرهای حساسیت، ظرفیت های سازگاری و مدارا نقشه آسیب پذیری منطقه هدف تهیه شد. بر اساس نتایج حاصل، سه سناریوی اصلاحی شامل ایجاد سامانه‏ هشدار ‏زودهنگام، بهبود حکمرانی ریسک و توزیع ریسک به منظور کاهش سطح آسیب پذیری در مواجهه با سیل برای منطقه هدف انتخاب شد.
    یافته ها
    سطح آسیب پذیری مناطق متاثر از سیل در منطقه هدف در شرایط کنونی در طبقه "زیادآسیب پذیر" قرار گرفت که با اعمال سناریوی اصلاحی ترکیبی (سامانه‏ هشدار ‏سیل زودهنگام، بهبود حکمرانی ریسک و توزیع ریسک) آسیب پذیری به طبقه"کمی آسیب پذیر" خواهد رسید.
    نتیجه گیری
    نتایج تحقیق حاضر علاوه بر کمک به درک بهتر پدیده سیل و پیامدهای بالقوه آن توسط مردم روستای سیدکلاته و مسیولین، موجب تسهیل در اولویت بندی اقدامات متناسب با شرایط منطقه به منظور کاهش آسیب پذیری از طریق افزایش ظرفیت های سازگاری و مدارا می گردد. چرا که میزان اثربخشی اقدامات پیشنهادی (ایجاد سامانه‏ هشدار ‏زودهنگام، بهبود حکمرانی ریسک و توزیع ریسک) بر کاهش آسیب پذیری و به تبع آن کاهش میزان تلفات جانی و خسارات مالی مشخص شده است که خود گام مهمی در راستای مدیریت ریسک-محورسیل در مقیاس های مختلف مکانی بشمار می رود. همچنین نتایج این مطالعه ضرورت ارزیابی آسیب پذیری و اتخاذ سیاست های خاص در مقیاس محلی (روستای سیدکلاته) را نشان می دهد . این در حالی است که این موضوع به طور معمول در برنامه ریزی های فنی و مالی در حوزه مدیریت بحران بویژه مدیریت ریسک سیل لحاظ نمی شود.
    کلیدواژگان: رویکرد KULTURisk، مدیریت ریسک-محور سیل، آسیب پذیری، سناریو اصلاحی، رودخانه قره چای
  • زهرا قلی زاده، جلیل فرزادمهر*، محمد رستمی خلج صفحات 75-96
    سابقه و هدف

    پیش بینی تغییرات کاربری اراضی در تشریح روابط متقابل اکوسیستم ها و فعالیت های انسانی، برای کمک به تصمیم گیری مدیران اهمیت زیادی دارد. نقشه کاربری اراضی از منابع اطلاعاتی در مدیریت منابع طبیعی محسوب می شود. مدیریت بهینه منابع، نیازمند بررسی، شناخت تغییرات و تخریب های منابع در گذشته و برنامه ریزی صحیح و اصولی به منظور کنترل و مهار تخریب های احتمالی در آینده می باشد. هدف از این مطالعه ارزیابی کارایی مدل سلول های خودکار- مارکوف (CA مارکوف) در تعیین تغییرات کاربری اراضی و پیش بینی آن در سال های آتی در منطقه قلعه جوق واقع در شهرستان تربت حیدریه می باشد.

    مواد و روش ها

    برای مدل سازی و آشکار سازی تغییرات کاربری اراضی، از تصاویر ماهواره ای، سنجش از دور و مدل زنجیره ای مارکوف استفاده شد. منطقه ی مطالعاتی حوزه آبخیز روستای قلعه جوق از توابع شهرستان تربت حیدریه می باشد. از نقشه توپوگرافی با مقیاس 1:25000 و تصاویر ماهواره OLI, ETM+, MSS لندست به ترتیب مربوط به سال های 1987، 2002، 2015 برای تهیه ی نقشه های کاربری اراضی و روند تغییرات کاربری برای دوره های 1987-2002، 2002-2015 و 1987 تا 2015 استفاده شد. تصاویر ماهواره ای با معادله چند جمله ای درجه یک، به روش نزدیکترین همسایه تصحیح هندسی گردید و با استفاده از تبیین خطی و هیستوگرام اصلاح شدند. جهت طبقه بندی تصاویر از روش طبقه بندی نظارت شده و الگوریتم حداکثر احتمال که دقت فابل قبولی دارند استفاده گردید. نقشه کاربری اراضی در 4 طبقه ی مرتع، اراضی بایر، اراضی زراعی، باغات تهیه شد. در این تحقیق با استفاده از مدل CA مارکوف نقشه پیش بینی سال 2015 با نقشه نظارت شده مقایسه شد. درصد مساحت کلاس های کاربری اراضی، باغ، مرتع، بایر و زراعی در سال 1987 از 5، 54، 24 و 17 درصد به 7، 4، 7، 36، 51 و 6/7 درصد در سال 2015 تغییر داشته است و نقشه کاربری اراضی برای سال های 2025 و 2040 پیش بینی گردید. جهت کالیبراسیون مدل از نقشه پیش بینی سال 2015 استفاده شد.

    یافته ها و نتیجه گیری

    نتایج نشان داد با توجه به ضریب کاپا بدست آمده، نقشه تهیه شده از دقت بالایی برخوردار بوده است. براساس نتایج حاصل از آشکار سازی و شبیه سازی روند اراضی مرتعی و زراعی جزو ناپایدارترین طبقات محسوب می شوند. اراضی باغی بدلیل توجه بیشتر و اهمیت اقتصادی آن، تغییر چندانی در وسعت آن ایجاد نشده است، بطورکلی بیشترین تغییرات در مراتع و اراضی زراعی رخ داده است. که با توجه به کارهای اصلاحی که در منطقه انجام شده است از مساحت اراضی زراعی کم بازده کاسته و به مراتع اضافه شده است.

    کلیدواژگان: تغییرات کاربری، زنجیره مارکوف، تصاویر ماهواره ای
  • فایزه براهویی، حلیمه پیری*، امیر ناصرین صفحات 97-117
    سابقه و هدف

    در مناطق خشک و نیمه خشک، به علت نبود پوشش گیاهی کافی و بازگشت مقدار کم بقایای گیاهی به خاک، مقدار مواد آلی خاک بسیار کم است لذا مصرف انواع کودهای آلی می تواند راه کار مناسبی برای بهبود شرایط فیزیکی و شیمیایی خاک در این مناطق باشد. در سال های اخیر از بیوچار به عنوان اصلاح کننده خاک (منبع کربن آلی) و به نوعی روشی برای ترسیب کربن در خاک های مناطق خشک و بیابانی استفاده شده است. توانایی بالای این ماده در جذب و نگهداری عناصر غذایی و جلوگیری از آبشویی آن ها، جذب فلزات سمی و کودهای شیمیایی باعث افزایش حاصلخیزی خاک می شود. بافت غالب خاک منطقه سیستان لوم شن می باشد که دارای ظرفیت نگهداری آب پایین می باشد. لذا به علت بارندگی بسیار کم، بافت خاک منطقه و تبخیر بالا، این تحقیق با هدف حفظ و افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک و بهبود ویژگی های فیزیکی خاک لوم شنی منطقه سیستان با به کار بردن ترکیبات و اندازه های مختلف بیوچار تهیه شده از هرس شاخ و برگ درختچه های کنوکارپوس کشت شده در ایرانشهر انجام شد.

    مواد و روش ها

    در این تحقیق به بررسی تاثیر سه دامنه قطر بیوچارکنوکارپوس (کمتر از 25/0، 1-25/0 و 1-2 میلیمتر) و سه مقدار بیوچار کنوکارپوس (2، 4 و 8 درصد وزنی) بر خصوصیات هیدرولیکی و فیزیکی خاک و تبخیر از سطح خاک با بافت لوم شنی منطقه سیستان پرداخته شد. آزمایشات در 3 تکرار و در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. برای انجام کار ستون هایی از جنس پلی اتیلن به قطر 10 سانتیمتر و ارتفاع 35 سانتی متر تهیه شد. ستون ها از کف به وسیله پارچه بسته شد. خاک با تیمارهای مختلف اندازه و مقدار بیوچار به-صورت دستی به ستون ها افزوده شد و با ضربات آرام به بدنه ستون تا رسیدن به ارتفاع 30 سانتیمتر پر شد. برای اندازه گیری تبخیر، 100 میلی متر آب در 5 هفته (هرهفته 20 میلی متر) به خاک اضافه شد. تبخیر از سطح خاک هرروز به روش وزنی اندازه گیری شد. هدایت هیدرولیکی اشباع خاک به روش بار ثابت اندازه گیری شد. همچنین شوری و رطوبت خاک در سه عمق 10-0، 20-10 و 30-20 سانتی-متری خاک محاسبه شد. چگالی ظاهری و ظرفیت نگهداشت آب درخاک نیز اندازه گیری شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد با افزایش مقدار بیوچار مصرفی، چگالی ظاهری و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک نسبت به تیمار شاهد (تیمار بدون بیوچار) به ترتیب 32/29 % و 1/48 % کاهش یافت. با افزایش مقدار بیوچار و کاهش اندازه ذرات آن، ظرفیت نگهداشت آب در خاک افزایش یافت. تیمار 8 درصد وزنی بیوچار و اندازه ذرات کمتر از 25/0 میلی متر بیشترین (54/43 %) افزایش ظرفیت نگهداشت آب در خاک را دارا بود. با افزایش مقدار بیوچار و کاهش اندازه ذرات آن، شوری خاک نسبت به تیمار شاهد افزایش یافت. اما تبخیر از سطح خاک با افزایش مقدار بیوچار و کاهش اندازه ذرات آن، کاهش یافت.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج به دست آمده می توان گفت بیوچار اثرات مثبتی بر بهبود خصوصیات فیزیکی و هیدرولیکی خاک های با بافت نسبتا سبک دارد. اما این تغییرات بستگی به مقدار و اندازه ذرات بیوچار دارد. استفاده از بیوچار به عنوان یک اصلاح کننده خاک در خاک های سبک بافت که ظرفیت نگهداری آب کم و تبخیر بالایی دارند، به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک که با مشکل کمبود منابع آب مواجه هستند، راهکار بسیار مناسبی است. اما باید توجه داشت که افزایش سطوح بیوچار در خاک می تواند باعث افزایش شوری خاک شود. بنابراین با توجه به نتایج به دست آمده و تاثیر مثبت بیوچار بر پارامترهای فیزیکی و شیمیایی خاک، انتخاب بهینه سطح بیوچار بایستی به گونه ای باشد که استفاده از آن از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد و این امر مستلزم تحقیقات بیشتر به خصوص در شرایط مزرعه ای می باشد.

    کلیدواژگان: اصلاح خاک، حفاظت خاک، دشت سیستان، ظرفیت نگهداری آب خاک
  • شاهین امین، موسی حسام*، آزاده جباری، محمد عبدالحسینی صفحات 119-139
    سابقه و هدف

    یکی از عوامل اصلی توسعه اقتصادی و اجتماعی هر کشوری، ذخایر و پتانسیل های آبی است. شناخت همه جانبه و جامع منابع آب پیش نیاز بهره برداری بهینه و پایدار از این منابع محسوب می شود. در کشور ایران به علت کمبود بارندگی در اکثر حوضه های آبریز و محدود بودن منابع آب، برنامه ریزی مدون به منظور شناخت امکانات و محدودیت های منابع آب باهدف بهره برداری بهینه بسیار ضروری و اجتناب ناپذیر است. امروزه یکی از راهکارهای اساسی جهت مدیریت منابع آب در بخش کشاورزی، انتخاب الگوی کشت مناسب و تعیین استراتژی های تخصیص بهینه ی آب کشاورزی است که در شرایط محدود بودن منابع آب و فراوانی اراضی قابل کشت، هدف می بایست افزایش کارایی مصرف آب، استفاده ی بهینه از منابع آب محدود و حصول بیشترین سود اقتصادی باشد.

    مواد و روش ها

    این پژوهش بر روی الگوی کشت منطقه گنبدکاووس استان گلستان؛ شبکه آبیاری سد گلستان برای کشت محصولات پاییزه (چهار محصول عمده گندم، کلزا، جو و تریتیکاله) در سال های زراعی 1396-1397 الی 1399-1400 انجام شد. بهینه سازی چندهدفه با اهداف افزایش سود خالص اقتصادی و کاهش آب مصرفی با روش الگوریتم ژنتیک نامغلوب (NSGA- II) انجام شد. ابتدا با روش بهینه سازی دوهدفه و در نظر گرفتن حداقل مقادیر الگوی کشت با گام های محاسباتی مختلف حداکثر سود خالص و همچنین میزان آب ذخیره شده محاسبه شد.در مرحله بعد با روش بهینه سازی تک هدفه سود خالص حاصل از آب ذخیره شده بهینه سازی شد. در نهایت از طریق تجمیع مقادیر سود خالص اقتصادی دوهدفه و تک هدفه بهترین گام محاسباتی انتخاب شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که مقادیر گام محاسباتی برای هر سال یکسان نیست و مقادیر حداکثرسود خالص حاصل از رعایت حداقل مقدار مجاز الگوی کشت و آب ذخیره شده (بهینه سازی دو هدفه) و مقادیر حداکثرسود خالص حاصل از بهینه سازی آب ذخیره شده در مرحله قبل (بهینه سازی تک هدفه) با گام های محاسباتی مختلف با سود هر سال محاسباتی در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از حداکثر سود خالص و آب ذخیره شده براساس مقدار مجاز حداقل الگوی کشت، بهینه سازی دوهدفه (سود خالص ماکزیمم و آب ذخیره شده ماکزیمم) و نتایج حاصل از بهینه سازی تک هدفه مقادیر آب ذخیره شده تجمیع شد. با توجه به تجمیع سود خالص از بهینه سازی گام های محاسباتی دوهدفه و تک هدفه بهترین سود خالص اقتصادی به دست آمد.. همچنین با وجود کمتر شدن سطح زیرکشت و آب تخصیصی در سال های زراعی 1398-1399 و 1399-1400 مشاهده می شود سود خالص نسبت به سال های قبل افزایش یافته است. در سال 1400-1399 با توجه به این که آب کمتری نسبت به سال های قبل تخصیص داده شده و سطح زیرکشت الگوی کشت بهینه به مقدار ناچیز از سطح زیرکشت سال هدف کمتر شد (85/83 هکتار) بالاترین سود خالص با اختلاف 138 درصد افزایش سود بدست آمد، که این مسیله به دلیل میزان افزایش قیمت محصولات نسبت به هزینه ها می باشد که افزایش درآمد بیش از افزایش هزینه ها بود.

    نتیجه گیری

    نتایج تحقیق حاضر نشان داد برای حصول سود اقتصادی بیشتر با مدیریت مصرف آب تخصیصی بهینه استفاده از روش های بهینه سازی چند هدفه نسبت به روش های تک هدفه عملکرد بهتری دارد. همچنین در نظر گرفتن گام های محاسباتی توسط مسیولان و تشکل های آببران برای مدیریت ذخیره آب تخصیصی و دستیابی به حداکثر سود خالص اقتصادی باعث افزایش اشتغال، مهاجرت معکوس و دستیابی به سطح رفاه اجتماعی بالاتر خواهد شد. با توجه به رعایت حداقل کشت استراتژیک گندم و افزایش کشت های دانه روغنی کلزا و علوفه ای گیاه تریتیکاله مدل حاضر از لحاظ تامین امنیت زنجیره ی غذایی و دیدگاه پدافند غیر عامل عملکرد بهینه و مناسب دارد.

    کلیدواژگان: آب مصرفی، سود خالص، الگوریتم ژنتیک نامغلوب، کشت استراتژیک
  • آیدین پارساخو*، سید عطاالله حسینی صفحات 141-159
    سابقه و هدف

    در جنگل های کوهستانی شمال ایران، بدون یاری به طبیعت و دخالت متخصصین امکان تثبیت زودهنگام لکه-های رانشی که غالبا درآنجا هدر رفت خاک غنی جنگل در اثر آب شویی به وقوع می پیوندد، وجود ندارد. لذا در این شرایط اجرای به موقع فنون حفاظت خاک و شناسایی کارایی آنها به ویژه در محل ترانشه های پرشیب جاده های جنگلی ضرورت پیدا می کند.

    مواد و روش ها

    در طول شبکه جاده های جنگلی طرح شصت کلاته استان گلستان، موقعیت مکانی ترانشه های خاکی رانشی اعم از خاکبرداری و خاکریزی با شیب 60-45 درجه به کمک GPS ثبت شد. سپس عملیات هیدرومالچینگ با خاک پوش مایع، نصب بالشتک ، تثبیت سلولی، تثبیت با زمین پارچه، چپر مرده، چپر زنده با 4 تکرار در پلات هایی به ابعاد 30 مترمربع روی ترانشه ها انجام پذیرفت. 4 تکرار نیز به عنوان شاهد بدون هر گونه تیمار مورد بررسی قرار گرفت. نمونه برداری از طریق تله-گذاری در جوی کناری و در ابتدا (تله مهار) و انتهای ترانشه های تیمار شده و شاهد اجرا گردید. در پایان یک دوره 6 ماهه (پاییز و زمستان) پنج نمونه از رسوبات انباشته شده در تله ها جهت اندازه گیری مقدار عناصر نیتروژن، فسفر، پتاسیم و ماده آلی جمع آوری شد. مقدار پتاسیم قابل جذب با روش استات آمونیوم و کلراید، مقدار فسفر قابل جذب با روش اسپکتروفتومتر، درصد ازت کل با روش کجلدال و درصد ماده آلی به روش نیتراسیون تعیین شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که مقدار هدررفت مواد مغذی خاک به ویژه مواد آلی و ازت از سطح ترانشه خاکبرداری بیشتر از ترانشه خاکریزی بود. در حالی که در تیمار تثبیت سلولی هیچ تفاوت معنی داری بین مقدار هدررفت عناصر غذایی از سطح ترانشه های خاکبرداری و خاکریزی وجود نداشت. بیشترین مقدار هدررفت عناصر غذایی خاک در تیمار شاهد ملاحظه گردید. در مجموع تیمار تثبیت سلولی (7/83 درصد) و چپر زنده (2/75 درصد) کارآمدترین تیمارها و تیمار خاک پوش مایع (3/45 درصد) و تثبیت بالشتکی (2/53 درصد) ناکارآمدترین تیمارها برای کنترل هدررفت عناصر غذایی خاک از ترانشه های جاده های جنگلی بودند.

    نتیجه گیری

    روش های تثبیت خاک می توانند باعث نگهداشت عناصر غذایی خاک، آماده سازی بستر مناسب برای رویش مجدد گیاهان بومی، حفظ میکروارگانیسم های خاک و افزایش مقاومت ساختمان جاده با حداقل هزینه ها شوند. توانایی شیوه های حفاظت خاک در جلوگیری از رواناب، رسوبات و تلفات مواد مغذی متفاوت است و این مورد تا حدود زیادی به شرایط اقلیمی منطقه وابسته است. در پژوهش حاضر مشخص شد که روش های تثبیت سلولی و چپرزنده را می توان برای تثبیت ترانشه های خاکی جاده های جنگلی پیشنهاد نمود.

    کلیدواژگان: ترانشه خاکبرداری، ترانشه خاکریزی، تثبیت سلولی، هدررفت مواد آلی، طرح شصت کلاته
  • مجید هاونگی، حسین خزیمه نژاد* صفحات 161-171
    سابقه و هدف

    یکی از طرحهای ملی و راهبردی بخش آب، طرح احیاء و تعادل بخشی آبهای زیرزمینی است. تشدید افت سطح آب و کسری مخزن در آبخوان ها ممنوعیت بیش از 405 محدوده از 609 محدوده مطالعاتی کشور را به دنبال داشته است. در همین ارتباط وزارت نیرو با تعریف طرح تعادل بخشی، تغذیه مصنوعی و پخش سیلاب در سال 1384 برنامه های خود در زمینه بهبود وضعیت منابع آب زیرزمینی را تدوین نمود. مجددا با فعال شدن شورای عالی آب در دولت یازدهم، طرح احیاء و تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی کشورمشتمل بر 15 پروژه به تصویب رسید. بررسی مطالعات اخیر که در دشت های مختلفی از کشور صورت گرفته است؛ نشان می دهد تعادل بخشی منابع آب بر وضعیت منابع آب زیرزمینی در مناطق مختلف تاثیراتی متفاوت داشته است؛ با توجه به اینکه اثرات طرح تعادل-بخشی بر محدوده های مطالعاتی خراسان جنوبی کمتر مورد بررسی قرار گرفته است؛ لذا در این پژوهش به بررسی اثرات طرح تعادل بخشی در محدوده مطالعاتی بشرویه با تاکید بر نصب کنتورهای هوشمند پرداخته شده است.

    مواد و روش ها

    جهت بررسی موضوع از آمار 16 حلقه چاه مشاهده ای و داده های بارش دشت بشرویه در محدوده زمانی 1399-1374 استفاده شد و به منظور بررسی نوسانات آب زیرزمینی از آمار تراز سطح زیرزمینی چاه های مشاهده ای در سال های قبل (1393-1387) و بعد از نصب کنتور هوشمند (1399-1393) استفاده شد و هیدروگراف واحد آبخوان در بازه زمانی 1400-1385 ترسیم گردیده و مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفت. سپس نقشه های هم تراز و هم افت آب زیرزمینی با استفاده از نرم افزار Arc GIS و درون یابی کرجینگ در سال-های قبل و بعد از نصب کنتور هوشمند ترسیم و بررسی گردید.

    یافته ها

    میانگین افت سطح آب زیرزمینی در بازه زمانی 1393-1387 قبل از نصب کنتور هوشمند 21/3 متر و میانگین افت سطح آب زیرزمینی در بازه زمانی بعد از نصب کنتور هوشمند در بازه زمانی 1399-1393 به 2 متر کاهش یافته است؛ به عبارتی بعد از نصب کنتور هوشمند شیب افت سطح آب کاهش داشته است. میزان افت حجم آبخوان در بازه زمانی شش ساله بعد از نصب کنتور هوشمند نسبت به میزان کاهش حجم آبخوان در بازه زمانی شش ساله قبل از نصب کنتور هوشمند برابر 6/67 درصد می باشد که نشان دهنده 4/32 درصد کاهش در روند افت حجم آبخوان در بازه زمانی بعد از نصب کنتور هوشمند نسبت به بازه زمانی مشابه قبل از نصب آن ها می باشد.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد که در طول دوره آماری 1399-1387 شدت افت سطح آب یکسان نبوده است به طوری که از سال 93 به بعد که سال اتمام نصب کنتورهای هوشمند بوده است افت سطح آب زیرزمینی با شیب کمتری روبروست. همچنین روند افت حجم آبخوان در بازه زمانی بعد از نصب کنتور هوشمند نسبت به بازه زمانی مشابه قبل از نصب کمتر بوده است. همچنین میزان آب صرفه جویی شده ناشی از نصب کنتور هوشمند از ارزش اقتصادی وریالی قابل توجهی برخوردار بوده است.

    کلیدواژگان: تعادل بخشی منابع آب، کنتور هوشمند، آبخوان، افت سطح آب زیرزمینی، دشت بشرویه
|
  • Maryam Heydarzadeh * Pages 1-26
    Background and purpose

    Natural vegetation is a vital component of ecosystem change models and conservation measures. The current study investigates the spatio-temporal dynamics of Normalized Differential Vegetation Index (NDVI) and Improved Vegetation Index (EVI) with atmospheric indices such as precipitation (P) and Multivariate Standardized Precipitation Index (MSPI); biological index such as evapotranspiration (ET) and soil moisture (SM); and soil index, land surface temperature parameter (LST) with the help of satellite images in Google Earth Engine system during 2000-2021 in Hormozgan province.

    Materials and methods

    Google Earth Engine system images were used to evaluate plant indices with climatic and biological variables. NDVI and EVI indices, evaporation and transpiration and earth surface temperature from 16-day Terra satellite images and soil surface moisture (0-10 cm) from Open Land Map, during the period from 2000-2021 were extracted monthly by programming functions for the region. Rainfall and MSPI drought index were prepared with the help of 22-year statistics of the stations. A precipitation map was prepared using the Kriging geostatistics method in ArcGIS software. Using the PCA method, the drought index was calculated in different places with SPSS software. In order to better understand the changes in time, their anomaly plant indices were extracted over two decades. Correlation and change trend of parameters were calculated by Spearman and Mann-Kendall method.

    Findings

    Spearman's correlation coefficient and Man-Kendall's trending method between NDVI and EVI indices are significant at the 99% level of 0.84 and 0.67, respectively. The time distribution of plant indices showed that their annual and monthly changes are consistent with the amount of autumn cultivation. According to the hot and dry climate of the province, most of the rains are from January to March. The indices had the highest values during the months of January, March and April. This period corresponds to the season of planting and harvesting agricultural products, and the plants have reached their highest growth stage. Results showed the spatial changes of the plant indices correspond to the high rainfall areas and the edges of rivers and agricultural and garden lands. The appropriate overlap of precipitation zones and MSPI drought index with the spatial distribution of plant indices, ground surface temperature, and soil moisture indicates the determining role of precipitation in arid and semi-arid regions. The anomaly results showed that there is a weak positive correlation during the period of 2011-2000 due to frequent and severe droughts. In the second decade of 2011-2021, due to the decrease in the severity of the drought, the indicators showed a significantly strong correlation. According to the MSPI drought index, the western, central and eastern regions with the highest amounts of drought and lack of rainfall have the lowest amount of plant indices.

    Conclusion

    The expansion of the area has caused more concentration of vegetation indicators in some areas. The highest values of NDVI and EVI are in the area along the banks of rivers and water sources. These areas correspond to agricultural centers in the plains of Rodan, Minab, Shamil and Takht and parts of Haji Abad, which are geographically in the north-eastern regions and parts of the north. Vegetation dynamic trends and their relationship with other factors should be studied in the long term to establish a pattern. This study has been done as much as possible and according to the availability of a data set. Long-term studies can be done by extracting experimental variables at the regional level and in order to influence the population growth on the region. The findings of this study can help future studies related to vegetation and its relationship with other factors, nature protection and resource allocation.

    Keywords: Land surface temperature (LST), NDVI index, EVI index, soil moisture (SM), Google Earth Engine (GEE)
  • Youl Aman Nazeri, Nader Jandaghi *, Mojtaba G.Mahmoodlu, Majid Azimmohseni Pages 27-49

    In Iran, the climatic conditions are such that even in the rainiest areas of the country, there is a need for groundwater resources, and this demand is increasing every year. Since, groundwater is one of the most valuable water resources in Iran, it is very necessary to predict its changes in order to use it optimally with the aim of sustainable development. One of the most complex hydrological processes in nature is the rainfall-groundwater level process, which is affected by various physical and hydrological parameters. Although, various models have been presented to predict the changes in the groundwater level using the rainfall patterns, but less attention has been paid to the transfer function model. Hence, the main objective of this research is to introduce and use the transfer function (TF) model to predict the monthly groundwater level using rainfall data and to compare its results with ANFIS and Artificial Neural Network (ANN) models.In the present study, 30-year data (1992-2021) of meteorological stations and observation wells in 3 watersheds of Galikesh, Ramian and Mohamadabad were used to model the rainfall and groundwater level. of the Gorganroud river basin.Then, considering that the years closer to the present time have more accurate information about the situation of this time, the years were considered as a forward process in artificial neural networks. The model fitting and prediction of the groundwater level values using rainfall data for the next 12 months was performed with applying three models: Artificial Neural Network (ANN), Adaptive neuro fuzzy inference system (ANFIS), and transfer function (TF). For this purpose, MINITAB SAS, SPSS, and R software were used. Next step, the validation of the values predicted by the models was evaluated using three indices Mean Absolute Distance (MAD), Root Mean Square Error (RMSE) and Mean Absolute Percentage Error (MAPE).The results of the autocorrelation plots of the groundwater level of the wells revealed that all time series have a seasonal trend with a period of 12 months. Based on the cross-correlation plots, it was also found that rainfall has direct effect on the groundwater level in the two watersheds of Galikesh and Mohamadabad with lag time of three months and in the Ramian watershed with a delay of one month. The validation results of the models using three indexes MAD, RMSE and MAPE revealed that the artificial neural network model for predicting the groundwater level using monthly rainfall data in all three investigated watersheds had the most appropriate performance (RMSE=0.0778, 0.0243, 0.0532m) and the ANFIS model is ranked second (RMSE=0.1841, 0.0832, 0.1012m). Although the transfer function model was less accurate than the other two methods (RMSE=0.5711, 0.5023, 0.3234m), but this model has performed well in fitting the monthly groundwater level values. This model is very effective in identifying the delay in the impact between the input and output variables, as well as expressing the model based on which the impact of rainfall can be expressed as a model.The results of this research show that all three models of artificial neural network, ANFIS and transfer function can be used to predict the groundwater level using monthly rainfall values. Consecutive overestimation and underestimation, which increases the error and decreases the performance of the models, was not observed for the three used models. Also, all three models perform well in detecting trends and data changes. However, the artificial neural network model is more accurate than the other models. In addition, when forward process is used in artificial neural network modeling, compared to the case where the complete series of data is used, the efficiency of the model is significantly improved.

    Keywords: groundwater level, Rainfall, Artificial neural network, ANFIS, Transfer Function
  • Mahbube Bai, Nasser Tahmasebipour *, Hossein Zeinivand, Amir Sadoddin, Mahdi Kahe Pages 51-74
    Background and objectives
    Floods are one of the most damaging natural disasters in the world. So better understanding of the flood hazard phenomenon and its potential consequences is necessary. The present research is a part of the flood risk management approach based on the KULTURisk framework, in which vulnerability is examined as one of the flood risk components. The aim of the research is to assess the vulnerability of local communities exposed to the flood occurrence in the current conditions, and also to predict the effects of intervention scenarios to reduce it. Flood vulnerability assessment requires quantifying vulnerability components.
    Materials and methods
    In this research, the components, variables and indicators for the region existing conditions were selected based on the intended aim, region field observations and related literature review. The required data and information were collected using questionnaires and interviews with the local communities, statistical yearbooks, population and housing census data center, instructions and guidelines for the management system of statistics and hospital information, as well as referring to related executive organizations at the city and province levels. The statistical population includes local communities living in the 100-year flooding areas in a part of the Qarachai River in Ramian city (one of the tributaries of the Gorganroud River in the Golestan province). The reason for choosing this reach is the location of the villages in the vicinity of the river and the frequency of flood events that have occurred in the past years. The index values were normalized by classification scale and distance to reference methods and the weight of each index was determined by the Delphi method. The normalized index values were converted into spatial layers in the GIS environment. Then, a vulnerability map of the target area was prepared by combining the spatial layers of susceptibility, adaptation capacities and coping capacities variables. Based on the results, three intervention scenarios including early warning system establishment, risk governance intervention and risk spreading were selected in order to reduce the level of vulnerability in the face flooding for the study area.
    Results
    The degree of vulnerability of flood-affected areas in the study area for the current conditions was placed in the "highly vulnerable" class, while by applying intervention scenario under combined scenarios (including early warning system establishment, risk governance intervention and risk spreading), the vulnerability degree would change to "slightly vulnerable" level.
    Conclusion
    The results of this research, is helpful for better understanding of the phenomenon of flooding and its potential consequences by the people and authorities of the Seyed Kalateh village. It also will facilitate the prioritization of measures appropriate to the region conditions in order to reduce vulnerability by increasing the capacity of adaptation and tolerance. Since, the effectiveness of the proposed measures such as creating an early warning system, intervention risk governance and risk spreading on reducing vulnerability and consequently reducing the amount of human and financial losses has been recognized, it is an important step in the direction of flood risk management at different scales. Moreover, the analysis shows the necessity of vulnerability assessment and adoption of specific policies at the local scale (the Seyed Kalateh village), while this issue is usually not considered in technical and financial planning of crisis management especially for flood risk management.
    Keywords: KULTURisk approach, Risk-based flood management, Vulnerability, Intervention scenario, The Qarachai River
  • Zahra Gholizadeh, Jalil Farzadmehr *, Mohammad Rostami Khalaj Pages 75-96
    Background and objectives

    Prediction of land use changes in explaining the interactions between ecosystems and human activities is important for helping decision makers. A Land use map is considered an information resource in natural resource management. Optimal resource management needs to be investigated, as recognition of changes and resource degradation in the past, and proper and principled planning in order to control and control possible future degradation. The purpose of this study was to evaluate the performance of the Markov chain model (CA Markov) in determining and predicting land use changes for the future in the Ghaleh Jogh area located in the city of Torbat-e-Heydarieh.

    Materials and Methods

    Satellite imagery, remote sensing, and the Markov chain model were used for modeling and detecting land use change. The study area of the Ghaleh Jogh Watershed is from Torbat-e-Heydarieh province. A topographic map with a scale of 1: 25,000 and OLI, ETM +, and Landsat MSS images of 1987, 2002, and 2015 were used to prepare land use maps and the changes process. Satellite imagery with first order polynomial equation was corrected by the method of closest neighboring geometric correction and corrected using linear and histogram explanations. For the categorization of images, the controlled classification method and the maximum probability algorithm with acceptable accuracy are used. A Land use map was prepared in 4 ranges of pasture land, Bayer lands, crops, and gardens. In this research, using the CA Markov model, the 2015 forecast map was compared with the monitored map. The percentage of land use, garden, rangeland, lawn, and arable land use varies from 5, 54, 24, and 17 percent in 1987 to 7, 4, 7, 36, 51, and 7.6 percent in 2015, and the user's map Lands for 2025 and 2040 are foreseen. Model calibration was used for predicting the 2015 model.

    Results and Conclusion

    The results showed that according to the Kappa coefficient, the prepared map has high accuracy. Based on the results of the detection and simulation of the pasture and cultivating lands, they are among the most unstable classes. Garden lands due to more attention and economic significance, there have not been any significant changes in their extent. In general, the largest changes occurred in pasture and agricultural land. The corrective work done in the region has reduced the area of arable land and added to the rangelands.

    Keywords: Land use, CA Markov, satellite images
  • Faeze Barahooi, Halimeh Piri *, Amir Naserin Pages 97-117
    Background and Objectives

    In arid and semi-arid areas, due to the lack of sufficient vegetation and the return of a small amount of plant residues to the soil, the amount of organic matter in the soil is very low, so the use of organic fertilizers can be a suitable solution to improve the physical and chemical conditions of the soil in these areas. In recent years, biochar has been used as a soil modifier (source of organic carbon) and as a method for carbon sequestration in the soils of dry and desert areas. this research aims to maintain and increase the water retention capacity in the soil and improve the physical characteristics of the loam sandy of the Sistan region by using different compositions and sizes.

    Materials and methods

    In this research, the effect of three biochar diameter ranges (<0.25, 0.25-1 and 1-2 mm) and three amounts of Cenocarpus biochar (2, 4, and 8% by weight) on the properties Hydraulic and physical soil and evaporation from the soil surface with loam sandy texture of Sistan region were studied. Experiments were conducted in 3 replications in a completely randomized design. To carry out the work, polyethylene columns with a diameter of 10 cm and a height of 35 cm were prepared. The columns were covered with cloth from the floor. The soil with different treatments of size and amount of biochar was manually added to the columns and filled with gentle blows to the column body until reaching a height of 30 cm. To measure evaporation, 100 mm of water was added to the soil in 5 weeks (20 mm per week). Evaporation from the soil surface was measured by weight method every day. Hydraulic conductivity of saturated soil was measured by constant load method. Also, soil salinity and moisture were calculated at three depths of 0-10, 10-20 and 20-30 cm. The bulk density and water holding capacity of the soil were also measured.

    Results

    The results showed that with the increase in the amount of biochar used, the bulk density and saturated hydraulic conductivity of the soil decreased by 29.32% and 48.1%, respectively, compared to the control treatment (treatment without biochar). By increasing the amount of biochar and decreasing its particle size, the water holding capacity in the soil increased. The treatment with 8% by weight of biochar and the particle size <0.25 mm had the greatest (43.54%) increase in the water holding capacity in the soil. By increasing the amount of biochar and decreasing its particle size, soil salinity increased compared to the control treatment. But the evaporation from the soil surface decreased with the increase in the amount of biochar and the decrease in its particle size.

    Conclusion

    According to the obtained results, it can be said that biochar has positive effects on improving the physical and hydraulic properties of soils with a relatively light texture. But these changes depend on the amount and size of biochar particles. Using biochar as a soil modifier in light textured soils that have low water holding capacity and high evaporation, especially in arid and semi-arid areas that are facing the problem of lack of water resources, is a very suitable solution. But it should be noted that increasing biochar levels in soil can increase soil salinity. Therefore, according to the obtained results and the positive effect of biochar on the physical and chemical parameters of the soil, the optimal selection of the biochar surface should be such that its use is economically viable, and this requires more research, especially It is in farm conditions.

    Keywords: Soil amendment, Sistan plain, Soil Conservation, Soil waterholding capacity
  • Shahin Amin, Mousa Hesam *, Azadeh Jabary, Mohammad Abdolhosseyni Pages 119-139
    Background and objectives

    One of the main factors in the economic and social development of any country is water reserves and potential. Comprehensive and comprehensive knowledge of water resources is a prerequisite for optimal and sustainable use of these resources. In Iran, due to the lack of rainfall in most of the watersheds and the limited water resources, codified planning to know the possibilities and limitations of water resources with the aim of optimal utilization is very necessary and unavoidable. Today one of the basic strategies for managing water resources in the agricultural sector is to choose the appropriate cultivation pattern and determine the strategies for the optimal allocation of agricultural water. the optimal use of limited water resources and obtaining the greatest economic benefit.

    Materials and methods

    This research was conducted on the cropping pattern of Gonbad-e Kavus region in Golestan province, using the irrigation network of the Golestan Dam for four major autumn crops (wheat, canola, barley, and triticale) in the agricultural years of 2017-2018 to 2020-2021. A multi-objective optimization was performed using the non-dominate sorting genetic algorithm (NSGA-II) with the objectives of maximizing net economic profit and reducing water consumption. Initially, by considering the minimum values of the cropping pattern and using various computational steps, the maximum net economic profit and the amount of stored water were calculated through a bi-objective optimization method. In the next step, the net economic profit obtained from the stored water was optimized using a single-objective optimization method. Finally, the best computational step was selected by combining the values of bi-objective and single-objective net economic profit.

    Results

    The results showed that the computational steps for each year were not the same, and the maximum net economic profit obtained by observing the minimum allowable cropping pattern and stored water (bi-objective optimization) and the maximum net economic profit obtained by optimizing stored water in the previous step (single-objective optimization) were calculated with different computational steps, considering the calculated annual profit. The results obtained from the maximum net economic profit and stored water based on the minimum allowable cropping pattern, bi-objective optimization (maximum net economic profit and maximum stored water), and the results obtained from single-objective optimization of stored water were accumulated. By considering the accumulated net economic profit from bi-objective and single-objective computational steps, the best net economic profit was achieved. Furthermore, despite the reduction in cultivated area and allocated water in the agricultural years of 2019-2020 and 2020-2021, an increase in net economic profit was observed compared to previous years. In the year 2020-2021, due to the lower allocated water compared to previous years and the optimal cropping pattern being on a negligible area of the target year's cultivated area (83.85 hectares), the highest net economic profit was achieved with a 138% increase in profit. This was due to the increase in product prices compared to costs, resulting in an increase in income greater than the increase in costs.

    Conclusion

    The results of the present research showed that the use of multi-objective optimization methods has a good performance in order to obtain more economic profit by managing optimal allocated water consumption. Also, taking calculated steps by the officials and organizations of water users to manage the allocated water reserve and achieve the maximum net economic benefit will increase employment, reverse migration and achieve a higher level of social welfare. According to the observance of the minimum strategic cultivation of wheat and the increase of rapeseed and triticale fodder crops, the current model has an optimal and appropriate performance in terms of ensuring food supply chain security and the point of view of non-agent defense.

    Keywords: Water consumption, Net economic profit, Non-dominated sorting genetic algorithm, Strategic cultivation
  • Aidin Parsakhoo *, Seyed Ataollah Hosseini Pages 141-159
    Background and Objectives

    In the mountainous forests of northern Iran, without the help of nature and the intervention of experts, there is no possibility of early stabilization of shallow landslide spots where the rich soil of the forest is often wasted due to leaching. Therefore, in this situation, timely implementation of soil protection techniques and identification of their effectiveness becomes necessary, especially in the steep sideslopes of forest roads.

    Materials and Methods

    In this research and along the network of forest roads of Shastkalateh plan of Golestan province, the location of earthen seideslopes, including cutslope and fillslopes with a slope of 45-60 degrees, was recorded with the help of GPS. Then, hydromulching operation with hydromulch, absorption bag, geo-cell, stabilization with geotextile, dead hedge, and alive hedge with 4 repetitions were carried out on the road sideslopes. 4 replications were also examined as controls without any treatment. Sampling was carried out by placing traps in the side air and at the beginning (retention trap) and the end of treated and control plots. At the end of a 6-month period (autumn and winter), five samples of sediments accumulated in the traps were collected to measure the amount of nitrogen, phosphorus, potassium and organic matter elements. The amount of absorbable potassium was determined by the ammonium acetate and chloride method, the amount of absorbable phosphorus was determined by the spectrophotometer method, the percentage of total nitrogen was determined by the Kjeldahl method, and the percentage of organic matter was determined by the nitration method.

    Results

    The results showed that the loss of soil nutrients, especially organic matter and nitrogen, from the surface of the cutslope was more than that of the fillslope. While in geo-cell treatment, there was no significant difference between the loss of soil nutrients from the surface of cutslope and fillslope. The highest loss of soil nutrients was observed in the control treatment. In total, geo-cell treatment (83.7 percent) and alive hedge (75.2 percent) are the most efficient treatments, and hydromulch treatment (45.3 percent) and absorption bag (53.2 percent) are the most ineffective treatments in order to control nutrient loss.

    Conclusion

    Soil stabilization methods can preserve soil nutrients, prepare a suitable substrate for the regrowth of native plants, preserve soil microorganisms, and increase the resistance of road construction with minimal costs. The ability of soil protection methods to prevent runoff, sediments and loss of nutrients is different, and this depends to a large extent on the climatic conditions of the region. It was concluded that geo-grid and water absorption bags can be used to control soil nutrient loss from forest road sideslopes.

    Keywords: Cutslope, Fillslope, Geo-cell, loss of organic matter, Shastkalateh forest
  • Majid Havangi, Hossein Hhozeymehnezhad * Pages 161-171
    Background and purpose

    One of the national and strategic plans of the water sector is the restoration and resilience plan of groundwater. The aggravation of water level drop and reservoir deficit in aquifers has led to the prohibition of more than 405 areas out of 609 study areas in the country. In this connection, the Ministry of Energy, by defining the resilience plan, artificial feeding and flood spreading in 2004, compiled its programs in the field of improving the condition of groundwater resources. Again, with the active participation of the Supreme Water Council in the 11th government, the restoration and resilience plan of the country's groundwater resources including 15 projects was approved. Review of recent studies that have been conducted in different plains of the country; It shows that the resilience of water resources has had different effects on the condition of groundwater resources in different regions; Considering that the effects of the resilience plan on the study areas of South Khorasan have been less investigated; Therefore, in this research, the effects of the resilience project in the study area of Boshroyeh have been investigated, emphasizing the installation of smart meters.

    Materials and methods

    In order to investigate the issue, the statistics of 16 observation wells and the rainfall data of Boshroyeh Plain were used in the time range of 1996-2021, and in order to investigate the fluctuations of groundwater, the statistics of the groundwater level of the observation wells in the year were used. Before (2009-2015) and after the installation of the smart meter (2015-2021) were used and the hydrograph of the aquifer wells was drawn and analyzed in the period of 2007-2022. Then, maps of groundwater level and confluence were drawn and analyzed using Arc GIS software and kerging interpolation in the years before and after the installation of the smart meter.

    Findings

    The average drop of the groundwater level in the period of 2009-2015 before the installation of the smart meter was 3.21 meters and the average drop of the groundwater level in the period after the installation of the smart meter in the period of 2015-2021 was reduced to 2 meters. ; In other words, after the installation of the smart meter, the water level has decreased. The decrease in the volume of aquifer in the period of six years after the installation of the smart meter compared to the decrease in the volume of the aquifer in the period of six years before the installation of the smart meter is equal to 67.6%, which indicates a decrease of 32.4% in the decline process The volume of the aquifer in the period after the installation of the smart meter is compared to the same period before their installation.

    Conclusion

    The results showed that during the statistical period of 2009-2021, the severity of the water level drop was not the same, so that from 2015 onwards, which was the year when the installation of smart meters was completed, the drop of the groundwater level faced a lower slope. Also, the decline in the volume of the aquifer in the time period after the installation of the smart meter has been lower compared to the same period before the installation. Also, the amount of saved water due to the installation of smart meters has had a significant economic value.

    Keywords: Resilience of water resources, smart meter, aquifer, drop in groundwater level, Beshroyeh plain