فهرست مطالب

علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی) - سال بیست و هفتم شماره 3 (پیاپی 105، پاییز 1402)

نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)
سال بیست و هفتم شماره 3 (پیاپی 105، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/19
  • تعداد عناوین: 20
|
  • ناهید پورعبدالله*، منوچهر حیدرپور، جهانگیر عابدی کوپایی صفحات 1-16

    پرش هیدرولیکی برای از بین بردن انرژی در پایین دست سازه های هیدرولیکی از جمله سرریزها، تندآب ها و دریچه ها مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش نتایج حاصل از اندازه گیری های آزمایشگاهی و همچنین شبیه سازی عددی پرش هیدرولیکی آزاد با استفاده از نرم افزار Flow 3D در 6 حالت مختلف شیب معکوس، بستر زبر و پله انتهایی با هم مقایسه شد. گفتنی است، برای شبیه سازی عددی از دو مدل آشفتگی k-ε و RNG استفاده شد. بر اساس نتایج، دقت شبیه سازی با کاربرد مدل RNG بیشتر از مدل k-ε بود. شاخص های آماری NRMSE، ME، NS و R2 برای مقایسه نتایج پروفیل سطح آب حاصل از کاربرد مدل RNG به ترتیب 4/34، 0/0052، 0/995 و 0/983 بدست آمد. همچنین مقدار این شاخص ها برای نتایج پروفیل سرعت با استفاده از مدل مذکور به ترتیب 14/92، 0/127، 0/982 و 0/962 محاسبه شد. بطور کلی میزان خطای حاصل از شبیه سازی پروفیل سطح آب و سرعت به ترتیب برابر 5/31 و 12/4 درصد بدست آمد. همچنین بیشینه خطای نتایج شبیه سازی عددی D2/D1، Lj/D2 و Lr/D1 به ترتیب برابر 12± ، 12± و 16± درصد بود. بنابراین استفاده از نرم افزار Flow-3D همراه با کاربرد مدل آشفتگی RNG برای شبیه سازی عددی پرش هیدرولیکی در شرایط مختلف پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: پرش هیدرولیکی، شبیه سازی عددی، پروفیل سطح آب، پروفیل سرعت، مدل های آشفتگی
  • ثریا بندک*، سید علیرضا موحدی نائینی، چوقی بایرام کمکی، محمد کاکوئی، جوکم ورلست صفحات 17-34

    کربن آلی خاک (SOC) که یکی از حیاتی ترین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک است، نقش مهمی در تولید پایدار کشاورزی دارد و از تخریب و فرسایش خاک جلوگیری می کند. داده کاوی و مدل سازی مکانی همراه با تکنیک های یادگیری ماشینی به منظور بررسی میزان کربن آلی خاک مبتنی بر داده های سنجش از دور به صورت گسترده مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این مطالعه بررسی تغییرات مقدار SOC با استفاده از تکنیک سنجش از دور در مقایسه با روش های نمونه برداری مزرعه ای در مناطقی از گنبد کاووس و جنگل نیلی آزادشهر است. نمونه های خاک به منظور اندازه گیری مقدار SOC در آزمایشگاه جمع آوری شد. داده ها به دو دسته 70 درصد برای واسنجی (آموزشی) و 30 درصد اعتبارسنجی (آزمون) دسته بندی شدند و از الگوریتم های یادگیری ماشین شامل جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، درخت تصمیم پیشرفته، و افزایش گرادیان اکسترمم برای برآورد و تهیه نقشه کربن آلی خاک استفاده شد. متغیر های کمکی پیش بینی کربن آلی خاک شامل باندها، شاخص های منتج از ماهواره لندست 8 و سنتینل 2، اقلیم و توپوگرافی است. نتایج نشان داد که استخراج مولفه های مربوط به باند ها همراه با محاسبه شاخص هایی مانند تفاوت پوشش گیاهی نرمال شده، شاخص خیسی، شاخص همواری دره به عنوان متغیر های کمکی نقش مهمی در برآورد صحیح تر مقدار ماده آلی خاک دارند. همچنین مقایسه رگرسیون های مختلف تخمین نشان داد، مدل جنگل تصادفی در ماهواره سنتینل 2 و مدل درخت تصمیم پیشرفته در لندست 8 به ترتیب با مقادیر ضریب تبیین، خطای جذر میانگین مربعات و میانگین خطای مطلق 0/64، 0/05 و 0/17 بهترین کارایی را نسبت به سایر رویکرد های استفاده شده در برآورد کربن آلی خاک سطحی در منطقه مطالعاتی ارایه کردند. نتایج این مطالعه بر قابلیت دادهای سنجش از دور و مدل یادگیری در تخمین مکانی کربن آلی خاک دلالت دارد و می تواند به عنوان روشی جایگزین برای روش های آزمایشگاهی در تعیین برخی ویژگی های خاک از جمله کربن آلی خاک مورد توجه قرار گیرد.

    کلیدواژگان: کربن آلی خاک، یادگیری ماشین، رگرسیون، سنجش از دور، اعتبارسنجی
  • سعید آزادی، حامد نوذری*، صفر معروفی، بهزاد قنبریان صفحات 35-55

    یکی از راهکارهای توسعه کشاورزی، استفاده مطلوب از شبکه های آبیاری و زهکشی است که منجر به بهره وری بیشتر و حفظ محیط زیست خواهد شد. در تحقیق حاضر به کمک روش تحلیل پویایی سیستم مدلی بسط داده شد تا بتواند با نظر گرفتن مسایل زیست محیطی، سطح زیر کشت محصولات زراعی شبکه آبیاری و زهکشی شهید چمران واقع در استان خوزستان را شبیه سازی کند. به منظور بررسی اعتبار مدل، از آزمون حدی و آنالیز حساسیت استفاده شد. نتایج نشان دهنده عملکرد مناسب مدل و وجود ارتباط منطقی بین پارامتر های آن بود. همچنین به منظور تعیین سطح زیر کشت بهینه محصولات زراعی شبکه شهید چمران، با اهداف محیط زیستی و کمینه کردن میزان نمک خروجی از زهکش ها، الگوی کشت محصولات این شبکه در دو حالت تغییر غیر پلکانی و تغییر پلکانی تعیین شد. نتایج نشان داد میزان نمک خروجی بهینه سازی شده از شبکه در هر دو حالت پلکانی و غیر پلکانی در مقایسه با وضع موجود در منطقه کاهش یافته است. مقدار نمک کل در وضع موجود، از سال 1392 تا 1396 به ترتیب برابر با 2799، 2649، 2749، 2298 و 2004 تن بر روز بوده است که پس از بهینه سازی، در حالت پلکانی 2739، 2546، 2644، 2223 و 1952 تن بر روز و در حالت غیرپلکانی 2363، 2309، 2481، 2151 و 1912 تن بر روز به دست آمد. نتایج نشان می دهد که حالت غیرپلکانی با توجه به محدودیت های در نظر گرفته شده برای آن، در کاهش نمک خروجی موفق تر از حالت پلکانی عمل کرده است. آنالیز نتایج نشان دهنده موفقیت مدل در بهینه سازی و دست یابی به اهداف مورد نظر بود. لذا می توان گفت، مدل حاضر در شبیه سازی و بهینه سازی شبکه آبیاری، الگوی کشت آن و تعریف سایر سناریوها از دقت خوبی برخوردار است.

    کلیدواژگان: الگوی کشت، بهینه سازی، پویایی سیستم، محیط زیست، مدل سازی
  • حمیدرضا اولیایی*، ابراهیم ادهمی، مهدی نجفی قیری صفحات 57-75

    منابع خاکی از اجزای مهم زیست بوم بوده که کیفیت آن باید در نظر گرفته شود. از عوامل مهم اثرگذار بر کیفیت خاک ها، تغییر کاربری آنها است. پژوهش حاضر به منظور بررسی اثرهای تغییر کاربری اراضی و جنگل تراشی بر برخی ویژگی های حاصل خیزی و زیستی خاک در منطقه جنگلی یاسوج انجام شد. در این منطقه از چهار کاربری جنگل متراکم، جنگل تنک، اراضی جنگل تراشی شده (فرسایش یافته) و کشت دیم و در هر کاربری از دو کلاس شیب و در هر کاربری از 10 نقطه سطحی به صورت تصادفی نمونه برداری انجام شد. پانزده ویژگی حاصل خیزی و زیستی خاک با روش های متداول اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که کاربری های جنگل متراکم و اراضی فرسایش یافته، به ترتیب بهترین و بدترین شرایط را از نظر شاخص های اندازه گیری شده داشتند. در میان ویژگی های اندازه گیری شده مقادیر آلکالاین فسفات، تنفس برانگیخته، نیتروژن، تنفس پایه، اسید فسفاتاز، منگنز و روی به ترتیب بیشترین کاهش و مقادیر فسفر و پتاسیم کمترین کاهش را در تغییر کاربری از جنگل متراکم به اراضی فرسایش یافته داشتند. یافته ها نشان داد که تبدیل زیست بوم هایی چون جنگل ها به اراضی زراعی و یا جنگل تراشی، با کاهش شدید شاخص های حاصل خیزی و زیستی خاک همراه بوده و بنابراین برنامه های حفاظتی از این عرصه ها باید بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تخریب اراضی، تغییر کاربری، ویژگی زیستی، ویژگی های شیمیایی
  • علیرضا عمادی*، رامین فضل اولی، سروین زمان زاد قویدل، رضا سبحانی، سروش نصرتی اختر صفحات 77-93

    منابع آب های زیرزمینی به عنوان یکی از ضروری ترین نیازهای بشر نقش کلیدی در فرایندهای اقتصادی و سیاسی جوامع دارد. تغییرات اقلیمی و کاربری اراضی، کمیت و کیفیت منابع آب های زیرزمینی محدوده مطالعاتی تهران-کرج را با چالش های جدی مواجه کرده است. هدف اصلی در این مطالعه، توسعه روشی مبتنی بر مدل های هوشمند منفرد شامل روش های سامانه استنتاجی فازی- عصبی تطبیقی (ANFIS) و برنامه ریزی بیان ژن (GEP) و ترکیبی- موجک (WANFIS، WGEP) برای تخمین زمانی و مکانی متغیرهای سختی کل (TH)، کل مواد جامد محلول (TDS) و هدایت الکتریکی (EC) در منابع آب های زیرزمینی محدوده تهران-کرج در دوره آماری 17 ساله (1399-1383)، است. نتایج نشان داد که مدل های ترکیبی- موجک نسبت به مدل های منفرد در تخمین سه متغیر منتخب از عملکرد بیشتری برخوردار هستند. به طوری که درصد بهبود عملکرد مدل WANFIS نسبت به ANFIS و مدل WGEP نسبت به GEP با در نظر گرفتن شاخص ارزیابی ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) به ترتیب برای سه متغیر TH، TDS و EC (18/018, 23/713 درصد)، (12/581، 33/116 درصد) و (6/433، 12/995 درصد) به دست آمد. نتایج حاکی از انطباق بسیار زیاد مکانی و زمانی مقادیر تخمینی مدل WGEP با مقادیر مشاهداتی برای هر سه متغیر کیفی در محدوده تهران-کرج، است. نتایج نشان داد که غلظت متغیرهای کیفی منابع آب های زیرزمینی از شمال به سمت جنوب محدوده مطالعاتی در هر سه متغیر کیفی روند صعودی دارد. در مناطق شهری آلودگی های ناشی از فاضلاب و افزایش جمعیت و همچنین در مناطق کشاورزی استفاده از کودهای شیمیایی، نفوذ آنها به منابع آب های زیرزمینی و برداشت بی رویه از منابع آب های زیرزمینی باعث تشدید آلودگی آنها می شود. بنابراین، در محدوده مطالعاتی تهران-کرج تغییرات اقلیمی و نوع کاربری اراضی به شدت با وضعیت کیفیت منابع آب زیرزمینی رابطه مستقیم دارد.

    کلیدواژگان: کلیدی: اقلیم، آب های زیرزمینی، پهنه بندی، کیفیت، هوش مصنوعی
  • طاهره محمدی، واحدبردی شیخ*، آرش زارع، میثم سالاری جزی صفحات 95-121

    مطالعه کمی منابع آب زیرزمینی و پایش دقیق روند تغییرات آن طی گذر زمان، به ویژه در مناطقی که با محدودیت منابع آبی روبه رو هستند، امری ضروری برای سیاست گذاری و برنامه ریزی برای مدیریت صحیح و بهره برداری پایدار این منابع در آینده محسوب می شود. استان گلستان به عنوان یکی از استان های نیمه خشک ایران، به دلیل برداشت های بی رویه از سفره آب زیرزمینی در چند سال گذشته، با افت تراز و شوری آب زیرزمینی مواجه شده است. دشت گرگان با وسعت حدود 4727 کیلومترمربع، یکی از بزرگترین دشت های ایران و مهم ترین دشت استان گلستان از نظر تولید محصولات کشاورزی راهبردی مبتنی بر آبیاری است. در این دشت شبکه ای از پیزومترها و چاه های مشاهده ای وجود دارد که اندازه گیری مستمر ماهانه بیش از 30 سال را شامل می شوند. این پژوهش با هدف بررسی روند تغییرات تراز آب زیرزمینی در چاه های کم عمق (دوره 30 ساله (1368-1397)) و عمیق (دوره 22 ساله (1397-1376)) انجام شد. از روش من- کندال برای آشکارسازی روند و روش های پتیت، نرمال استاندارد و بویژاند برای شناسایی نقاط تغییر ناگهانی در سری های زمانی تراز آب زیرزمینی در 49 چاه کم عمق و 12 چاه عمیق استفاده شده است. نتایج این پژوهش نشان داد که تراز آب زیرزمینی در اکثر چاه های مورد مطالعه دارای روند معنی دار کاهشی در سطح معنی داری 5 درصد بودند. همچنین بیشترین مقدار افت آب زیرزمینی در نواحی جنوبی و جنوب غرب دشت است که علت آن را می توان علاوه بر برداشت زیاد آب از چاه ها به دلیل نزدیک بودن به مناطق شهری و برخی از شرایط محلی از قبیل نزدیکی چاه های این منطقه به ارتفاعات کوهستانی و قرارگیری آن ها در مرز ورودی آبخوان دانست. به همین ترتیب در میانه های دشت افت کاهش یافته و در نواحی شمالی و حاشیه دریای خزر میزان افت کم می شود. از جمله علل افت کم در ناحیه شمالی دشت را می توان نزدیکی به دریای خزر و سطح ایستابی بالا و در نتیجه نامناسب بودن کیفیت آب و زمین (شوری زیاد و حاصل خیزی کم) مرتبط دانست که باعث شده است، برداشت آب از این منطقه کمتر باشد.

    کلیدواژگان: تغییرات آب زیرزمینی، افت سطح ایستابی، آزمون های روند ناپارامتری، دشت گرگان
  • سمیرا افشاری، حامد یزدیان*، افشین رضایی صفحات 123-136

    اطلاع از انواع تغییرات پوشش گیاهی و فعالیت های انسانی در قسمت های مختلف، به عنوان اطلاعات پایه برای برنامه ریزی های مختلف، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. گردآوری اطلاعات در مورد تغییرات پیوسته پوشش گیاهی توسط روش های معمولی بسیار مشکل و پرهزینه است، از این رو استفاده از فناوری های نوین مثل سنجش از دور بسیار سودمند است. هدف از این پژوهش معرفی شاخص پوشش گیاهی مناسب و تعیین سطح زیر کشت شبکه آبشار است. از شاخص های پوشش گیاهی MSAVI، SAVI، EVI و NDVI از سال 2000 تا 2021 هر سال و به صورت ماهیانه مساحت ها در سامانه گوگل ارث انجین با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 7 سنجنده ETM+ محاسبه شد. همچنین شاخص خشکسالی SPI با استفاده از آمار بارش ایستگاه کوهرنگ در نرم افزار اکسل محاسبه شد. نتایج حاصل از مقایسه چهار شاخص نشان دهنده برتری و عملکرد برتر NDVI نسبت به سه شاخص دیگر برای تشخیص تغییرات پوشش گیاهی بود. سپس تغییرات سطوح زیر کشت محاسبه شد. نتایج نشان داد که روند توسعه کشاورزی در شبکه آبشار به صورت نزولی است و ارتباط مستقیمی با بارندگی و شاخص خشکسالی SPI دارد. همچنین نتایج نشان داد سال 2008 مقدار شاخص خشکسالی SPI برابر با 73/1- است که نشان دهنده خشکسالی شدید در منطقه است. مقایسه این نتایج با سطح زیر کشت نشان داد در این سال مقدار سطح زیرکشت 35721 هکتار و سال بعد از خشکسالی یعنی سال 2009 سطح زیر کشت 22950 هکتار است. بنابراین در سال 2008 کاهش بارندگی و کاهش شدید شاخص SPI وجود داشته است که منجر به کاهش شدیدی معادل 35 درصد در سطح زیرکشت در سال 2009 شده است.

    کلیدواژگان: تغییرات پوشش گیاهی، شاخص پوشش گیاهی، شاخص خشکسالی، گوگل ارث انجین
  • وحید راهداری، علیرضا سفیانیان، سعید پورمنافی*، سعیده ملکی صفحات 137-150

    توسعه صنعتی، برای ایجاد اشتغال و دستیابی به رفاه ضروری است. با وجود این، به دلیل اثرات مهم محیط زیستی این کاربری ها، ضروری است تا در مکان یابی استقرار آن ها، ملاحظات محیط زیستی مورد توجه قرار گیرد. در پژوهش حاضر، برای بررسی توان توسعه صنعتی در زیرحوضه آبی پلاسجان در حوضه آبی زاینده رود، از روش ارزیابی چند معیاره و ترکیب این روش با مفاهیم فازی استفاده شد. به این منظور، معیار های ارزیابی با مرور منابع و استفاده از نظر کارشناسان تعیین شدند. تمامی معیارها به روش فازی و با به کارگیری توابع متناسب استاندارد و سپس با استفاده از روش سلسله مراتبی وزن دهی شدند. نقشه کاربری و پوشش اراضی طبقه بندی ترکیبی تصاویر ماهواره ای، تهیه شد. سپس، معیارهای استاندارد شده، به صورت ترکیب خطی وزن دار با یکدیگر ترکیب، مدل قابلیت توسعه صنعتی برای این منطقه تهیه و به 5 طبقه قابلیت اراضی طبقه بندی شد. نتایج نشان داد، معیار ملاحظات محیط زیستی با 0/23 بیشترین و معیارهای زمین شناسی و بافت خاک با 0/06، کمترین وزن را به خود اختصاص داده اند. بر اساس نتایج به دست آمده در حالی که در زمان مطالعه، تنها ha 213 از منطقه به کاربری صنعت و معدن اختصاص داده شده، ha 2325 از منطقه، دارای قابلیت صنعتی خیلی زیاد است که نشان دهنده امکان توسعه کاربری صنعت در منطقه است. همچنین بیشترین طبقه قابلیت اراضی، مربوط به مناطق بدون قابلیت صنعتی با مساحت ha 246375 معادل 60 درصد از کل منطقه بود که نشان دهنده اهمیت نگهداری از کارکردهای مهم این منطقه در تامین آب و حفاظت از منابع اکولوژیک است.

    کلیدواژگان: زیرحوضه آبریز پلاسجان، ترکیب خطی وزن دار، کارکردهای اکولوژیک، حفاظت از سرزمین
  • فاطمه مسکینی ویشکایی*، علیرضا جعفرنژادی، محی الدین گوشه، بهاره دلسوز خاکی، مریم جوادزاده صفحات 151-163

    از روش های متداول مدیریت آبیاری در مزارع، استفاده از آب سهل الوصول و در ضریب تخلیه مجاز رطوبتی خاک است. این پژوهش با هدف تعیین ضرایب حساسیت گندم، رطوبت بحرانی و ضریب تخلیه مجاز رطوبتی خاک با روشی بر مبنای فیزیکی در سه بافت غالب خاک زیر کشت گندم در استان خوزستان انجام شد. تیمارها شامل آبیاری کامل و اعمال تنش آبی در سه سطح کم، متوسط و شدید بودند. بیشترین و کمترین ضریب حساسیت عملکرد گندم نسبت به شرایط رطوبتی خاک به ترتیب مربوط به خاک با بافت لوم رسی سیلتی (1/26=Ky) و لوم رسی (0/96=Ky) بود. مقدار رطوبت بحرانی خاک به ترتیب در خاک لومی (0/25cm3cm-3) > لوم رسی سیلتی (0/23cm3cm-3) > لوم رسی (0/22cm3cm-3) دیده شد. با وجود بیشتر بودن رطوبت بحرانی در خاک لومی، بیشترین ضریب تخلیه مجاز رطوبتی نیز در خاک لوم (0/54) محاسبه شد. ضریب تخلیه مجاز رطوبتی در لوم رسی سیلتی و لوم رسی به ترتیب برابر 0/44 و 0/42 به دست آمد. نتایج نشان دهنده تاثیر هم زمان ویژگی های خاک و گیاه در سهولت دسترسی آب خاک برای گیاه است.

    کلیدواژگان: تنش آبی، رطوبت سهل الوصول خاک، ضریب حساسیت گیاه
  • مهدی نادری خوراسگانی*، طاهره آذربیگ، جهانگرد محمدی صفحات 165-177

    آلودگی خاک به فلزات سنگین یکی از مهم ترین مسایلی است که سلامتی انسان را به طور مستقیم و غیرمستقیم تهدید می کند. این پژوهش با اهداف پهنه بندی گسترش برخی عناصر سنگین در خاک های بخشی از شهرستان سیرجان، استان کرمان، مطالعه اثر عوامل طبیعی بر توزیع عناصر سنگین و ارزیابی خطر اکولوژیک غلظت عناصر سنگین خاک انجام شد. طی یک فعالیت میدانی 120 نمونه مرکب خاک سطحی از عمق صفر تا 15 سانتی متری جمع آوری شدند. ویژگی های خاک ها نظیر اجزای بافت خاک، pH، هدایت الکتریکی، مواد آلی و غلظت کل عناصر سنگین (Cd،Zn،Cu،Fe و Pb) به روش های استاندارد اندازه گیری شدند. پهنه بندی اجزای بافت خاک و عناصر به روش کریجینگ معمولی انجام شد. نتایج، همبستگی مثبت و معنی داری را بین اجزای بافت خاک (رس، سیلت) و غلظت Cu و Fe کل خاک ها نشان داد. جهت باد غالب در منطقه و توزیع مکانی Cu،Fe و Zn به طور قوی احتمال اینکه منشا این فلزات غبار باشد را تایید می کنند. نتایج نشان دادند که منابع سه عنصر Cu،Fe و Zn از منابع عناصر Cd و Pb متفاوت هستند. بیشترین غلظت های Cu،Fe و Zn در جنوب منطقه وجود داشت و غلظت ها در راستای خلاف جهت باد افزایش می یابند در حالی که بیشترین غلظت Cd و Pb در شمال منطقه مطالعاتی بود. شاخص ترکیبی آلودگی نمورو آشکار کرد که خاک های منطقه از نظر آلودگی به Cd پاک، آلودگی به Pb،Fe  و Cu کم و آلودگی به Zn در حد متوسط است.

    کلیدواژگان: آلودگی خاک، رسوبات بادی، منشا آلاینده های خاک، پهنه بندی آلاینده های خاک
  • مهدی ماجدی اصل*، توحید امیدپور علویان، مهدی کوهدرق، وحید شمسی صفحات 179-199

    سرریزهای غیرخطی ضمن دارا بودن مزیت های اقتصادی، قابلیت عبوردهی بیشتری را نسبت به سرریزهای خطی دارند. این سرریزها با افزایش طول تاج در یک عرض مشخص، در مقایسه با سرریزهای خطی راندمان دبی بیشتر با ارتفاع آزاد کمتر را در بالادست دارند. الگوریتم های هوشمند به دلیل توانایی زیاد در کشف رابطه های دقیق پیچیده مخفی بین پارامترهای مستقل موثر و پارامتر وابسته و همچنین صرفه جویی مالی و زمانی، جایگاه بسیار ارزشمندی بین پژوهشگران پیدا کرده اند. در این پژوهش عملکرد الگوریتم های ماشین بردار پشتیبان  (SVM) و برنامه ریزی بیان ژن (GEP) در پیش بینی ضریب دبی سرریزهای غیرخطی قوسی به کمک 243 سری داده آزمایشگاهی برای سناریو اول و 247 سری داده آزمایشگاهی برای سناریو دوم بررسی شده است. پارامترهای هندسی و هیدرولیکی استفاده شده شامل بار آبی (HT/p)، ارتفاع سرریز (P)، نسبت بار آبی کل  ، زاویه سیکل قوسی (Ɵ)، زاویه دیواره سیکل(α)  و ضریب دبی (Cd) است. نتایج هوش مصنوعی نشان داد که ترکیب پارامترهای (H_T/p ،α ،Ɵ و Cd) به ترتیب در الگوریتم های GEP و SVM در مرحله آموزش مربوط به سناریو اول (سرریز کنگره ای با زاویه دیواره سیکل 6 درجه) به ترتیب برابر است با  (0/9811=R2)، (RMSE=0/02120)،  (DC=0/9807)، (R2=0/9896)، (RMSE=0/0189)،  (DC=0/9871).  (در سناریو دوم (سرریز کنگره ای با زاویه دیواره سیکل 12 درجه) به ترتیب برابراست با (0/9770=R2)،(RMSE=0/0193)، (DC=0/9768) و (9908/0=R2)،  (RMSE=0/0128)،  (DC=0/9905) که در مقایسه با دیگر ترکیب ها منجر به بهینه ترین خروجی شده است که نشان دهنده دقت بسیار مطلوب هر دو الگوریتم در پیش بینی ضریب دبی سرریز غیرخطی قوسی است. نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که پارامتر موثر در تعیین ضریب دبی سرریز غیرخطی قوسی در GEP و هم در SVM پارامتر نسبت بار آبی کل (HT/p) است. مقایسه نتایج این پژوهش با سایر پژوهشگران نشان می دهد که شاخصه های ارزیابی برای الگوریتم های GEP و SVM پژوهش حاضر نسبت به سایر پژوهشگران برآورد بهتری دارند.

    کلیدواژگان: شبکه های عصبی، سرریز غیرخطی، ضریب دبی، ماشین بردار پشتیبان، برنامه ریزی بیان ژن
  • علی رضا واعظی*، سمیرا رضائی پور، محمد بابااکبری، فرشته آذری فام صفحات 201-214

    بهبود ویژگی های فیزیکی خاک و افزایش نگهداشت آب در خاک از راه کارهای مدیریتی در حفظ منابع آب و خاک و افزایش عملکرد محصول در کشتزارهای دیم گندم هستند. این پژوهش به منظور بررسی نقش جهت خاک ورزی و مقدار مصرف کاه و کلش گندم در بهبود برخی ویژگی های فیزیکی خاک در یکی از کشتزارهای دیم گندم در زنجان انجام شد. آزمایش مزرعه ای در دو جهت خاک ورزی: موازی شیب و روی خطوط تراز و پنج سطح کاه و کلش گندم (اختلاط بقایای گندم به مقدار صفر، 25، 50، 75 و 100 درصد پوشش سطح معادل با 6 تن در هکتار) در قالب طرح بلوک های کاملا تصادفی با سه تکرار اجرا شد. در مجموع 30 کرت به ابعاد 2 متر در 5 متر احداث شد. بر اساس نتایج، نفوذپذیری و محتوای رطوبتی خاک به شدت تحت تاثیر جهت خاک ورزی بودند؛ در حالی که اثرهای آن بر ظرفیت نگهداری خاک چشم گیر نبود. این ویژگی فیزیکی خاک تحت تاثیر ویژگی های ذاتی خاک از جمله توزیع اندازه ذرات بود. تغییر جهت خاک ورزی از موازی شیب به روی خطوط تراز موجب بهبود نفوذپذیری خاک (11 درصد) و محتوای رطوبتی (9درصد) شد. همه ویژگی های فیزیکی خاک تحت تاثیر مقدار مصرف کاه و کلش گندم قرار گرفتند. افزایش محتوای رطوبتی خاک در تیمارهای مالچ دهی شده همگام با افزایش ظرفیت نگهداری آب خاک و سرعت نفوذ آب بود. بیشترین مقدار رطوبت حجمی خاک در تیمار 100 درصد مالچ (10/62درصد) بود که نسبت به تیمار شاهد 11 درصد افزایش نشان داد. با این حال تفاوتی معنی دار بین تیمار 100 درصد مالچ و تیمار 75 درصد وجود نداشت. به طور کلی این مطالعه نشان داد، به کارگیری سطح 75 درصد مالچ کاه وکلش و خاک ورزی روی خطوط تراز در کشتزار های دیم به عنوان راه کار اساسی برای بهبود ویژگی های فیزیکی خاک و مهار هدررفت آب در کشتزار های دیم مناطق نیمه خشک است.

    کلیدواژگان: حفظ خاک، رطوبت خاک، سرعت نفوذ، نگهداری آب، هدررفت آب
  • مسعود اسکندری، محمد حیدرنژاد*، اصلان اگدرنژاد صفحات 215-224

    ایجاد ارتعاش و خوردگی در بدنه این دریچه ها و درنتیجه کاهش عمر و افزایش هزینه های بهره برداری سدها می شود. در همین راستا این پژوهش به بررسی این گردابه ها و نحوه تشکیل آنها پرداخت. نتایج نشان داد که علت تشکیل گردابه ها، دریچه یا دیواره جداکننده به تنهایی نیست، بلکه بسته بودن دریچه های کناری سبب ایجاد گردابه می شود. همچنین با افزایش عرض دریچه میزان ابعاد گردابه تشکیل شده کوچک تر می شود، به نحوی که با افزایش 200 درصدی ابعاد دریچه، به میزان 200 درصد ابعاد گردابه کوچک تر می شود. یکی دیگر از عوامل تاثیرگذار قطر دیواره جداکننده (دیواره نگهدارنده دریچه) است به نحوی که با افزایش قطر دیواره جداکننده میزان گردابه تشکیل شده بزرگ تر می شود به این صورت که با افزایش 150 درصدی قطر دیواره جداکننده به میزان 50 درصد ابعاد گردابه افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: ورتکس، موانع، نیروی درگ، عدد استروهال، ابعاد گردابه
  • سبا نجمی، مریم نوابیان*، مهدی اسمعیلی ورکی صفحات 225-240

    و گیاه پالایی از فرایند های زیستی موجود در محیط زیست برای تصفیه فاضلاب بهره می برند. با توجه به تاثیرپذیری عملکرد تالاب مصنوعی دارای گیاه از کیفیت فاضلاب و عوامل اقلیمی، هدف این پژوهش ارزیابی عملکرد تالاب ترکیبی و زیرسطحی عمودی و افقی بر بهبود اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی (BOD) و شیمیایی (COD) فاضلاب تصفیه خانه شهر رشت در نظر گرفته شد. اثر دو گیاه نی و تیفا نیز بر عملکرد تصفیه بررسی شد. زمان ماند فاضلاب در تالاب ها از ماهانه در زمستان و هفتگی در بهار و تابستان متغیر بود. نتایج نشان داد که عملکرد تالاب ها در کاهش اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی بیشتر از اکسیژن مورد نیاز شیمیایی بود. گیاهان نی و تیفا عملکرد تالاب را بیش از 50 درصد بهبود دادند اما تفاوت معنی داری بین عملکرد دو گیاه مشاهده نشد. ترتیب کشت گیاهان بر میزان حذف اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی و شیمیایی موثر نبود. تالاب ترکیبی دو برابر بهتر از تالاب عمودی توانست کیفیت فاضلاب را ارتقاء دهد. مقایسه غلظت فاضلاب خروجی از تالاب ها با استانداردها نشان داد که فاضلاب خروجی از تالاب ترکیبی فقط برای مصرف کشاورزی قابل استفاده بود.

    کلیدواژگان: اثر دما، تالاب زیرسطحی افقی و عمودی، تالاب ترکیبی، ترتیب آرایش کشت گیاه، محیط زیست
  • رقیه صمدی*، یقوب دین پژوه، احمد فاخری فرد صفحات 241-264

    یکی از پارامترهای هیدرولوژیک تاثیرگذار در مدیریت سیستم های منابع آب، تغییر در مقدار و زمان وقوع بارندگی های حدی است. در این پژوهش تحلیل فصلی بودن زمان وقوع بارندگی های حدی حوضه دریاچه ارومیه با استفاده از داده های حدی بارش های روزانه 30 ایستگاه باران سنجی در دوره آماری 2018-1991 و کاربرد آمار دایره ای انجام شد. یکنواختی زمان وقوع رویدادهای حدی با روش های ریلیه و کایپر در سطوح 0/1، 0/05 و 0/01 مورد آزمون قرار گرفت. از تخمین گر شیب سن اصلاح شده برای تخمین شیب خط روند زمان وقوع رویدادهای حدی استفاده شد. یکنواختی در زمان وقوع رخدادهای حدی بارش در هر سه سطح توسط آزمون های یکنواختی رد شد. نتایج حاکی از وجود دو فصل قوی رخدادهای بارش های حدی شامل اواخر زمستان و اوایل بهار و دیگری فصل پاییز است. طبق نتایج، میانه شاخص قدرت فصلی رویدادها در حالت کلی برابر با 0/3 بود که پس از تفکیک کل سال به دو فصل متمایز، این رقم برای فصل بهار 0/82 و فصل پاییز 0/9 به دست آمد. قدرت فصلی فصل بهار در دو بخش غربی و شرقی دریاچه ارومیه مشابه بود، ولی در فصل پاییز بخش غربی دریاچه قوی تر از شرق آن دیده شد. در فصل بهار به طور میانگین در 40٪ ایستگاه ها، زمان وقوع رخدادها دارای روند منفی و %60 بقیه روند مثبت داشتند. این رقم برای فصل پاییز به ترتیب 77٪ برای روند نزولی و 27% برای روند صعودی حاصل شد.

    کلیدواژگان: آمار دایره ای، بارش حدی، دریاچه ارومیه، قدرت فصلی
  • الناز میرزاخانی، حمیدرضا متقیان*، علیرضا حسین پور صفحات 265-279

    علاوه بر توزیع عناصر در فاز جامد خاک، گونه های عناصر در محلول نیز به دلیل اینکه مهم ترین بخش تامین کننده عناصر برای جذب ریشه است، اهمیت زیادی دارد. برای مطالعه کامل تر چرخه شیمیایی عناصر در خاک های شور تیمارشده با بیوچار مطالعه گونه بندی بسیار مفید است و راهکارهای عملی برای کاهش و یا تبدیل سمیت ناشی از عناصر سمی را در خاک های شور فراهم می نماید. بنابراین به منظور بررسی اثر بیوچار بر گونه بندی کادمیم در دو خاک آهکی شور 15 میلی گرم بر کیلو گرم کادمیم از منبع کادمیم کلرید به نمونه خاک ها (200 گرم) اضافه و نمونه ها به مدت 3 هفته در دمای 2±25 درجه سلسیوس در رطوبت 80 درصد ظرفیت مزرعه ای خوابانده شدند. سپس، 20 و 40 میلی مول بر کیلوگرم نمک سدیم کلرید (معادل 3/65 و 7/30 دسی زیمنس بر متر) به نمونه های خاک اضافه شد. در ادامه، 1 درصد (وزنی-وزنی) باگاس نیشکر و بیوچار دمای 400 درجه سلسیوس و بیوچار دمای 600 درجه سلسیوس در 3 تکرار به نمونه خاک اضافه و به مدت 3 ماه در دمای 2±25 درجه سلسیوس در رطوبت 80 درصد ظرفیت زراعی در انکوباتور نگه داری شدند. پس از پایان دوره خوابانیدن، برای گونه بندی کادمیم در محلول خاک (با نسبت 2 به 1)، غلظت کاتیون ها و آنیون های محلول در نمونه های خاک اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که اثر متقابل شوری، بیوچار و خاک بر +CdC120 ،CdC1+،Cd2 و -Cd(SO4)22 معنی دار بود. کاربرد بیوچار در خاک شنی موجب کاهش (0/05>p) غلظت گونه های +CdSO40،CdC120،CdC1 و +CdOH نسبت به خاک شاهد شد. درحالی که در خاک رسی تفاوت معنی داری دیده نشد. همچنین در خاک شنی شوری ناشی از کلریدسدیم باعث افزایش غلظت گونه های +CdCl و CdCl20 و کاهش گونه های CdSO40 و +CdOH  نسبت به خاک شاهد شد (0/05>p). نتایج نشان داد که تاثیر بیوچار بر کاهش سمیت کادمیم در محلول در خاک شنی بیشتر از خاک رسی بود.

    کلیدواژگان: بیوچار، شوری، کادمیم، گونه بندی
  • محسن درفشان، علیرضا مسجدی*، محمد حیدرنژاد، امین بردبار صفحات 281-292

    سرریز های کلید پیانویی سرریزهایی هستند که ظرفیت تخلیه دبی بالایی دارند. طراحی مناسب این سرریزها، مستلزم دقت کافی در پیش بینی نوع سرریزها است. در این پژوهش به منظور بررسی اثر طول و عرض نسبی تاج سرریز کلید پیانویی دو سیکل بر ضریب دبی، آزمایش هایی در یک فلوم آزمایشگاهی مستطیل شکل از جنس پلاکسی گلاس انجام گرفت. در این پژوهش با استفاده از سرریز کلید پیانویی مستطیلی با طول نسبی تاج 0/8، 1 و 1/2 و عرض نسبی تاج 0/2، 0/3 و 0/4 در 10 شدت جریان در کانال، ضریب شدت جریان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد با افزایش بار هیدرولیکی، ضریب شدت جریان ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. همچنین افزایش طول نسبی تاج به میزان 50 درصد باعث افزایش 43 درصد ضریب شدت جریان در سرریز می شود. افزایش عرض نسبی تاج سرریز به میزان 50 درصد باعث افزایش 25 درصد ضریب شدت جریان در سرریزها می شود. همچنین رابطه ای برای تعیین بیشینه عمق آب شستگی نسبی ارایه شد که ضریب همبستگی نتایج حاصل از این معادله با نتایج آزمایشگاهی حدود 0/90 است.

    کلیدواژگان: سرریز کلید پیانویی، ضریب شدت جریان، رودخانه، طول تاج سرریز
  • سهیلا اسمعیلیان، مهدی پژوهش*، نسرین قرهی، خدایار عبداللهی صفحات 293-303

    آگاهی از میزان تغییرات رواناب و رسوب در شیب های مختلف می تواند در مدل سازی تولید رواناب و رسوب مفید واقع شود. از این رو این پژوهش با هدف بررسی تولید رواناب و رسوب سطحی و تونلی در خاک شور و سدیمی تحت شیب های مختلف انجام شد. برای انجام این پژوهش خاک شور و سدیمی جمع آوری و به آزمایشگاه منتقل شد. آزمایش ها روی خاک در یک مخزن مستطیل شکل در شیب های 5، 10 و 15 درصد و تحت باران شبیه سازی شده با شدت 30 میلی متر بر ساعت به مدت یک ساعت انجام شد. برای بررسی اثر شیب بر تولید رواناب و رسوب از روش تجزیه واریانس استفاده شد. مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون دانکن در سطح پنج درصد و با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 26 انجام شد. نتایج نشان داد که تفاوت معنی دار بین شیب ها از نظر رواناب (0/001>P) و رسوب (0/001>P) وجود داشت. در دقایق اولیه آزمایش به دلیل عدم وجود رطوبت در خاک مقدار رواناب کم بود اما با گذشت زمان بر مقدار آن اضافه شد که دلیل آن مسدود شدن منافذ خاک در اثر فرایند پراکندگی ذرات به واسطه وجود یون سدیم و کاهش نفوذ پذیری بود. همچنین در دقایق پایانی، جریان خروجی از تونل دیده شد که این جریان تنها در شیب 10 و 15 درصد اتفاق افتاد. مقدار رسوب نیز در دقایق اولیه کم بوده که دلیل آن را می توان کم بودن مقدار رواناب و عدم جابه جایی ذرات رسوب دانست، اما پس از گذشت زمان مقدار آن افزایش یافت که دلایل اصلی افزایش رسوب را می توان کاهش نفوذپذیری، افزایش رواناب و درنتیجه شسته شدن ذرات ریز از سطح خاک دانست.

    کلیدواژگان: فرسایش سطحی، فرسایش تونلی، آنالیز واریانس، باران شبیه سازی شده
  • سحر قلی زاده طهرانی*، سعید سلطانی کوپایی، رضا مدرس، وحید چیت ساز صفحات 305-321

    خشکسالی یکی از مخرب ترین و مهم ترین پدیده های اقلیمی است که تاثیر آن معمولا در مقیاس منطقه ای از اهمیت بیشتری برخوردار است. اهمیت این پدیده در حوضه کرخه به دلیل وسعت و نقش مهم آن در تامین منابع آب کشور بارزتر است. در این پژوهش هدف پایش خشکسالی هیدرولوژیک با استفاده از محاسبه صحیح شاخص استاندارد جریان (SSI) در مقیاس زمانی یک ماهه براساس برازش توزیع آماری به داده های ماهانه و آزمون نکویی برازش برای هر ایستگاه هیدرومتری در حوضه کرخه در دوره آماری مشترک 30 سال (1365-1395) است. یافته های پژوهش بیانگر این است که برخلاف پژوهش های پیشین که فقط توزیع گاما را بر داده ها برازش داده و استفاده می کردند، توزیع پارتو تعمیم یافته در بیشتر ماه ها به عنوان مناسب ترین توزیع انتخاب شده است. سری های زمانی شاخص استاندارد جریان نشان دهنده وقوع ابرخشکسالی در سال های 1387 تا 1394 است. همچنین در برخی ایستگاه ها شاهد تاثیر چشمگیر احداث سازه های هیدرولیکی در بالادست حوضه بر دبی متوسط جریان بودیم. از طرفی نتایج پایش وضعیت خشکسالی به صورت ایستگاهی و سالانه نشان داد حوضه کرخه در سال های اخیر دچار خشکسالی هیدرولوژیک شده و روند خشکسالی رو به افزایش است.

    کلیدواژگان: توزیع های آماری، آزمون های نکویی برازش، سری های زمانی، احتمال وقوع ابرخشکسالی
  • میلاد مهری، سید مهدی هاشمی شاهدانی*، سامان جوادی، مریم موحدی نیا صفحات 323-335

    شهرسازی سریع مسیول افزایش سطوح نفوذناپذیر و تولید رواناب بیشتر در حوضه های شهری است. حجم رواناب بیشتر در حوضه های شهری منجر به افزایش خطر سیل می شود. توسعه کم اثر (LID) از جمله روش های مدیریت رواناب است. واحد زیست ماند (BRC) یکی از روش های LID مبتنی بر نفوذ است که امکان بازیابی چرخه هیدرولوژیک قبل از توسعه را فراهم می کند. با این حال، عملکرد جامع هیدرولوژیک BRC می تواند بسته به محیط های مختلف شهری متفاوت باشد. در پژوهش حاضر، عملکرد هیدرولوژیک BRC از نظر کاهش رواناب و سیلاب در یک منطقه شهری متراکم در شرق تهران، ایران، مورد بررسی قرار گرفته است. مدل SWMM در ارزیابی عملکرد BRC استفاده شد. نتایج نشان داد که برای بارندگی با دوره های بازگشت 2 تا 50 ساله، BRC به ترتیب موجب نفوذ 2/15 تا 5/27 درصدی بارندگی در منطقه مورد مطالعه شد. همچنین برای بارندگی با دوره های بازگشت 2 تا 50 ساله، BRC موجب کاهش حجم کل رواناب به ترتیب به مقدار 76/2 تا 70/2 درصد و دبی اوج به مقدار 65/9 تا 36/4 درصد شد. پژوهش حاضر نشان می دهد که BRC می تواند با کاهش رواناب و افزایش نفوذ به بازیابی چرخه هیدرولوژیک طبیعی حوضه های شهری کمک کند.

    کلیدواژگان: سیلاب شهری، توسعه کم اثر، واحد زیست ماند، SWMM
|
  • N. Pourabdollah*, M. Heidarpour, Jahangir Abedi-Koupai Pages 1-16

    Hydraulic jump is used for dissipation of kinetic energy downstream of hydraulic structures such as spillways, chutes, and gates. In the present study, the experimental measurements and numerical simulation of the free hydraulic jump by applying Flow-3D software in six different conditions of adverse slope, roughness, and positive step were compared. It should be noted that two turbulence models including k-ε and RNG were used for numerical simulation. Based on the results, simulation accuracy using the RNG model was more than the k-ε model. The statistical indices of NRMSE, ME, NS, and R2 for comparing the water surface profile were obtained at 34.3, 0.0052, 0.995, and 983 for the application of the RNG model, respectively. Also, using the RNG model, the values of these indices for the velocity profile were obtained at 14.92, 0.127, 0.9982, and 962, respectively. In general, the error of the simulated water surface and velocity profile were obtained at 5.31 and 12.4 percent, respectively. Moreover, the maximum error of the numerical simulation results of D2/D1, Lj/D2, and Lr/D1 was ±12, ±12, and 16%, respectively. Therefore, the use of Flow-3D software with the application of the RNG turbulence model is recommended for numerical simulation of the hydraulic jump in different situations.

    Keywords: Hydraulic jump, Numerical simulation, Water surface profile, Velocity profile, Turbulence models
  • S. Bandak*, A.R. Movhedei Naeani, Ch.B. Komaki, M. Kakooei, J. Verrlest Pages 17-34

    Soil organic carbon (SOC) is one of the most important components of soil physical and chemical properties that have an important role in sustainable production in agriculture and preventing soil degradation and erosion. Data mining approaches and spatial modeling besides machine learning techniques to investigate the amount of soil organic carbon using remote sensing data have been widely considered. The objective of the present study was the evaluation of SOC using the remote sensing technique compared with field methods in some areas of the Gonbad Kavous and Neli forests of Azadshar. The soil samples were collected from the soil surface (0-10 cm depth) to estimate the SOC. Data were categorized into two categories: 70% for training and 30% for validation. Three machine learning algorithms including Random forest (RF), support vector machine, extra tree decision, and XGBoost were used to prepare the organic soil carbon map. In the present study, auxiliary variables for predicting SOC included bands related to Lands 8 OLI and sentinel 2 measurement images, topography, and climate. The results showed that the extraction of the components related to the bands along with the calculation of indicators such as normalized vegetation difference, wetness index, and the MrVBF index as auxiliary variables play an important role in more correct estimation of the amount of soil organic matter. Comparison of different estimation regressions showed that the Sentinel 2 random forest model and in Landsat8 with the values of coefficient of determination (R2), root mean square error (RMSE), and mean absolute error (MEA) of 0.64, 0.05, and 0.17, respectively, was the best performance ratio compared to other approaches used in the study to estimate the organic carbon content of surface soil in the study area. In general, the results of this study indicated the ability of remote sensing techniques and learning models in the spatial estimation of soil organic carbon. So, this method can be used as an alternative to laboratory methods in determining soil organic carbon.

    Keywords: Soil organic carbon, Machine learning, Regression, Remote sensing, Validation
  • S. Azadi, H. Nozari*, S. Marofi, B. Ghanbarian Pages 35-55

    One of the strategies for agricultural development is the optimal use of irrigation and drainage networks, which will lead to higher productivity and environmental protection. The present study used the system dynamics approach to develop a model for simulating the cultivated area of the Shahid Chamran irrigation and drainage network located in Khuzestan province by considering environmental issues. Limit test and sensitivity analysis were used for model validation. The results showed the proper performance of the model and the logical relationship between its parameters. Also, the cropping pattern of the network was determined in two modes of non-stepwise and stepwise changes to determine the optimal cultivated area of the Shahid Chamran network with environmental objectives and minimize the amount of salt from drains. The results showed that the amount of optimized output salt from the network has decreased in both non-stepwise and stepwise changes compared to the existing situation in the region. The total output salt in the current situation, from 2013 to 2017, was obtained at 2799, 2649, 2749, 2298, and 2004 tons.day-1, respectively, in the stepwise changes, are 2739, 2546, 2644, 2223, and 1952 tons.day-1, and finally, in the non-stepwise changes, are 2363, 2309, 2481, 2151, and 1912 tons.day-1. The results showed that the non-stepwise changes due to considered limitations have been more successful in reducing output salt than the stepwise changes. The analysis of the results showed the model's success in optimizing and achieving the desired goals. The results showed that the present model has good accuracy in simulating and optimizing the irrigation network, cropping pattern, and defining other scenarios.

    Keywords: Cropping pattern, Optimization, System dynamics, Environment, Modeling
  • H.R. Owliaie*, E. Adhami, M. Najafi Ghiri Pages 57-75

    Soil resources are important components of the ecosystem, and therefore, their quality should be considered. One of the important factors affecting the quality of soils is land use change. The present study was conducted to investigate the effects of land use change and deforestation on some soil fertility and biological characteristics in the forest area of the Yasouj region. In this area, four land uses of dense forest, sparse forest, deforested (degraded) lands, and rainfed agriculture were randomly sampled from two slope classes. In each land use 10 soil surface samples were taken. Fifteen soil fertility and biological characteristics were measured using routine methods. The results showed that dense forest and deforested (degraded) lands had the best and worst conditions, respectively, in terms of the measured parameters. Among the measured characteristics, the values of alkaline phosphate, exhaled respiration, nitrogen, basal respiration, acid phosphatase, manganese, and zinc showed the greatest decrease respectively, and the values of phosphorus and potassium exhibited the least decrease, as a result of land use change from dense forest to degraded lands. The findings showed that the conversion of ecosystems such as forests to agricultural lands or deforestation has led to a severe decrease in the fertility and biological indicators of soil quality. Therefore, the protection programs of these areas should be more considered.

    Keywords: Land degradation, Land use change, Biological characteristic, Chemical characteristic
  • A.R. Emadi*, R. Fazloula, S. Zamanzad-Ghavidel, R. Sobhani, S. Nosrat-Akhtar Pages 77-93

    As one of the most necessary human needs, groundwater resources play a key role in the economic and political processes of societies. Climatic and land-use changes made serious challenges to the quantity and quality of groundwater resources in the Tehran-Karaj study area. The main objective of the present study is to develop a method based on individual intelligent models, including adaptive neural-fuzzy inference system (ANFIS), gene expression programming (GEP), and combined-wavelet (WANFIS, WGEP) methods for temporal and spatial estimation of total hardness (TH), total dissolved solids (TDS), and electrical conductivity (EC) variables in the groundwater resources of the Tehran-Karaj area for statistical period of 17 years (2004-2021). The results showed that 
    combined-wavelet models have higher performance than individual models in estimating three selected variables. So that the performance improvement percentage of the WANFIS model compared to ANFIS and WGEP model compared to GEP, taking into account the evaluation index of root mean square error (RMSE) were obtained (23.713%, 18.018%), (12.581%, 33.116%), and (6.433%, 12.995%) for TH, TDS, and EC variables, respectively. The results indicated a very high spatial and temporal compatibility of the estimated values of the WGEP model with the observed values for all three qualitative variables in the Tehran-Karaj area. The results showed that the concentration of qualitative variables of groundwater resources from the north to the south of the study area has an upward trend for all three qualitative variables. In urban areas, pollution caused by sewage and population increase, as well as in agricultural areas, the use of chemical fertilizers and their continued infiltration into groundwater resources and 
    over-extraction of groundwater resources aggravate their pollution. Therefore, in the study area, climatic changes and the type of land use are strongly related to the quality of groundwater resources.

    Keywords: Climate, Groundwater, Zoning, Quality, Artificial Intelligence
  • T. Mohammadi, V. Sheikh*, A. Zare, M. Salarijazi Pages 95-121

    A quantitative study of groundwater resources and accurate monitoring of changes over time, especially in areas facing limited water resources, is considered essential for proper management and sustainable exploitation of these resources. Golestan province, one of the semi-arid provinces of Iran has faced a drop in the groundwater level and an increase in the salinity of the groundwater due to the excessive withdrawals from the groundwater table and the reduction of atmospheric precipitation in the past few years. Gorgan Plain with an area of about 4727 square kilometers is one of the largest plains in Iran and the most important plain of Golestan province in terms of water supply for agricultural and drinking purposes. In this plain, there is a network of piezometers and observation wells that include continuous monthly measurements for more than 30 years. The objective of this research was to investigate the changes in the groundwater level of shallow (30 years (1989-2018)) and deep (22 years (1997-2018)) wells. The Man-Kendall method was used to reveal the trend and Pettitt, Normal Standard, and Buishand methods were used to identify sudden change points in a time series of groundwater levels in 49 shallow wells and 12 deep wells. The results of this research showed that the groundwater level in most of the studied wells had a significantly decreasing trend at a significant level of 5%. Also, the largest amount of groundwater loss was in the southern and southwestern parts of the plain, which can be attributed to a large amount of water taken from the wells due to their proximity to urban areas and some local conditions such as the proximity of the wells of this area are located in altitudes and at the entrance border of the aquifer. In the same way, as it rises, the fall decreases in the middle of the plain, and the amount of fall decreases in the northern areas and the edge of the Caspian Sea. It can be related to the proximity to the Caspian Sea and the high water table, and as a result, the inappropriate quality of water and land (high salinity and low fertility), which has caused the water withdrawal from this area to be less.

    Keywords: Groundwater level, Water table drawdown, Non-parametric methods, Gorgan plain
  • S. Afshari, H. Yazdian*, A. Rezaei Pages 123-136

    Awareness of the types of vegetation changes and human activities in different parts has particular importance as basic information for different planning. It is very difficult and expensive to collect information about the continuous changes in vegetation cover by conventional methods. Therefore, the use of new technologies such as remote sensing is very beneficial. The objective of the present research was to introduce the appropriate vegetation index and determine the vegetation cover of the Abshar network. NDVI, EVI, SAVI, and MSAVI vegetation indices were calculated from 2000 to 2021 every year and monthly in the Google Earth Engine system using Landsat 7 satellite images of the ETM+ sensor. Also, the SPI drought index was calculated using the precipitation statistics of Kohrang station in Excel software. The results of the comparison of four indices showed the superiority and higher performance of NDVI compared to the other three indices for detecting vegetation changes. Then, vegetation changes were calculated. The results showed that the trend of agricultural development in the Abshar network is downward and has a direct relationship with precipitation and the SPI drought index. Also, the results indicated that the SPI drought index was equal to -1.73in 2008, which showed a severe drought in the region. Comparing these results with the vegetation area showed that the vegetation area was 35721 hectares in this year and the year after the drought (2009), the vegetation area was 22950 hectares. Therefore, there was a decrease in precipitation and a sharp decrease in the SPI index in 2008, which led to a sharp decrease of 35% in the vegetation area in 2009.

    Keywords: Vegetation changes, Vegetation index, Drought index, Google Earth Engine
  • V. Rahdari, A.R. Soffianian, S. Pormanafi*, S. Maleki Pages 137-150

    Industrial development is necessary to create employment and achieve welfare. Nevertheless, due to the important environmental effects of these uses, it is necessary to consider the environmental issues in industrial area land allocation. The current research used the multi-criteria evaluation method and the combination with fuzzy concepts to investigate the land capability for industrial development in the Plasjan sub-basin in the Zayandeh-rood river basin. Evaluation criteria were determined by literature reviewing and using experts' knowledge, and standard applying fuzzy method via proportional functions and weighted using the hierarchical method. The combined classification of satellite images prepared the land use and land cover map. Then, the standardized criteria were combined in the form of a weighted linear combination and the industrial development capability model was prepared for this area and classified into five land capability classes. The results showed that environmental considerations have the most weight with 0.23, and geological and soil texture criteria have the least weight with 0.06. According to the results, only 213 hectares of the region were allocated for industrial and mining use at the time of the study. In comparison, 2325 hectares of the region have very high industrial potential which shows the capability for increasing industrial areas. Also, the highest class of land capability was related to areas without the capability for industrial development with an area of 246375 ha, equivalent to 60% of the entire region, which shows the importance of conservation of the important functions of this region in water supply and ecological resources.

    Keywords: Plasjan watershed sub-basin, Weighted linear combination, Ecological functions, Land protection
  • F. Meskini-Vishkaee*, A.R. Jafarnejhadi, M. Goosheh, B. Delsooz Khaki, M. Javadzadeh Pages 151-163

    One of the most common approaches for farm irrigation management is using soil readily available water and allowable depletion coefficient. The objective of this study was to determine wheat crop response coefficients, critical moisture content, and soil allowable depletion coefficient using a physically based method in three dominant soils under wheat cultivation in Khuzestan province. Treatments included full irrigation and water stress at three levels low, moderate, and high. The highest and lowest values of wheat crop response coefficient were related to silty clay loam (Ky=1.26) and clay loam (Ky=0.96), respectively. Critical soil moisture content was observed in loam soil (0.25 cm3cm-3)> silty clay loam (0.23 cm3cm-3)> clay loam (0.22 cm3cm-3), respectively. Despite the higher critical moisture content in loam, the most soil allowable depletion coefficient was also calculated in loam (0.54). Soil allowable depletion coefficient in silty clay loam and clay loam were 0.44 and 0.42, respectively. The results confirmed the simultaneous effects of soil and plant properties on the availability of soil water for the plants.

    Keywords: Water stress, Soil readily available water, Crop response coefficient
  • M. Naderi Khorasgani*, T. Azarbeig, J. Mohammadi Pages 165-177

    Soil pollution by heavy metals is a significant issue that threatens human health directly and indirectly. The objectives of this research were to map the extension of some heavy metals in soils of a part of Sirjan Plain, Kerman province, to study the role of natural agents on the distribution of heavy metals, and to assess the risk of soil heavy metal concentration for human health. 120 surficial (0-15 cm) compound soil samples were collected during fieldwork. Soil characteristics like soil texture components, pH, electrical conductivity, organic matter, and total soil heavy metal (Fe, Cu, Zn, Cd, and Pb) concentrations were measured using standard protocols. The mapping of soil texture components and heavy metals was done by the usual Kriging method. Results indicated significant correlation coefficients between soil texture components (silt and clay) and total soil Fe and Cu concentrations. Dominant wind direction and spatial distribution of Fe, Cu, and Zn strongly induced the possible dust-born origin of such elements. Results revealed that the sources of Fe, Cu, and Zn were different from those of Cd and Pb. Maximum soil Fe, Cu, and Zn concentrations were in the southern part of the study area, increasing in an upwind direction while for Cd and Pb, maximum soil concentrations were in the northern part of the study area. The Nemerow integrated pollution index revealed that soils were clean for Cd, lowly polluted for Fe, Pb, and Cu, and moderately polluted for Zn.

    Keywords: Soil pollution, Aeolians, Soil contaminant origin, Soil contaminant mapping
  • M. Majedi Asl*, T. Omidpour Alavian, M. Kouhdaragh, V. Shamsi Pages 179-199

    Non-linear weirs meanwhile economic advantages, have more passing flow capacity than linear weirs. These weirs have higher discharge efficiency with less free height upstream compared to linear weirs by increasing the length of the crown at a certain width. Intelligent algorithms have found a valuable place among researchers due to their great ability to discover complex and hidden relationships between effective independent parameters and dependent parameters, as well as saving money and time. In this research, the performance of support vector machine (SVM) and gene expression programming algorithm (GEP) in predicting the discharge coefficient of arched non-linear weirs was investigated using 243 laboratory data series for the first scenario and 247 laboratory data series for the second scenario. The geometric and hydraulic parameters were used in this research including the water load (HT), weir height (P), total water load ratio (HT/p), arc cycle angle (Ɵ), cycle wall angle (α), and discharge coefficient (Cd). The results of artificial intelligence showed that the combination of parameters (Cd, H_T/p, α, Ɵ) respectively in GEP and SVM algorithms in the training phase related to the first scenario (Labyrinth weir with cycle wall angle 6 degrees) were respectively equal to (R2=0.9811), (RMSE=0.02120), (DC=0.9807), and (R2=0.9896), (RMSE=0.0189), (DC=0.9871) in the second scenario (Labyrinth weir with a cycle wall angle of 12 degrees) it was equal to (R2=0.9770), (RMSE=0.0193), (RMSE=0.9768), and (R2 = 0.9908), (RMSE = 0.0128), (DC = 0.9905), which compared to other combinations has led to the most optimal output that shows the very favorable accuracy of both algorithms in predicting the coefficient the Weir discharge is arched non-linear. The results of the sensitivity analysis indicated that the effective parameter in determining the discharge coefficient of the arched non-linear Weir in GEP and in SVM is the total water load ratio parameter (HT/p). Comparing the results of this research with other researchers revealed that the evaluation indices for GEP and SVM algorithms of this research had better estimates than other researchers.

    Keywords: Neural networks, Non-linear weirs, Discharge coefficient, Support vector machine, Genetic expression tool
  • A.R. Vaezi*, S. Rezaeipour, M. Babaakbari, F. Azarifam Pages 201-214

    Improving soil physical properties and increasing water retention in the soil are management strategies in soil and water conservation and enhancing crop yield in rainfed lands. This study was conducted to investigate the role of tillage direction and wheat stubble mulch level in improving soil physical properties in rainfed land in Zanjan province. A field experiment was done at two tillage directions: up to the downslope and contour line, and five stubble mulch levels: zero, 25, 50, 75, and 100% of land cover equal to 6 tons per hectare. A total of 30 plots (2 m×5 m) were created. The results indicated that water infiltration and water content were considerably affected by tillage direction, whereas its effect on water holding capacity was not significant. This physical property of the soil was influenced by the inherent properties of the soil, including particle size distribution. The change of up to down tillage direction to the contour line increased soil infiltration to 11% and water content to 6%. The physical soil properties were wholly influenced by mulch consumption. Soil water content increased in mulch treatments along with water holding capacity and infiltration rate. The highest volumetric water content was at 100% mulch level (10.62%) which was 11% more than the control treatment. However, there was no significant difference between 100% and 75% mulch treatment. This revealed that the application of 75% stubble mulch in contouring tillage is a substantial strategy for improving soil physical properties and controlling water loss in rainfed lands of semi-arid regions.

    Keywords: Soil conservation, Soil moisture, Infiltration rate, Water holding, Water loss
  • M. Eskandari, M. Heidarnejad*, A. Egdernezhad Pages 215-224

    The formation of vortices behind the gates of diversion dams is an operational challenge. Such vortices lead to vibration and corrosion in the gate, reducing the lifetime and raising the operational cost of the dam. This study investigated these vortices and their formation. It was found that the gate or cutoff wall was not the only explanation for the vortices; the closed side gates also contribute to vortex formation. Furthermore, an increase in the gate width reduced vorticity; the vortex size experienced a 200% reduction as the gate size increased by 200%. The cutoff wall diameter was another determinant. An increase in the cutoff wall diameter raised vorticity. The vortices increased by 50% as the wall diameter increased by 150%.

    Keywords: Vortex, Obstacles, Drag, Strouhal number, Vortex size
  • S. Najmi, M. Navabian*, M. Esmaeili Varaki Pages 225-240

    The increasing need for water resources and controlling the discharge of wastewater into the environment shows the necessity of wastewater treatment. Green methods such as constructed wetlands and phytoremediation use biological processes in the environment for wastewater treatment. Considering the effect of cultivated constructed wetland performance from wastewater quality and climatic factors, the objective of this study was to evaluate the performance of hybrid and subsurface vertical and horizontal wetlands to improve the biological and chemical oxygen demand of the wastewater treatment plant in Rasht City. The effect of Phragmites australis and Typha latifolia plants on the treatment performance was investigated. Wastewater retention time in wetlands varies from monthly in winter and weekly in spring and summer. The results showed that the performance of wetlands in reducing biological oxygen demand (BOD) was more than chemical oxygen demand (COD). Plants improved the performance of the wetland by more than 50%, but no significant difference was observed between the performances of the two plants. The arrangement of the plant's cultivation was not effective in the amount of biological and chemical oxygen removal. The hybrid wetland was able to improve the wastewater quality twice as much as the vertical wetland. Comparing the concentration of the effluents from the wetlands with the standards showed that the effluents from the hybrid wetlands could only be used for agricultural consumption.

    Keywords: Effect of temperature, Horizontal, vertical subsurface wetlands, Hybrid wetlands, Arrangement of plant's cultivation, Environment
  • R. Samadi*, Y. Dinpashoh, A. Fakheri-Fard Pages 241-264

    A hydrological parameter affecting the management of water resource systems is changes in the amount and occurrence time of extreme precipitation (OTEP). In this research, the seasonality of precipitation in the Lake Urmia (LU) basin was analyzed using the daily extreme precipitation data of 30 rain gauges in the statistical period of 1991-2018. The uniformity of OTEP was tested by Rayleigh and Kuiper’s tests at 0.1, 0.05, and 0.01 levels. The slope of the trend line for OTEP was estimated using the modified Sen slope estimator. The uniformity of OTEP was rejected at each level. The results revealed two strong seasons: late winter and early spring (S1) and autumn (S2) for OTEP. The results showed a general median seasonality index of 0.3, which changed to 0.82 and 0.9 for S1 and S2, respectively, after dividing the whole year into two seasons. The seasonal strength of S1 was similar in both the western and eastern parts of LU, but the west of the lake was stronger than the eastern part in S2. In S1, negative and positive trends in the OTEP were observed on average in 40% and 60% of the stations, respectively, with corresponding values of 77% and 27% for S2, respectively.

    Keywords: Circular statistics, Extreme precipitation, Lake Urmia, Seasonality strength
  • E. Mirzakhani, H.R. Motaghian*, A.R. Hosseinpur Pages 265-279

    In addition to the distribution of elements in the soil solid phase, element species in the solution are also very important due to their importance of providing elements for root uptake. For a deeper study of the chemical cycle of elements in saline soils treated with biochar, the study of speciation is very useful and provides a method to reduce or transform the toxicity caused by toxic elements in saline soils. Therefore, to investigate the effect of biochar on Cd speciation in two saline calcareous soils, 15 mg kg-1 Cd as cadmium chloride was added to the soil sample (200 g), and the soils were incubated for three weeks at 25±2 °C at 80% field capacity. After the incubation period, salinity levels of 20 and 40 mmol kg-1 as sodium chloride (equal to 3.65 and 7.30 dS m-1) were added to the soils. Then, the 1% (w/w) of the sugarcane bagasse and biochars produced at 400 and 600 °C were added to the soils, and then incubated for three months at 25±2 °C at 80% field capacity. At the end of the incubation period, for the speciation of Cd in the soil solution (in a 1 to 2 ratio), the concentration of dissolved cations and anions in the soil samples was measured. The results showed that the interaction between salinity, biochar, and soil on Cd2+, CdCl+, CdCl20, and Cd(SO4)22- was significant. The application of biochar in sandy soil reduced (p <0.05) the concentration of CdCl+, CdCl20, CdSO40, and CdOH+ species compared to the control soil, while it did not affect clay soil. Also, salinity caused by sodium chloride in sandy soil increased the concentration of CdCl+ and CdCl20 species and decreased CdSO40 and CdOH+ species compared to the control soil (p <0.05). The results showed that biochar in saline sandy soil was more effective than clay soil in reducing Cd toxicity.

    Keywords: Biochar, Salinity, Cadmium, Speciation
  • M. Dorfeshan, A.R. Masjedi*, M. Heidarnejad, A. Bordbar Pages 281-292

    Piano key overflows have a high discharge capacity. Proper design of these overflows requires sufficient accuracy in predicting the type of overflows. In this study, experiments were performed in a rectangular laboratory flume made of Plexiglas to investigate the effect of the relative length and width of the two-cycle piano switch overflow crest on the discharge coefficient. In present research, the flow intensity coefficient was investigated by installing a rectangular piano switch overflow with relative crest lengths of 0.8, 1, and 1.2 and relative crest widths of 0.2, 0.3, and 0.4 in 10 flow intensities in the channel. The results of this study showed that by increasing hydraulic load, the flow intensity coefficient first increases and then decreases. Also, by increasing the relative length of the crest by 50%, the current intensity coefficient increases by 43% in the overflow. Increasing the relative width of the overflow crest by 50% increases the current intensity coefficient by 25% in the overflows. Also, an equation was presented to determine the maximum relative scour depth, and the correlation coefficient of the results of this equation with the laboratory results is about 0.90.

    Keywords: Piano key overflow, Flow intensity coefficient, River, Overflow crest length
  • S. Esmailian, M. Pajouhesh*, N. Gharahi, Kh. Abdollahi Pages 293-303

    Awareness of the number of changes in runoff and sediment on different slopes can be useful in modeling the production of runoff and sediment. Therefore, this study was conducted to investigate the production of surface and tunnel runoff and sediment in saline and sodic soils on different slopes. Saline-sodic soil was collected and transported to the laboratory. Laboratory experiments were performed on a soil bed in a rectangular flume at three different slopes (5%, 10%, and 15%) under simulated rain (30 mm/h) for one hour. An analysis of variance was used to investigate the effect of slope on runoff and sediment production, and the means were compared using Duncan's test at the five percent level using SPSS version 26 software. The results showed that there was a significant difference between the slopes of the runoff (P<0.001) and sediment (P<0.001). In the first minute of the experiments, due to the lack of moisture in the soil, the amount of runoff was low, but over time, the amount of runoff increased. It is because the pores are blocked by the dispersion of soil particles owing to the presence of sodium ions, which ultimately leads to a decrease in permeability. Similarly, in the last few minutes, outflow from the tunnel was observed, and this flow occurred only on slopes of 10% and 15%. The amount of sediment was also low in the first few minutes, which could be related to the low amount of runoff and the lack of sediment particle removal. Nonetheless, after the lapse of time, its amount increased, and the primary reasons were reduced permeability, increased runoff, and removal of fine particles from the soil surface.

    Keywords: Surface erosion, Tunnel erosion, Analysis of variance, Simulated rainfall
  • S. Gholizadeh Tehrani*, S. Soltani Koupai, R. Modarres, V. Chitsaz Pages 305-321

    Drought is one of the most destructive and important climate phenomena, whose effect is usually more important on a regional scale. The importance of this phenomenon is more evident in the Karkheh basin due to its size and important role in providing the country's water resources. We aim to monitor hydrologic drought using the accurate calculation of standardizes streamflow index (SSI) in one month time scale based on fitting frequency distribution to monthly data and goodness of fit test for each station in Karkheh basin for 30 years (1986-2016). The findings of this research showed that the generalized Pareto distribution was selected as the most appropriate distribution in most months, unlike the previous research that fitted and used only the Gama distribution on the data. The time series of the standard flow index indicated the occurrence of super-drought in 2008 to 2015 years. Also, the significant impact of the construction of hydraulic structures upstream of the basin on the average flow rate was observed in some stations. The results of direct and annual monitoring of the drought situation showed that the Karkheh basin has experienced hydrological drought in recent years, and the drought trend is increasing.

    Keywords: Statistical distributions, Goodness of fit tests, Time series, Occurrence probability, Super-drought
  • M. Mehri, M. Hashemy*, S. Javadi, M. Movahedinia Pages 323-335

    Rapid urbanization is responsible for impervious area increases and more runoff generation in urbanized catchments. Higher runoff volume in urbanized catchments leads to higher flood risk. One of the methods of runoff management is low impact development (LID). Bio-retention cell (BRC) is one of the infiltration-based LID practices that allows restoring the pre-development hydrologic cycle. However, the overall hydrologic performance of BRCs can vary depending on different urban environments. In this study, the hydrologic performance of BRC in terms of runoff and flood reduction was investigated in a highly urbanized area in the east of Tehran, Iran. The SWMM model was used to evaluate the performance of BRC. The results showed that BRC for rainfall with a return period of 2 to 50 years reduced the total runoff volume by 76.2% to 70.2% and the peak discharge by 65.9% to 36.4%, respectively. Also, for rainfall with a return period of 2 to 50 years, BRC resulted in 15.2% to 27.5% infiltration of rainfall in the study area, respectively. This study demonstrates that BRC can help restore the natural hydrologic cycle of urbanized catchments by reducing runoff and increasing infiltration.

    Keywords: Urban flood, Low impact development, Bio-retention cell, SWMM