فهرست مطالب

حفاظت منابع آب و خاک - سال سیزدهم شماره 3 (پیاپی 51، بهار 1403)

فصلنامه حفاظت منابع آب و خاک
سال سیزدهم شماره 3 (پیاپی 51، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/29
  • تعداد عناوین: 10
|
  • سهراب علیزاده، علیرضا زمانی نوری*، بابک امین نژاد صفحات 1-15
    زمینه و هدف

    یکی از بزرگترین چالش های مدل بارش-رواناب، تعیین دقیق نرخ نفوذ آب به خاک به عنوان یکی از پارامترهای تعیین کننده بزرگی و شکل هیدروگراف های سیلاب های تاریخی است. مطالعات صورت گرفته در اقلیم های متفاوت که ریخت شناسی مختلف زمین را نمایش می دهند، حاکی از ضعف روش های پرکاربردی نظیر SCS-CN در تعیین نرخ نفوذ آب به خاک است. برای روش SCS-CN، با نزدیک شدن شاخص ذخیره سازی خاک به بی نهایت، نسبت رطوبت خاک به 1 نزدیک می شود و این به دلیل محدودیت روش SCS-CN است. در این پژوهش با محوریت همین ضعف در روابط پایه محاسبات تلفات، و رویکرد یکپارچه ای در تعیین نفوذ آب به داخل خاک، بزرگی مقدار سیلاب های رخدادی در حالت تاریخی خود در حوضه آبریز تحلیل شد. اهمیت این تحلیل می تواند در تدقیق بزرگی سیلاب هایی باشد که معیار تعیین سازه ها و یا برنامه های کنترل بحران است.

    روش پژوهش: 

    با توجه به آنکه به منظور حل مشکل محاسبات نفوذ در مقیاس حوضه، و بر پایه معادلات جدید تعیین تلفات جریان، نیاز به یک معیار همگن اما رستری می باشد، در این پژوهش بر اساس حساسیت تولید شده جریان به مقدار تلفات در بررسی احتمالاتی شاخص های رطوبت و نسبت جریان، اقدام به تهیه یک الگوی عمق-نفوذ از مدل جامع دو بعدی در محدوده شد. در این مطالعه بر اساس روابط جدید تعیین تلفات، محاسبات عددی در محیط نرم افزار و اسکریپت به صورت متوالی و بر اساس خروجی های مدل هیدرولوژیکی صورت پذیرفت. ابتدا تولید ساختار مدل بارش-رواناب HEC-HMS با افزونه های ArcHydro و HEC_GeoHMS در حوضه آبریز شادگان انجام شد. سپس پارامترهای نفوذ به روش SMA در تحلیل تصاویر سنجش از دور از حوضه تعیین شد. در مرحله بعد توسعه مدل تداومی اولیه، واسنجی و صحت سنجی با محوریت اطلاعات رطوبتی خاک انجام شد. پس از تعیین رابطه رطوبت خاک بر اساس نتایج مدل (Soil Wetting)، هیدروگراف رخداد واحد مصنوعی با تعیین حجم سیلاب بر پایه روش ترکیبی SCS-CN و VIC تعیین گردید.

    یافته ها

    نتایج کلی اجرای مدل هیدرولیکی دشت سیلابی، نشان داد که حداکثر دبی ورودی به محدوده معادل 3023 متر مکعب بر ثانیه در زمان ساعت 90 رخداد، و حداکثر سیلاب خروجی در زمان 93 با رقم 2137 متر مکعب بر ثانیه بوده است. مقدار دبی در آغاز محاسبات صفر فرض گردیده است. حجم جریان در پایان محاسبات برابر با 141.03 میلیون متر مکعب بود که این مقدار از حجم 918.36 میلیون متر مکعب در کل رخداد باقی مانده است. درصد اختلاف دبی ورودی و خروجی در حدود 14/6 درصد به صورت کمبود محاسبه شد. همچنین لایه تغییرات عمق جریان نشان می دهد که تراز آب در محدوده دشت با پر شدن نقاط پست تر سعی در قرار گرفتن در یک حد ممکن و معقول را دارد. آنچنان که بخش زیادی از حجم آب از نوار جنوبی مرزهای تراوا برای ناحیه فعال مدل سازی، در نهایت به دریا خواهد ریخت. با این حال جهت حرکت آب حتی در برخی موارد عمود بر مسیر مستقیم به سمت دریا نیز تخمین زده شده است. این نتایج حاکی از عمق حداکثری 4/16 متر در برخی نواحی می باشد که کمینه آن به رقم 3/5 متر می رسد. نکته مهم آنکه در محدوده دشت با توجه به اندازه سلولی، قطعا در برخی موارد عمق های بسیار کمتر نیز قابل محاسبه است. متوسط عمق در سلول های فعال برابر 9/11 متر به صورت محلی محاسبه شده است. این ارقام با توجه به رخداد های مختلف بارش می تواند تغییر کند.

    نتایج

    نتایج نشان داد تدقیق نفوذ بر اساس معادلات جدید توزیع مبنا با لحاظ یک شرایط احتمالاتی در تخمین پارامتر شکل حوضه ممکن است. رقوم واسنجی هیدروگراف در واکنش به نفوذ آب در خاک وابسته به تخمین درست رطوبت اولیه خاک دارد. تلفات جریان در حوضه های بزرگ مقیاس بر اساس معادلات توزیع مبنای SCS، به صورت مطلوب تری حاصل می شود. مدل های عددی و هیدرولوژیکی نظیر HEC-HMS و یا مدل ساز هایی نظیر HEC_GeoHMS به منظور مرزبندی بالادست جریان، کاملا وابسته به لایه خام DEM معرفی شده هستند. تغییرات پوشش زمین در نواحی مسطح می تواند عملا مرز بسته شده حوضه آبریز را نسبت به واقعیت زمین در مدل های شبیه سازی متفاوت خروجی دهد. روش هیدورگراف واحد با توجه به پیش فرض های اساسی نظیر ضرایب واسنجی، می توانند جایگزین خوبی برای نواحی فاقد آمار بارش-دبی باشند. همچنین مدل نرم افزاری TUFLOW بهترین پاسخ گویی به جریان یک بعدی به دو بعدی را برای دشت شادگان با توجه به نوع شرایط مرزی داد.

    کلیدواژگان: مدل HEC-HMS، معادلات توزیع احتمالاتی SCS، مدل رخدادی سیلاب، تدقیق نفوذ
  • سیامک امیری، احمد رجبی*، سعید شعبانلو، فریبرز یوسفوند، محمدعلی ایزدبخش صفحات 17-28
    زمینه و هدف

    امروزه با افزایش نیاز آبی در بخش های مختلف میزان برداشت از آب های زیرزمینی در حال افزایش است و این امر منجر به افت بیشتر تراز آب، درآبخوان های استان مرکزی شده است. یکی از مناسب ترین روش ها برای مدیریت بهینه منابع آب زیرزمینی، تجزیه و تحلیل رفتار آبخوان ها در شرایط مختلف با استفاده از مدل های ریاضی است. هدف از این تحقیق بررسی اثرات برداشت مصارف کشاورزی و صنعتی بر تراز آب زیرزمینی دشت شازند در استان مرکزی و تاثیر افزایش 20 درصدی راندمان آبیاری در اراضی کشاورزی در صورت توسعه سیستم های تحت فشار و کم مصرف با استفاده از مدل عددی GMS می باشد.

    روش پژوهش:

     ابتدا مدل مفهومی و عددی آبخوان شازند در نرم افزار GMS اجرا شده و در حالت ماندگار واسنجی شد. سپس مدل در حالت غیرماندگار برای دوره آماری مهر 1394 تا شهریور 1398 واسنجی شد. برای بررسی واکنش های مدل به ازای تغییرات پارامتر های مهم و موثر، آنالیز حساسیت مدل انجام شد و مدل برای دوره آماری مهر 1398 تا شهریور 1400 صحت سنجی شد. سپس تغییرات تراز آب زیرزمینی در آبخوان تحت دو سناریوی مدیریتی مرجع و افزایش راندمان آبیاری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. در سناریوی مرجع با فرض ادامه وضع موجود و در سناریوی افزایش راندمان با فرض افزایش 20 درصدی راندمان آبیاری، شبیه سازی تغییرات تراز آب زیرزمینی در کل دشت شازند برای 20 سال آتی از مهر 1400 تا شهریور 1420 انجام شد.

    یافته ها

    براساس نتایج بدست آمده مقدار خطای RMSE مربوط به واسنجی حالت ماندگار در حدود 7/0 متر و مقدار متوسط خطای RMSE در حالت غیرماندگار در تمام ماه های شبیه سازی در دو دوره واسنجی و صحت سنجی کمتر از 6/0 متر است که نشان دهنده دقت بالای مدل در شبیه سازی تراز آب زیرزمینی در کل دشت است. آنالیز حساسیت نشان داد، تغییرات پارامترهای آبدهی ویژه و هدایت هیدرولیکی بیشترین تاثیر را بر نوسانات آب زیرزمینی در کل دشت دارد. نتایج نشان داد در سناریوی مرجع افت تراز آب زیرزمینی در انتهای دوره 20 ساله بهره برداری، 95/3 متر می باشد. در سناریوی افزایش 20 درصدی راندمان، با کاهش برداشت از چاه های بهره برداری در اثر افزایش راندمان آبیاری، مقدار افت به 76/2 متر خواهد رسید که در این صورت میزان افت حدود 2/1 متر تعدیل خواهد یافت.

    نتایج

    بر اساس نتایج، بیشترین افت تراز آب زیرزمینی در دو سناریوی مرجع و افزایش راندمان در مناطق مرکزی دشت به ترتیب 2/9 و 9/6 متر است و کمترین میزان افت در مناطق غربی دشت به ترتیب 1 و 5/0 متر است. با توجه به اینکه بخش کشاورزی بیشترین تاثیر را بر افت تراز در آبخوان در نواحی مرکزی دشت دارد، بهتر است برنامه های مدیریتی برای کنترل برداشت از آبخوان مانند افزایش راندمان یا اصلاح الگوی کشت بر روی این بخش متمرکز شود. در صورت اجرای سیستم های تحت فشار و افزایش راندمان در دشت تا حدودی میزان افت تراز در منطقه تعدیل می شود اما مشکل حل نخواهد شد و لازم است با اجرای برنامه های تکمیلی، بجای محصولات آب بر، گیاهان با نیاز آبی کم کشت شود و در بخش صنعت نیز بجای برداشت از آب زیرزمینی از پساب تصفیه شده شهری استفاده گردد.

    کلیدواژگان: مدل عددی GMS، هدایت هیدرولیکی، تراز آب زیرزمینی، راندمان آبیاری
  • فرید بهمنی، محمدهادی فتاحی*، تورج سبزواری، علی طالبی، علی ترابی حقیق صفحات 29-42
    زمینه و هدف

    دامنه های حوضه های آبریز در طبیعت از لحاظ شکل پلان دارای سه شکل همگرا، واگرا و موازی و از نظر انحنای کف دارای سه شکل محدب، مقعر و صاف هستند. به طور کلی 9 شکل و هندسه برای دامنه ها وجود دارد که به آنها دامنه های مرکب گفته می شود. تحقیقات گذشته نشان داده است که توپوگرافی و هندسه دامنه های مرکب برروی بسیاری از مشخصه های هیدرولوژیکی دامنه ها مانند میزان اشباع پذیری تاثیر دارد. میزان اشباع پذیری نقاط دامنه به تمرکز جریان زیر سطحی در هر نقطه بستگی دارد که تحت تاثیر شکل طرح و توپوگرافی دامنه است. هدف ازاین تحقیق تاثیر توپوگرافی بر لغزش سطحی دامنه های مرکب حوضه های آبریز با استفاده از مدل های SINMAP و TOPMODELمی باشد.

    روش پژوهش:

     در این تحقیق برای بررسی میزان اشباع پذیری دامنه های مرکب از مدل TOPMODEL استفاده گردید و معادلات این مدل مورد اصلاح قرار گرفت به طوری که بتواند توپوگرافی دامنه ها را در نظر بگیرد و نتایج اشباع پذیری در مدل TOPMODEL به یک مدل لغزش به نام SINMAP منتقل گردیده و تاثیر توپوگرافی دامنه برروی میزان پایداری دامنه های مرکب مورد بررسی قرار گرفت و با نرم افزار MATLAB کدنویسی و اشکال ترسیم و با یکدیگر مقایسه گردید.لازم به ذکر است مدل های فوق الذکر بر اساس داده های هیدرلوژیکی و توپوگرافی مورد استفاده قرار گرفته است و روش های بکار برده شده در این تحقیق بصورت کلی برای تمام مناطق جغرافیایی و آب وهوایی کاربرد دارد.

    یافته ها

    با توجه به اینکه در این تحقیق شاخص اشباع پذیری از TOPMODEL محاسبه گردید که بیانگر میزان تمرکز جریان زیر سطحی در هر نقطه از دامنه است و اشباع پذیری نقاط مختلف دامنه را مشخص می کند و تاثیر قابل توجهی بر روی پایداری دامنه های مرکب دارد و براساس متوسط ضریب پایداری دامنه ها، دامنه های محدب به طور متوسط از پایداری بیشتری نسبت به دامنه های صاف و مقعر برخوردار هستند و دامنه های واگرا از پایداری بیشتری نسبت به دامنه های همگرا برخوردارند و هرچه مقدار ضخامت لایه اشباع دامنه و ضریب انتقال هیدرولیکی خاک بیشتر گردد دامنه از پایداری بیشتری برخوردار خواهد بود و هرچه میزان بارندگی موثر و به تبع آن رطوبت خاک بیشتر گردد از میزان پایداری دامنه ها کم می شود.

    نتایج

    براساس نتایج به دست آمده در این پژوهش در قسمت های پایین دست، دامنه های مقعر از پایداری بیشتری نسبت به قسمت بالادست دامنه برخودار هستند در صورتی که در دامنه های محدب برعکس است. شیب محلی نقاط دامنه در مقایسه با ایندکس اشباع پذیری عامل بسیار مهمتری در تعیین پایداری دامنه ها می باشد. براساس متوسط ایندکس اشباع پذیری پایداری دامنه های محدب بیشتر از مقعر و دامنه های واگرا بیشتر از دامنه های همگرا است. لازم به ذکر است در دامنه های صاف با شکل پلان های مختلف مقدار شیب ثابت است ولی میزان اشباع پذیری دامنه های صاف-همگرا بیشتر از دامنه های صاف-واگرا است و بعضی از نقاط دامنه صاف-همگرا را ناپایدارتر کرده است و مقدار پایداری از بالا به سمت پایین کمتر می گردد و قسمت های انتهایی دامنه صاف-همگرا در حالت ناپایدار است ولی کل دامنه های صاف-موازی و صاف-واگرا درحالت پایدار هستند.

    کلیدواژگان: لغزش سطحی، توپوگرافی، دامنه مرکب، TOPMODEL، SINMAP
  • فاطمه برزو، هادی رمضانی اعتدالی*، عباس کاویانی صفحات 43-58
    زمینه و هدف

    پیش بینی تاثیرات تغییرات اقلیمی بر تولیدات کشاورزی در دوره های آتی به منظور تامین امنیت غذایی گیاه استراتژیک گندم که در معاهدات بین المللی نقش اساسی دارد، امری ضروری است. مدل های مولد داده های مصنوعی آب و هوایی مانند مدل های معتبرGCM ، به منظور بررسی اثرات پدیده تغییر اقلیم بر سیستم های مختلف استفاده می شوند و قادرند پارامترهای اقلیمی را برای یک دوره طولانی مدت با استفاده از سناریو های تایید شده هیات بین دولتی تغییر اقلیممدل سازی نمایند. در پژوهش حاضر، دو منبع اطلاعاتی LARS-WG و DKRZ در تولید داده های تغییر اقلیم دشت قزوین در بازه زمانی 2021-2100 استفاده شد سپس مقادیر تبخیر-تعرق واقعی گندم بهاره رقم پارسی به وسیله مدل Aquacrop در تاریخ های کشت متفاوت محاسبه و میزان تغییرات آن ها نسبت به دوره پایه بررسی شد.

    روش پژوهش:

     در پژوهش حاضر، از داده های حاصل از پایگاه اطلاعاتی تحت وب DKRZ و مدلLARS-WG ، برای محاسبه سه متغیر دمای کمینه، دمای بیشینه و بارش، مربوط به ایستگاه همدیدی قزوین و پنج مدل گردش عمومی جو گزارش پنجم IPCC (EC-EARTH, GFDL-CM3, HadGEM2-ES, MIROC5, MPI-ESM-MR) تحت دو سناریو انتشار 5/4و 5/8 در دورهای آتی (2021-2040، 2041-2060، 2061-2080، 2081-2100) استفاده شد. با استفاده از داده های به دست آمده و به کارگیری مدل Aquacrop، مقدار تبخیر-تعرق واقعی گندم بهاره در 5 تاریخ کشت متفاوت (15 بهمن، 1 اسفند، 15 اسفند، 1 فروردین و 15 فروردین) محاسبه و میزان تغییرات آن ها نسبت به دوره پایه بررسی شد و تاریخی که اگر کشت در آن صورت گیرد منجر به بیشترین تبخیر-تعرق واقعی و کمترین تبخیر-تعرق واقعی می شود؛ معرفی شده است.

    یافته ها

    مشاهدات نشان می دهد با کشت در تاریخ 15 بهمن و 1 اسفند تحت شرایط اقلیمی حاصل از مدل LARS-WG در سناریو 5/4؛ در دوره آتی (2021-2040) تبخیر تعرق نسبت به مقدار آن در دوره پایه افزایش می یابد اما در دوره های (2041-2060، 2061-2080 و 2081-2100) و در سناریو 5/4و 5/8 حاصل از مدل LARS-WG میانگین تبخیرتعرق واقعی نسبت به مقدار آن در دوره پایه کاهش خواهد داشت. پایگاه اطلاعاتی DKRZ تحت سناریوهای 5/4 و 5/8، در هر 4 دوره آتی، کاهش میانگین تبخیرتعرق واقعی نسبت به مقدار آن در دوره پایه برای این دو تاریخ را پیش بینی می کند. با کاشت در تاریخ های 15 اسفند، 1 فروردین و 15 فروردین، طبق نتایج حاصل از شرایط اقلیمی مدل LARS-WG و پایگاه اطلاعاتی DKRZ تحت سناریوهای 5/4 و 5/8، در هر 4 دوره آتی؛ میانگین تبخیرتعرق واقعی نسبت به مقدار آن در دوره پایه کاهش خواهد داشت.

    نتایج

    نتایج نشان می دهد میانگین تبخیر-تعرق واقعی نسبت به مقدار آن در دوره پایه، در دو تاریخ 15 بهمن ماه و 1 اسفند ماه در دوره 2021-2040 در شرایط اقلیمی حاصل از مدل LARS-WG تحت سناریو 5/4 افزایش خواهد داشت. اگر کشت در بقیه تاریخ ها صورت پذیرد، طبق نتایج حاصل از شرایط اقلیمی مدل LARS-WG و پایگاه اطلاعاتی DKRZ تحت سناریوهای 5/4 و 5/8، در هر 4 دوره آتی میانگین تبخیر-تعرق واقعی نسبت به مقدار آن در دوره پایه کاهش خواهد داشت. بیشترین تبخیر-تعرق در دوره های آتی، با کشت در تاریخ 15 فروردین، تحت شرایط اقلیمی حاصل از مدل LARS-WG تحت سناریو 5/4 و در دوره 2021-2040 اتفاق می افتد. مقدار آن برابر 9/289 میلی متر (با انحراف معیار 33/18 میلی متر) است. کمترین تبخیر-تعرق در دوره های آتی با کشت در تاریخ 15 بهمن، تحت شرایط اقلیمی حاصل از پایگاه اطلاعاتی DKRZ تحت سناریو 5/8 و در دوره 2081-2100 اتفاق می افتد که مقدار آن برابر 6/166 میلی متر (با انحراف معیار 82/5 میلی متر) می باشد.

    کلیدواژگان: AquaCrop، LARS-WG، پایگاه اطلاعاتی DKRZ
  • نسرین جلیلیان، کریم نادری مهدیی*، یاسر محمدی، محسن نائل صفحات 59-72
    سابقه و هدف

    مفهوم امنیت خاک که اخیرا معرفی شده است ناشی از نگرانی عمیق علمی در مورد تخریب جهانی خاک و تاثیر آن بر توسعه پایدار است. اگرچه تخریب زمین یک فرآیند فیزیکی است، اما محرک های اصلی آن ریشه در محیط اجتماعی- اقتصادی و سیاسی دارد. امنیت خاک با ادغام پنج بعد از جمله وضعیت و قابلیت خاک، جنبه های بیوفیزیکی خاک و همچنین سرمایه، ارتباط و قانون گذاری عوامل فیزیکی و فنی خاک همچنین مسائل اجتماعی- اقتصادی و سیاسی موثر بر خاک را پوشش می دهد. بنابراین هدف این مطالعه شناسایی و اعتبارسنجی شاخص های ارزیابی امنیت خاک با تکنیک دلفی فازی می باشد.

    روش پژوهش

    پژوهش حاضر از لحاظ هدف آن کاربردی است و از نظر نوع تحقیق، جز تحقیقات کیفی قرار دارد. همچنین تحقیق حاضر از نوع تحقیقات توصیفی (غیر آزمایشگاهی) می باشد که با شیوه پیمایشی انجام شده است. اطلاعات مورد نیاز این تحقیق عمدتا به شیوه پیمایش و کتابخانه به دست آمده است و در این راستا عمدتا از داده های ثانویه نظیر اسناد علمی و خاکستری و چندین گزارش از اسناد دولتی که منطقه مورد مطالعه را توصیف می کند، استفاده شده است. اطلاعات مورد نیاز این تحقیق بنا به اهداف تعیین شده توسط پرسشنامه گردآوری شده است. درمجموع برای تکمیل مطالعه ازنظر سی نفر خبره در ادارات و موسسات ذی ربط استفاده شده است.

    نتایج و بحث:

     نتایج مطالعه نشان داد که در بعد قابلیت خاک شاخص میزان فرسایش خاک و در بعد وضعیت شاخص کربن آلی خاک بیشترین اعتبار را در سنجش امنیت خاک دارا هستند. در بعد ارتباط امنیت خاک شاخص ارزش های فرهنگی دارای اولویت بالا برای سنجش امنیت خاک مطرح شده است. همچنین در این بعد شاخص های فارغ التحصیلان رشته خاک شناسی فعال مهارت مدیریت خاک و دسترسی به آمار و اطلاعات حذف شدند. در بعد سرمایه خاک شاخص میزان تولید کل به عنوان شاخص دارای اعتبار بالا برای سنجش امنیت خاک می باشد. در این بعد سه شاخص آبی یا دیم بودن زمین زراعی، ارزش معاملاتی زمین و بهره مندی از آب آبیاری حذف شدند. در بعد قانون گذاری امنیت خاک شاخص پروژه های حفاظت از خاک به عنوان شاخصی با دارای بیشترین اعتبار برای سنجش امنیت خاک عنوان شده است.

    نتیجه گیری

    این مطالعه اولین تلاش برای جمع آوری شاخص های پنج بعد امنیت خاک برای ارزیابی امنیت خاک در ایران است. شناسایی شاخص های ارزیابی امنیت خاک منجر به دست یابی به لیستی از شاخص های مهم و مورد تایید متخصصین حوزه خاک کشور شده که می تواند در آینده در دسترس سایر محققان برای ارزیابی وضعیت امنیت خاک در نقاط مختلف کشور قرار گیرد. با توجه به روند مطالعه در مجموع برای هر یک از ابعاد امنیت خاک سی و هشت شاخص شناسایی و اعتبار بخشی شد. در نهایت از این مجموع هشت شاخص در روند مطالعه به طور کلی حذف شد.

    کلیدواژگان: ارزیابی زمین، امنیت خاک، مدیریت خاک، دلفی فازی
  • سید سعید حسینی کلاگر، علی باقری*، رضا اسدی، داود اکبری نودهی صفحات 73-83
    زمینه و هدف

    برنج یکی از مهم ترین محصولات کشاورزی در جهان است. کشت برنج در ایران از اهمیت اقتصادی و اجتماعی بالایی برخوردار است. استان مازندران یکی از مهم ترین مراکز تولید برنج در کشور است که 44 درصد از تولید برنج کشور را به خود اختصاص داده است. با توجه به مصرف زیاد آب در بخش کشاورزی، استفاده بهینه از منابع آبی در کشاورزی ضروری است. آب مورد نیاز برنج رابطه مستقیمی با تبخیر و تعرق دارد. مطمئن ترین روش برای محاسبه تبخیر و تعرق، استفاده از لایسیمتر است. هدف از این آزمایش محاسبه تبخیر و تعرق ارقام مختلف برنج با استفاده از مینی لایسیمتر و معرفی بهترین رقم برای کشت می باشد.

    روش پژوهش: 

    این آزمایش در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار و یازده تیمار در سال زراعی 1399 در موسسه تحقیقات برنج ایران-آمل انجام شد. تیمارها شامل ارقام مختلف برنج در 11 سطح T1: AR2، T2: AR6، T3: AHS، T4: DAH، T5: 1117، T6: 952، T7: 956، T8: E104، T9: S715، T10: طارم و T11: شیرودی بودند. مینی لایسیمترهای ته باز و ته بسته دارای قطر 60 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر بودند. خاک مزرعه از عمق 0 تا 30 سانتی متر نمونه برداری و در آزمایشگاه بررسی شد. تاریخ کاشت در تمامی ارقام برنج مشابه بود. تراکم کشت نشاءها 20×20 سانتی متر بود و 7 نشاء در لایسیمتر قرار گرفتند. لایسیمترها 6 سانتی متر بالاتر از سطح زمین در خاک قرار گرفتند. بذرها در خزانه کاشته شدند و نشاءها پس از 30-35 روز (پس از 3-4 برگی و ارتفاع 25-20 سانتی متر) در لایسیمتر قرار گرفتند. مدیریت آب در لایسیمتر به صورت غرقابی (5 سانتی متر) بود. در نهایت، تحلیل واریانس داده های به دست آمده با استفاده از نرم افزار SAS انجام شد و میانگین تیمارها از طریق آزمون حداقل تفاوت معنی دار (LSD) در سطح احتمال پنج درصد مقایسه شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که ارقام و لاین های مختلف برنج بر نفوذ، تبخیر و تعرق، عملکرد و مصرف آب موثر بوده و از نظر آماری در سطح احتمال یک درصد معنی دار بودند. بیشترین و کمترین مقدار تبخیر و تعرق به ترتیب با میانگین های 7/4938 و 3747 متر مکعب در هکتار متعلق به تیمارهای T9 و T5 بود. حداکثر و حداقل میزان عملکرد به ترتیب با میانگین های 7/7773 و 1/2938 کیلوگرم در هکتار متعلق به تیمارهای T8 و T6 بود. بیشترین و کمترین مقدار نفوذ عمقی به ترتیب با میانگین های 3/303 و 3/185 میلی متر در تیمارهای T9 و T5 مشاهده شد. بیشترین و کمترین میزان آب کاربردی به ترتیب با میانگین های 9972 و 3/7600 مترمکعب در هکتار متعلق به تیمارهای T9 و T5 بود. بیشترین و کمترین بهره وری آب به ترتیب با میانگین های 98/0 تا 3/0 کیلوگرم بر متر مکعب مربوط به تیمارهای T8 و T9 بود. نتایج نشان داد که طول دوره رشد گیاه در ارقام و لاین های مورد آزمایش متفاوت بوده و بر میزان مصرف آب موثر است.

    نتایج

    در نهایت، در شرایط نرمال منطقه، لاین E104 به دلیل تولید حداکثر عملکرد دانه به عنوان بهترین تیمار معرفی می شود، ضمن اینکه در شرایط کم آبی، لاین 1117 به دلیل مصرف آب کمتر، جهت کاشت توصیه می شود.

    کلیدواژگان: تبخیر و تعرق، آب کاربردی، نفوذ، بهره وری آب، شالیزار
  • محمودرضا نورعلی نژاد اسلاملو، مجتبی شوریان*، سید سجاد مهدی زاده محلی صفحات 85-98
    زمینه و هدف

    منشاء بسیاری از مشکلات کیفی و کمی منابع آب، فعالیت هایی است که در یک حوضه آبریز انجام می شود. بنابراین بازنگری استراتژی های برنامه ریزی حوضه آبریز می تواند منجر به کاهش این چالش ها گردد، لذا ضروری است اثرات اجرای استراتژی ها پیش از اجرا، ارزیابی شود.

    روش پژوهش: 

    در پژوهش حاضر که بر روی حوضه آبریز هشتگرد واقع در قسمت مرکزی استان البرز انجام گردیده است، پس از ساخت مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیعی SWAT به منظور تبدیل کمی و کیفی منابع آب سطحی این مدل توسعه داده شده است. به این منظور از آمار ایستگاه های هیدرومتری فشند، ده صومعه و نجم آباد و داده کیفی نیترات ایستگاه شاخص به عنوان نقطه کنترل مورد واسنجی و اعتبار سنجی قرار گرفتند، بعد از آنالیز حساسیت مدل، فرایند واسنجی توسط نرم افزار SWAT-CUP با الگوریتم SUFI2 با تعداد 500 تکرار انجام گرفت و بهترین مقادیر پارامترهای انتخابی بدست آمد. سپس اثر اجرای سناریوهای مدیریتی همچون اصلاح الگوی کشت و ارتقاء روش آبیاری برای افزایش راندمان کشاورزی در جهت بهبود وضعیت کشاورزی و کاهش میزان آلایندگی انجام گردید. در نهایت آسیب پذیری آبخوان هشتگرد با استفاده از هفت پارامتر DRASTIC و با تلفیق لایه ها با وزن دهی و رتبه بندی ارزیابی گردید.

    یافته ها

    نتایج شبیه سازی رواناب سطحی در مقیاس ماهانه توسط شاخص های آماری نش- ساتکلیف و ضریب تبیین نشان داد که شبیه سازی با دقت خوبی انجام گردیده است (نتایج بالای 7/0)، نتایج حاصل از ضریب NS برای دوره واسنجی و صحت سنجی به ترتیب برابر 83/0 و 7/0 شد و ضریب R2 به ترتیب برابر 87/0 و 89/0 برآورد شد که بیانگر عملکرد مناسب مدل و همبستگی بالای داده های مشاهداتی و شبیه سازی شده می باشد. بعد از مشخص کردن نقشه آسیب پذیری آبخوان دشت به همراه تراکم چاه ها پس از اصلاح اوزان لایه های مدل، بخش مرکزی دشت بیشترین آسیب پذیری را داراست.

    نتایج

    با مدل سازی دو سناریوی مدیریتی تغییر الگوی کشت و ارتقای راندمان آبیاری به منظورارزیابی تغییرات کیفی و کمی در منابع آب سطحی، نتایج حاکی از آن است که در این حوضه با اصلاح الگوی کشت و کاهش برداشت، میزان رواناب سطحی افزایش یافت.با این وجود غلظت نیترات در ماه های مختلف از 5 تا 20 درصد کاهش می یابد. با اعمال سناریوها، مقدار مصرف آب در بخش کشاورزی از 3/85 میلیون مترمکعب به 8/59 میلیون مترمکعب کاهش خواهد یافت. شاخص نهایی آسیب پذیری آبخوان با استفاده از روش DRASTIC بین 44 تا 90 متغیر شد.

    کلیدواژگان: آبخوان هشتگرد، آسیب پذیری، DRASTIC، آب سطحی، SWAT
  • آرش تافته *، سالومه سپهری، اصلان اگدرنژاد، علی عبدزادگوهری، پریسا شاهین رخسار صفحات 99-110
    زمینه و هدف

    گیاه گلرنگ به دلیل دارا بودن بیش از 90 درصد اسیدهای چرب غیراشباع می تواند نقش مهمی در گسترش سطح زیر کشت گیاهان روغنی و تامین دانه های روغنی در کشور داشته باشد. با توجه به کمبود آب و لزوم بررسی رفتار گیاه گلرنگ درشرایط کم آبیاری ها لازم است تا برآورد مناسبی از عملکرد آن در شرایط تنش آبی وجود داشته باشد. این گیاه دانه روغنی به مناطقی با بارندگی زمستانه و بهاره اندک در طول دوره گلدهی نیاز دارد و متحمل به خشکی به شمار می رود و دارای ریشه های طویل با توانایی بالا در جذب آب از پروفیل های عمیق تر خاک می باشد.

    روش پژوهش:

     به منظور تخمین تابع تولید عملکرد و اجزای عملکرد گیاه گلرنگ رقم سینا در شرایط تنش آبی آزمایشی در مزرعه تحقیقاتی واقع در استان کرمانشاه اجرا شد. این پژوهش با استفاده از داده های برداشت شده در دو سال زراعی در یک مزرعه تحقیقاتی در کرمانشاه انجام شد. عامل تنش آبی در سه سطح 70 ، 60 و 30 درصد نیاز آبی بر اساس بیلان رطوبتی خاک در سه تکرار اجرا گردید. بر اساس داده های سال اول دو تابع تولید ریس و تافته ضرایب حساسیت گیاه تعیین شد و با استفاده از داده های سال دوم مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای محاسبه روز درجه رشد (GDD) از دو روش محاسبه مستقیم و میانگین اصلاح شده استفاده شد. مقدار بیشینه دمای ممکن برای رشد حدود 30 درجه و دمای حداقل رشد صفر درجه به عنوان حد پایین قابل توصیه و قابل قبول (بدون ترند) گزارش شده است که در این تحقیق مقدار بیشینه 30 و مقدار دمای پایه 4 درجه از بانک اطلاعات سامانه نیاز آب گرفته شد. سپس دوره های مختلف فنولوژی با این شاخص واسنجی شد. همچنین رابطه شاخص GDD با ضرایب تبخیر-تعرق و ضرایب حساسیت و نیاز آبیاری بررسی شد.

    یافته ها

    یافته ها نشان داد که ضریب حساسیت گیاه گلرنگ به تنش آبی بین 5/0 تا 2/1 در دوره های مختلف رشد متغیر است و بیشترین حساسیت در دوره گلدهی و دوره میانی این گیاه می باشد. همچنین نتایج بررسی دو تابع تولید نشان داد مقادیر شاخص های آماری در مورد هر دو تابع مقدار خطای نرمال 5 درصد و مقدار کارایی هر دو تابع حدود 97 درصد می باشد. نتایج نشان دهنده آن است که کمترین تبخیر-تعرق به طور متوسط در تیمارهای مختلف مربوط به تیمار 30 درصد نیاز آبی با 8/189 میلی متر و بیشترین مربوط به تیمار 100 درصد نیاز آبی با 7/632 میلی متر بود.

    نتایج

    بر اساس نتایج به دست آمده، گیاه گلرنگ رقم سینا در مراحل میانی و گلدهی، بیشترین حساسیت به کم آبی را دارد و ضریب حساسیت در این مرحله به ماکزیمم خود می رسد (حدود 2/1) و تنش آبی در این مرحله به هیچ وجه توصیه نمی شود. از طرفی، تابع ریس و تافته با ضرایب حساسیت ارائه شده می توانند در بررسی تنش های آبی، نتایج را به خوبی دو با دقت قابل قبول بر اساس ضرایب ارائه شده برآورد نمایند. از طرف دیگر در صورت عدم وجود داده گیاهی و داده های هواشناسی کامل تنها با استفاده از شاخص GDD می توان مقادیر ضریب گیاهی و ضریب حساسیت گیاه به تنش آبی و نیاز آبیاری گیاه را با دقت مناسب برآورد نمود.

    کلیدواژگان: نیاز آبی، رقم سینا، ضریب حساسیت Ky، بیلان رطوبتی
  • سید سامان میرفلاح نصیری، ابراهیم امیری*، جلال بهزادی صفحات 111-120
    زمینه و هدف

    آلودگی منابع آبی و افزایش آلودگی در منابع آبی طبیعی نظیر دریاچه ها و تالاب ها، با توجه به طبیعت شکننده آنها، به عنوان یکی از بحران های پیش روی کشور، علاوه بر عوامل جریان ورودی، وابسته به وضعیت کمی خود آن اکوسیستم آبی نیز می باشد. از طرفی مشکل مهم تالاب انزلی به عنوان ناحیه مورد مطالعه در این پژوهش، آلودگی روزافزون آب آن در شرایط شکننده تغییرات اقلیمی است. لذا با توجه به عمده مشکل مطرح شده برای تالاب انزلی، هدف تحقیق بررسی شاخص کیفیت آب در جریانات ورودی تالاب انزلی بود.

    روش پژوهش:

     در این پژوهش جهت جمع آوری اطلاعات مورد نیاز در بازه 1380-1399 در محدوده مطالعاتی تالاب انزلی، آمار بارندگی ماهانه ایستگاه های مختلف هواشناسی و نقشه های زمین شناسی مشخصات و مقادیر ضرایب هیدرولیکی، حدود گسترش تالاب، داده های ایستگاه های مشاهد ه ای احتمالی، داده های اندازه گیری دبی رود های فصلی و دائمی، حدود قرارگیری عوارض و رودها از شرکت سهامی آب منطقه ای اخذ شد. در این مطالعه با استفاده از کد تحلیل کیفیت آب (UWQV) مقدار تغییرات کیفیت آب در دوره های فصلی تالاب انزلی در تصاویر Sentinel-2 و Sentinel-3 تحلیل شد.

    یافته ها

    متوسط توزیع مکانی طیف سبز(شاخص کلروفیل) درفصول مختلف نشان داد که اعداد آن بیانگر وضعیت شاخص کیفیت و کلروفیل هستند بطوریکه در فصل پاییز برابر 15/0،در فصل زمستان 13/0، در فصل بهار معادل 06/0 و در فصل تابستان برابر عدد 13/0 بود. نتایج آماری دبی رودخانه های منتهی به تالاب انزلی، در تمام مختصات دریاچه تالاب، روند مشابه فصلی بین دبی ها با توجه به یکسان بودن حوضه آبریز تغذیه کننده مشاهده گردید و این درحالی است که هر یک از ارقام متوسط به ترتیب با اعداد 27/0، 23/0، 08/0، 08/0 و 23/0 انحراف معیار پراکنش مختصاتی را نشان داده است.

    نتیجه گیری

    تحلیل کیفیت آب تالاب انزلی برپایه تغییرات شاخص کلروفیل بیان شده وتغییرات مقدار کلروفیل از یک فصل به فصل دیگر نوسان شدید را نشان داده که نتایج این تحقیق در مقایسه با سایر محققین، تایید شده است. همچنین وضعیت رسوبات سلامت آب تا حد زیادی در فصول پاییز زمستان تابستان بهار نوسان شدید را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: تالاب انزلی، شاخص کلروفیل، کیفیت آب، تغییرات مکانی، بررسی آماری
  • یاسر عظیم زاده*، آرش محمدزاده صفحات 121-136
    زمینه و هدف

    بیوچار یک ماده کربنی مقاوم به تجزیه است که از حرارت دادن انواع زیست توده های آلی در یک محیط عاری از اکسیژن و یا با اکسیژن محدود تولید می شود و با هدف افزایش کربن آلی و بهبود ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک به کار برده می شود. بنابراین کاربرد آن در خاک های کم حاصلخیز مناطق گرم و خشک ایران که غالبا دچار کمبود کربن آلی هستند، حائز اهمیت است. علاوه بر آن، بیوچار به علت پایداری بسیار زیاد در خاک، می تواند دی اکسیدکربن اتمسفری را برای مدت چند صد الی چند هزار سال در خاک ترسیب نماید. همچنین، می تواند حاصلخیزی خاک را برای مدت طولانی با تاثیر بر خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آن بهبود ببخشد. بنابراین، پایداری بیوچار تحت تاثیر عوامل متعددی همچون ویژگی های بیوچار و خاک، برهم کنش بیوچار با اجزای خاک و عوامل محیطی قرار می گیرد که در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد. استفاده از بیوچار در خاک های مناطق خشک و نیمه خشک ایران که اغلب دارای کمبود کربن آلی هستند، حائز اهمیت است.

    روش پژوهش:

     در این مقاله مروری، ضمن بررسی شواهدی از پایداری زیاد بیوچار در خاک ها، مهم ترین عوامل موثر در سرنوشت بیوچار شامل سازوکارهای خروج بیوچار از خاک، تثبیت بیوچار و برهم کنش های بیوچار با اجزای خاک مورد بررسی قرار گرفته و خلاها و زمینه های تحقیقاتی مورد نیاز در این زمینه ارائه می شود.

    یافته ها

    بیوچار در مقایسه با اجزای اصلی کربن در زیست توده مقاومت بیشتری برای تجزیه و تخریب دارد. با این حال، با برهم کنش با اجزای خاک، به مرور زمان دچار تغییر و تحول شده و از خاک خارج می شود. شدت این تغییر و تحول ها و مدت زمان ماندگاری بیوچار در خاک به نوع بیوچار بستگی دارد؛ به طوری که بیوچارهای تولید شده از زیست توده های علفی و بیوچارهای تولید شده در دماهای پایین پایداری کمتری دارند. علاوه برآن، بیوچار با تمام اجزای خاک شامل، مواد آلی، ذرات معدنی، عناصر غذایی، موجودات زنده و آب و هوای خاک برهم کنش داشته و برآیند این برهم کنش ها میزان پایداری بیوچار در خاک را تعیین می نماید. عوامل بیرونی مانند حضور گیاه و تغییرات القایی ریشه، فرسایش های بادی و آبی، آبشویی و آتش سوزی نیز بر سرنوشت بیوچار در خاک تاثیر می گذارند. از این میان، با توجه به برهم کنش های بین ریزجانداران و بیوچار در خاک، به نظر می رسد ریزجانداران خاک مهم ترین نقش را در تجزیه و تخریب بیوچار ایفا می کنند. با این حال، سازوکارهایی مانند حبس شدن ذرات بیوچار در داخل خاک دانه ها، پیوند بیوچار با اجزای آلی و معدنی خاک و غیرفعال سازی آنزیم های خاک توسط بیوچار می تواند پایداری و ماندگاری بیوچار را در خاک افزایش دهد.

    نتایج

    با توجه به پایداری بسیار زیاد بیوچار در خاک و ضرورت افزایش کربن آلی خاک به عنوان اصلی ترین عامل حاصلخیزی، کاربرد بیوچار در خاک های ایران می تواند ضمن افزایش کربن آلی خاک، به طور مستقیم و غیرمستقیم حاصلخیزی این خاک ها را بهبود بخشد. با این حال، بیوچار بعد از افزوده شدن به خاک، با اجزای خاک وارد برهم کنش شده و ویژگی های آن در طی زمان دچار تغییر و تحول می شود و به علت نوظهور بودن فناوری بیوچار و گستردگی زمینه های کاربرد آن، هنوز اطلاعات ما در زمینه برهم کنش های آن با اجزای مختلف خاک و تغییر و تحولات بلندمدت آن در خاک و محیط زیست به روشنی مشخص نشده و تحقیقات زیادی در این زمینه مورد نیاز است.

    کلیدواژگان: ویژگی های خاک، ترسیب کربن، کربن آلی
|
  • Sohrab Alizadeh, Alireza Zamani Nouri *, Babak Aminnejad Pages 1-15
    Background and Aim

    One of the biggest challenges of the rainfall-runoff model is to accurately determine the rate of water infiltration into the soil as one of the parameters that determine the size and shape of the hydrographs of historical floods. The studies conducted in different climates that show different morphometry of the earth indicate the weakness of widely used methods such as SCS-CN in determining the rate of water infiltration into the soil. For the SCS-CN method, as the soil storage index approaches infinity, the soil moisture ratio approaches 1, and this is due to the limitation of the SCS-CN method. In this research, focusing on this weakness in the basic relationships of loss calculations, and an integrated approach in determining the infiltration of water into the soil, the magnitude of the historical floods in the watershed was analyzed. The importance of this analysis can be in verifying the magnitude of floods, which is the criterion for determining structures or crisis control programs.

    Method

    Considering that in order to solve the problem of infiltration calculations at the basin scale, and based on the new equations to determine flow losses, a homogeneous but raster criterion is needed, in this research, based on the sensitivity of the produced flow to the amount of losses in the probabilistic investigation of the index humidity and flow ratio, a depth-infiltration model was prepared from the two-dimensional comprehensive model in the range. In this study, based on the new relationships of losses determination, numerical calculations were done in the software and script environment sequentially and based on the outputs of the hydrological model. First, the HEC-HMS rainfall-runoff model structure was generated with Arc Hydro and HEC_GeoHMS extensions in Shadegan catchment. Then, infiltration parameters were determined by SMA method in the analysis of remote sensing images from the basin. In the next stage, the development of the primary continuous model, calibration and validation was done focusing on soil moisture information. After determining the soil moisture relationship based on the results of the soil wetting model, the artificial unit occurrence hydrograph was determined by determining the flood volume based on the SCS-CN and VIC combined method. 

    Results

    The general results of the implementation of the hydraulic model of the flood plain showed that the maximum inflow was equal to 3023 cubic meters per second at the 90th hour of the event, and the maximum outflow flood was at the 93rd hour with a figure of 2137 cubic meters per second. The discharge value is assumed to be 0 at the beginning of the calculations. The flow volume at the end of the calculations was equal to 141.03 million cubic meters, which is the remaining volume of 918.36 million cubic meters in the whole event. The difference between the inlet and outlet discharge was calculated as a deficiency of about 6.14%. Also, the layer of flow depth changes shows that the water level in the plain is trying to be at a possible and reasonable level by filling the lower points. So that a large part of the volume of water from the southern strip of the borders of Trava for the active area of modeling will eventually flow into the sea. However, the direction of water movement has even been estimated to be perpendicular to the direct path towards the sea in some cases. These results indicate a maximum depth of 16.4 units in some areas, with a minimum depth of 5.3 units. The important point is that in the plains, according to the cell size, definitely in some cases much lower depths can be calculated. The average depth in active cells is 11.9 meter calculated locally. These figures can change according to different rainfall events.

    Conclusions

    The results showed that it is possible to verify the infiltration based on the new base distribution equations with a probabilistic condition in the estimation of the basin shape parameter. The amount of hydrograph calibration in response to water infiltration in soil is dependent on the correct estimation of initial soil moisture. Flow losses in large-scale watersheds are obtained more suitably based on SCS-based distribution equations. Numerical and hydrological models such as HEC-HMS or modelers such as HEC_GeoHMS are completely dependent on the DEM raw layer introduced for the purpose of upstream demarcation. Changes in land cover in flat areas can actually produce a closed border of the watershed compared to the reality of the land in different simulation models. According to the basic assumptions such as calibration coefficients, the single hydrograph method can be a good substitute for areas without rainfall-runoff statistics. The TUFLOW software model gave the best response to one-dimensional to two-dimensional flow for Shadgan plain according to the type of boundary conditions.

    Keywords: SCS probability distribution equations, HEC-HMS model, flood occurrence model, Infiltration verification
  • Siamak Amiri, Ahmad Rajabi *, Saeid Shabanlou, Fariborz Yosefvand, Mohammadali Izadbakhsh Pages 17-28
    Background and Aim

    Nowadays, by increasing the water demand in different sectors, the withdrawal amount from groundwater resources is increasing leading to more drawdown of Markazi province aquifers. One of the most suitable methods for the optimal management of groundwater resources is the analysis of the behavior of aquifers in various conditions using mathematical models. The objective of this paper is to investigate the effects of withdrawal for agricultural and industrial consumptions on the groundwater level of the Shazand plain located in Markazi Province and the impact of a 20% increase in irrigation efficiency of farms in the case of the development of under pressure and low-consumption systems using the GMS numerical model.

    Method

    First, the conceptual and numerical model of the Shazand aquifer was executed in the GMS software and calibrated in the steady state. Then, the model was recalibrated in a transient state for the statistical period from October 2015 to September 2019. To examine the reactions of the model to the changes of important and effective parameters, the sensitivity analysis of the model was performed and the model was verified for the statistical period of October 2019 to September 2021. Then, the changes in the groundwater level in the aquifer under two reference management scenarios and increasing irrigation efficiency were investigated and compared. In the reference scenario assuming the continuation of the current conditions and in the efficiency increase scenario assuming a 20% increase in irrigation efficiency, the simulation of changes in the groundwater level in the entire Shazand plain for the upcoming 20 years from October 2021 to September 2041 was carried out.

    Results

    Based on the obtained results, the RMSE error value related to the steady state recalibration is about 0.7 meters and the average RMSE error value in the transient state in all months of simulation in two recalibration and validation periods is less than 0.6 meters, which shows the high accuracy of the model in simulating the groundwater level in the whole plain. The sensitivity analysis showed that the changes in specific yield and hydraulic conductivity parameters have the greatest effect on the fluctuations of groundwater in the whole plain. The results showed that in the reference scenario, the drop in the groundwater level at the end of the 20-year operation period is 3.95 meters. In the scenario of a 20% increase in efficiency, with the reduction of extraction from wells due to the increase in irrigation efficiency, the amount of drop will reach 2.76 meters, in which case the amount of drop will be mitigated by 1.2 meters.

    Conclusion

    According to the results, the highest drop in the groundwater level in both reference and increase in efficiency scenarios in the central areas of the plain is 9.2 and 6.9 meters, respectively, and the lowest drop in the western areas of the plain is 1 and 0.5 meters, respectively. Considering that the agricultural sector has the greatest impact on the level drop in the aquifer in the central areas of the plain, it is better to focus management plans to control withdrawal from the aquifer, such as increasing efficiency or modifying the cultivation pattern, on this sector. In case of the implementation of systems under pressure and increasing efficiency in the plain, the amount of drawdown in the region will be mitigated to some extent, but the problem will not be solved and it is necessary to implement supplementary programs to cultivate high consumption plants instead of high consumption crops and in the industry sector instead of extracting groundwater, treated municipal wastewater should be used.

    Keywords: Groundwater level, Hydraulic Conductivity, irrigation efficiency, GMS Numerical model
  • Farid Bahmani, MohammadHadi Fattahi *, Touraj Sabzevari, Ali Talebi, Ali Torabi haghighi Pages 29-42
    Background and Aim

    The slopes of watersheds in nature have three converging, divergent and parallel shapes in terms of plan shape and three convex, concave and flat shapes in terms of floor curvature. In general, there are 9 shapes and geometries for hillslopes, which are called complex hillslopes. Past researches have shown that the topography and geometry of the complex hillslopes have an effect on many hydrological characteristics of the domains, such as the degree of saturation. The degree of saturation of the domain points depends on the concentration of subsurface flow at each point, which is influenced by the shape of the design and topography of the domain.The purpose of this research is the effect of topography on the surface sliding of the complex hillslopes of the watersheds using SINMAP and TOPMODEL models.

    Method

    In this research, the TOPMODEL model was used to check the degree of saturation of the complex hillslopes, and the equations of this model were modified so that it could consider the topography of the domains, and the results of the saturation in the TOPMODEL model were transferred to a sliding model called SINMAP. And the effect of domain topography on the stability of complex domains was investigated and compared with MATLAB coding and drawing shapes. It should be noted that the aforementioned models are used based on hydrological and topographical data. The methods used in this research are generally applicable to all geographical and climatic regions. 

    Results

    Considering that in this research, the saturation index was calculated from TOPMODEL, which indicates the degree of concentration of subsurface flow at any point of the domain and determines the saturation of different points of the domain and has a significant effect on the stability of compex hillslopes and based on the average the stability coefficient of the slopes, on average, convex slopes have more stability than flat and concave slopes, and divergent slopes have more stability than convergent slopes, and the higher the saturation layer thickness and soil hydraulic transfer coefficient, the more stable the slope is. and as the amount of effective rainfall increases and as a result the soil moisture increases, the stability of the slopes decreases.

    Conclusion

    Based on the results obtained in this research, in the downstream parts, the concave slopes are more stable than the upstream part of the slope, while it is the opposite in the convex slopes. Compared to the saturation index, the local slope of the domain points is a much more important factor in determining the stability of the domains. Based on the average saturation index, convex domains are more stable than concave and divergent domains are more stable than convergent domains. It should be noted that in flat slopes with different plan shapes, the slope value is constant, but the degree of saturation of flat-convergent slopes is more than that of smooth-divergent slopes, and it has made some points of the flat-convergent slope more unstable, and the stability value is from top to side. The bottom becomes less and the end parts of the smooth-convergent domain are in an unstable state, but the entire smooth-parallel and smooth-divergent domains are in a stable state.

    Keywords: SINMAP, Topography, TOPMODE, Landslide, complex hillslopes
  • Fatemeh Borzoo, Hadi Ramezani Etedali *, Abbas Kaviani Pages 43-58
    Background and Aim

    It is necessary to predict the effects of climate change on agricultural production in the coming periods in order to ensure the food security of the strategic plant wheat, which plays an essential role in international treaties. Models that generate artificial climate data, such as valid GCM models, are used to investigate the effects of climate change on various systems and are able to model climate parameters for a long period of time using scenarios approved by the Intergovernmental Panel on Climate Change. In the current research, two information sources, LARS-WG and DKRZ, were used to generate climate change data of the Qazvin plain in the period of 2021-2100, then the actual evapotranspiration values of Parsi spring wheat were calculated by the Aquacrop model in different planting dates and the amount of their changes Compared to the base course.

    Method

    In this research, from the data obtained from the DKRZ web database and the LARS-WG model, to calculate the three variables of minimum temperature, maximum temperature and precipitation, related to Qazvin observation station and five atmospheric general circulation models of the fifth IPCC report (EC-EARTH , GFDL-CM3, HadGEM2-ES, MIROC5, MPI-ESM-MR) were used under two emission scenarios of 4.5 and 8.5 in future rounds (2021-2040, 2041-2060, 2061-2080, 2081-2100). Using the obtained data and applying the Aquacrop model, the amount of actual evaporation-transpiration of spring wheat on 5 different planting dates (15 Bahman, 1 Esfand, 15 Esfand, 1 April and 15 April) was calculated and the amount of their changes compared to the period the base was checked.

    Results

    Observations show that with cultivation on 15th of Bahman and 1st of March under the climatic conditions obtained from the LARS-WG model in scenario 4/5; In the future period (2040-2021), transpiration will increase compared to its value in the base period, but in the periods (2041-2060, 2061-2080 and 2081-2100) and in the scenario 4.5 and 5.8 from the LARS model - WG average real evapotranspiration will decrease compared to its value in the base period. DKRZ database under scenarios 4.5 and 8.5 predicts a decrease in the average actual evapotranspiration compared to its value in the base period for these two dates in each of the next 4 periods. by planting on March 15, April 1 and April 15, according to the results of the climate conditions of the LARS-WG model and the DKRZ database under scenarios 4/5 and 8/5, in each of the next 4 periods; The average actual evapotranspiration will decrease compared to its value in the base period.

    Conclusion

    The results show that the average real evapotranspiration will increase compared to its value in the base period, on the two dates of February 15 and March 1 in the period of 2040-2021 in the climate conditions obtained from the LARS-WG model under scenario 4.5.If cultivation is carried out in the rest of the dates, according to the results of the climatic conditions of the LARS-WG model and the DKRZ database under scenarios 4.5 and 5.8, in each of the next 4 periods, the average real evapotranspiration will decrease compared to its value in the base period Will have. The highest evaporation-transpiration in the future periods will occur with cultivation on April 15, under the climate conditions obtained from the LARS-WG model under scenario 4/5 and in the period of 2040-2021. Its value is equal to 289.9 mm (with a standard deviation of 18.33 mm). The lowest evaporation-transpiration in the future periods with cultivation on 15th of Bahman, under the climatic conditions obtained from the DKRZ database under scenario 8.5 and in the period 2081-2100, which is equal to 166.6 mm (with a standard deviation of 82.5 mm).:

    Keywords: LARS-WG, Database DKRZ, AquaCrop
  • nasrin jalilian, karim Naderi Mahdei *, Yaser Mohammadi, Mohsen Nael Pages 59-72
    Background and Objectives

    The recently introduced concept of soil security stems from deep scientific concern about global soil degradation and its impact on sustainable development. Although land degradation is a physical process, its main drivers are rooted in the socio-economic and political environment. Soil security by integrating five dimensions, including soil condition and capabilities, soil biophysical aspects, as well as capital, covers the relationship and legislation of socio-economic and political factors affecting soil. Therefore, the aim of this study is to identify and validate soil security indicators with fuzzy Delphi technique.

    Methods

    The current research is applied in terms of its purpose and it is qualitative research in terms of the type of research. Also, the current research is a descriptive (non-laboratory) type of researches that was conducted with a survey method. The information needed for this research was mainly obtained through survey and library methods, and in this regard, secondary data such as scientific and gray documents and several reports of government documents that describe the studied area were used. The information required for this research has been collected according to the objectives determined by the questionnaire. In total, 30 experts in relevant departments and institutions were used to complete the study.

    Results

    The results of the study showed that from soil capability aspect soil erosion rate index and in terms of soil organic carbon index have the most validity in measuring soil security. In relation to soil security, the index of cultural values has a high priority to measure soil security. Also, in this dimension, indicators of active soil science graduates, soil management skills and access to statistics and information were removed. In terms of soil capital, the index of total production is a highly reliable index for measuring soil security. In this dimension, three indicators of wet or dry agricultural land, trading value of land and benefit from irrigation water were removed. In the dimension of soil security legislation, the index of soil protection projects is mentioned as the most valid indicator for measuring soil security.

    Conclusion

    This study is the first attempt to collect indicators of five dimensions of soil security to evaluate soil security in Iran. Identification of soil security assessment indicators has led to obtaining a list of important indicators approved by the country's soil experts, which can be made available to other researchers in the future to assess the soil security situation in different parts of the country. According to the study process, a total of 38 indicators were identified and validated for each dimension of soil security. Finally, eight indicators were removed from this total in the study process.

    Keywords: soil security, Soil management, Land evaluation, Fuzzy Delphi
  • Seyed Saeed Hosseini, Ali Bagheri *, Reza Asadi, Davod Akbari nodehi Pages 73-83
    Background and Aim

    Rice is one of the most important agricultural products in the world. Rice cultivation in Iran has great economic and social importance. Mazandaran province is one of the most important rice production centers in Iran, accounting for 44% of the Iran's rice production. Due to the high consumption of water in the agricultural sector, the optimal use of water resources in agriculture is necessary.The water required by rice is directly related to evapotranspiration. The most reliable method of calculating evapotranspiration is using a lysimeter. The purpose of this experiment is to calculate the evapotranspiration of different varieties of rice using mini-lysimeters and to introduce the best variety for cultivation.

    Method

    The experiment was conducted as randomized complete block design with three replications and eleven treatments, at Rice Research Institute of Iran (Amol) during the 2020. The treatments included different rice varieties in 11 levels T1: AR2, T2: AR6, T3: AHS, T4: DAH, T5: 1117, T6: 952, T7: 956, T8: E104, T9: S715, T10: Tarom, and T11: Shiroodi. Mini lysimeters with open bottom and closed bottom had a diameter of 60 cm and a height of 50 cm. Field soil was sampled from 0 to 30 cm depth and studied in the laboratory. The date of transplanting was similar in all rice cultivars The planting density of seedlings was 20×20 cm and 7 seedlings were placed in lysimeter. The lysimeters were placed 6 cm above the ground in the soil. The seeds were planted in a treasury and the seedlings were placed in the lysimeter after 30-35 days (after 3-4 leaves and height 25-20 cm). Water management in lysimeters was in the form of flooding (5 cm). Finally, variance analysis of the obtained data was done using SAS software and the mean of the treatments were compared through the least significant difference (LSD) test at 5% probability level.

    Results

    The results showed that different varieties and lines of rice was effective on infiltration, evapotranspiration, yield, water consumption and were statistically significant at 1% level of probablity. The highest and lowest evapotranspiration with averages of 4938.7 and 3747 m3/ha belonged to T9 and T5 treatments, respectively. The highest and lowest yields with averages of 7773.7 and 2938.1 kg/ha belonged to T8 and T6 treatments, respectively. The highest and lowest values of deep percolation were observed with averages of 303.3 and 185.3 mm in T9 and T5 treatments, respectively. The highest and lowest amount of applied water with averages of 9972 and 7600.3 m3/ha belonged to T9 and T5 treatments, respectively. The highest and lowest water productivity with averages of 0.98 and 0.3 kg/m3 were related to T8 and T9 treatments, respectively. The results showed that the length of the plant growth period was different in the tested cultivars and lines and it was effective on the amount of water consumption..

    Conclusion

    Finally, in the normal conditions of the region, line E104 is introduced as the best treatment due to the production of maximum grain yield, while in water shortage conditions, the line 1117 is recommended for planting due to less water consumption.

    Keywords: Applied water, water productivity, Evapotranspiration, Paddy field, Percolation
  • Mahmoodreza Nooralinejad Islamloo, Mojtaba Shourian*, S. Sadjad Mehdizadeh Pages 85-98
    Background and Aim

    The source of many qualitative and quantitative problems of water resources is the activities that are done in a watershed. Therefore, reviewing the planning strategies of watershed can lead to the reduction of these challenges therefore it is necessary to assess the effects of operating of these strategies before implementing them.

    Method

    This research is carried out in the Hashtgerd basin is located in the central part of Alborz province. After making the semi distributed hydrological model (SWAT), this model has been developed to convert quantity and quality of surface water resources. For this purpose, the statistics of hydrometric stations Fashand, Dehsomeh and Najmabad and qualitative data of nitrate of the index station were calibrated and validated as control points. After model sensitivity analysis, its calibration process was conducted using SWAT-CUP software with SUFI2 algorithm and 500 iteration and the best values of selected parameters were obtained. Then, impact of implementing management scenarios are required such as modifying cropping pattern and improving irrigation methods to enhance the agricultural efficiency for improving agricultural state and reducing the contaminations. At last assessing the vulnerability of the Hastgerd aquifer using seven DRASTIC parameters by overlaying layers, ranking and weighing was assessed.

    Results

    The results of the monthly surface runoff simulation were tested by Nash-Sutcliffe indicators and coefficient of determination. The results above 0.7 which showed that the simulation was done with good precision showed that simulation was done with proper precision(results over 0.7). The results of the Nitrate calibration and validation show that the NS was 0.83 and 0.7 and the R2 was estimated .87 and 0.89. These values indicate the proper performance of the model and approve high correlation between the observed and simulated data. After determining the vulnerability map of the Hashtgerd aquifer along the density of wells correcting the weights of the model layers, the central part of the plain is the most vulnerable.

    Conclusion

    Two management scenarios were modeled including the change in the cropping pattern and improvement of the irrigation efficiency to assess the quality and quantity variation in surface resource. It was indicated, by modifying the cropping pattern and reducing water exploitation, the amount of surface runoff was increased. However, the density of Nitrate was reduced by 5 to 20 percent in different months. With implementation of scenarios, the water consumption in the agriculture sector will be reduced from the 85.3 MCM to 59.8 MCM. The final vulnerability index of the aquifer varied between 44 to 90 by using DRASTIC method.

    Keywords: SWAT, DRASTIC, vulnerability, surface water, Hashtgerd aquifer
  • Arash Tafteh*, Saloomeh Sepehri, Aslan Egdernezhad, Ali Abdzad Gohari, Parisa Shahinrokhsar Pages 99-110
    Background and Aim

    Because safflower contains more than 90% of unsaturated fatty acids, it can play an important role in expanding the area under cultivation of oilseeds and providing oilseeds in the country. Considering the lack of water and the need to investigate the behavior of the safflower plant in low irrigation conditions, it is necessary to have a proper estimate of its performance under water stress conditions. This oilseed plant needs areas with little winter and spring rainfall during the flowering period and is drought tolerant and has long roots with a high ability to absorb water from deeper soil profiles.

    Method

    In order to estimate the yield production function and yield components of safflower plant variety Sina under water stress conditions, an experiment was carried out in a research farm located in Kermanshah province. This research was conducted using the data collected in two crop years in a research farm in Kermanshah. The yield response factor was implemented at three levels of 70, 60 and 30% of water requirement based on soil moisture balance in three iterations. Based on the data of the first year, the two production functions of Raes and Tafteh, yield response factors of the plant were determined and evaluated using the data of the second year. To calculate the growth degree day (GDD), two methods of direct calculation and modified average were used. The maximum possible temperature for growth is about 30 degrees and the minimum temperature for growth is 0 degrees as the recommended and acceptable low limit (no trend). In this research, the maximum value of 30 degrees and the base temperature value of 4 degrees were taken from the water requirment system database(niwr.ir). Then different periods of phenology were calibrated with this index. Also, the relationship between GDD index and transpiration evaporation coefficients and yield response factors and irrigation requirement were investigated.

    Results

    The findings showed that the yield response factors of safflower plant to water stress varies between 0.5 and 1.2 in different growth periods and the highest sensitivity is in the flowering period and the middle period of this plant. Also, the results of the investigation of the two production functions showed that the values of the statistical indicators for both functions are the normal error value of 5% and the efficiency value of both functions is about 97%. The results show that the lowest average evapotranspiration in different treatments was related to the 30% water requirement treatment with 189.8 mm and the highest was related to the 100% water requirement treatment with 632.7 mm.

    Conclusion

    Based on the obtained results, the Sina safflower plant is most sensitive to dehydration in the middle and flowering stages, and the yield response factors reaches its maximum in this stage (about 1.2) and water stress is not recommended at this stage. On the other hand, Rees and Tafteh function with the presented yield response factors can estimate the results with acceptable accuracy in water stress investigation based on the presented coefficients. On the other hand, in the absence of plant data and complete meteorological data, only by using the GDD index can evaluate the values of plant coefficient and plant sensitivity to water stress and plant irrigation requirement  with appropriate accuracy.

    Keywords: Sina cultivar, Yield response factors Ky, Water requirement, moisture balance
  • Seyed Saman Mirfallah Nasiri, Ebrahim Amiri *, Jalal Behzadi Pages 111-120
    Background and aim

    pollution of water resources and the increase of pollution in natural water resources such as lakes and wetlands, considering their fragile nature, as one of the crises facing the country, in addition to the inflow factors, depends on the quantitative situation in aquatic ecosystem itself. On the other hand, the important problem of Anzali wetland as the area studied in this research is the increasing pollution of its water in the fragile conditions of climate change. Therefore, considering the main problem raised for Anzali wetland, the aim of the research was to investigate the water quality index in the inlet streams of Anzali wetland. .

    Research method

    in this research, in order to collect the required information in the period of 2019-2019 in the study area of Anzali wetland, the monthly rainfall statistics of different meteorological stations from the General Directorate of Meteorology and Statistics and geological maps and the characteristics and values of the hydraulic coefficients, wetland extension limits, possible observation station data, seasonal and permanent rivers' measured rivers’ flow data, tolls and rivers' location limits were obtained from the regional water joint stock company. In this study, using the water quality analysis code (UWQV), the amount of water quality changes in the seasonal periods of Anzali lagoon was analyzed in Sentinel-2 and Sentinel-3 images.

    Findings

    The average spatial distribution of the green spectrum (chlorophyll index) in different seasons showed that its numbers indicate the status of the quality index and chlorophyll, so that it is equal to 0.15 in autumn, 0.13 in winter, 0.06 in spring, and the summer season was equal to 0.13. The statistical results of the discharge of the rivers leading to the Anzali wetland, in all the coordinates of the lagoon lake, a similar seasonal trend was observed between the discharges due to the similarity of the feeding catchment basin, and this is while each of the average figures is 27 respectively. 0.0, 0.23, 0.08, 0.08 and 0.23 have shown the standard deviation of coordinate distribution.

    Conclusion

    Analyzing the water quality of Anzali wetland based on the changes in the chlorophyll index, and the changes in the amount of chlorophyll from one season to another showed a strong fluctuation, which confirmed the results of this research compared to other researchers. Also, the state of water health sediments shows a strong fluctuation in autumn, winter, summer, and spring seasons to a large extent.

    Keywords: Statistical study, Water quality, spatial variations, chlorophyll index, Anzali Wetland
  • Yaser Azimzadeh*, Arash Mohammadzadeh Pages 121-136
    Background and Aim

    Biochar is a carbon-rich charcoal material resistant to decomposition, which is produced by heating biomasses in an oxygen-free environment or with limited oxygen. It is used with the aim of increasing organic carbon and improving the physical, chemical and biological characteristics of the soil. Thus its use in the low-fertile soils of hot and dry regions of Iran, which are often deficient in organic carbon, is important. Addition to its high stability in the soil, biochar can sequester atmospheric carbon dioxide in the soil for several hundred to several thousand years. In addition, it can improve soil fertility for a long time by affecting its physical, chemical, and biological properties. The stability of biochar is affected by several factors, such as the characteristics of biochar and soil, the interaction of biochar with soil components and environmental factors, which are examined in this article. Therefore, it is important to use biochar in the soils of arid and semi-arid regions of Iran, which are often deficient in organic carbon.

    Method

    In this review article, while investigating the evidences of the high stability of biochar in the soils, the   most effective factors the fate of biochar in the soil, including the mechanisms of biochar removal from the soil, biochar stabilization in the soil, and interactions of biochar with soil components, and the gaps and required research areas are presented.

    Results

    Biochar is higher resistant to degradation than the original carbon compounds in biomass. However, by interacting with soil components, biochar undergoes changes over time and is removed from the soil. The intensity of these changes and biochar residence time in the soil depends a lot on the type of biochar; So, biochars produced from grassy biomass and biochars produced at low temperatures are less stable. In addition, biochar interacts with all soil components, including organic matter, mineral particles, nutrients, living organisms, and soil water and atmosphere, and the result of these interactions determines the stability of biochar in soil. External factors such as the presence of plant and induced root changes, wind and water erosions, leaching, and fire also affect the fate of biochar in the soil. Among these, considering the interactions between microorganisms and biochar in soil, it seems that soil microorganisms play the most important role in the decomposition and destruction of biochar in soil. However, mechanisms such as the entrapment of biochar particles inside aggregates, binding of biochar with organic and inorganic components of soil, and inactivation of soil enzymes by biochar can increase the stability and durability of biochar in soil.

    Conclusion

    Considering the very high stability of biochar in soil and the necessity of increasing soil organic carbon as the main factor of soil fertility factor, the use of biochar in Iranian soils it can directly and indirectly improve the fertility of these soils while increasing soil organic carbon. However, after biochar is added to the soil, it interacts with the soil components and its characteristics change and evolve over time (aging). However, due to the novelty of biochar technology and the wide range of its application fields, our information on its interactions with various soil components, its long-term changes and developments in the soil and environment, and its long-term effects on the soil and the environment are not yet clearly defined and much research is needed in this field.

    Keywords: Carbon sequestration, organic carbon, Soil Properties