فهرست مطالب

علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی) - سال بیست و هشتم شماره 3 (پیاپی 109، پاییز 1403)

نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)
سال بیست و هشتم شماره 3 (پیاپی 109، پاییز 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/07/10
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمدامین عبداللهی، جهانگیر عابدی کوپایی*، محمدمهدی متین زاده صفحات 1-15

    امروزه در پی تغییر اقلیم و گرم شدن کره زمین و باتوجه به تغییراتی که در نوع بارش ها اتفاق افتاده و عموما از برف به باران تبدیل شده، مشکلات مربوط به سیل و آبگرفتی به ویژه در مناطق شهری افزایش یافته و به دنبال آن توجه به مدل های شبیه سازی بارش - رواناب به منظور مدیریت، کاهش و حل این مشکلات نیز افزایش یافته است. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار SewerGEMS، سناریو های مختلف با هدف عملکرد این مدل باتوجه به مساحت و تعداد زیر حوضه ها (2 و 8)، دوره های بازگشت مختلف (2 و 5ساله) و همچنین مقایسه چهار روش محاسبه زمان تمرکز (SCSlag، Kirpich، Bransby Williams، Carter) برای شبیه سازی هیدروگراف سیلاب در شهر شهرکرد بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که با تغییر دوره بازگشت از 2 به 5 سال، دبی اوج تقریبا در همه سناریو ها افزایش یافته است. همچنین باتوجه به میزان خطای پیوستگی محاسبه شده، روش Kirpich در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر حوضه های بیشتر با مساحت های کوچکتر، ارجحیت دارد. برای سناریوی 2 زیر حوضه، 4 درصد برای دوره بازگشت 2 ساله و 19 درصد برای دوره بازگشت 5 ساله، میزان خطای پیوستگی محاسبه شده است. روش SCSlag در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر حوضه های کمتر با مساحت های بزرگتر، ارجحیت دارد. در سناریوی 8 زیر حوضه، 16درصد برای دوره بازگشت 2 ساله و 11 درصد برای دوره بازگشت 5ساله، محاسبه شده است.

    کلیدواژگان: مدل های شبیه سازی بارش - رواناب، دوره های بازگشت، سیلاب شهری، زمان تمرکز، Sewergems
  • علیرضا واعظی، خدیجه سهندی، فرشته حق شناس* صفحات 17-29

    فرسایش آبی می تواند به شدت تحت تاثیر تغییر کاربری زمین و تخریب فیزیکی خاک در اثر عملیات کشاورزی قرار گیرد. این پژوهش به منظور بررسی اثرات تغییر کاربری مراتع ضعیف بر تخریب پذیری فیزیکی خاک و فرسایش خاک در عرصه های مرتعی منطقه نیمه خشک انجام شد. آزمایش در 42 نمونه خاک مربوط به هفت عرصه با کاربری مرتع ضعیف و زراعت دیم که از خاک متفاوت (لوم رسی، لوم رس سیلتی، لوم رس شنی، لوم سیلتی، لوم، لوم شنی و شن لومی) برخوردار بودند، انجام شد. ویژگی های فیزیکی خاک در نمونه های هر دو نوع کاربری زمین اندازه گیری شد و تغییرات آن به عنوان تخریب فیزیکی خاک بیان شد. حساسیت به فرسایش در خاک ها تحت باران شبیه سازی شده با شدت 50 میلی متری بر ساعت به مدت 60 دقیقه اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که تغییر کاربری زمین های مرتعی به زراعت دیم به شدت منجر به تخریب فیزیکی خاک ها می شود؛ به طوری که چگالی ظاهری، تخلخل کل، تخلخل درشت، رطوبت ظرفیت مزرعه، درصد رطوبت اشباع، اندازه خاکدانه، پایداری خاکدانه به ترتیب 28، 22، 41، 11، 5، 62 و 63 درصد در اثر تغییر کاربری زمین تخریب شدند. ویژگی های ساختمانی خاک (اندازه خاکدانه و پایداری خاکدانه) بیشترین تخریب پذیری فیزیکی را داشتند. تغییر کاربری زمین حساسیت خاک ها را به فرسایش افزایش داد. میان حساسیت به فرسایش در اثر تغییر کاربری و تخریب پذیری فیزیکی خاک رابطه معنی دار وجود داشت. نتایج نشان داد که خاک هایی که از خاکدانه های درشت و پایدارتری برخوردارند، بیشترین تخریب پذیری فیزیکی را در اثر تغییر کاربری زمین دارند و بیشترین حساسیت را به فرسایش نشان می دهند.

    کلیدواژگان: زراعت دیم، ساختمان خاک، شبیه ساز باران، فرسایش آبی، ویژگی های فیزیکی
  • محمدجواد آقاسی*، سید علیرضا موسوی، مصطفی ترکش، سعید سلطانی صفحات 31-51

    گون پوشش گیاهی بسیاری از کوهستان های فلات ایران است و باتوجه به شکل بالشتی و سیستم ریشه دوانی عمیق، کنترل و نفوذ بارش های جوی را به درون خاک تسهیل و نقش عمده ای در ارائه خدمات اکوسیستمی ایفا می کند. از طرفی همبستگی اکوسیستم های گون زار (Astragalus habitats) با اقلیم های خشک و نیمه خشک، آن ها را در برابر تغییرات اقلیمی آسیب پذیر نموده است. در این مطالعه نقشه تولید رواناب بر پایه منحنی بادیکو تحت شرایط حال حاضر و آتی تغییر اقلیم (2050) با استفاده ازداده های اقلیمی و دمایی سایتChelsa (مدل گردش عمومی CanESM2) در نرم افزار TerrSet و با استفاده از نقشه های: زیرحوزه ها، بارش سالانه، تبخیر و تعرق پتانسیل سالانه، عمق خاک، آب قابل دسترس گیاه و نقشه "پوشش زمین _کاربری زمین" حال حاضر و آینده با ترکیبی از روش های میدانی و مدل های پراکنش گونه ای در مقیاس محلی حوزه آبخیز رودخانه شور دهاقان (زاگرس مرکزی) تهیه و درنهایت خسارت رواناب مازاد تولید شده در اثر تغییر اقلیم به روش هزینه جایگزین (Replacement cost method) برآورد شد. نتایج حاکی از افزایش حجم رواناب سالانه حوزه از70 میلیون مترمکعب در حال حاضر به 105 میلیون مترمکعب در شرایط تغییر اقلیم تحت سناریوی rcp26 سال 2050 بود. با احتساب هزینه 10 میلیون ریال به ازای کنترل 530 مترمکعب رواناب از طریق پروژه های متنوع آبخیزداری، جلوگیری از خسارات رواناب مازاد تولید شده، نیازمند اعتباری بالغ بر 660 میلیارد ریال بر اساس ارزش حال است. این مطالعه قابلیت نرم افزار TerrSet برای پیش بینی و تولید نقشه خدمت اکوسیستم تولید رواناب تحت تغییرات اقلیمی یا تغییرات کاربری اراضی و با هدف ارزش گذاری را در مقیاس محلی به اثبات رساند. همچنین ارزش گذاری فوق می تواند مبنای برنامه ریزی و تامین اعتبار برای مطالعه و اجرای طرح های آبخیزداری با هدف مقابله با تهدیدات تغییر اقلیم باشد.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، خدمات اکوسیستم، کنترل رواناب، گون زار، زاگرس مرکزی، برآورد اقتصادی
  • محمدجواد زارعیان*، رضا سراج ابراهیمی، حسین دهبان صفحات 53-71

    در این مطالعه، اثر تغییر اقلیم بر دمای بیشینه و بیشینه بارش روزانه در 16 ایستگاه هواشناسی واقع در حوضه آبریز سفیدرود، در دوره زمانی سال های 2023 تا 2052 بررسی شده است. بدین منظور 10 مدل AOGCM مربوط به ششمین گزارش ارزیابی IPCC (CMIP6) بر اساس توانایی آن ها در شبیه سازی دما و بارش دوره تاریخی (سال های 1980 تا 2014) رتبه بندی شدند. سپس خروجی دمای بیشینه و بارش روزانه مربوط به بهترین مدل در هر ایستگاه، با استفاده از مدل ریزمقیاس نمایی LARS-WG تحت سه سناریوی انتشار SSP126، SSP245 و SSP585 در دوره زمانی سال های 2023 تا 2052 استخراج شدند. همچنین از آزمون من - کندال (در سطح آماری 95 درصد) برای بررسی روند تغییر در متوسط سالانه دما و بارش بیشینه استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل های مختلف AOGCM در نواحی مختلف حوضه، دارای دقت های متفاوتی در شبیه سازی دمای بیشینه و بارش هستند و دقت های آن ها در شبیه سازی دما بهتر از شبیه سازی بارش بودند. به طور کلی، مدل IPSL-CM6A-LR بهترین عملکرد را در شبیه سازی دمای بیشینه و مدل HadGEM3-GC31-LL بهترین عملکرد را در شبیه سازی بارش نشان دادند. همچنین نتایج نشان دادند که متوسط سالانه دمای بیشینه در سناریوهای انتشار مختلف بین 0/9 تا 2/8 درجه سانتی گراد افزایش خواهد یافت. متوسط بیشینه بارش سالانه نیز در سناریوهای انتشار مختلف، بین 6/8- تا 17/7 میلی متر تغییر خواهد کرد.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، حوضه سفیدرود، مقادیر حدی، مدل AOGCM
  • علی خوش فطرت، یاسر نعمه عبدالحسن* صفحات 73-83

    سرریزهای کلیدپیانویی جزء جدیدترین سرریزهای غیرخطی هستند که ضریب آبگذری بیشتری نسبت به سرریزهای مشابه دارند. این سازه های هیدرولیکی دارای فونداسیون سبک و ساده ای هستند که روی سدها و کانال های زهکشی طراحی و نصب می شوند. به دلیل راندمان زیاد این سرریزها، بررسی آبشستگی پایین دست آنها و راهکار برای کاهش مقدار آن در سال های اخیر، موردتوجه مهندسان قرار گرفته است. در این پژوهش سعی شده از یک سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای نوع C، سه دبی و سه عمق پایاب استفاده     شود. همچنین از دو مانع با ارتفاع های 0/02 و 0/04 متر در انتهای کلیدهای خروجی سرریز استفاده شد. نتایج نشان داد که وجود مانع، باعث کاهش آبشستگی در پنجه سرریز می شود. مقدار کاهش آبشستگی در پنجه سرریز و با ارتفاع مانع بزرگ تر، بیشتر از سرریز با ارتفاع مانع کوچک تر و در هر دو بیشتر از سرریز بدون مانع است. وجود مانع باعث کاهش بیشینه عمق آبشستگی و دورتر شدن فاصله بیشینه عمق آبشستگی از پنجه سرریز می شود. در سرریز با ارتفاع مانع 0/02 و 0/04 متر نسبت به سرریز بدون مانع، مقدار بیشینه عمق آبشستگی حدود 16/4 و 26/9 درصد کمتر و فاصله بیشینه عمق آبشستگی در آن ها نسبت به سرریز بدون مانع، حدود 8/7 و 19/1 درصد بیشتر است. شاخص آبشستگی در سرریزهای دارای مانع کمتر از سرریزهای بدون مانع است که می تواند خطر واژگونی سرریز را کاهش دهد. کمترین مقدار شاخص آبشستگی در سرریز با ارتفاع مانع 0/04 متر دیده شد که تقریبا 41/2 درصد کمتر از سرریز بدون مانع است.

    کلیدواژگان: آبشستگی، پنجه سرریز، سرریز کلیدپیانویی، شاخص آبشستگی، مانع
  • منوچهر حیدرپور*، کیمیا اخوان، ناهید پورعبدالله صفحات 85-101

    یکی از روش های بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش، استفاده از زبری های طبیعی و مصنوعی است. اخیرا به دلیل مزایای صفحات مستغرق در مقایسه با سایر زبری های مصنوعی غیر ممتد از جمله تعداد کمتر این صفحات و قابلیت طراحی هندسه و چیدمان آنها، رویکرد بیشتری شده است. در این مقاله تاثیر صفحات مستغرق با سه زاویه برخورد °45، °75 و °90 بر بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی بررسی شده و اثر آن بر پارامترهایی نظیر نسبت اعماق مزدوج، طول نسبی، میزان اتلاف انرژی و ضریب نیروی برشی بستر ارزیابی شده است. نتایج این پژوهش نشان داد، میانگین تاثیر صفحات مستغرق بر کاهش نسبت اعماق مزدوج، طول پرش و طول غلتاب در مقایسه با حالت کلاسیک به ترتیب برابر 9/4، 24/6 و 28/4 درصد بوده و میانگین افزایش افت نسبی انرژی 5/5 درصد بوده که بیشینه افت نسبی انرژی در زاویه برخورد 90 درجه صفحات مستغرق با مقدار 6/5 درصد است. با درنظرگرفتن این نتایج و سایر شرایط نظیر سهولت ساخت و به کارگیری، تثبیت و کاهش هزینه های اقتصادی از میان انتخاب های موجود صفحات مستغرق، زاویه برخورد °75 گزینه مناسبی برای طراحی بهینه حوضچه آرامش است.

    کلیدواژگان: پرش هیدرولیکی، حوضچه آرامش، صفحات مستغرق، زاویه برخورد، نسبت اعماق مزدوج، طول پرش، افت انرژی
  • مجید امیری، الهام فاضل نجف آبادی، محمد شایان نژاد* صفحات 103-116

    یکی از مسائل مهم در مهندسی رودخانه روندیابی سیل است. به طورکلی از دو دسته روش برای روندیابی سیلاب در رودخانه ها استفاده می شود. دسته اول روش‏های هیدرولیکی مانند روش موج دینامیکی که مبتنی بر حل معادلات پیوستگی و اندازه حرکت یا معادلات سنت - ونانت است. دسته دوم روش های هیدرولوژیکی مانند روش ماسکینگام غیرخطی است. در این پژوهش از هر دو روش برای روندیابی آبنمودهای سیل در رودخانه پلاسجان که از سرشاخه های اصلی زاینده‏رود به شمار می آید، استفاده شده است. ضرایب روش ماسکینگام غیرخطی از طریق بهینه سازی و حل معادله مربوط به آن با روش عددی رانگ - کاتای مرتبه چهار با استفاده از نرم افزار MATLAB و روش موج دینامیکی با استفاده از نرم افزار HEC-RAS دوبعدی به دست آمد. در این مطالعه از چهار رویداد سیل استفاده شد که در روش ماسکینگام غیرخطی از رویداد اول برای واسنجی مدل و از سه رویداد دیگر برای صحت سنجی استفاده شد. براین اساس میزان خطا در این روش برای رویدادهای دوم، سوم و چهارم به ترتیب برابر با 6/6،84/23 و 7/96 درصد و میزان خطا در روش موج دینامیکی برای این چهار رویداد به ترتیب برابر با 5/4،87/3،17/58 و 6/21 درصد بود؛ بنابراین روش موج دینامیکی دقت بیشتری در تخمین آبنمود خروجی دارد. بااین حال روش ماسکینگام غیرخطی نیز از دقت قابل قبولی برخوردار بوده و به لحاظ هزینه، اطلاعات موردنیاز، سادگی و سرعت عمل در انجام محاسبات، در شرایطی که اطلاعات کافی در دسترس نیست توصیه می شود.

    کلیدواژگان: روندیابی سیل، ماسکینگام غیرخطی، مدل موج دینامیکی، نرم افزار HEC-RAS
  • مصطفی نیسی، محسن سجادی*، محمود شفاعی بجستان، جواد احدیان صفحات 117-129

    سرریزهای جانبی از سازه های هیدرولیکی هستند که در شبکه های آبیاری و زهکشی به منظور انحراف آب و یا تنظیم سطح آب مورد استفاده قرار می گیرند. افزایش راندمان سرریزهای جانبی با هد ثابت، از جمله دغدغه پژوهشگران هیدرولیک در دهه گذشته بوده است. استفاده از شکل های مختلف تاج لبه تیز، کنگره ای، کلید پیانویی و همچنین افزایش طول سرریز با تغییر هندسه تاج مورد بررسی قرار گرفته است. در پژوهش حاضر نوع جدیدی از سرریز جانبی به شکل مثلثی در دو حالت با لبه ساده و شیبدار در آزمایشگاه و تحت شرایط هیدرولیکی مختلف در شرایط جریان زیر بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد که با شیبدار کردن لبه های سرریز جانبی مثلثی میزان ورتکس ایجاد شده در ورودی دهانه سرریز کاهش یافته و به این دلیل ضریب دبی و حجم جریان عبوری از سرریز نسبت به حالت عادی و مستطیلی به ترتیب به میزان حدود 27درصد و 48 درصد افزایش نشان می دهد. همچنین پس از تحلیل داده ها، معادله غیرخطی برای تخمین ضریب دبی با کمک پارامترهای بدون بعد نسبت عمق بالادست جریان به ارتفاع سرریز (y1/p) و عدد فرود بالادست جریان (Fr1) با دقت %15± و 0/134=NRMSE ارائه شد.

    کلیدواژگان: سرریز جانبی، مثلثی کنگره ای، مدل آزمایشگاهی، ضریب دبی، راندمان
  • محسن براهیمی، علیرضا صحت، حدیث کاوند*، سعیده پرویزی صفحات 131-146

    امروزه بسیاری از کشورهای دنیا از جمله ایران با مخاطرات طبیعی مانند فرونشست، خشکسالی، سیل و کم آبی مواجه هستند. بسیاری از این مخاطرات به دلیل عدم مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی است. یکی از راهکارهایی که در سطح دنیا برای مقابله با این مخاطرات به ویژه فرونشست زمین مطرح شده است، تغذیه مصنوعی آبخوان ها است. بدین منظور در این مقاله، اثرات کمی و کیفی پساب تصفیه خانه داران به منظور تغذیه آبخوان دشت دامنه داران مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که تغذیه از طریق پخش پساب در رودخانه دامنه ‎داران، تاثیر مثبتی داشته و بدون درنظرگرفتن کیفیت پساب تغذیه شده، پخش از طریق رهاسازی در رودخانه موجب افزایش سطح ایستابی آبخوان در شعاع بیشتری خواهد شد. بر اساس نتایج پیشنهاد می شود که تمامی پساب تصفیه خانه در شرایط فعلی و آتی به تعادل بخشی آبخوان اختصاص یافته و در بخش جایگزینی پساب با چاه های فعال، به دلیل عدم وجود چاه با کاربری صنعت و فضای سبز در منطقه، تمامی پساب جایگزین چاه های فعال در بخش کشاورزی با شرط انجام تصفیه تکمیلی شود.

    کلیدواژگان: کیفیت آب، پساب، فاضلاب، تصفیه خانه، داران
  • شیوا کیانی*، طاهر رجائی، محمد کرم دخت بهبهانی صفحات 147-160

    در این پژوهش به بررسی پارامترهای هیدرولیکی جریان روی فلوم های SMBF در دو حالت ساده و چندگانه پرداخته شده است. در این پژوهش به منظور شبیه سازی عددی فلوم SMBF از نرم افزار Flow3D استفاده شده است. شبیه سازی ها در سه دبی (5، 15 و 30 لیتر بر ثانیه) و سه میزان بازشدگی (0/075، 0/1 و 0/15 متر) انجام شده است. نتایج نشان داد که در زمان استفاده از فلوم های SMBF چندگانه به جای فلوم های SMBF ساده، سرعت بیشینه به طور میانگین در دبی 5 لیتر بر ثانیه 12 درصد، در دبی 15 لیتر بر ثانیه 19 درصد و در دبی 30 لیتر بر ثانیه 10 درصد افزایش یافته است. استهلاک انرژی فلوم های SMBF چندگانه به طور میانگین در دبی 5 لیتر بر ثانیه 21 درصد، در دبی 15 لیتر بر ثانیه 66 درصد و در دبی 30 لیتر بر ثانیه 122 درصد در مقایسه با فلوم های SMBF ساده کاهش یافته است. درنهایت مشاهدات نشان داد، در زمان بهره وری از فلوم های SMBF چندگانه در مقایسه با فلوم های SMBF ساده، وسعت گردابه ها کاهش یافته و تعداد گردابه ها و ناحیه تلاطم جریان افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: سرعت، استهلاک انرژی، گردابه، SMBF، Flow3d
  • بهناز عطائیان*، فاطمه تیموری نیاکان، بختیار فتاحی، وحید زندیه صفحات 161-177

    هدف از این پژوهش بررسی اثر آتش سوزی مراتع منطقه گنبد همدان بر ذخیره کربن آلی خاک در دو منطقه شاهد و دچار آتش سوزی، پس از گذشت سه سال از آتش سوزی، و امکان سنجی کاربرد سنجش ازدور در برآورد غیرمستقیم کربن خاک است؛ ازاین رو پس از گذشت 3 سال از زمان وقوع آتش سوزی، 20 نمونه خاک سطحی (عمق 10-0 سانتی متری) از منطقه آتش سوزی شده و 20 نمونه از منطقه شاهد (در مجموع 40 نمونه) به صورت سیستماتیک - تصادفی برداشت شد. تغییرات میزان کربن آلی، نیتروژن کل، اسیدیته و شوری خاک سطحی بین مناطق شاهد و آتش سوزی با استفاده از آزمون t مستقل مورد بررسی قرار گرفته است. سپس به منظور بررسی رابطه خطی ذخیره کربن آلی خاک با سایر پارامترها از آزمون همبستگی پیرسون در نرم افزار SPSS v.26 استفاده شد. نتایج آزمون t مستقل تفاوت معنی داری در EC، اسیدیته و کربن آلی خاک دو منطقه شاهد و آتش سوزی نشان نداد و تنها میزان نیتروژن کل خاک تفاوت معنی داری بین دو منطقه داشته است. نتایج در منطقه آتش سوزی نشان داد، بین کربن آلی خاک و نیتروژن کل ارتباط مثبت معنی داری به میزان 0/830 (0/01>p) و با شاخص لختی خاک ارتباط منفی به میزان 0/727- دیده شده است (0/05>p). در منطقه شاهد نیز بین کربن آلی و نیتروژن کل ارتباط مثبت معنی داری به میزان 0/627 دیده شد (0/05>p). نتایج پردازش تصاویر لندست 8 (سنجنده OLI-TIRS) در منطقه آتش سوزی نشان داد، بین کربن آلی خاک با شاخص روشنایی و شاخص خیسی حاصل از تسلدکپ ارتباط آماری معنی داری به ترتیب به میزان 0/726- و 0/674 و مولفه PC1 حاصل از تجزیه مولفه های اصلی و 0/724- دیده شد (0/05>p). این نتایج نشان می دهد امکان استفاده از تصاویر تسلدکپ برای پیش بینی کربن آلی خاک در مناطق آتش سوزی وجود دارد.

    کلیدواژگان: ذخیره کربن آلی خاک، آتش سوزی، مرتع، شاخص های طیفی، همدان
  • محمد تاج سعید، مهدی قیصری، الهام فاضل نجف آبادی*، رضا جعفری، الهه سیفی پورنقنه صفحات 178-191

    رطوبت خاک یکی از عوامل مهم و تعیین کننده برای رشد گیاه، میزان تبخیر و تعرق و همچنین مدیریت آبی در مزرعه است. به همین منظور سنجش آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. سطح زمین دارای تنوع زیادی در رطوبت خاک بوده و سنجش و اندازه گیری آن به شیوه های مختلف انجام می گیرد. به دلیل مشکلاتی که روش های تماسی اندازه گیری رطوبت خاک دارد، امروزه سنجش ازدور به دلیل اینکه که امکان تحلیل و پایش رطوبت خاک را در مقیاس های بزرگ و جهانی فراهم می کند، مورد توجه واقع شده است. در این پژوهش از داده های ماهواره ای و رطوبت های اندازه گیری شده در مزارع انتخابی واقع در دشت هرمزآباد استفاده و این داده ها تحلیل و مقایسه شده اند. داده های ماهواره سنتینل-2 با سامانه گوگل ارث انجین تحلیل شده اند. نتایج این پژوهش نشان داد که اگر چه استفاده از شاخص های سه گانه به منظور کاربرد در مدل OPTRAM برای برآورد رطوبت دقت زیادی ندارند، ولی بااین وجود استفاده از شاخص گیاهی EVI نتایج بهتری نسبت به دو شاخص دیگر ارائه کرده است.

    کلیدواژگان: رطوبت خاک، شاخص گیاهی، ماهواره سنتینل-2، مدل OPTRAM
|
  • M.A. Abdullahi, J. Abedi Koupai*, M.M Matinzadeh Pages 1-15

    Today, the problems related to floods and inundation have increased, particularly in urban areas due to climate change, global warming, and the change in precipitation from snow to rain. Therefore, there has also been an increasing focus on rainfall-runoff simulation models to manage, reduce, and solve these problems. This research utilized SewerGEMS software to explore different scenarios to evaluate the model's performance based on the number of sub-basins (2 and 8) and return periods (2 and 5 years). Additionally, four methods of calculating concentration time (SCSlag, Kirpich, Bransby Williams, and Carter) were compared to simulate flood hydrographs in Shahrekord city. The results indicated that increasing the return period from 2 to 5 years leads to an increase in peak discharge in all scenarios. Furthermore, based on the calculated continuity error, the Kirpich method is preferred to estimate the concentration-time in scenarios with more sub-basins and smaller areas. For the 2-year return period, a continuity error of 4% was calculated for the scenario with 2 sub-basins, while for the 5-year return period, the continuity error was 19%. On the other hand, the SCSlag method is preferred to estimate the concentration-time in scenarios with fewer sub-basins and larger areas. For the scenario with 8 sub-basins, a continuity error of 16% was calculated for the 2-year return period, and 11% for the 5-year return period.

    Keywords: Rainfall-Runoff Simulation Models, Return Periods, Urban Flood, Concentration Time, Sewergems
  • A.R Vaezi, Kh. Sahandi, F. Haghshenas* Pages 17-29

    Water erosion can be affected by land use change and soil degradation by agricultural activities. This study was conducted to investigate the effects of land use change in poor pastures on soil physical degradation and water erosion in semi-arid regions. Experiments were performed in 42 soil samples taken from seven areas covering the two land uses: poor pasture and rainfed agriculture, which have different soil textures (clay loam, silty clay loam, sandy clay loam, silt loam, loam, sandy loam, and sandy loam). The physical characteristics of soils were measured in the samples of both types of land use and its changes were expressed as physical degradation of the soil. The soil's susceptibility to water erosion was measured under simulated rainfall with 50 mm h-1 intensity for 60 min. The results showed that the land use change in pastures leads to the physical deterioration of soils; so bulk density, porosity, macropore, field capacity, saturated point, aggregate size, and aggregate stability were degraded with a rate of 28, 22, 41, 11, 5, 62, and 63 percentages. The structural characteristics of soil (aggregate size and stability) had the highest physical deterioration due to the land use change in the pastures. The change in land use change greatly increased the sensitivity of soils to water erosion. A significant relationship was found between the susceptibility of water erosion and the soil's physical degradation. The soils with coarser and more stable aggregates have higher physical degradation by the land use change and in consequence show more susceptibility to water erosion.

    Keywords: Rainfed Farming, Soil Structure, Simulated Rainfall, Water Erosion, Physical Properties
  • M.J. Aghasi*, S.A.R. Mousavi, M. Tarkesh, S. Soltani Pages 31-51

    Astragalus is the vegetation of many mountains of Iran's plateau and plays a major role in providing ecosystem services due to its pillow shape and deep rooting system, they facilitate the control and penetration of precipitation into the soil. The correlation of Astragalus ecosystems with arid and semi-arid climates has made them vulnerable to climate change. In this study, a runoff yield map based on the Budyco curve under current and future conditions of climate change (2050) was prepared using climate and temperature data from the Chelsea site (CanESM2 GCM) in TerrSet software and by using maps of sub-watersheds, annual precipitation, annual potential evapotranspiration, soil depth, plant accessible water and the current and future "Land Cover - Land Use" map, with a combination of field methods and species distribution models at the local scale of the Shur River watershed of Dehaghan (Central Zagros). Finally, the excess runoff damage produced due to climate change was estimated using the replacement cost method. The results indicated an increase in the annual runoff volume of the watershed from 70 million cubic meters to 105 million cubic meters under climate change conditions for the RCP26 scenario in 2050. Taking into account the cost of 10 million Rials for controlling 530 cubic meters of runoff through various watershed management projects, preventing the damages of excess runoff produced requires a credit amounting to 660 billion Rials based on the present value. This study proved the ability of TerrSet software to predict and produce an ecosystem service map of runoff yield under climate changes or land use changes and with the purpose of valuation on a local scale. Also, the above valuation can be the basis for planning and providing credit for the study and implementation of watershed management projects to deal with the threats of climate change.

    Keywords: Climate Change, Ecosystem Services, Runoff Control, Astragalus Habitats, Central Zagros, Economic Estimation
  • M.J. Zareian*, R. Seraj Ebrahimi, H. Dehban Pages 53-71

    In the present study, the impact of climate change on maximum temperature and daily precipitation in 16 weather stations was investigated in the Sefidrood Basin from 2023 to 2052. 10 AOGCM models related to the sixth IPCC Assessment Report (CMIP6) were ranked based on their ability to simulate temperature and precipitation in the historical period (1980 to 2014). Then, the maximum temperature and daily precipitation outputs of the best model at each weather station were extracted using the LARS-WG downscaling model under three emission scenarios SSP126, SSP245, and SSP585 from 2023 to 2052. The Mann-Kendall test (95% confidence level) was also used to investigate the trend of changes in the average maximum temperature and maximum daily precipitation. The results showed that different AOGCMs have different accuracies in simulating temperature and precipitation in different regions of the basin, and their accuracies in simulating temperature were better than simulating precipitation. In general, the IPSL-CM6A-LR and HadGEM3-GC31-LL models had the best performance in simulating maximum temperature and precipitation, respectively. Results also indicated that the mean maximum temperature will increase between 0.9 and 2.8 °C in different emission scenarios. Also, the mean maximum daily precipitation will change between -8.6 and 7.17 mm in different emission scenarios.

    Keywords: Climate Change, Sefidrood Basin, Extreme Values, AOGCM Model
  • A. Khoshfetrat, Y. Neamah Abdulhasan* Pages 73-83

    Piano key weirs are a type of non-linear weir that have a higher discharge coefficient than similar linear weirs. These hydraulic structures have a lightweight foundation and a simple structure is designed and installed on dams and drainage channels. Due to the high efficiency of these weirs, the investigation of downstream scour and ways to reduce it has been the focus of engineers in recent years. In the present study, a trapezoidal type C piano key weir, three discharges, and three tailwater depths were used. Two obstacles with heights of 0.02 and 0.04 meters were also used at the end of the weir exit keys. The results showed that the presence of an obstacle reduces scour at the toe of the weir. The amount of reduction in scour at the toe of the weir was greater in the weir with a larger obstacle height than in the weir with a smaller obstacle height, and in both cases was less than in the simple weir. The presence of an obstacle reduces the maximum depth of scour and moves the distance of the maximum depth of scour away from the toe of the weir. In the weir with obstacle heights of 0.02 and 0.04 meters, compared to the weir without an obstacle, the amount of maximum scour depth is approximately 16.4% and 26.9% less, and the distance of the maximum scour depth is approximately 8.7% and 19.1% more than the weir without an obstacle. The scour index in weirs with obstacles is less than in weirs without obstacles, which can reduce the risk of weir overturning. The lowest value of the scour index was observed in the weir with an obstacle height of 0.04 meters, which is approximately 41.2% less than the weir without an obstacle.

    Keywords: Scour, Weir Toe, Piano Key Weir (PKW), Scour Index, Obstacle
  • M. Heidarpour*, Kimia Akhavan, N. Pourabdollah Pages 85-101

    One of the ways to improve the characteristics of the hydraulic jump in the stilling basin is to use natural and artificial roughness. Recently, due to the advantages of immersed plates compared to other non-continuous artificial roughness, such as the smaller number of these and the vanes' ability to design their geometry and arrangement, it has been approached more. In this article, the effect of submerged vanes with three contact angles of 45°, 75°, and 90° has been investigated on the improvement of the characteristics of a hydraulic jump and its effect on parameters such as the depth ratio, relative length, energy loss rate, and bed shear force coefficient has been evaluated. The results of this research showed that the average effect of submerged vanes on reducing the depth ratio, jump length, and roller length compared to the classical mode is 9.4%, 24.6%, and 28.4%, respectively and the average relative energy loss is 5.5% compared to the classical state and maximum relative energy loss at the angle of 90 degrees of submerged vanes is 6.5%. Considering these results and other conditions such as ease of construction and use, stabilization, and reduction of economic costs among the available choices of sunken vanes, the angle of incidence of 75° is a suitable option for the optimal design of the stilling basin.

    Keywords: Hydraulic Jump, Stilling Basin, Submerged Vanes, Angle Of Attack, Conjugated Depths Ratio, Jump Length, Energy Loss
  • M. Amiri, E. Fazel Najafabadi, M. Shayannejad* Pages 103-116

    One of the important issues in river engineering is flood trends. In general, two types of methods are used to determine the flood trends in rivers. The first group of hydraulic methods, such as the dynamic wave method, is based on solving continuity and momentum equations or Saint-Venant equations. The second category is hydrological methods like the non-linear Muskingum method. In this research, both methods have been used to determine the trends of flood hydrographs in the Plasjan River, one of the main tributaries of the Zayandehrud River. The coefficients of the non-linear Muskingum method were obtained by optimizing and solving the related equation with the fourth-order Runge-Katai numerical method using MATLAB software and the dynamic wave method using the two-dimensional HEC-RAS software. In this study, four flood events were used. In the non-linear Muskingum method, the first event was used for model calibration and the other three events were used for validation. The error rate in this method for the second, third, and fourth events was 84.23, 6.6, and 7.96 percent, respectively, and the error rate in the dynamic wave method for these four events was 17.58, 87.3, 5.4, and 6.21 percent, respectively. Therefore, the dynamic wave method is more accurate in estimating the output hydrograph. However, the non-linear Muskingum method has acceptable accuracy and is recommended in terms of cost, required information, simplicity, and speed of calculation in situations where sufficient information is not available.

    Keywords: Flood Routing, Non-Linear Muskingum, Dynamic Wave Model, HEC-RAS Software
  • M. Neisi, M. Sajadi*, M. Shafai Bejestan, J. Ahadiyan Pages 117-129

    Side weirs are hydraulic structures employed in irrigation and drainage channels as diversion devices or head regulators. The increasing efficiency of the structure of side weirs for constant head has been one of the concerns of researchers in the last decade. The use of different forms of sharp crest, labyrinth, piano key, and increasing the length of the overflow by changing the geometry of the crest have been investigated. In this research, a new type of triangular-shaped side weir has been studied in the laboratory under different hydraulic conditions in sub-critical flow conditions. The results demonstrated that by inclining the crests of the triangular side weir, the amount of vortex created at the entrance of the opening was reduced. So the discharge coefficient and the flow volume over the side weir showed an increase of up to 27% and 48%, respectively, compared to the normal triangular and rectangular side weirs. Also, after analyzing the data, a non-linear equation was presented to estimate the discharge coefficient with the dimensionless parameters of the ratio of the upstream depth to the weir height (y1/p) and the upstream Froud number (Fr1) with an accuracy of ±15% and NRMSE=0.134.

    Keywords: Side Weir, Triangular Labyrinth, Experimental Model, Discharge Coefficient, Efficiency
  • M. Barahimi, A.R. Sehhat, H. Kavand*, S. Parvizi Pages 131-146

    Today, many countries, including Iran, face natural hazards such as ground subsidence, drought, floods, and acute water shortage. Lack of correct management of underground water resources leads to many of these natural hazards. Artificial recharge of aquifers is one of the solutions proposed in the world to deal with these natural hazards, especially ground subsidence. The quantitative and qualitative effects of the effluent treatment plant on the Damaneh Daran Aquifer recharge were investigated in this research. The results showed that aquifer recharge through the distribution of effluents in the Damaneh Daran River has a positive effect on increasing the water level and releasing effluents in the river will enhance the water level in a larger radius regardless of the quality of the effluents. Based on the result of the present study, it is suggested that all the effluent treatment plants be allocated to aquifer balancing in the future. In the part of replacing wastewater with active wells, due to the lack of wells with industrial and green area use in this region, provided advanced wastewater treatment, all wastewater should be replaced with active wells in the agricultural area.

    Keywords: Water Quality, Effluent, Sewage, Treatment Plant, Daran
  • Sh. Kiyani*, T. Rajaee, M. Karamdokht Behbahani Pages 147-160

    In this research, the hydraulic parameters of flow have been investigated on SMBF flumes in two simple and multiple modes. In this research, Flow3D software was used for the numerical simulation of SMBF flow. The simulations have been performed in three flow rates (5, 15, and 30 liters per second) and three opening rates (0.075, 0.1, and 0.15 meters). The results showed that when multiple SMBF flumes are used instead of simple SMBF flumes, the maximum velocity increased by 12% on average at a flow rate of 5 L/s, 19% at a flow rate of 15 L/s, and 10% at a flow rate of 30 L/s. The energy consumption of multiple SMBF flumes has been reduced on average by 21% at a flow rate of 5 L/s, by 66% at a flow rate of 15 L/s, and by 122% at a flow rate of 30 L/s compared to simple SMBF flumes. Finally, the observations showed that during the productivity of multiple SMBF flumes compared to simple SMBF flumes, the size of eddies has decreased and the number of eddies and the area of flow turbulence have increased.

    Keywords: Velocity, Energy Dissipation, Vorticity, SMBF, Flow3d
  • B. Attaeian*, F. Teymorie Niakan, B. Fattahi, V. Zandieh Pages 161-177

    The objective of this study was to investigate the effect of wildfire in the rangelands of the Gonbad region of Hamedan on soil organic carbon storage in two control and fire areas after three years of fire, and the feasibility of using remote sensing in indirect estimation of soil carbon. Therefore, 20 soil surface (0-10cm depth) samples were collected from the burned area and 20 samples from the control area (40 samples in total) by the systematically random method after three years of fire time. Changes in organic carbon, total nitrogen, acidity, and salinity of surface soil were tested by independent t-test between control and fire areas. Then, to investigate the linear relationship between the storage of soil organic carbon with other parameters, the Pearson correlation was used in SPSS v. 26. The results of the independent t-test showed that there was no significant difference in EC, acidity, and soil organic carbon of the control and fire areas, but the amount of total soil nitrogen showed significantly different. The results showed a significant positive correlation was observed between soil organic carbon and total nitrogen at the level of one-hundredth of 0.830 (p< 0.01) in the fire area, and the BI index showed a significant negative correlation of 0.727 (p< 0.05). In the control area, a significant positive relationship was observed between organic carbon and total nitrogen at the rate of 0.627 (p <0.05). The results of processing Landsat 8 images (OLI-TIRS sensor) in the fire area showed that there was a statistically significant relationship between soil organic carbon and light and wetness index obtained from tasseled cap (-0.726 and 0.674, respectively) and PC1 component obtained from principal component analysis and -0.724 (p <.05). These results indicate that it is possible to use tasseled cap images to predict soil organic carbon in fire areas.

    Keywords: Soil Organic Carbon Storage, Wildfire, Rangeland, Spectral Indices, Hamadan
  • M. Tajsaeid, M. Gheysari, E. Fazel Najafabadi*, R. Jafari, E. Seyfipurnaghneh Pages 178-191

    and water management in the field. Therefore, its measurement has special importance. The surface soil has a great diversity in soil moisture and different methods were used to measure this property. Due to the problems of contact methods of soil moisture measurement, remote sensing has gained attention because of the possibility of analyzing and monitoring soil moisture on a large and global scale. In this research, satellite data and moisture measured in selected fields located in Hormoaz Abad Plain have been analyzed and compared. Sentinel-2 satellite data have been analyzed using the Google Earth Engine system. The results of this research showed that the use of triple indices in the OPTRAM model to estimate moisture is not very accurate, but the use of the EVI plant index has provided better results than the other two indices.

    Keywords: Soil Moisture, Vegetation Index, Sentinel-2 Satellite, OPTRAM Model