فهرست مطالب

پژوهش های کاربردی مهندسی آب - سال دوم شماره 1 (بهار و تابستان 1403)

نشریه پژوهش های کاربردی مهندسی آب
سال دوم شماره 1 (بهار و تابستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/06/25
  • تعداد عناوین: 12
|
  • معصومه یگانه*، نعیم آدوس، افشین اشرف زاده صفحات 1-15
    کیوی یکی از محصولات کشاورزی ایران است که به صورت عمده در بازار جهانی صادر می شود. روش های داده کاوی به خوبی قادراند تا در زمینه مدلسازی عملکرد محصول اطلاعات لازم را در اختیار تولیدکنندگان قرار دهد. این تحقیق به بررسی کارآیی روش های داده کاوی شبکه عصبی مصنوعی پیشرو،K -نزدیک ترین همسایگی، برنامه ریزی ژنتیک و رگرسیون خطی چند متغیره در برآورد عملکرد کیوی در استان گیلان با استفاده از خصوصیات آب و خاک پرداخته است. 74 سری داده از اندازه گیری میدانی اطلاعات آب و خاک و عملکرد محصول کیوی باغ های مجهز به سیستم آبیاری تحت فشار در سال 1400- 1401 به دست آمد. داده های آب و خاک شامل حداکثر تبخیر و تعرق روزانه، هدایت الکتریکی خاک و شاخص واکنش خاک، درصد رس، درصد سیلت، درصد ماده آلی خاک، هدایت الکتریکی آب و شاخص واکنش آب و حجم آبیاری به عنوان ورودی های مدل و میزان عملکرد محصول، خروجی مدل انتخاب گردید. نتایج نشان داد که مدل شبکه عصبی مصنوعی پیشرو به دلیل آماره های ضریب تبیین بیشتر (96/0) و جذر میانگین مربعات خطا کمتر (019/0) عملکرد بهتری نسبت به سه مدل دیگر دارد. همچنین برنامه ریزی ژنتیک دارای ضریب همبستگی (89/0)، جذر میانگین مربعات خطا (033/0) و روشK -نزدیک ترین همسایگی دارای ضریب همبستگی (88/0)، جذر میانگین مربعات خطا (059/0) و روش رگرسیون خطی چند متغیره دارای ضریب همبستگی (58/0) و جذر میانگین مربعات خطا (093/0) بوده که حاکی از دقت بالاتر روش برنامه ریزی ژنتیک است. بنابراین، مدل شبکه عصبی مصنوعی پیشرو می تواند به عنوان یک ابزار قدرتمند در تخمین عملکرد کیوی عمل نماید.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی ژنتیک، رگرسیون خطی چند متغیره، شبکه عصبی پیشرو، -K نزدیک ترین همسایگی
  • حمید میرهاشمی* صفحات 17-28
    بارش به عنوان مهمترین عامل در شکل دهی حالت آب و هوا و تغییر آب در سطح زمین، سطح خاک و جو قلمداد می شود که هم به سبب تاثیرپذیری از بسیاری از فرایندهای جوی و هم به سبب تاثیر گرمایش جهانی، سری زمانی آن معمولا به صورت یک سیگنال نوسانی و چندمقیاسی نمایان می شود که از نوسان های محلی شدیدی برخوردار است. در این مطالعه نیر به منظور آشکارسازی نوسان های حدی کوچک و بزرگ در سری زمانی بارش روزانه ایستگاه سینوپتیک پلدختر از دو رویکرد تحلیل چندفرکتالی نوسان های روندزدایی شده (MF-DFA) و تحلیل موجک گسسته با بیشینه همپوشانی (MODWT) استفاده شد. نتایح حاصل از تحلیل نوسان های سالانه، دو، چهار، هشت و 12 ساله حاکی از وجود سه دوره نوسانی در سیگنال بارش برای مقیاس سالانه هستند. به طوری که نوسان ها در دوره اول از رفتاری نسبتا منظم با روند ثابت، در دوره دوم از روند کاهشی و سرانجام در دوره سوم از روند افزایشی و بسیار نوسانی برخوردارند. نوسان های حدی بزرگ دارای بیشینه ای در سال های 97-98 و نوسان های حدی کوچک دارای بیشینه ای در سال 1390 هستند. همچنین نتایج حاصل از تحلیل نوسان ها در مقیاس های زمانی یک تا 12 ساله نشان از کاهش نوسان های حدی کوچک و افزایش نوسان های حدی بزرگ دارد و در دوره های که بارش افزایش داشته، نوسان های بزرگ نیز افزایش شدیدی پیدا کرده اند و دوره هایی که مقارن با کاهش شدید بارش بوده اند، نوسان های حدی کوچک نیز افزایش شدیدی را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: بارش، پلدختر، فرکانس، موجک، نوسان
  • پیام آموزگاری* صفحات 29-40
    کلان سامانه آب مبتنی بر وضعیت فیزیوگرافی حوزه های آبخیز در طبیعت جریان دارد و در یک مرزبندی سیاسی محدود نمی شود. به منظور حکمرانی آب و استفاده عقلایی از منابع طبیعی بایستی منابع آب در مقیاس حوزه آبخیز و تحت حاکمیت اقلیمی مدیریت شوند. اما در اکثر مناطقی که شهرنشینی رشد پیدا کرده است مبتنی بر مرزبندی های سیاسی و انسان ساز، به اشتباه قلمرو سامانه آب را نیز به همان محدوده مرزهای سیاسی تقلیل می دهند که موجب اختلال در زنجیره ای از روابط اکوسیستمی و پیچیدگی در مدیریت منابع آب می شود. این مسئله ریشه تاریخی دارد و نشات گرفته از دانش ناکافی و محدودیت فناوری در عصر گذشته و زمان شکل گیری مرزهای سیاسی است. اما در عصر حاضر با توجه به پیشرفت فناوری و استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و نیز افزایش دانش بشر در مورد پیچیدگی ذاتی سامانه آب این امکان فراهم شده است که با تولید و ارائه نقشه های جدید، مرزهای سیاسی را با مرزهای حوزه آبخیز پیوند داد. ادبیات پژوهش نشان می دهد در کشورهایی که مرزهای سیاسی و مرزهای حوزه آبخیز تطابق بیشتری با هم دارند منابع آبی و سایر کالاهای محیط زیستی به نحو بهتری محفاظت شده اند. لذا در مطالعه کنونی با بهره گیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی الگوهای مرزبندی در خصوص حوزه های آبخیز کشور واکاوی شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که تطبیق مرزهای سیاسی با مرزهای حوزه آبخیز گامی ضروری برای حکمرانی منابع آبی ایران و توسعه پایدار است.
    کلیدواژگان: تغییرات اقلیم، تفکر سیستمی، حوزه آبخیز، مرز سیاسی
  • الهام داودی*، مهدی سلیمانی مطلق صفحات 41-55

    اندازه گیری شاخص سطح برگ (LAI) در زمینه های علمی مختلف از جمله زیست محیطی، منابع طبیعی، علوم گیاهی،  کشاورزی و محیط زیست و... از اهمیت بالایی برخوردار است. شاخص سطح برگ یکی از مهم ترین پارامترهای زیست محیطی و اکولوژیکی است؛ زیرا اطلاعات جامع و کامل از شاخص سطح برگ به تحلیل های گسترده درباره عملکرد گیاهان و محیط پیرامون، به ویژه چرخه هیدرولوژیکی و بیوشیمیایی کمک شایانی می کند و به عنوان معیاری کلیدی در مطالعات مربوط به بهره وری گیاهان، چرخه کربن و توازن انرژی در اکوسیستم ها مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله، ضمن بررسی مفاهیم و اهمیت شاخص سطح برگ، انواع روش های اندازه گیری شاخص سطح برگ به تفصیل بیان می شود. انواع مختلف دستگاه ها و روش های مورد استفاده برای اندازه گیری شاخص سطح برگ به طور دقیق بررسی شده و مزایا و محدودیت های هر یک بیان شده اند. این مقاله مروری، می تواند نتایج مهمی را برای انتخاب بهترین روش اندازه گیری بر اساس محیط مطالعه و اهداف تحقیقات به محققان و دانشجویان ارائه دهد. همچنین، پیشنهاداتی برای توسعه روش های جدید اندازه گیری شاخص سطح برگ و نیز تحقیقات آینده در این زمینه ارائه شده است.

    کلیدواژگان: تاج پوشش، چرخه هیدرولوژیکی و بیوشیمیایی، شاخص سطح برگ، کمیت بدون بعد
  • بررسی اثر تغییرات کاربری اراضی و اقلیمی بر اساس مدل سازی توزیعی بیلان آب: مطالعه موردی حوزه آبخیز لردگان
    فاطمه محمدیاری*، خدایار عبدالهی صفحات 57-68
    مدیریت صحیح منابع آب و استفاده از اراضی برای حفظ تعادل اکولوژیکی و پایداری خدمات اکوسیستم حیاتی است. تغییرات کاربری اراضی، از جمله تبدیل اراضی بایر و جنگل‏های مخلوط به مراتع، تاثیرات معناداری بر میزان برگاب، رواناب، تبخیر و تغذیه آب زیرزمینی دارند. در این مطالعه، تاثیر تغییر کاربری اراضی بر خدمات اکوسیستمی و پایداری محیط‏زیست در حوزه آبخیز لردگان با استفاده از مدل بیلان آبWetSpass-M  مورد بررسی قرار گرفته است. این مدل با استفاده از داده‏های ورودی از 9 ایستگاه هیدرواقلیمی واقع در حوزه آبخیز لردگان، تغییرات زمانی و مکانی در مولفه‏های بیلان آب را شبیه‏سازی کرده است. نتایج نشان می‏دهد که تغییر الگوی بارش و تعامل آن با دما و سایر عناصر اقلیمی در تبخیر و تعرق بالقوه و مصرف آب نقش دارند. این تحلیل تشریحی به بررسی دقیق این تاثیرات و ارائه راهکارهایی برای مدیریت بهینه منابع آب و حفظ خدمات اکوسیستمی می‏پردازد و دیدگاهی جامع در مورد تاثیر تغییرات کاربری اراضی بر مولفه‏های مختلف چرخه آب ارائه می‏دهد. همچنین، استراتژی‏هایی برای حفاظت از منابع آب در برابر تغییرات آینده پیشنهاد می‏کند. در این مطالعه، تحلیل تغییرات کاربری اراضی و تاثیر آن بر مولفه‏های بیلان آب نشان داد که تغییرات کاربری از جنگل به مراتع و اراضی کشاورزی، به ویژه در جنگل‏های مخلوط که بیشترین سهم را در تغذیه آب زیرزمینی داشته‏اند، منجر به تغییرات قابل توجهی در تبخیر واقعی، رواناب و برگاب شده است. تصمیمات آگاهانه در مورد توسعه و استفاده از زمین میتواند به حفظ منابع آب، جلوگیری از فرسایش خاک، و حفاظت از تنوع‏زیستی کمک کند. نتایج حاصل از مدل‏سازی بیلان آب شبیه‏سازی رضایت بخشی از جریان کل خروجی حوزه آبخیز لردگان را نشان داده و بر اهمیت تغییرات کاربری اراضی در مدیریت منابع آب و توسعه پایدار تاکید دارند.
    کلیدواژگان: بودجه آب در چرخه هیدرولوژیکی، تغذیه آب زیرزمینی، تغییر کاربری اراضی، خدمات اکوسیستم
  • فرهاد بیرانوند* صفحات 69-78
    به منظور کاهش مصرف آب، باید آب مورد نیاز گیاه محاسبه و بر اساس نیاز آبی، در اختیار آن قرار گیرد. یکی از راهکارهای ارائه شده در رابطه با بحث نیاز آبی گیاهان، تعیین میزان تبخیر و تعرق و ضریب گیاهی با کمک لایسیمترها است. زیره سیاه (Bunium persicume Boiss.) یکی از گونه‏های مهم گیاهان دارویی، در ایران می‏باشد. در تحقیق حاضر، به‏منظور برآورد تبخیر و تعرق این گونه گیاهی، آزمایشی به مدت یک سال در دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان انجام شد. در این تحقیق، گونه زیره سیاه و همچنین گیاه مرجع چمن، در میکرولایسیمترها کشت شدند. آبیاری هر کدام از واحدهای آزمایشی بر اساس ظرفیت زراعی و به صورت وزنی اعمال گردید.  با احتساب تراکم 100 بوته در هر مترمربع میزان  تبخیر و تعرق کل و عملکرد گونه زیره سیاه، به ترتیب 547 میلی متر و300 کیلوگرم در هکتار به دست آمد. در این مطالعه با استفاده از برازش منحنی درجه چهار روی داده‏های لایسیمتری مربوط به ضریب گیاهی معادله ضریب گیاهی به عنوان تابعی از روزهای پس از کاشت، برای گونه زیره سیاه به دست آمد. تعداد روزها در مراحل مختلف رشد (مرحله اول (ابتدایی)، دوم (رشد و توسعه)، سوم (میانی) و چهارم (پایانی)) برای گونه زیره سیاه به ترتیب برابر 10، 30، 30 و 20 روز محاسبه گردید. در نهایت، بر اساس روش فائو، برای چهار مرحله دوره رشد، شکل تغییرات ضریب گیاهی در طول دوره رشد ترسیم گردید و به صورت میانگین، میزان ضریب گیاهی در دوره‏های مختلف رشد، برای گونه زیره سیاه  به ترتیب برابر 25/0، 43/0، 7/0 و 5/0 به دست آمد. در مجموع با استفاده از نیاز آبی واقعی به دست آمده و به کارگیری برنامه دقیق زمان بندی آبیاری می توان اقدام به کشت این محصول در منطقه خرم آباد نمود.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی آبی، برنامه‏ریزی آبی، گیاهان دارویی، لایسیمتر، مراحل رشد، نیاز آبی
  • فرزین صیاد بیرانوند*، منوچهر حیدرپور، یاسر سبزواری صفحات 79-95
    در دسترس بودن آب با کیفیت به منظور حفظ محیط زیست و سلامتی انسان یک امر ضروری است. این مطالعه با هدف ارزیابی کمیت و کیفیت آب رودخانه در بخش های مختلف مصرف آب انجام شد. برای این منظور تغییرات رودخانه خرم آباد در ایستگاه دوآب ویسیان طی دوره زمانی 1395-1377 بررسی  و از منحنی تداوم جریان، جهت برآورد دبی زیست محیطی استفاده شد. جهت بررسی کیفیت آب در بخش‏های مختلف از دیاگرام شولر، نمودار ویل کاکس، پایپر و دوروف و شاخص اشباع لانژیر استفاده شد. علاوه بر این  با استفاده از روش رگرسیون گام به گام میزان اثرگذاری پارامترهای pH، HCO3، Cl، SO4، Ca، Mg، Na، K، SAR و TH بر TDS برآورد شد. بر اساس نتایج،  دبی زیست محیطی طبق روش منحنی تداوم جریان، 945/4 متر مکعب بر ثانیه برآورد شد. این مقدار برابر با 64/24 درصد از دبی متوسط سالیانه برای رودخانه دوآب ویسیان بود. آب این رودخانه برای مصارف شرب و استفاده در کشاورزی در بازه مورد مطالعه مناسب بوده و بر اساس شاخص اشباع لانژیر آب این رودخانه برای مصارف صنعتی و اجرای سامانه‏های آبیاری قطره‏ای خورنده می باشد و باید قبل از استفاده، عملیات تصفیه مدنظر قرار گیرد. علاوه بر این، تیپ آب این رودخانه از نوع کلسیم- منیزیوم بود. نتایج رابطه رگرسیونی نشان داد بین EC، Ca، Mg، Na، TH با TDS رابطه مثبت و بین pH، HCO3، Cl، SO4، K و SAR با TDS رابطه منفی وجود دارد که پارامتر EC دارای بیشترین اثرگذاری بر TDS بود.
    کلیدواژگان: تیپ آب، دبی زیست محیطی، شاخص اشباع لانژیر، کیفیت آب، همبستگی رگرسیونی
  • عباس پارسائی*، شادی نجفیان صفحات 97-110
    سرریزهای پلکانی یکی از کارآمدترین سازه ها در استهلاک انرژی هستند. در این مقاله برای مدل سازی ریاضی اتلاف انرژی جریان عبوری از روی سرریز پلکانی از مدل برنامه ریزی ژنتیک استفاده شد. به منظور مقایسه عملکرد مدل برنامه ریزی ژنتیک با سایر روش های رایانش نرم، مدل شبکه عصبی چندلایه به عنوان معمول ترین مدل هوش مصنوعی نیز تهیه گردید. پارامترهای دخیل در برآورد بازده سرریز پلکانی در اتلاف انرژی جریان عبوری عبارت اند از: عدد دراپ، نسبت عمق بحرانی به ارتفاع پله ها، شیب سرریز، تعداد پله ها، نسبت ارتفاع به طول پله ها است. نتایج نشان داد که روش برنامه ریزی ژنتیک توانایی مناسبی جهت برآورد عملکرد سرریز های پلکانی در اتلاف انرژی دارد. شاخص های آماری خطای این مدل در مرحله صحت سنجی عبارت از R2=0.95 است. بررسی ساختار مدل ریاضی استخراج شده از روش برنامه ریزی ژنتیک نشان می دهد که پارامترهای عدد دراپ و نسبت عمق بحرانی به ارتفاع پله ها دارای وزن بیشتری نسبت به سایر پارامترها هستند، لذا نتیجه می شود که این پارامترها تاثیر بیشتری در عملکرد سازه در اتلاف انرژی دارند. مقایسه عملکرد مدل برنامه ریزی ژنتیک با مدل شبکه عصبی چندلایه نشان می دهد که عملکرد شبکه عصبی نسبت به برنامه ریزی ژنتیک، کمی بهتر است (R2≥0.95). نتایج آنالیز حساسیت شبکه عصبی چندلایه هم ساختار مدل ریاضی مستخرج شده از برنامه ریزی ژنتیک را تایید می نماید.
    کلیدواژگان: استهلاک انرژی، برازش منحنی، سرریزهای پلکانی، عدد دراپ، عمق بحرانی
  • نصرالله حبیبی فتح آبادی*، الهام خواجه پور، صدیقه نبیئیان صفحات 111-121
    هدف مطالعه حاضر، بررسی یارانه نهاده‏های کشاورزی بر پذیرش سازگاری با تغییر اقلیم است. در این راستا با توجه به متغیرهای کمی و کیفی، مدل لاجیت به کار گرفته شد. داده‏ها با کاربرد مصاحبه ساختارمند از طریق پرسشنامه در زمستان 1397 گردآوری شدند. حجم نمونه شامل 247 نفر مصاحبه شونده است که 230 مرد و 17 زن بودند و از ضریب آلفا کرانباخ %9/76 برخوردار می‏باشد. تحقیق حاضر از نظر هدف، کاربردی و از حیث روش، توصیفی- استنباطی است. داده های تحقیق از طریق طراحی و تکمیل پرسشنامه و به روش نمونه‏گیری تصادفی جمع‏آوری گردیده و توسط نرم افزار SPSS22 و Eview10 مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته اند. نتایج، نشان دهنده این است که عواملی مانند متغیرهای کلاس‏های ترویجی، استفاده از واریته‏های مختلف، یارانه نهاده‏های کشاورزی، روش‏های نوین آبیاری و اعتبارات کشاورزی، بر پذیرش سازگاری با تغییر اقلیم در بخش کشاورزی اثر معنی‏دار دارند. با توجه به نتایج به‏دست‏آمده از دید بهره برداران، محصولات زراعی در برابر نوسانات اقلیمی حساسیت و آسیب پذیری بالایی دارند. در مورد راه‏کارهای بلند مدت و کوتاه مدت در برابر تغییر پذیری‏های اقلیمی به ترتیب در سطح کم و متوسط ارزیابی شد. دسترسی بهره برداران به مروج ها و رسانه های ارتباط جمعی تا حدی و برنامه‏های گروهی ترویجی در حد کم وجود داشت. هم‏چنین، نتایج نشان دهنده این است که عواملی مانند یارانه نهاده‏های کشاورزی، بر پذیرش سازگاری با تغییر اقلیم در بخش کشاورزی اثر معنی‏دار دارند. با توجه به نتایج به‏دست‏آمده، استفاده از یارانه نهاده‏های کشاورزی نوعی اطمینان خاطر را در کشاورزان ایجاد خواهد کرد و در نهایت منجر به کاهش ریسک‏گریزی کشاورزان خواهد شد و کشاورزان را به سمت استفاده از فناوری های روز سوق خواهد داد.
    کلیدواژگان: اقلیم، ترویج، سازگاری با تغییر اقلیم، کشاورزی
  • رامین ساریخانی*، زینب احمدنزاد، بمان دانش صفحات 123-136
    آب‏های سطحی یا رودخانه‏ها از مهم‏ترین منابع آب هستند که نقش مهمی در تامین آب مورد نیاز فعالیت‏های مختلف دارند. در سال‏های اخیر استفاده بهینه از مدل‏های هوش مصنوعی، جهت مدل‏سازی و پیش‏بینی پارامترهای کمی و کیفی آب به‏منظور  جلوگیری از آلودگی آب‏های سطحی و رودخانه‏ها متداول بوده است. رودخانه کاکارضا در شهرستان سلسله استان لرستان قرار داشته و از آب این رود‏خانه بیشتر جهت آبیاری کشاورزی اطراف این رود خانه استفاده می‏شود، لذا بررسی کیفیت آب آن اهمیت بسزایی دارد. در این پژوهش با استفاده از روش‏های هیدروژئوشیمیایی و هوش مصنوعی سعی در بررسی کیفیت و تخمین پارامترهای کیفی آب این رودخانه شده است. یافته‏ها نشان داد یون‏های بی‏کربنات، کلسیم و منیزیم تاثیر زیادتر در کیفیت آب این رودخانه دارند. شاخص کیفیت آب رودخانه کاکارضا در بازه زمانی 1347 تا 1398 مطلوب بوده و برای مصارف شرب و کشاورزی قابل استفاده است. همچنین نتایج شبکه عصبی مصنوعی بیانگر توانایی بالای شبکه عصبی در شبیه‏سازی و تخمین شاخص پارامترها می‏باشد، مدل با تعداد 9 ورودی (HCO3, Cl,SO4, Ca, Mg, Na, TDS, pH, Q) بهترین عملکرد را در تخمین مقدار EC نشان داده است. در نهایت به منظور اجرای برنامه مدیریتی سازمان‏های آب در راستای استفاده بهینه از منابع آبی موجود در منطقه (مانند رودخانه کاکارضا) با استفاده از مطالعات هیدروژئوشیمی و پیش‏بینی‏های کمی و کیفی آب می‏توان به شناخت درست‏تری از شرایط کیفیت آب رسید که تصمیم‏گیری در مورد استفاده از این منابع آبی رو بهتر می‏نماید.
    کلیدواژگان: رودخانه کاکارضا، شبیه سازی، منابع آب، هیدروژئوشیمی، هوش مصنوعی
  • محمد کرمی*، فرزین صیاد بیرانوند صفحات 137-147
    هوش مصنوعی به عنوان یکی از ابزار معتبر در مدلسازی فرایندهای پیچیده غیرخطی، شناخته شده است. در این تحقیق، به منظور بررسی توانایی مدل برنامه ریزی بیان ژن (Gene Expression Programming (GEP)) در برآورد میزان تبخیر و تعرق با استفاده از داده های هواشناسی، از دوره آماری 30 سال هواشناسی ایستگاه هواشناسی اهواز، استفاده گردید. روش مرجع برای محاسبه تبخیر و تعرق، روش پنمن مانتیث در نظر گرفته شد. در این تحقیق چهار سناریو با ترکیب های مختلف پارامترهای ورودی مدل مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت نتایج نشان داد، بهترین ترکیب پارامترهای ورودی برای مدل برنامه ریزی بیان ژن ، شامل پارامترهای دمای حداقل، دمای حداکثر، رطوبت نسبی و ساعات آفتابی بود . به ازای این پارامترهای ورودی،  مقادیر R2، MAE و RMSE  در مرحله آموزش  به ترتیب برابر 964/0، 421/0 میلی متر بر روز و 507/0 میلی متر بر روز و در مرحله آزمون (تست)  به ترتیب برابر 965/0، 419/0 و 506/0 به دست آمد.   بارش تنها پارامتری بود که کمترین اثر را بر میزان تبخیر و تعرق نشان داد، به گونه ای که افزایش این پارامتر به پارامترهای ورودی مدل، باعث تغییر ناچیز (کمتر از یک درصد) در مقادیر شاخص های ارزیابی گردید. به نظر می رسد علت این امر به میزان بارندگی کم این منطقه باشد، به گونه ای که در اکثر ماه ها، میزان بارنگی بسیار ناچیز است. در نهایت نتایج این تحقیق نشان داد مدل برنامه ریزی بیان ژن می تواند به عنوان یک ابزار مناسب با دقت خوب برای برآورد میزان تبخیر و تعرق مرجع قرار بگیرد.
    کلیدواژگان: پنمن مانتیث، تبخیر و تعرق، مدل برنامه ریزی بیان ژن، هوش مصنوعی
  • امیرحسین شاکرمی، لاله دیوبند هفشجانی*، پروانه تیشه زن، حمید عبدل آبادی صفحات 149-158
    کیفیت آب به دلیل اهمیت حیاتی آن در حفظ زندگی و پشتیبانی از جنبه های مختلف، یکی از موضوعات کلیدی در مدیریت منابع آبی محسوب می شود. با پیشرفت صنعت و افزایش نیاز به آب، آلودگی منابع آبی به یک نگرانی جدی تبدیل شده است. این تحقیق به بررسی کیفیت آب رودخانه زهره با استفاده از شاخص کیفیت آب آنتروپی شانون و مدل برنامه ریزی بیان ژن (GEP) پرداخته است. داده های مربوط به پارامترهای کیفیت آب، شامل pH، هدایت الکتریکی، فسفات، نیترات، آمونیوم، سختی کل، کلیفرم مدفوعی، اکسیژن محلول، BOD5،COD و کدورت، طی دوره ده ساله (1390-1400) از ایستگاه های فیروزآباد و 720 متری سویره تهیه شدند. ابتدا، آنتروپی هر پارامتر محاسبه و وزن های آن-ها تعیین شد. سپس، با استفاده از وزن های محاسبه شده، شاخص کیفیت آب آنتروپی شانون به دست آمد. نتایج حاصل از مدل GEP نشان داد که این روش با ضریب تعیین (R²) برابر 803/0 و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) برابر 07/0، دقت بالایی در تخمین شاخص کیفیت آب دارد. نتایج این مطالعه به استفاده از GEP به عنوان ابزاری موثر برای ارزیابی و مدیریت کیفیت آب در رودخانه زهره اشاره دارد و می تواند به بهبود سیاست های مدیریتی منابع آبی و پیشگیری از خطرات برای سلامت عمومی و اکوسیستم ها کمک کند.
    کلیدواژگان: ضریب پیرسون، هوش مصنوعی، فیروزآباد، بهینه
|
  • Masoomeh Yeganeh *, Naeim Adoos, Afshin Ashrafzadeh Pages 1-15
    Kiwi is one of the Iran's agricultural products, which is mainly exported to the world market. Data mining methods are well able to provide manufacturers with the necessary information in the field of product performance modeling. This research has investigated the efficiency of data mining methods of advanced Feedforward backdrop Neural Network, K-Nearest Neighbor, Genetic Programming and Multivariate Linear Regression in estimating kiwi yield in Gilan province using water and soil characteristics. 74 data series were obtained from the field measurement of water and soil information and yield of kiwi fruit in orchards equipped with pressure irrigation system in 2021-2022. Water and soil data including maximum daily evaporation and transpiration, soil electrical conductivity and soil reaction index, clay percentage, silt percentage, soil organic matter percentage, water electrical conductivity and water reaction index, and irrigation volume as model inputs and crop yield, model output selected. The results showed that the leading artificial neural network model has a better performance than the other three models due to the higher explanation coefficient statistics (0.96) and lower root mean square error (0.019). Also, Genetic Programming has correlation coefficient (0.89), root mean square error (0.033) and K-Nearest Neighbor method has correlation coefficient (0.88) root mean square error (0.059) and Multivariate Linear Regression method has coefficient The correlation was (0.58) and the root mean square error (0.093) which indicates the higher accuracy of the Genetic Programming method. Therefore, the advanced artificial neural network model can act as a powerful tool in the estimation of Kiwi performance.
    Keywords: Genetic Programming, Multivariate Linear Regression, Feed Forward Backdrop Neural Network, K-Nearest Neighbor
  • Hamid Mirhashemi * Pages 17-28
    Precipitation is considered as the most important factor in shaping the state of climate and the change of water on the surface of the earth, the surface of the soil and the atmosphere. fluctuating and multiscale signal appears, which has strong local fluctuations. In this study, in order to detect extreme large and small fluctuations in the daily precipitation time series of Poldokhtar synoptic station, two approaches of multifractal analysis of detrended fluctuations (MF-DFA) and discrete wavelet analysis with maximum overlap (MODWT) were used. The results of the analysis of annual fluctuations, two, four, eight and 12 years indicate the existence of three fluctuation periods in the precipitation signal for the annual scale. So that the fluctuations in the first period have a relatively regular behavior with a constant trend, in the second period they have a decreasing trend and finally in the third period they have an increasing and highly fluctuating trend. Extreme large fluctuations have a maximum in 2018-2019 and extreme small fluctuations have a maximum in 2011. Also, the results of the analysis of fluctuations in the time scales of one to 12 years show a decrease in extreme small fluctuations and an increase in extreme large fluctuations, and in the periods when there was an increase in precipitation, there was an intense increase in large fluctuations and the periods that were parallel to an intense decrease in precipitation, extreme small fluctuations also show an intense increase.
    Keywords: Fluctuation, Frequency, Poldokhtar, Precipitation, Wavelet
  • Payam Amouzegari * Pages 29-40
    The macro water system flows in nature based on the physiographic condition of watershed and it is not limited to by a political border. In order to achieve water governance and rational use of natural resources, water resources must be managed at the watershed scale and under climate governance. But in most areas where urbanization has grown based on political borders, they mistakenly reduce the water system to the same range of political borders, which causes disruption in a chain of ecosystem relationships and complexity in water resources management. This issue has historical roots and originates from insufficient knowledge and technological limitations in the past era and when Political borders were formed. But in the current era, due to the advancement of technology and the use of Geographic Information Systems (GIS), as well as the increase in human knowledge about the inherent complexity of the water system, it has been possible to link the political boundaries with the boundaries of the watershed by producing and presenting new maps. Research literature shows that water resources and other environmental goods are better protected in countries where political borders and watershed borders are more compatible. Therefore, in the current study, by using the geographic information system, the border construction patterns in the country's watersheds have been analyzed. The results of this research show that matching political borders with watershed borders is a necessary step for the governance of Iran's water resources and sustainable development.
    Keywords: Climate Change, Political Border, Systems Thinking, Watershed
  • Elham Davoodi *, Mahdi Soleimani Motlagh Pages 41-55

    Measurement of leaf area index (LAI) is of great importance in various scientific fields such as environment, natural resources, plant sciences, agriculture and environment and etc. Leaf area index is one of the most important environmental and ecological parameters; Because the comprehensive and complete information from the leaf area index is useful for extensive analyzes about the performance of plants and the surrounding environment, especially the hydrological and biochemical cycle, and is used as a key criterion in studies related to plant productivity, carbon cycle, and energy balance in ecosystems. In this article, while examining the concepts and importance of leaf area index, various methods of measuring leaf area index are described in detail. Different types of devices and methods used to measure the leaf area index have been examined in detail and the advantages and limitations of each have been stated. This review article can provide researchers and students with important results for choosing the best measurement method based on the study environment and research objectives. Also, suggestions for the development of new methods of measuring the leaf area index and future research in this field have been presented.

    Keywords: Canopy Cover, Dimensionless, Hydrological, Biochemical Cycle, Leaf Area Index, Quantity
  • Assessment of the Impact of Land Use and Climate Changes Based on a Distributed Water Balance Modeling: A Case Study of the Lordegan Watershed
    Fatemeh Mohammadyari *, Khodayar Abdollahi Pages 57-68
    Effective management of water resources and land use is essential for maintaining ecological balance and the sustainability of our vital ecosystem services. This study examines how land use changes affect ecosystem services and environmental sustainability in the Lordegan watershed, utilizing a water balance model. Land use changes, including the conversion of barren lands and mixed forests to rangelands, significantly affect interception, runoff, evaporation, and groundwater recharge. The model simulates temporal and spatial changes in water balance components using input data from nine hydro-climatic stations located in the Lordegan watershed. The results indicate that changes in precipitation patterns and their interaction with temperature and other climatic elements influence potential evapotranspiration and water consumption. This detailed analysis examines these impacts and provides recommendations for optimal water resource management and ecosystem service preservation, offering a comprehensive view of the effects of land use changes on various components of the water cycle. It also proposes strategies for conserving water resources against future changes. The study's analysis of land use changes and their impact on water balance components reveals that the transition from forests to rangelands and agricultural lands, particularly in mixed forests with the highest contribution to groundwater recharge, has led to significant changes in actual evaporation, runoff, and interception. Informed decisions regarding land development and use can help preserve water resources mangers, prevent soil erosion, and protect biodiversity. The water balance results demonstrate satisfactory simulation of the total streamflow from the Lordegan watershed and underscore the importance of land use changes in water resource management and sustainable development.
    Keywords: Ecosystem Services, Groundwater Nutrition, Land Use Change, Water Budget In The Hydrological Cycle
  • Farhad Beiranvand * Pages 69-78
    In order to reduce water consumption, the water requirement should be calculated and given to the plant based on its water requirement. One of the best approaches to assess plant water requirement is determination of crop evapotranspiration and coefficient, using lysimeters. Bunium persicume (Boiss.) is one of the important medicinal plants in Iran. In this study, an experiment was conducted at Agriculture Faculty of Lorestan University for one year to estimate the transpiration of the plant. In present research, Bunium persicume and reference grass plant were sown in micro Lysimeters. Each of the experimental units was irrigated, based on crop capacity and weighing method. According to the obtained results, the rate of evaporation and transpiration and yield of Bunium persicume species were 547 mm and 300 Kg/ha respectively. In this study, using the quadratic curve fitting on the lysometric data related to plant coefficient (Kc), the plant coefficient equation was obtained as a function of the days after planting for Bunium persicume species. The number of days in different stages of growth (first stage (primary), second (growth and development), third (middle) and fourth (final)) were 10, 30, 30 and 20 days. Finally, based on the FAO method, the crop coefficient (Kc) curves were drawn during different growth periods for both species and, in average, it was concluded that in four stages of plant growth, the KC values were 0.25, 0.43, 0.7 and 0.5 respectively. In general, by using the actual water requirement obtained and applying a precise irrigation schedule, it is possible to cultivate this crop in Khorram Abad region.
    Keywords: Growth Stages, Irrigation Scheduling, Lysimeter, Medicinal Plants, Water Requirement
  • Farzin Sayad Beyranvand *, Manouchehr Heidarpour, Yasser Sabzevari Pages 79-95
    The availability of qualified water is essential to preserve the environment and human health. This study was conducted with the aim of evaluating the quantity and quality of river water in different parts of the water consumption. For this purpose, the changes of the surface of the Khorram Abad river at Doab Veisian station during the period of 1998-2016 were investigated and the flow continuity curve was used to estimate the environmental discharge. In order to check water quality in different parts of the river, Schuler's diagram, Wilcox's diagram, Piper's and Durov's diagram and Langier's saturation index were used. In addition, using the stepwise regression method, the effects of pH, HCO3, Cl, SO4, Ca, Mg, Na, K, SAR and TH parameters on TDS were estimated. Based on the results, the environmental discharge was estimated as 4.945 m3/s according to the continuous flow curve method. This amount was equal to 24.64% of the average annual discharge for the Visian Doab River. The water of this river is suitable for drinking and agricultural use in the study area, and based on the Langir saturation index, the water of this river is corrosive for industrial use and the implementation of drip irrigation systems, and treatment should be considered before use. In addition, the type of water in this river was calcium-magnesium type. The results of the regression relationship showed that there is a positive relationship between EC, Ca, Mg, Na, TH and TDS and there is a negative relationship between pH, HCO3, Cl, SO4, K and SAR with TDS, and EC parameter had the greatest effect on TDS.
    Keywords: Environmental Discharge, Langier Saturation Index, Regression Correlation, Water Quality, Water Type
  • Abbas Parsaie *, Shadi Najafian Pages 97-110
    Stepped spillways are affective structures for energy dissipation. In this study, to mathematical expression of effect of involved parameters on energy dissipation, a genetic programing (GP) technique was used. The GP categorized in smart function fitting methods that automatically define the most effective parameters and assigned them more weight in final model derived. Involved parameters on energy dissipation of flow are drop number, number of steps, ration of critical depth to height of steps, longitudinal slop of weir, and Froude number of flow at toe of spillways. To compare the performance of GP with other type of soft computing techniques, the multilayer perceptron neural network was developed as well. Results indicated that derived model from GP model has suitable to performance to mathematical expression of involved parameters on energy dissipation. Reviewing the structure of derived model from GP indicated that drop number and ratio of critical depth to the height of steps are the most effective parameters on energy dissipation. Comparison the performance of MLP model with GP showed that the accuracy of MLP is a bit more than the GP. Sensitivity analysis of MLP upheld the results of GP in term of effective parameters.
    Keywords: Critical Depth, Drop Number, Energy Dissipation, Function Fitting
  • Nasrollah Habibi Fath Abadi *, Elham Khajehpour, Sedigheh Nabieyan Pages 111-121
    The purpose of this study is to investigate the subsidy of agricultural inputs on the acceptance of adaptation to climate change. In this regard, according to the quantitative and qualitative variables, the logit model was used. The data were collected using a structured interview through a questionnaire in the winter of 2018. The sample size includes 247 interviewees, of which 230 were men and 17 were women, and it has a Cronbach's alpha coefficient of 76.9%. The present research is applied in terms of purpose and descriptive-inferential in terms of method. The research data were collected through the design and completion of the questionnaire and the random sampling method and were analyzed by spss and Eviews software. The results show that factors such as the variables of extension classes, the use of different varieties, subsidies for agricultural inputs, new irrigation methods and agricultural credits, have a meaningful effect on the acceptance of adaptation to climate change in the agricultural part. According to the results obtained from the users' point of view, crops are highly sensitive and vulnerable to climatic fluctuations. In the case of long-term and short-term solutions against climate variability, it was evaluated at a low and medium level, respectively. Access of users to promoters and communication media was existed to some extent and promotional group programs to a small extent. Also, the results show that factors such as agricultural input subsidies have a significant effect on the acceptance of adaptation to climate change in the agricultural part. According to the obtained results, the use of agricultural input subsidies will create a kind of confidence in the farmers and will ultimately lead to the reduction of the risk aversion of the farmers and will lead the farmers to use modern technologies.
    Keywords: Adaptation To Climate Change, Agriculture, Climate, Promotion
  • Ramin Sarikhani *, Zeinab Ahmadnejad, Beman Danesh Pages 123-136
    Surface waters or rivers are one of the most important water sources that play an important role in supplying water for various activities. In recent years, the optimal use of artificial intelligence models has been common to predict and simulate of the quantitative and qualitative parameters of water to prevent the pollution of surface water and rivers. The Kakareza river is located in the city of Selseleh, Lorestan province, the water of this river is mostly used for irrigation, thus it is very important to assess the quality and estimate the quality parameters of the water of this river. In this research hydrogeochemical methods and artificial intelligence have been used. The findings showed that bicarbonate, calcium and magnesium ions have a major role on the water quality of this river. The water quality index of Kakareza River is favorable in the period 1347 to 1398 and can be used for drinking and agriculture purposes. Also, the results of the artificial neural network show the high ability of the neural network in simulation and prediction the parameter index, the model with 9 inputs (HCO3, Cl, SO4, Ca, Mg, Na, TDS, pH, Q) is shown the best performance in estimated value of EC. Finally, in order to implement the management program of water organizations to make optimal use of water resources in the region (such as the Kakareza River) by using hydrogeochemical studies and quantitative and qualitative predictions of water, it is possible to have a more accurate understanding of the water quality conditions, which makes better decisions about the use of these water resources.
    Keywords: Artificial Intelligence, Hydrogeochemistry, Kakarza River, Simulate, Water Resource
  • Mohamad Karami *, Farzin Sayad Beyranvand Pages 137-147
    amount of reference evapotranspiration using meteorological data, the period of 30-year of Ahvaz meteorological station was used. The reference method for calculating evapotranspiration was the Penman-Monteith method. In this research, four scenarios with different combinations of model input parameters were examined. Finally, the results showed that the best combination of input parameters for the gene expression programming model included parameters of minimum temperature, maximum temperature, relative humidity and sunshine hours. For these input parameters, R2, MAE, and RMSE statistics in the training phase are 0.964, 0.421 mm/d, and 0.507 mm/d, respectively, and in the test phase, they are 0.965, 0.419 mm/d, and 0.506 mm/d, respectively. was obtained Rainfall was the only parameter that showed the least effect on the rate of evaporation and transpiration, so that the increase of this parameter to the input parameters of the model caused a slight change (less than one percent) in the values of the evaluation indices. It seems that the reason for this is the low amount of rainfall in this area, so that in most months, the amount of rainfall is very small. Finally, the results of this research showed that the gene expression programming model can be used as a suitable tool with good accuracy for estimating reference evaporation and transpiration.
    Keywords: Artificial Intelligence, Evaporation, Transpiration, GEP Model, Penman Mantis
  • Amir Hosein Shakarami, Laleh Divband Hafshejani *, Parvaneh Tishehzan, Hamid Abdolabadi Pages 149-158
    Water quality, due to its vital role in sustaining life and supporting various aspects of human life, is a key issue in water resource management. With industrial advancements and increasing water demands, water pollution has become a serious concern. This research investigates the water quality of the Zohreh River using the Shannon Entropy Water Quality Index (SEWQI) and Gene Expression Programming (GEP) model. Data on water quality parameters, including pH, electrical conductivity, phosphate, nitrate, ammonium, total hardness, fecal coliform, dissolved oxygen, BOD5, COD, and turbidity, were collected from the Firoozabad and 720-meter Suire stations over a ten-year period (2011-2020). Firstly, the entropy of each parameter was calculated, and their weights were determined. Then, using the calculated weights, the Shannon Entropy Water Quality Index was obtained. The results obtained from the GEP model showed that this method has a high accuracy in predicting the water quality index with a coefficient of determination (R²) of 0.803 and root mean square error (RMSE) of 0.07. The results of this study highlight the use of GEP as an effective tool for assessing and managing water quality in the Zohreh River and can contribute to improving water resource management policies and preventing risks to public health and ecosystems.Firstly, the entropy of each parameter was calculated, and their weights were determined. Then, using the calculated weights, the Shannon Entropy Water Quality Index was obtained. The results obtained from the GEP model showed that this method has a high accuracy in predicting the water quality index with a coefficient of determination (R²) of 0.803 and root mean square error (RMSE) of 0.07. The results of this study highlight the use of GEP as an effective tool for assessing and managing water quality in the Zohreh River and can contribute to improving water resource management policies and preventing risks to public health and ecosystems.
    Keywords: Artificial Intelligence, Firozabad, Optimization, Pearson Correlation Coefficient