فهرست مطالب
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)
سال بیست و نهم شماره 1 (پیاپی 111، بهار 1404)
- تاریخ انتشار: 1404/01/12
- تعداد عناوین: 12
-
-
صفحات 1-10
استفاده بی رویه از کودهای شیمیایی نیتروژنی در شالیزارها موجب آلودگی خاک، آب و هدررفت منابع شده است. با توجه به اینکه بیوفیلم پریفایتون تشکیل شده در اراضی شالیزاری مسئول اصلی تبادلات عناصر غذایی است، پژوهشی با هدف بررسی اثر پریفایتون در فرایند نیترات سازی در شالیزارها طراحی و با 12 تیمار اجرا شد. تیمارها شامل پریفایتون، نیتریفیکاتورهای پرتوان و کم توان جداشده از پریفایتون و پریفایتون غنی شده با نیتریفیکاتورها و ترکیب آن ها با بازدارنده شیمیایی دی سیان دی آمید بودند. پژوهش به صورت کشت گلخانه ای برنج در مدت 30 روز انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که کاربرد همزمان پریفایتون غنی شده با نیتریفیکاتور کم توان و دی سیان دی آمید می تواند موجب افزایش میزان نیتروژن کل، فسفر و آمونیوم در خاک و نیتروژن کل، فسفر، پتاسیم، طول اندام هوایی و وزن خشک در گیاه برنج شود. همچنین این تیمار موجب کاهش تبدیل آمونیوم به نیترات و متعاقب آن کاهش پتانسیل نیترات سازی در خاک شد و با افزایش تجمع آمونیوم باعث افزایش بهره برداری گیاه برنج از آن شد. پریفایتون می تواند به عنوان یک مخزن جدید برای جداسازی انواع میکروارگانیسم ها در نظر گرفته شود و همچنین استفاده از آن در شالیزارها به عنوان یک راه حلی زیستی نوین و سالم برای کنترل فرایند نیترات سازی به همراه کاربرد کمتر مواد شیمیایی بازدارنده در مسیر پژوهش های آینده قرار گیرد.
کلیدواژگان: آمونیوم، برنج، دی سیان دی آمید، نیتریفیکاتور -
صفحات 11-32
در این مطالعه، یک مدل مفهومی مبتنی بر سیستم پویا برای بهینه سازی مدیریت آب، زمین و تولید محصولات کشاورزی (چای و برنج) در نواحی آبیاری شبکه آبیاری و زهکشی سفیدرود توسعه داده شد. به منظور شناخت رفتار شبکه و تهیه مدل شبیه سازی سیستم از یک مدل مفهومی مبتنی بر مدل پویایی سیستم استفاده شد که در محیط MATLAB/Simulink شبیه سازی مدل انجام شد. در ادامه با استفاده از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک مدل بهینه سازی سیستم مورد مطالعه به صورت یک مدل چندهدفه توسعه داده شد و سپس با استفاده از روش وزن دهی توابع هدف، شرایط مختلف مدیریتی اجرا شد. نتایج نشان داد که انتخاب بهترین پاسخ از مدل های بهینه سازی چندهدفه به مقادیر وزنی توابع هدف وابسته است و با تغییر این مقادیر، تصمیم گیرندگان می توانند پاسخ های متنوعی برای مسائل پیچیده بهینه سازی ارائه دهند. مدل بهینه سازی با ترکیب وزنی مختلف، سطح زیر کشت و تخصیص آب را به گونه ای تعیین می کند که کمبود آب کمینه و عملکرد محصولات بیشینه شود. علاوه بر این، یافته ها حاکی از آن است که کانال های شبکه آبیاری نقش حیاتی در تامین نیاز آبی دارند و تخصیص عادلانه آب برای جلوگیری از برداشت بی رویه و پیامدهای منفی مانند پیشروی آب شور و فرونشست زمین ضروری است. مطالعه نشان می دهد که بهترین راهکار به شرایط محلی و سیاست های تصمیم گیرندگان بستگی دارد. برای دستیابی به بیشترین سود اقتصادی و پاسخگویی به نیازهای آب، پیشنهاد می شود از ترکیب وزنی نزدیک به استفاده شود. درنهایت، این مدل به مدیران و تصمیم گیرندگان کمک می کند تا با تغییر سطح زیر کشت و بهره برداری بهینه از منابع آب، کمترین میزان کمبود آبی را در منطقه ایجاد کنند.
کلیدواژگان: تخصیص آب و زمین، بهینه سازی چندهدفه، پویایی سیستم، سیمولینک -
صفحات 33-49
کشاورزی به عنوان یکی از مهم ترین بخش های اقتصادی و اجتماعی در ایران همواره تحت تاثیر شرایط آب وهوایی، منابع آب و مدیریت مزرعه قرار داشته است. افزایش بهره وری و بهبود مدیریت منابع در تولید محصولات زراعی می تواند به توسعه پایدار کشاورزی و امنیت غذایی کمک کند. هدف این پژوهش بررسی این مورد است که چه میزان از تولید گندم، جو و ذرت در کشور به تفکیک کشت های آبی و دیم تحت تاثیر چه شدتی از خشکی اقلیمی (برمبنای مجموعه مدل های برونداد اقلیمی سری ششم: CMIP6) قرار خواهد گرفت. این پژوهش با استفاده از میزان تولید محصولات گندم، جو و ذرت به تفکیک کشت های آبی و دیم در استان های کشور طی سال های 1371 تا 1402 که توسط سازمان جهاد کشاورزی ارائه شده، انجام شده است. برای بررسی تغییرات خشکی تحت تاثیر سناریوهای اقلیمی، داده های اقلیمی از پایگاه NEX-GDDP دریافت و شاخص خشکی دومارتن مبنا بوده است. بر اساس نتایج مشخص شد که میزان تولید گندم، جو و ذرت دیم که طی سال های 1997 تا 2014 (دوره پایه) تحت شرایط اقلیمی نیمه خشک تا خیلی خشک قرار داشتند، به ترتیب حدود 2076، 434 و 15 هزار تن است که با گسترش شرایط خشکی در کشور طی دوره آتی و تحت سناریوی SSP2 به 3333، 693 و 16 هزار تن و تحت سناریوی SSP5 به 3558، 842 و 16 هزار تن افزایش پیدا خواهد کرد. همچنین میزان تولید گندم، جو و ذرت آبی در معرض شرایط اقلیمی نیمه خشک تا خیلی خشک در 1997 تا 2014 (دوره پایه) به ترتیب 6240، 1683 و 5842 هزار تن، تحت سناریوی اقلیمی SSP2 حدود 7126، 1757 و 6253 هزار تن و تحت سناریوی SSP5 به ترتیب حدود 7348، 1780 و 6324 هزار تن تخمین زده شده است. بر اساس نتایج مشخص شد که شرایط اقلیمی در کشور و به ویژه در مناطق مرکزی، جنوب، جنوب شرقی و جنوب غربی کشور به سمت خشک تر شدن پیش می رود؛ بنابراین، برنامه ریزی و سیاست گذاری های هوشمندانه، استفاده از فناوری های نوین و بهبود مدیریت منابع آب وخاک می تواند به کاهش اثرات منفی ناشی از این تغییرات و سازگاری بهتر با شرایط جدید کمک کند. توجه به این مسائل و اجرای راهکارهای موثر از اهمیت زیادی به منظور رسیدن به پایداری در بخش کشاورزی برخوردار است.
کلیدواژگان: تغییر اقلیم، خشکی، تولید غلات، شاخص خشکی دومارتن -
صفحات 51-64
خاک ها به طور مداوم در معرض نانوذرات به ویژه نانوذرات نقره قرار دارند که می تواند بر جمعیت میکروبی و چرخه نیتروژن خاک اثرگذار باشد. فرضیات این مطالعه عبارت اند از: 1) نوع گیاه موجب تغییر در پاسخ گیاه به نوع و غلظت نانوذرات می شود، 2) این پاسخ ممکن است منجر به تغییر در غلظت آمینواسیدها و پروتئین خاک شود و 3) ترکیب اثرهای سیستم ریشه، نوع و غلظت نقره ممکن است اثرهای تعدیل کننده ای بر غلظت آمینواسیدها و پروتئین خاک در طول ستون خاک داشته باشد. این فرضیات در آزمایش گلخانه ای به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های تصادفی آزمون شد. نمونه برداری خاک از دو منطقه بادرود (330 '44 "50 N, 510 57' 55" E) و فمی (330 '42 17" N, 510 59' 58" E) در استان اصفهان با دو بافت متفاوت (شن و لوم) در عمق 0 تا 40 سانتی متری انجام شد. تیمارها شامل: 1) نوع خاک (شن لومی و لوم شنی)، 2) سیستم ریشه ای (خاک بدون کشت، گندم و گلرنگ)، 3) نوع نقره (تیمار بدون نقره، نانوذرات نقره و نیترات نقره) و 4) غلظت نقره (50 و 100ppm) است. گیاهان 110 روز پس از کاشت برداشت و نمونه های خاک از ناحیه ریزوسفر و خاک بدون کشت جمع آوری و غلظت پروتئین وآمینواسیدهای خاک اندازه گیری شد. در خاک بادرود با افزایش عمق غلظت پروتئین خاک به طور معنی داری (0/05>p) کاهش یافت. اگرچه تغییرات عمق تفاوت معنی داری بر غلظت پروتئین در خاک زیر کشت گندم نشان نداد، اما افزایش عمق باعث کاهش معنی دار (0/05>p) غلظت پروتئین در خاک تحت کشت گلرنگ شد. در خاک فمی، افزودن نیترات نقره منجر به افزایش معنی دار (0/05>p) غلظت پروتئین شد. این در حالی است که افزودن نانوذرات نقره تاثیر معنی داری (0/05>p) بر غلظت پروتئین خاک نداشت. در خاک بادرود بیشترین غلظت آمینواسیدهای خاک در تیمار نیترات نقره دیده شد. تیمار نانوذرات نقره اثر معنی داری (0/05>p) در غلظت آمینواسیدهای خاک نشان نداد، با این حال اعمال تیمار نقره در هر دو غلظت، افزایش معنی دار (0/05>p) آمینواسیدهای خاک را به دنبال داشت. به طور کلی، اثر نانوذرات و یون های نقره بر غلظت پروتئین ها و آمینواسیدهای خاک برحسب بافت خاک و پوشش گیاهی متفاوت بود؛ بنابراین مطالعات بیشتری به منظور تعیین مکانیسم هایی که طی آن نانوذرات و نیترات نقره بر ذخایر و چرخه نیتروژن خاک در حضور گیاه در اعماق مختلف خاک تاثیر می گذارند، لازم است.
کلیدواژگان: نانوذرات نقره، نیترات نقره، غلظت آمینواسیدها، غلظت پروتئین، بافت خاک، ذخایر نیتروژن خاک -
صفحات 65-80
آگاهی از میزان تاثیر تنش کم آبی بر عملکرد کمی و کیفی محصولات کشاورزی باتوجه به خشکسالی های متناوب اخیر و کاهش بارندگی برای مدیریت مصرف آب ضروری است. هدف این پژوهش ارزیابی تیمارهای مختلف کم آبیاری بر عملکرد، اجزای عملکرد و بهره وری مصرف آب گیاه گندم پاییزه در منطقه شهرکرد است. برای این منظور آزمایشی با سه تکرار در قالب طرح بلوک کامل تصادفی در اراضی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان چهارمحال وبختیاری در سال 1402- 1401 انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل چهار تیمار آبیاری کامل (T100)، 80 درصد آبیاری کامل (T80)، 60 درصد آبیاری کامل (T60) و 40 درصد آبیاری کامل (T40) بودند. با اعمال تیمار کم آبیاری T60، عملکرد دانه گندم بیش از 14 درصد و اعمال تیمار کم آبیاری T80، عملکرد دانه بیش از 31 درصد کاهش یافت. همچنین دیده شد تیمار T60 دارای بیشترین بهره وری آب به میزان 1/22 کیلوگرم بر هر مترمکعب و تیمارهای T100، T80 و T40 به ترتیب دارای بهره وری آب 1/06، 1/12 و 1/19 کیلوگرم بر هر مترمکعب آب مصرفی بودند. نتایج نشان داد که کم آبیاری بر عملکرد دانه، زیست توده و بهره وری آب مصرفی گندم پاییزه در شرایط آب وهوایی منطقه شهرکرد تاثیرگذار است. نتایج این پژوهش نشان داد که تیمار کم آبیاری T80 می تواند عملکرد قابل قبول تری از نظر بهره وری آب داشته باشد.
کلیدواژگان: بهره وری آب، اقلیم سرد خشک، مدیریت آب در مزرعه -
صفحات 81-96
کربنات کلسیم معادل خاک (CCE) یکی از ویژگی های مهم خاک است. پیش بینی مقدار کربنات کلسیم معادل خاک برای مدیریت پایدار حاصلخیزی خاک ضروری است. مطالعه حاضر با هدف نقشه برداری رقومی کربنات کلسیم معادل با استفاده از متغیرهای کمکی محیطی و تصاویر ماهواره لندست 8 و مدل های پیش بینی کننده و معرفی بهترین مدل ها، در حوضه آبخیز بدر در جنوب شهرستان قروه انجام گرفت. برای انجام این پژوهش در مرحله اول، نقشه ژئومرفولوژی با استفاده از نقشه زمین شناسی و بر اساس روش ژئوپدولوژی زینک در محیط سامانه اطلاعات جغرافیائی ترسیم شد. در مرحله دوم، محل 125 خاکرخ مطالعاتی بر اساس تکنیک ابر مکعب لاتین تعیین شد و کربنات کلسیم معادل افق های خاک با روش تیتراسیون با اسید اندازه گیری شد. متغیرهای کمکی شامل مشتقات مدل رقومی ارتفاع، شاخص های سنجش ازدور دریافتی از ماهواره لندست 8 و نقشه ژئوپدولوژی بودند که انتخاب متغیرهای کمکی مناسب با استفاده از روش تجزیه مولفه های اصلی (PCA) انجام شد. در مرحله سوم، مدل سازی انجام، نقشه های رقومی کلاس ها و ویژگی های خاک تهیه شد و ارزیابی مدل ها صورت گرفت. برای برآورد کربنات کلسیم معادل خاک، در مطالعه حاضر دو حالت مختلف بررسی شد. در حالت اول، مدل های شبکه عصبی مصنوعی، تحلیل درخت تصمیم، جنگل تصادفی، مدل نزدیک ترین همسایه K برای پیش بینی استفاده شدند. همچنین به منظور ترکیب نتایج مدل ها، از مدل رگرسیون خطی چندگانه استفاده شد. در میان مدل های استفاده شده برای پیش بینی مقدار کربنات کلسیم معادل با استفاده از روش اعتبارسنجی کافلد 10 مکانی، مدل رگرسیون خطی چندگانه (MLR) با ضریب تعیین 0/796 و ریشه دوم متوسط مربعات خطا 6/514 از بیشترین دقت برای پیش بینی برخوردار بوده است. این در حالی است که با استفاده از روش اعتبارسنجی کافلد 5 تصادفی، مدل نزدیک ترین همسایه K (KNN) با ضریب تعیین 0/9845 و ریشه دوم متوسط مربعات خطا 2/1258 از بیشترین دقت برای پیش بینی برخوردار بوده است. به دلیل مکانی بودن روش اعتبارسنجی کافلد 10 مکانی، استفاده از این روش بر روش اعتبارسنجی کافلد 5 تصادفی ارجحیت دارد. همچنین متغیرهای کمکی مهم در پیش بینی کربنات کلسیم معادل خاک به ترتیب اهمیت شامل شاخص کربنات، جهت شیب، ژئومورفولوژی، سطح مبنای شبکه آبراهه و شیب حوضه آبخیز بودند.
کلیدواژگان: شبکه عصبی مصنوعی، مدل های پیش بینی کننده، شاخص کربنات، متغیرهای کمکی -
صفحات 97-110
یکی از عوامل اصلی ایجاد فرسایش آبی، ویژگی ذاتی خاک یا فرسایش پذیری است. فرسایش پذیری تابعی از توزیع اندازه ذرات، ماده آلی، ساختمان و نفوذپذیری خاک است. هدف پژوهش حاضر بررسی تغییرات عامل فرسایش پذیری خاک در رخساره های ژئومورفولوژی است. شاخص فرسایش پذیری خاک با نمونه برداری از 58 نقطه در رخساره های ژئومورفولوژی حوضه آبخیز دوراهان - بروجن با روش ویشمایر و اسمیت برآورد شد. در آزمایشگاه توزیع دانه بندی خاک، درصد مواد آلی، ساختمان خاک، مقدار سنگ ریزه، آهک، شوری، اسیدیته و نسبت جذب سدیم تعیین شد. نتایج نشان داد فرسایش پذیری خاک در کل حوضه بین 0/0661- 0/0148 تن ساعت بر مگاژول میلی متر متغیر است. شاخص فرسایش پذیری خاک (K) در رخساره های تپه ماهور با دامنه منظم و برونزد سنگی بین 25 تا 50 درصد از لحاظ مقدار بیشتر از بقیه است و از لحاظ دامنه تغییرات نیز از بقیه رخساره ها بیشترین دامنه تغییرات را دارد. از طرفی کمترین دامنه تغییرات در رخساره های ژئومورفولوژی، مربوط به رخساره تپه ماهور با دامنه منظم و برونزد سنگی کمتر از 25 درصد است. به طور کلی با حرکت از سمت شرق به غرب حوضه، شاخص فرسایش پذیری کاهش پیدا می کند و یکی از دلایل آن، وجود رخساره های برونزد سنگی بوده که به عنوان لایه پوششی از خاک محافظت می کند.
کلیدواژگان: حوضه آبخیز دوراهان، رخساره ژئومورفولوژی، شاخص فرسایش پذیری، فرسایش آبی -
صفحات 111-129
سرریزها در مدیریت سیلاب ها و ایمنی سدها نقش حیاتی ایفا می کنند و بخش عمده ای از هزینه های ساخت سدها را به خود اختصاص می دهند. انتخاب سیلاب های با دوره های بازگشت بلندمدت برای طراحی سیلاب از اهمیت زیادی برخوردار است، اما در برخی موارد افزایش ظرفیت سرریز از طریق افزایش عرض آن به دلیل محدودیت های توپوگرافی غیرممکن است. یکی از راهکارهای افزایش ظرفیت آبگذری سرریزها، استفاده از سرریزهای کنگره ای است که با افزایش طول موثر تاج سرریز در یک عرض معین، امکان عبور دبی بیشتری را با حفظ بار هیدرولیکی مشابه فراهم می آورد. در این پژوهش، عملکرد هیدرولیکی سرریز کنگره ای با استفاده از مدل عددی Flow3D و داده های آزمایشگاهی بررسی شده است. ازآنجاکه انجام مطالعه های آزمایشگاهی معمولا نیازمند صرف هزینه و زمان زیادی است، استفاده از شبیه سازی های عددی به منظور دستیابی به نتایج دقیق تر و قابل اعتمادتر برای ارزیابی رفتار هیدرولیکی سرریز کنگره ای در اولویت قرار دارد. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که نرم افزارFlow3D با استفاده از پارامتر های آماریR2، DC و RMSE به ترتیب برابر است با (0/9805، 0/9725 و 0/0142) که قادر است جریان عبوری از سرریزها را با دقت زیاد مدل سازی کند. مقادیر به دست آمده ضریب دبی در Flow3D تطابق بسیار خوبی با داده های آزمایشگاهی کروکستون دارد و هم راستایی تقریبی این نتایج نشان دهنده دقت زیاد مدل عددی است. علاوه بر این در مقایسه با دبی های مختلف، برای نمونه خطای نسبی محاسباتی مشاهده شده برای دبی های 0/35، 0/6 و 0/44 (مترمکعب بر ثانیه) تقریبا 0/5 درصد محاسبه شده است، درحالی که برای دبی های 0/3، 0/4 و 0/57 به ترتیب خطاهایی معادل 8، 6 و 4 درصد مشاهده شد. نتایج نشان می دهد که این ابزارها می توانند در تحلیل های هیدرولیکی دقیق و بهینه سازی طراحی سرریزها، سیستم های آبیاری و پدیده های دینامیک سیالاتی به طور موثری استفاده شوند.
کلیدواژگان: بار آبی، مدل سازی عددی، سرریز کنگره ای، سازه های هیدرولیکی، Flow 3D -
صفحات 131-152
کم آبی و چگونگی سازگاری با آن مهم ترین مسئله کشاورزی ایران است. بهینه سازی الگوی کشت یکی از راهکارهای اساسی برای سازگاری با کم آبی است. در مطالعه حاضر، بهینه سازی الگوی کشت محصولات گیاهی آبی در استان فارس، به عنوان یکی از مهم ترین مناطق تولید محصولات کشاورزی ایران، ارزیابی شد. برای این منظور، از برنامه ریزی ریاضی خطی مبتنی بر سامانه استانی بیلان و حسابداری آب (SAWA) استفاده شد. الگوی کشت بهینه با هدف کمینه سازی حجم آب آبیاری کاربردی تعیین و با الگوی کشت فعلی و الگوی کشت سازمان جهاد کشاورزی (اکجک) برای سال زراعی 1403-1402 مقایسه شد. بر اساس نتایج، در الگوی کشت بهینه نسبت به الگوی کشت فعلی، سطح زیرکشت گندم 30 درصد، هر یک از گیاهان جو، ذرت دانه ای، ذرت علوفه ای، یونجه، چغندرقند، سیب زمینی، حبوبات سرمادوست و گیاهان روغنی سرمادوست 60 درصد، برنج 80 درصد، درختان گرمادوست 42 درصد و سبزی و صیفی 13 درصد کاهش یافته است. در مقابل، سطح زیرکشت هر یک از گروه های گیاهی حبوبات گرمادوست و درختان سرمادوست 60 درصد و حبوبات سرمادوست 150 درصد افزایش پیدا کرده است. در مجموع، برای دستیابی به اهداف سازگاری با کم آبی و کشاورزی پایدار تعریف شده در این مطالعه، کاهش 24 درصدی سطح زیرکشت آبی در استان فارس اجتناب ناپذیر است. یکی از مهم ترین دستاوردهای اجرای الگوی کشت بهینه کاهش مصرف آب آبیاری در استان به میزان 34 درصد بدون کاهش درآمد کشاورزان است. همچنین، با وجود اینکه در الگوی کشت بهینه نسبت به فعلی، میزان تولیدات گیاهی 32 درصد کاهش پیدا کرد، ولی کشت گیاهان با بازده اقتصادی بیشتر و مصرف آب کمتر به جای گیاهان با بازده اقتصادی کمتر و مصرف آب بیشتر باعث شد تا بازدهی ناخالص اقتصادی الگوی کشت بهینه تفاوتی با الگوی کشت فعلی و اکجک نداشته باشد. مقایسه الگوی کشت بهینه با اکجک نشان داد که در اکجک به صرفه جویی آب، سازگاری با کم آبی و اصول کشاورزی پایدار به طور جدی توجه نشده است و با توجه به پیامدهای اضافه برداشت آب استان ضرورت دارد تا اکجک بازنگری و با درنظرگرفتن ضرورت سازگاری با کم آبی و پایداری تولید بهینه شود.
کلیدواژگان: کلیدی: برنامه ریزی خطی، SAWA، آب کاربردی، خشکسالی -
صفحات 153-164
خاک های دشت شهرکرد، بخشی از زیرحوضه بهشت آباد در شهرستان شهرکرد، استان چهارمحال وبختیاری قرن ها برای تولید محصولات کشاورزی و تغذیه دام ها استفاده شده اند، درحالی که کیفیت خاک های این دشت نادیده گرفته شده است؛ بنابراین ضروری است که کیفیت این خاک ها که تحت سامانه های مختلفی مدیریت می شوند، بررسی شود. این پژوهش با هدف محاسبه شاخص های کیفیت فیزیکی خاک شامل شاخص جامع کیفیت (Integrated Quality Index, IQI) و شاخص کیفیت نمورو (Nemoro Quality Index, NQI) در کاربری های مختلف منطقه مطالعاتی انجام شد. برای رسیدن به این اهداف طی عملیات فشرده میدانی، 106 نمونه مرکب تصادفی سطحی (cm 0-25) از کاربری های مختلف جمع آوری شد. پس از تیمارهای اولیه برخی ویژگی های بارز خاک به روش های استاندارد اندازه گیری و به عنوان دسته کل داده ها (Total Data Set, TDS) در نظر گرفته شدند و برای محاسبه شاخص های کیفیت خاک IQITDS و NQITDS استفاده شدند. با استفاده از مجموعه کل داده ها و تجزیه داده ها به مولفه های اصلی کمترین دسته داده (Minimum Data Set, MDS) قابل استفاده برای محاسبه شاخص های کیفیت خاک IQIMDS و NQIMDS و وزن های مربوطه تعیین شدند. کمترین دسته داده ها عبارت بودند از: درصد شن، درصد مواد آلی، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها، رطوبت ظرفیت زراعی، چگالی ظاهری، واکنش خاک و هدایت الکتریکی خاک. کیفیت فیزیکی خاک هر نقطه نمونه برداری با استفاده از هر دو شاخص و دو گروه داده ها تعیین شد. زمین آمار و کریجینگ معمولی برای پهنه بندی شاخص های کیفیت خاک استفاده شدند. نتایج نشان دادند که شاخص های کیفیت خاک مراتع با تفاوت معنی داری بیشتر از خاک های زراعی (آبی و دیم) هستند. همچنین کاربرد چهار شاخص کیفیت خاک نشان داد که حدود 71 درصد از مساحت خاک های منطقه مورد مطالعه در کلاس های بسیار کم، کم و متوسط کیفیت قرار دارند و رصد مدیریت این خاک ها ضرورت دارد.
کلیدواژگان: کیفیت فیزیکی خاک، شاخص یکپارچه کیفیت خاک، شاخص کیفیت خاک نمورو، دشت شهرکرد -
صفحات 165-182
آلودگی ناشی از فلزات سنگین به دلیل سمیت و تجزیه ناپذیری آن ها یک خطر بسیار جدی برای محیط زیست و همچنین سلامتی بشر محسوب می شود. اندازه گیری و پایش غلظت های ناچیز (حتی کمتر از حد تشخیص دستگاه) در مورد آلاینده های خطرناک و زیست پایداری همچون فلز سنگین کادمیم در نمونه های آب طبیعی یک ضرورت است. استخراج فاز جامد با استفاده از جاذب های کربنی کارآمدترین و رایج ترین روش پیش تغلیظی فلزات سنگین از نمونه های محیطی است. جاذب کربنی مورد استفاده در استخراج فاز جامد باید علاوه بر هزینه کم و زیست سازگاری، ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مطلوبی داشته باشد. در این پژوهش از یاخته های سیانوباکتری آفانوکاپسا به عنوان یک پیش ماده ارزان قیمت برای ساخت یک جاذب میکرومقیاس با استفاده از روش هیدروترمال بهره گیری شد. ویژگی های کیفی و جذبی این جاذب با استفاده از آزمون های تجزیه دستگاهی و آزمایش های شیمیایی مبتنی بر کادمیم ارزیابی شد. جاذب ساخته شده به صورت ذرات به نسبت کروی (با اندازه کمتر از 10 میکرومتر) با سطحی ناهموار و سطح ویژه 382/02 مترمربع بر گرم بود. این جاذب به نوعی خاصیت بافری داشت که کارایی جذب کادمیم توسط آن در محدوده وسیعی از pH (3 تا 8) بیش از 90 درصد بود. سطح جاذب به لحاظ گروه های عامل اکسیژن دار و نیتروژن داری همچون هیدروکسیل، ایزوتیوسیانات و کربونیل غنی بود. هم دمای جذب کادمیم بهترین برازش را با مدل غیرخطی فروندلیچ و سرعت جذب کادمیم بهترین برازش را با مدل غیرخطی شبه مرتبه دوم داشت. متغیرهای محاسباتی مرتبط با مدل فروندلیچ از جمله شدت جذب نشان داد که جاذب تمایل زیادی به جذب غلظت های کم کادمیم دارد. کادمیم بیشترین و کمترین رقابت را برای جذب روی جاذب، به ترتیب با کاتیون های فلزات قلیایی و کاتیون های فلزات سنگین داشت. مقاومت جاذب در برابر افزایش قدرت یونی و غلظت کاتیون های رقیب به ترتیب برابر با 4 و 20 میلی گرم بر لیتر بود. کارایی شست وشوی جاذب بارگذاری شده در نسبت جاذب به محلول (1 به 1000)، در غلظت 0/3 نرمال و حجم 160 میکرولیتر شوینده (اسید نیتریک) به بیشترین مقدار خود رسید. با توجه به یافته های این پژوهش می توان گفت جاذب کربنی با منشا سیانوباکتری آفانوکاپسا به دلیل خواص منحصربه فرد خود می تواند جاذب کارآمدی برای استفاده در استخراج فاز جامد کادمیم به منظور کاهش آلودگی زیست محیطی باشد.
کلیدواژگان: استخراج فاز جامد، جاذب کربنی، آفانوکاپسا، فلزات سنگین -
صفحات 183-193
سرریزهای کلیدپیانویی شکل جدیدی از سرریزهای منقاری و به صورت غیرخطی هستند. به دلیل راندمان زیاد این سرریزها در ظرفیت عبور جریان، بررسی آبشستگی موضعی و راهکار برای کاهش آن دارای اهمیت فراوانی است. در پژوهش حاضر، برای اولین بار به بررسی آبشستگی موضعی در پایین دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای نوع B پرداخته شد. سرریز در فاصله 5/50 متری از ابتدای کانال نصب شد و دارای ارتفاع 0/20 متر و سه سیکل (سه کلید خروجی، دو کلید ورودی و دو نیم کلید ورودی) است. از سه عمق پایاب و سه دبی جریان مختلف نیز استفاده شد. با افزایش عدد فرود ذرات و دبی جریان و کاهش عمق پایاب، بیشینه عمق آبشستگی افزایش می یابد. محدوده پارامتر بدون بعد عدد فرود ذرات در پژوهش حاضر بین 1 تا 2 متغیر است. همچنین از دو مصالح بستر شن و ماسه استفاده شد. با افزایش قطر مصالح بستر، بیشینه عمق آبشستگی کاهش خواهد یافت. شاخص آبشستگی در مصالح بستر شن به مراتب کمتر از مقدار شاخص آبشستگی در مصالح ماسه بوده و به این معنا است که خطر واژگونی سرریز در مصالح بستر شن بسیار کمتر است.
کلیدواژگان: بررسی آزمایشگاهی، سرریز کلیدپیانویی، ذوزنقه ای، نوع B، شاخص آبشستگی
-
Pages 1-10
Soil and water pollution and waste of resources have occurred due to the excessive use of nitrogen fertilizers in paddy fields. Considering that the biofilm of periphyton formed in paddy fields is mainly responsible for the exchange of nutrients, the present research was designed to investigate the effect of periphyton in the nitrification process in paddy fields and performed with 12 treatments. The treatments included powerful and weak nitrifiers isolated from periphyton, periphyton, periphyton enriched with nitrifiers, and their combination with a dicyandiamide chemical inhibitor. The research was carried out in a rice greenhouse cultivation for 30 days. The results showed that the simultaneous application of periphyton enriched with low-power nitrifier and dicyandiamide can increase the amount of total soil nitrogen, soil phosphorus, soil ammonium, total plant nitrogen, plant phosphorus, plant potassium, shoot length, and dry weight of rice plants. While this treatment reduced the conversion of ammonium to nitrate and subsequently reduced the potential of nitrate formation in the soil, with the increase of ammonium accumulation, it increased the utilization of rice plants. Periphyton can be considered a source for the isolation of nitrifiers. Also, the use of periphyton in paddy fields as a biological and healthy solution to inhibit the nitrification process in front of the use of inhibiting chemicals is placed in the path of future research.
Keywords: Ammonium, Rice, Dicyandiamide, Nitrifier -
Pages 11-32
In this study, a conceptual model based on dynamic systems was developed to optimize the management of water, land, and agricultural production (tea and rice) in the irrigation zones of the Sefidroud irrigation and drainage network. To understand the behavior of the network and create a simulation model of the system, a dynamic systems modeling approach was employed, and the simulation was conducted using MATLAB/Simulink. Subsequently, the optimization model of the studied system was developed as a multi-objective model using a genetic algorithm. Various management scenarios were implemented through the weighting of the objective functions. The results showed that selecting the best response from multi-objective optimization models depends on the weighted values of the objective functions, and by changing these values, decision-makers can provide various responses to complex optimization problems. The optimization model determines the cultivated area and water allocation in such a way as to minimize water scarcity and maximize crop performance through different weighting combinations. Furthermore, the findings indicate that the canals of the irrigation network play a crucial role in meeting water needs, and equitable water allocation is essential to prevent excessive extraction and negative consequences, such as saline intrusion and land subsidence. The study demonstrates that the best solutions are contingent upon local conditions and decision-makers' policies. To achieve maximum economic benefits and address water needs, it is suggested to use a weighting combination close to (w1=1,w2=2). Ultimately, this model assists managers and decision-makers in minimizing water scarcity in the region by adjusting cropping levels and optimizing the use of available water resources.
Keywords: Water, Land Allocation, Multi-Objective Optimization, Dynamic System, Simulink -
Pages 33-49
Agriculture, as a crucial economic and social sector in Iran, has always been significantly influenced by weather conditions, water availability, and farm management practices. Enhancing productivity and optimizing resource management in crop production are essential to achieving sustainable agricultural development and ensuring food security. This research aimed to investigate how much wheat, barley, and corn production, separately from irrigated and rainfed crops, will be affected by the severity of climatic drought (based on the CMIP6) in Iran. This research was carried out using the amount of wheat, barley, and corn production in all the provinces, which was provided by the Agricultural Jihad Organization during the years 1371 to 1402. Climate data was obtained from the NEX-GDDP database, and the De Martonne aridity index was calculated to investigate changes in aridity under climate scenarios. The results indicated that during the baseline period, the production of rainfed wheat, barley, and corn under semi-arid to very arid climatic conditions was approximately 2,076, 434, and 15 thousand tons per year, respectively. With the intensification of arid conditions across the country, these production levels are projected to increase to 3,333, 693, and 16 thousand tons under the SSP2 scenario and further rise to 3,558, 842, and 16 thousand tons under the SSP5 scenario. Additionally, the production of irrigated wheat, barley, and corn in semi-arid to very arid climatic conditions during the baseline period stands at approximately 6,240, 1,683, and 5,842 thousand tons, respectively. Under the SSP2 climate scenario, the production is expected to reach about 7,126, 1,757, and 6,253 thousand tons, while in the SSP5 scenario, the estimated production is approximately 7,348, 1,780, and 6,324 thousand tons. The findings revealed notable spatial differences in crop production across the country, highlighting that the climatic conditions, particularly in the central, southern, southeastern, and southwestern regions, are becoming increasingly arid. It is crucial to implement smart planning and policies, adopt advanced technologies, and improve the management of water and soil resources to mitigate the adverse impacts of these changes and better adapt to evolving conditions. Addressing these challenges and implementing effective measures are essential steps toward achieving sustainability in the agriculture and natural resources sectors.
Keywords: Climate Change, Aridity, Cereal Production, De Martonne Aridity Index -
Pages 51-64
Soils are continuously exposed to large amounts of engineered nanoparticles, particularly silver nanoparticles (AgNPs), which can affect soil microbial activities and nitrogen cycling. The hypotheses of the present study were: (i) vegetation types would differ in their responses to Ag types and concentrations, (ii) these responses would be linked to changes in soil protein and amino acid concentrations, and (iii) combined plant root systems alongside Ag types and concentrations would have offsetting effects on soil protein and amino acid concentrations. A greenhouse experiment was conducted to test these hypotheses using a factorial arrangement of treatments within a randomized block design. Two soil types with loamy sand and sandy loam textures were collected from agricultural fields in Isfahan, specifically from the Badroud (33◦ 44′ 50" N, 51◦ 57′ 55" E) and Femi (33◦ 42′ 17" N, 51◦ 59′58" E) regions. The treatments included: 1) soil types (loamy sand and sandy loam), 2) root systems (non-planted, wheat, and safflower), 3) Ag types (no Ag added, AgNPs, and AgNO3), and 4) Ag concentrations (50 and 100 ppm). The plants were harvested 110 days after sowing, with soil samples collected from both the root zone and non-planted soil, after which the concentrations of protein and amino acids were measured. In the Badroud soil, protein concentration significantly decreased (p < 0.05) with increasing depth. Although depth changes did not show a significant difference in protein concentration in the soil under wheat cultivation, increasing depth resulted in a significant decrease (p < 0.05) in protein concentration in the soil under safflower cultivation. In the Fami soil, the addition of silver nitrate led to a significant (p < 0.05) increase in protein concentration, despite the fact that the addition of silver nanoparticles had no significant (p < 0.05) effect on soil protein concentration. In the Badroud soil, the highest concentration of soil amino acids was observed in the silver nitrate treatment, while the silver nanoparticle treatment did not significantly affect soil amino acid concentrations (p < 0.05). However, applying silver treatments at both tested concentrations resulted in a significant increase (p < 0.05) in soil amino acid levels. Overall, the effects of nanoparticles varied depending on the measured parameters (protein or amino acid), soil texture, and type of cultivation. Further studies are needed to determine the mechanisms by which AgNPs and AgNO3 affect the soil nitrogen cycle in the presence of plants at different soil depths.
Keywords: Silver Nanoparticles, Silver Nitrate, Amino Acid Concentration, Protein Concentration, Soil Texture, Soil Nitrogen Pools -
Pages 65-80
Awareness of the impact of water deficit stress on the quantitative and qualitative performance of agricultural products, considering the recent recurrent droughts and reduced precipitation, is essential for water consumption management. This study aimed to evaluate the effects of different irrigation deficit treatments on the yield, yield components, and water use efficiency of autumn wheat in the Shahrekord region. An experiment with three replications was conducted in a completely randomized block design at the Agricultural and Natural Resources Research Center of Chaharmahal Va Bakhtiari Province during 2023-2024. The experimental treatments included four irrigation levels: full irrigation (T100), 80% of full irrigation (T80), 60% of full irrigation (T60), and 40% of full irrigation (T40). The application of the T60 deficit irrigation treatment resulted in a reduction of more than 14% in grain yield, while the T80 treatment caused a more than 31% decrease in grain yield. Additionally, the T60 treatment exhibited the highest water use efficiency at 1.22 kg per cubic meter, while the water use efficiency for the T100, T80, and T40 treatments was 1.06, 1.12, and 1.19 kg per cubic meter, respectively. The results showed that water deficit irrigation significantly affected the grain yield, biomass, and water use efficiency of autumn wheat under the climatic conditions of the Shahrekord region. The results of this study indicated that the T80 deficit irrigation treatment could have a more acceptable performance in terms of water efficiency.
Keywords: Water Efficiency, Arid Cold Climate, Water Management On The Farm -
Pages 81-96
The calcium carbonate equivalent (CCE) in soil is one of the most important soil properties. Predicting the amount of calcium carbonate equivalent in soil is essential for sustainable soil fertility management. The present study aimed to digitally map calcium carbonate equivalent using auxiliary environmental variables, Landsat 8 satellite images, and predictive models and to present the best models in the Badr watershed in the south of Qorveh district. In the first phase, a geomorphologic map was created using a geologic map and based on the ZINC method in a geographic information system environment. In the second phase, the location of 125 survey profiles was determined using the Latin hypercube technique, and the calcium carbonate equivalent of the soil horizons was measured by acid titration. The auxiliary variables included derivatives of the digital elevation model, remote sensing indices from the Landsat 8 satellite, and a geopedological map. The principal component analysis (PCA) method was used to select suitable auxiliary variables. In the third phase, the modeling was carried out, digital maps of the soil classes and properties were created, and the models were evaluated. Two different cases were investigated in this study to estimate the calcium carbonate equivalent of the soil. In the first case, artificial neural network models, decision tree analysis, random forest, and the K-nearest neighbor model were used for prediction. The multiple linear regression model was also used to combine the results of the models. Among the models used to predict the equivalent amount of calcium carbonate using the 10-fold cross-validation method, the multiple linear regression (MLR) model had the highest prediction accuracy with a coefficient of determination of 0.796 and a mean square error of 6.514. In the 5-fold cross-validation method, the K-nearest neighbor (KNN) model had the highest predictive accuracy with a coefficient of determination of 0.9845 and a root mean square error of 2.1258. Due to the spatial nature of the 10-fold cross-validation method, the use of this method is preferable to the 5-fold cross-validation method. In addition, the most important auxiliary variables in order of importance to predict the calcium carbonate equivalent in soil were the carbonate index, slope direction, geomorphology, the base level of the catchment network, and the slope of the catchment.
Keywords: Artificial Neural Network, Predictive Models, Carbonate Index, Auxiliary Variables -
Pages 97-110
One of the main factors contributing to water erosion is the inherent characteristic of soil erodibility. Erodibility depends on particle size distribution, organic matter, structure, and soil permeability. This research aimed to investigate changes in the soil erodibility factor across geomorphological facies. The soil erodibility index was estimated by sampling 58 points within the geomorphological facies of the Dorahan watershed, using the Wischmeyer and Smith method. In the laboratory, soil granularity distribution, organic matter, soil structure, the amount of gravel, lime, salinity, acidity, and sodium absorption ratio were measured. Results indicated that soil erodibility across the entire area ranges from 0.0148 to 0.0661 (t.hr/Mj.mm). The soil erodibility index (K) for the hro-p1 and hro-p2 facies is higher than for others and exhibits the widest range of variations compared to the other facies. The lowest range of changes within geomorphological facies is associated with the hrc facies. The erodibility index decreases from the east to the west of the basin due to the presence of exposed rock faces, which protect the soil as a cover layer.
Keywords: Dorahan Watershed, Geomorphological Facies, Erodibility Index, Water Erosion -
Pages 111-129
Weirs play a crucial role in flood management and dam safety, accounting for a significant portion of the construction costs of dams. The selection of floods with long return periods for flood design is of utmost importance. However, in some cases, increasing the weir capacity by widening it may be impossible due to topographical limitations. One solution to enhance the flow capacity of weirs is the application of labyrinth weirs. These weirs increase the effective length of the weir crest within a given width, allowing for the passage of higher flow rates while maintaining similar hydraulic conditions. In this study, the hydraulic performance of labyrinth weirs is investigated using the Flow3D numerical model and laboratory data. Since laboratory experiments are time-consuming and costly, employing numerical simulations to achieve more accurate and reliable results for evaluating the hydraulic behavior of labyrinth weirs is prioritized. The results of the simulations indicate that the Flow3D software, utilizing statistical parameters such as R², DC, and RMSE, achieves values of (0.9805, 0.9725, and 0.0142), respectively. This demonstrates its capability to model the flow passing through weirs with high accuracy. The obtained values of the discharge coefficient in Flow3D show a high agreement with the laboratory data from Crookston. The approximate alignment of these results indicates the high accuracy of the numerical model. Additionally, in comparison to different discharges, the relative computational error observed for flow rates of 0.35, 0.6, and 0.44 (cubic meters per second) was approximately 0.5 percent, while for flow rates of 0.3, 0.4, and 0.57, the corresponding errors were 8, 6, and 4 percent, respectively. The results indicate that these tools can be effectively utilized in precise hydraulic analyses and the optimization of weir designs, irrigation systems, and fluid dynamics phenomena.
Keywords: Head Water, Numerical Modeling, Labyrinth Weir, Hydraulic Structures, Flow 3D -
Pages 131-152
Water scarcity and adaptation to it are the most significant issues facing Iran's agriculture. Optimizing the cropping pattern is one of the fundamental strategies for addressing water scarcity. This study evaluated the optimization of the cropping pattern in the irrigated lands of Fars province, one of Iran's key agricultural production areas. Linear mathematical programming and the SAWA system (System for Provincial Agricultural Water Balance and Accounting) were employed. The optimal cropping pattern (OCP) was designed to minimize applied irrigation water and was compared with the current cropping pattern (CCP) as well as a proposed cropping pattern from the Agricultural Jahad Organization (CPAJO) for the province for the cropping year 2023-2024. The results indicated that in the OCP, compared to the CCP, the cultivated area for the following crops decreased: wheat by 30%, barley, grain maize, silage maize, alfalfa, sugar beet, potato, cold- season legumes, and cold-season oil crops by 60%, rice by 80%, warm-season fruit trees by 42%, and vegetables by 13%. Conversely, the cultivated area for warm-season legumes and cold-season fruit trees each increased by 60%, while cold-season legumes increased by 150%. To meet the adaptation goals for water scarcity and sustainable agriculture outlined in this study, a 24% reduction in the irrigated cultivation area of the province was deemed necessary. The OCP achieved a 34% reduction in applied irrigation water at the provincial level without decreasing farmers' income. Compared to the CCP, the OCP led to a 32% reduction in the amount of plant production (by weight) at the provincial level. However, prioritizing plants with higher gross economic profit and lower water consumption over those with lower gross economic profit and higher consumption resulted in the gross economic return of the OCP being comparable to that of the CCP and the CPAJO. The comparison of OCP with CPAJO indicated that the CPAJO has not seriously considered adaptability to water scarcity or agricultural sustainability. The CPAJO needs to be reviewed and optimized to address water scarcity and ensure production stability in light of the impacts of excessive water withdrawal in the province.
Keywords: Linear Programing, SAWA, Applied Water, Drought -
Pages 153-164
The soils of the Shahrekord plain, part of the Beheshtabad watershed subbasin in Shahrekord County, Chaharmahal va Bakhtiari province, have been used for crop production and domestic animal feeding for centuries, yet the soil quality of this plain has been overlooked. Therefore, assessing the quality of Shahrekord plain soil is essential. This research aimed to evaluate the physical soil quality of the plain using soil quality indices such as the Integrated Quality Index (IQI) and Nemoro Quality Index (NQI). A randomized compound sampling strategy was employed, and 106 surficial (0-25 cm) soil samples were collected during intensive fieldwork. Following pretreatments of the soil samples, several key soil characteristics were measured using standard methods, which were compiled into a Total Data Set (TDS) and used to calculate IQITDS and NQITDS. The minimum effective data set (MDS) was selected, and weights for the quality indices were determined using TDS and Principal Component Analysis (PCA). The minimum data set included the soil sand percentage, soil organic matter percentage, mean weighted diameter of aggregates, soil moisture at field capacity, bulk density, soil reaction, and electrical conductivity. The soil quality at each sample site was assessed using the indices and data sets, TDS and MDS. Geostatistical techniques and ordinary kriging methods were utilized to map soil quality. Results indicated that the soil quality of rangelands was significantly higher than that of cultivated soils (irrigated and drylands). Additionally, approximately 71% of the soils were classified as very low, low, and medium quality, highlighting the need for monitoring and managing such soils.
Keywords: Physical Quality Of Soil, Integrated Soil Quality Index, Nemoro Soil Quality Index, Shahrekord Plain -
Pages 165-182
Heavy metal pollution is considered a serious risk to the environment and human health due to its toxicity and indestructibility. Measuring and monitoring little concentration (even lower than the detection limit of the device) in the case of dangerous and biostable pollutants such as cadmium in natural water samples is a necessity. Solid-phase extraction using carbon adsorbents is the most efficient and common method of pre-concentration of heavy metals from environmental samples. The carbon adsorbent used in solid phase extraction must have favorable physical and chemical characteristics, along with low cost and biocompatibility. In this research, Aphanocapsa cyanobacterial cells were used as a cheap precursor to make a microscale absorbent using the hydrothermal method. The qualitative and absorption characteristics of this adsorbent were evaluated using instrumental analysis tests and chemical tests based on cadmium. The absorbent is made in the form of relatively spherical particles (with a size of less than 10 micrometers) with a rough surface and a specific surface area of 382.02 square meters per gram. The efficiency of cadmium absorption of absorbent was in a wide range of pH (3 to 8) and more than 90% due to the buffering effect. The absorbent surface was rich in oxygen and nitrogen functional groups, such as hydroxyl, isothiocyanate, and carbonyl. The cadmium absorption isotherm was the best fit with the Freundlich nonlinear model, and the cadmium absorption rate was the best fit with the pseudo-second-order nonlinear model. The calculation variables related to the Freundlich model, including the inverse of the absorption intensity, showed that the adsorbent has a great tendency to absorb low concentrations of cadmium. Cadmium had the most and least competition for absorption on the adsorbent with alkali metal cations and heavy metal cations, respectively. The resistance of the adsorbent against the increase of ionic strength and the concentration of competing cations was equal to 4 and 20 mg/liter, respectively. The washing efficiency of the adsorbent loaded in the adsorbent-to-solution ratio (1:1000), at a normal concentration of 0.3 and a volume of 160 microliters of detergent (nitric acid), reached its maximum value. According to the findings of this research, the carbon adsorbent originating from the cyanobacterium Aphanocapsa can be an efficient adsorbent to use in the solid phase extraction of cadmium to reduce environmental pollution due to its unique properties.
Keywords: Solid Phase Extraction, Carbon Adsorbent, Aphanocapsa, Heavy Metals -
Pages 183-193
Piano key weirs are a new form of labyrinth weirs and exhibit nonlinear characteristics. Due to their high efficiency regarding flow capacity, it is crucial to investigate local scour and identify solutions to mitigate it. Local scour was examined downstream of a trapezoidal piano key weir type B for the first time in this study. The weir was installed 5.50 m from the start of the channel and has a height of 0.20 m, featuring three cycles (three outlet keys, two inlet keys, and two inlet half keys). Three tailwater depths and three different flow rates were also utilized. The maximum scour depth increases with a higher densimetric Froude number and flow rate while decreasing with tailwater depth. The range of the dimensionless parameter for the densimetric Froude number in this study varies between 1 and 2. Additionally, sand and gravel were employed as two types of bed materials. As the diameter of the bed material increases, the maximum scour depth decreases. The scour index for gravel bed material is significantly lower than that for sand material, indicating that the risk of weir overturning is much lower in gravel bed material.
Keywords: Experimental Investigation, Piano Key Weir (PKW), Trapezoidal, Type B, Scour Index