فهرست مطالب

حفاظت منابع آب و خاک - سال دوم شماره 4 (پیاپی 8، تابستان 1392)

فصلنامه حفاظت منابع آب و خاک
سال دوم شماره 4 (پیاپی 8، تابستان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/05/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • صنم جعفری گیلانده، علی رسول زاده، حبیب خداوردیلو* صفحه 1
    بیان کمی ویژگی های هیدرولیکی خاک برای هر گونه برنامه ریزی در حفاظت از منابع آب و خاک ضروری است. ویژگی های هیدرولیکی خاک، ورودی هایی مهم برای مدل سازی جریان آب و انتقال املاح در خاک هستند. بدلیل زمان بر و پرهزینه بودن روش های مستقیم اندازه گیری این ویژگی ها، توابع انتقالی خاک (PTFs) به طور گسترده و موفق برای برآورد آنها استفاده شده اند. با این حال، تلاش هایی اندک در زمینه ارزیابی کاربردی دقت برآوردهای حاصل از PTFها در شبیه سازی جریان غیرماندگار آب در خاک صورت گرفته است. در این پژوهش، منحنی رطوبتی یک خاک رسی توسط برخی از PTF های محلی و جهانی برآورد گردید. منحنی رطوبتی خاک همچنین با روش مستقیم در آزمایشگاه اندازه گیری شد. اعتبار PTF های مورد مطالعه از نظر برآورد منحنی رطوبتی خاک بررسی شد. با وارد کردن هر دو پارامترهای برآورد شده و اندازه گیری شده منحنی رطوبتی به برنامه HYDRUS-1D، جریان آب در این خاک شبیه سازی و دقت کاربردی PTF ها از نظر شبیه سازی جریان آب در خاک به طور کمی مقایسه شد. نتایج بدست آمده نشان داد که هر دو PTF جهانی (رزتا) با میانگین مربعات خطای (RMSE) کمتر از cm3cm-3 025/0 و برخی PTF های منطقه ای (قربانی-1) با cm3cm-3 014/0RMSE <، می توانند منحنی رطوبتی خاک سطحی را به گونه ای مناسب برآورد کنند. برای برآورد منحنی رطوبتی خاک زیرسطحی مقدار RMSE برای توابع جهانی بزرگتر از cm3cm-3 107/0 و برای توابع محلی در محدوده cm3cm-3 356/0 – 036/0 بود. با این حال، برای شبیه-سازی جریان آب در خاک، گروه دیگری از PTF ها کارآمدتر بودند. مقادیر RMSE تابع قربانی اصلاح شده برای شبیه سازی مقدار رطوبت خاک سطحی و زیرسطحی به ترتیب 025/0 و 055/0 cm3cm-3 بود. مقدار RMSE توابع وستن (1999، 1997) نیز برای خاک سطحی بزرگتر از 149/0 و برای خاک زیرسطحی کوچکتر از 058/0 cm3cm-3 بود. مقدار RMSE شبیه سازی شده با منحنی رطوبتی اندازه گیری شده در آزمایشگاه برای خاک سطحی و زیرسطحی به ترتیب 013/0 تا 040/0 cm3cm-3 بود. می توان نتیجه گیری کرد که در ارزیابی اعتبار PTF ها باید به نوع کاربردی که قرار است از PTF ها داشته باشیم، توجه شود. یک PTF می تواند برای برآورد منحنی رطوبتی خاک دقت کافی داشته باشد ولی برای برآورد گستره خاص (h) حاکم بر فرایند بازتوزیع رطوبت در خاک، دقیق نباشد. استفاده از چنین PTF ی می تواند منجر به ایجاد خطاهای بالایی در شبیه سازی مقدار رطوبت خاک گردد.
    کلیدواژگان: ارزیابی کاربردی، توابع انتقالی خاک، جریان آب در خاک، مدل، های شبیه سازی
  • ندا خان محمدی، سینا بشارت* صفحه 15
    آگاهی کمی از رفتار هیدرولیکی خاک نقشی مهم در حفاظت و بهره وری مناسب از منابع آب دارد. در این راستا فهم این رفتار در آبیاری قطره ای همیشه موضوع بحث محققین بوده است. یکی از مهم ترین معیارها هنگام طراحی سیستم آبیاری قطره ای، هندسه الگوی رطوبتی است که توسط قطره چکان ها ایجاد می شود. ابعاد پیاز رطوبتی تحت تاثیر پارامترهای مهمی همچون ویژگی های هیدرولیکی خاک، دبی خروجی قطره چکان و زمان آبیاری می باشد. با توجه به اهمیت این موضوع در طراحی سیستم های آبیاری قطره ای، هدف از این پژوهش، تخمین ابعاد جبهه رطوبتی حاصله از یک منبع نقطه ای است. بدین منظور، برای آزمون قابلیت نرم افزار HYDRUS-2D، آبیاری قطره ای به مدت 30 ساعت با روش T-Tape و دبی 388/2 سانتی متر بر ساعت و با در نظر گرفتن عمق حداکثر 70 سانتی متر در مزرعه مطالعاتی دانشگاه ارومیه انجام و چگونگی توزیع آب در خاک توسط نمونه بردار وزنی در پایان آبیاری تعیین شد. پس از اطمینان از توانایی نرم افزار HYDRUS-2D، این نرم افزار برای شش دبی مختلف با سقف زمان 30 ساعت کارکرد قطره چکان، اجرا شد. مقادیر حاصله از نرم افزار برای بازه های زمانی متفاوت و به کارگیری قضیه π باکینگهام، منجر به ارائه روابطی ساده شد که مقدار عمق و حداکثر قطر خیسیدگی خاک را توسط مقدار هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، دبی قطره چکان و مدت زمان کارکرد محاسبه می کند. با توجه به مقدار ضریب همبستگی (993/0 و 970/0) و میانگین مطلق خطا (177/1 و 706/1) در برآورد عمق و حداکثر قطر خیس شده خاک، معادلات نیمه تجربی حاصله، با دقتی زیاد ابعاد هندسی پیاز رطوبتی را محاسبه کردند. بدین ترتیب می توان نتیجه گرفت که در نتیجه، از آنها در طراحی و مدیریت بهینه سیستم آبیاری قطره ای برای شرایط مورد مطالعه می توان استفاده کرد.
    کلیدواژگان: آبیاری قطره ای، جبهه رطوبتی، نرم افزار HYDRUS، 2D، هندسه الگوی رطوبتی خاک
  • الهه سیمایی، مهدی همایی*، علی اکبر نوروزی صفحه 29
    برآورد صحیح مقدار تبخیر و تعرق اهمیت زیادی در حفاظت بهینه از منابع آب موجود در مناطق خشک و نیمه خشک دارد. زیرا، تبخیر و تعرق بخش مهمی از بیلان آبی مناطق خشک و نیمه خشک است. هدف از این پژوهش، ارزیابی کارآیی مدل SEBAL برای تخمین تبخیر و تعرق در یک منطقه نیمه خشک بود. این پژوهش در بخشی از حوزه آبخیز زنجان رود واقع در استان زنجان که کشت غالب آن گندم آبی و دیم است، انجام شد. با استفاده از تصاویر سنجنده های MODIS (Terra/Aqua)و TM (Landsat-5)، امکان استفاده از مدل SEBAL با داده های بدست آمده از سنجنده های مختلف طی ماه های خرداد تا مرداد 1387 بررسی شد. سپس تبخیر و تعرق روزانه برآورد شده توسط مدل SEBAL برای اراضی آبی و دیم زیر کشت گندم، با استفاده از ارقام دو تشتک تبخیر ارزیابی شد. نتایج آماره های ارزیابی نشان داد، مدل SEBAL از کارآیی مناسبی برای تخمین تبخیر و تعرق واقعی اراضی زیر کشت گندم آبی (25/1 -49/0RMSE=) و دیم (48/2 -3/1RMSE=) برخوردار است. این مدل، تبخیر و تعرق اراضی آبی را در مقایسه با اراضی دیم با دقتی مطلوب تر برآورد نمود. همچنین، نتایج نشان داد که دقت تصاویر سنجنده TM دو و نیم برابر بیشتر از تصاویر MODIS می باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که سنجنده TM مستقر بر ماهواره Landsat می تواند با دقتی بیشتر نسبت به سنجنده MODIS مستقر بر ماهواره Terra مقدار تبخیر و تعرق واقعی را برای منطقه مورد مطالعه برآورد کند.
    کلیدواژگان: تبخیر و تعرق، MODIS، SEBAL، TM
  • امیرمسعود قیومی محمدی، شجاع قربانی دشتکی*، فایز رئیسی، پژمان طهماسبی صفحه 41
    پارامترهای نفوذ آب به خاک از مهم ترین شاخص های ارزیابی کیفیت خاک می باشند. نفوذ آب به خاک یکی از ویژگی های کلیدی در طراحی سامانه های آبیاری، پژوهش های هیدرولوژی، مدیریت منابع آب و حفاظت خاک، طراحی و اجرای پروژه های زهکشی و کنترل فرسایش خاک در حوضه های آبخیز است. هدف از این پژوهش، بررسی اثر رهاسازی اراضی بر پارامترهای نفوذ آب به خاک در مراتع نیمه استپی کرسنک واقع در استان چهارمحال و بختیاری بود. برای این منظور، در پنج کاربری شامل مرتع، کشاورزی، رهاسازی 5-3 سال، رهاسازی 15-10 سال و رهاسازی بالای 25 سال نفوذ آب به خاک در شش تکرار به روش نفوذ سنج مکشی اندازه گیری شد. نتایج پژوهش نشان داد که رهاسازی اراضی کشاورزی از طریق افزایش ماده آلی خاک، افزایش پایداری ساختمان خاک، بازآرایی ذرات خاک در راستای پایدارتر شدن منافذ طبیعی موجود در خاک و در نتیجه افزایش پیوستگی منافذ خاک بر پارامترهای نفوذ آب به خاک تاثیری معنی دار و مثبت دارند. میانگین هدایت آبی اشباع مزرعه ای در مرتع (4/7 میلی متر در ساعت) بیشتر از زمین کشاورزی (4/4 میلی متر در ساعت) بود. همچنین ضریب جذب نیز کاهش 30 درصدی را در زمین کشاورزی نسبت به مرتع داشت. لیکن در نتیجه رهاسازی اراضی کشاورزی و استقرار مجدد پوشش گیاهی، تشکیل و بازیافت خاکدانه های درشت و افزایش پایداری خاکدانه ها، بهبود نفوذ آب به خاک در منطقه را به دنبال داشته است. بر این اساس هدایت آبی اشباع پس از 25 سال رهاسازی، از 38/4 به 09/6 میلی متر در ساعت رسیده است.
    کلیدواژگان: تغییر کاربری اراضی، ضریب جذب، نفوذپذیری، هدایت هیدرولیکی
  • سید حمیدرضا صادقی*، زینب حزباوی، حبیب الله یونسی، مرتضی بهزادفر صفحه 53
    مهار فرسایش خاک اهمیتی بسیار در مدیریت و حفاظت از منابع آب و خاک دارد. بر همین پایه، روش ها و شیوه های مختلفی برای مهار فرسایش خاک معرفی و مورد استفاده قرار گرفته اند. یکی از فناوری های نوین در زمینه مدیریت منابع خاک و آب در سال های اخیر، استفاده از افزودنی های خاک می باشد. حال آن که ابعاد مختلف کاربرد آن در حفاظت خاک به طور جامع مد نظر قرار نگرفته است. از این رو پژوهش حاضر به منظور ارزیابی کمی استفاده از افزودنی مهم پلی آکریل آمید بر مولفه های هدررفت خاک و غلظت رسوب خروجی در مقیاس کرت کوچک و در شرایط آزمایشگاهی در خاک های لسی شهرستان بجنورد واقع در استان خراسان شمالی صورت گرفت. بدین منظور، سطوح مختلف مصرف پلی آکریل آمید شامل 4/0، 6/0، 1، 2، 3، 4 و 6 گرم در مترمربع و یک تیمار شاهد (بدون استفاده از افزودنی پلی آکریل آمید) و با سه تکرار مدنظر قرار گرفت. سپس، تیمارهای مطالعاتی تحت بارش مصنوعی با شدت 2/1 میلی متر در ساعت و دوام نیم ساعت قرار گرفته و مقدار هدررفت خاک و غلظت رسوب در زمان های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. تحلیل نتایج حاصل نشان دهنده معنی دار بودن اثر کاهنده استفاده از پلی آکریل آمید بر هدررفت خاک (04/0=P) و غلظت رسوب (004/0=P) دارد. بیشترین مقدار مجموع هدررفت خاک و غلظت رسوب کل در تیمار شاهد به ترتیب با مقدار 32/49 گرم و 79/10 گرم در لیتر و کمترین مقدار هدررفت خاک و غلظت رسوب در تیمار 6 گرم در مترمربع به ترتیب با مقدار 03/18 گرم و 93/6 گرم در لیتر رخ داد. همچنین نتایج بدست آمده موید عدم تاثیرپذیری معنی دار (3/0
    کلیدواژگان: افزودنی های خاک، تولید رسوب، حفاظت خاک و آب، شبیه ساز باران
  • فرخ اسدزاده*، منوچهر گرجی، علیرضا واعظی، رضا سکوتی، سلمان میرزایی صفحه 69
    کرت های فرسایشی به طور گسترده به منظور ارزیابی متغیرها و عوامل اصلی پدیده فرسایش خاک مورد استفاده قرار می گیرند. از این رو، آگاهی از تاثیر عوامل مختلف همچون مقیاس مکانی بر نتایج به دست آمده از آنها ضروری است. این پژوهش با هدف بررسی اثر ابعاد کرت های صحرایی بر تولید رواناب و هدررفت خاک در واحد سطح انجام شد. بدین منظور، تعداد هفت کرت با ابعاد مختلف (طول های 2، 5، 10، 15، 1/22، 25 و30 متر و به ترتیب عرض های 1، 1، 2/1، 6/1، 83/1، 2 و 4/2 متر) در ایستگاه پلدشت در استان آذربایجان غربی احداث شد. میزان رواناب و هدررفت خاک در 11 رخداد منجر به رواناب و رسوب طی شهریور سال 1389 تا شهریور سال 1390 به صورت مجزا در کرت ها اندازه گیری و در واحد سطح محاسبه شد. نتایج نشان داد رواناب و رسوب تولید شده در واحد سطح با افزایش مساحت و یا طول کرت به صورت توانی کاهش می یابد. مقایسه آماری عملکرد کرت های با ابعاد مختلف نشان داد که در اغلب رخدادها، بین کرت های با طول کمتر از 10 متر و کرت های بزرگتر تفاوتی معنی-دار وجود دارد، در حالی که اختلاف عملکرد کرت های با طول بیش از 15 متر تفاوت معنی داری را نشان نداد (05/0> P). براساس نتایج، کرت های با طول 10 تا 15 متر قابلیت تخمین عملکرد کرت های بزرگ تر را داشتند.
    کلیدواژگان: رسوب، رگبار طبیعی، رواناب
|
  • Sanam Jafari Gilandeh, Ali Rasoulzadeh, Habib Khodaverdiloo* Page 1
    Quantitative description of soil hydraulic properties is necessary for any scheduling related to soil and water resources conservation. Soil hydraulic properties are important inputs for simulation of water flow and solute transport in soil. Since direct measurement of these properties is time consuming and costly، pedotransfer functions (PTFs) have been widely and successfully used for their prediction. Yet، little efforts have been made for functional evaluation of PTFs predictions for application in simulating transient soil water flow. In this study، soil water retention curve (SWRC) of a clay soil was predicted، using some selected local and global PTFs. SWRC was also measured in the laboratory by direct method. Validity of studied PTFs in terms of prediction of SWRC was examined. By applying both predicted and measured hydraulic parameters to HYDRUS-1D program for simulation of soil water flow، functional behavior of PTFs was quantitatively compared in terms of simulation of water flow in soil. The obtained results indicated that both the selected global PTFs (Rosetta) with root mean square error (RMSE) < 0. 025 cm3cm-3 and some regional PTFs (Ghorbani-1) with RMSE < 0. 014 cm3cm-3 can reasonably well predict SWRC of soil surface. For prediction of SWRC of subsurface soil، the RMSE value of global PTFs was larger than 0. 107 cm3cm-3 and was ranged from 0. 036 to 0. 356 cm3cm-3 for the local PTFs. However، for simulation of soil water flow a different set of PTFs was most efficient. RMSE values of adjusted Ghorbani PTF (S-Gh&H (Adj.)) for simulation of water content of surface and subsurface soils were 0. 025 and 0. 055 cm3cm-3، respectively. RMSE value of Wosten (1997، 1999) PTFs for surface soil was larger than 0. 149 cm3cm-3 and for subsurface soil was less than 0. 058 cm3cm-3. Simulation with the measured SWRC had RMSE values of 0. 013-0. 040 cm3cm-3 for surface and subsurface soils، respectively. It can be concluded that when validating PTFs، one should consider the objective for which the PTFs are assessed. A PTF might be accurate enough for predicting SWRC، but not for particular  (h) range governing the soil water redistribution process. Using such PTFs might lead to large errors in simulating soil water content.
    Keywords: functional evaluation, pedotransfer functions, soil water flow, simulation models
  • Neda Khanmohamadi, Sina Besharat* Page 15
    Quantitative perception of soil hydraulic behavior has important impact on optimal soil and water resources conservation. Understanding of this behavior in drip irrigation system is a real task for researchers. The geometry of moisture pattern created by trickles in soil is one of the important criterions in drip irrigation system. Several important parameters such as soil hydraulic functions, drip discharge and irrigation time directly influence the dimensions of created wetting front. The objective of this study was to determine the wetting front dimensions created by point sources. For examining HYDRUS-2D software capability, a T tape drip irrigation method with 2.388 cm/hr discharge and maximum depth of 70 cm was conducted in the Urmia University experimental field. At the end of irrigation experiment, the water distribution condition in soil was determined by gravimetric soil sampling method. When performance of simulation model confirmed to be accurate enough for simulation purposes, six different discharges with trickle function of maximum 30 h, was conducted by the software. Some simple relationships were obtained by using Buckingham π theorem. These equations determinate the depth and maximum diameter of soil by using soil hydraulic conductivity, drip discharge and irrigation time. The obtained correlation coefficients (0.993 and 0.970) and mean absolute error values (1.177 and 1.706) for determining the depth and maximum diameter of soil confirmed the capability of these semi empirical equations for calculating moisture pattern geometry dimensions. Consequently, these derived equations can be used for design and optimal management of drip irrigation system in the studied conditions.
    Keywords: drip irrigation, HYDRUS, 2D software, soil moisture pattern, wetting front
  • Elaheh Simaie, Mehdi Homaee*, Ali Akbar Norouzi Page 29
    Accurate estimation of evapotranspiration is crucial for optimal conservation of soil and water resources in arid and semi-arid regions. Evapotranspiration is an important component of water balance in arid and semi-arid regions. The objective of this study was to evaluate SEBAL model to estimate ETa in a semi-arid area. The study was carried out in Zanjanrood watershed، Zanjan province، which is dominated by both irrigated and rainfed wheat cultivation. Using MODIS (Terra/Aqua) and TM (Landsat-5) satellite data، the feasibility of using SEBAL model with multi sensors data was investigated from June to July 2007. The estimated daily ETa values which were later obtained by SEBAL model were evaluated based on the two real evaporation pan data. The statistical results indicated that SEBAL model has reasonable potential to estimate ETa of irrigated (RMSE= 0. 49 to 1. 25) and dryland (RMSE= 1. 3 to 2. 48) wheat fields. The SEBAL model evaluates ETa of irrigated wheat field more accurate than dryland wheat field. The results further indicated that the TM images are 2. 5 times more accurate than MODIS images. Furthermore، it can be concluded that the TM sensor located at Landsat satellite can better predict the ETa values than the MODIS sensor located at Terra satellite sensor in the studied area.
    Keywords: evapotranspiration, MODIS, SEBAL, TM
  • Amir Masoud Ghaiumi Mohamadi, Shoja Ghorbani Dashtaki*, Faez Raiesi, Pezhmantahmasbi Page 41
    Infiltration parameters are the most important indicators of soil quality. Soil water infiltration is one of the key properties for designing irrigation systems، hydrological studies، water resources management، drainage projects and soil conservation practices in watershed scale. The objective of this study was to investigate the effect of land abandonment on infiltration parameters in semi-stepped rangelands located in Karsanak، Chahar Mahal va Bakhtiari province، Iran. For this purpose، five types of land uses including pasture، agriculture، 3-5، 10-15 and 25 years-long abandonment were selected and the infiltrated water was measured in six replicates by tension infiltrometer apparatus. The results indicated that land use changing led to reduce soil organic matters، soil aggregate stability، soil pores connectivity and to disarranging soil natural pores. Consequently، the negative and significant effect of land use changing on parameters of water infiltration was deduced. Average saturated hydraulic conductivity in pastures (7. 4 mm/h) was almost twice of that for agricultural land use (4. 4 mm/h). In addition، the sorptivity experienced 30 percent reductions in agricultural lands compared to pastures. However، because of the land abandonment i. e. restoration of vegetation and macro aggregate formation and increasing aggregates stability، the infiltration process was improved such that saturated hydraulic conductivity of the 25 years-long abandonment improved from 4. 38 to 6. 09 mm/h.
    Keywords: hydraulic conductivity, infiltration, soil moisture pattern, wetting front
  • Seyed Hamid Reza Sadeghi*, Zeinab Hazbavi, Habibollah Younesi, Morteza Behzadfar Page 53
    Soil erosion control is very important to natural resources conservationists and managers. For this reason، different methods and practices have been developed and used to control soil erosion. Application of soil amendments is one of the most recent technologies in soil and water conservation. However، different aspects of its application have not comprehensively been considered. Hence، the present research intended to assess the application of polyacrylamide (PAM) as an important soil amendment on soil loss and sediment concentration. The research was conducted under simulated rainfall condition in small plots on the loess soils of Bojnourd City located in Northern Khorasan Province، Iran. Accordingly، the laboratory experiments were conducted in treatments of 0 (control)، 0. 4، 0. 6، 1، 2، 3، 4 and 6 g m-2 of polyacrylamide with simulated rainfall intensity of 72 mm h−1 with 30 minutes duration in three replicates. The collected data on soil loss and sediment concentrations showed that polyacrylamide significantly reduced both soil loss (P=0. 04) and sediment concentration (P= 0. 004). The maximum sum amount of soil loss and sediment concentration were 49. 32 g and 10. 79 g/l، respectively، at control treatment and their minimum were 18. 03 g and 6. 93 g/l respectively، at 6 g/m2 level of PAM application. Also، the results showed that the polyacrylamide had no significant effect on temporal changes of soil loss and sediment concentration during event duration (P>0. 3). The results suggest that PAM، as an available amendment، can be recommended for water and soil conservation purposes.
    Keywords: rainfall simulation, sediment yield, soil amendments, soil, water conservation
  • Farrokh Asadzadeh*, Manoochehr Gorji, Alireza Vaezi, Reza Sokouti, Salman Mirzaee Page 69
    Erosion Plots are widely used to evaluate the main factors affecting soil erosion. Therefore, understanding the effects of different variables such as spatial scale on their performance is needed. This study was carried out to assess the effect of plot scale on measured runoff and sediment yield at event scale. To represent different spatial scales, plots with seven sizes differing in length (2, 5, 10, 15, 22.1, 25, and 30 m) and width (1, 1, 1.2, 1.6, 1.8, 2, and 2.4 m, respectively) were constructed in Poldasht region, west Azarbayjan province, northwest Iran. For each size of plots, specific runoff and sediment yield were separately measured for 11 runoff producing natural storms during the study period from September, 2010 to September, 2011. The results indicated that the unit area runoff and sediment yield decreases with power form relation as plot area or length increases. Statistical analysis of runoff and sediment yield data showed that, in most cases, there is a significant difference between the results of 10 m or shorter in length, plots and longer plots (p<0.05). However, there was no significant difference between the results of 15 m and longer plots. Based on these results, plots with 10 to 15 m in length were able to produce comparable results with large plots.
    Keywords: natural rainfall storm, runoff, sediment