دانش آب و خاک (دانش کشاورزی)
سال:1390 | دوره:21 | شماره:4 |تعداد مقالات:12

کنترل سیلاب به منظور استفاده از آب های سطحی و جریان های آبراهه ای در حوضه های آبریز، یکی از مراحل اساسی در مدیریت منابع آب به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک می باشد. تعیین نقاط مناسب جهت پخش سیلاب ضامن موفقیت پروژه های مربوطه در این زمینه است. هدف از این مطالعه ارزیابی کارایی روش های هم پوشانی لایه ها، منطق های بولین و فازی در تعیین عرصه های پخش سیلاب با استفاده از تکنیک های GIS می باشد. بدین منظور 5 لایه اطلاعاتی که شامل شیب، کاربری اراضی، نفوذپذیری سطحی، واحدهای کوارترنر و ضخامت آبرفت بودند، در قالب مدل های ذکر شده تلفیق یافتند. نتایج به دست آمده از مدل های فوق به صورت نقشه های خروجی بودند با عرصه های کنترل اجرایی مقایسه و مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که هم پوشانی عرصه های پیشنهادی به عرصه های کنترل در مدل Multi class maps نسبت به سایر مدل های ارزیابی شده، بیشتر بوده و در نتیجه به عنوان بهترین مدل در مکان یابی عرصه های مناسب پخش سیلاب در حوضه آبخیز پشتکوه ایران انتخاب گردید.

طراحی مناسب و موفق یک ستون جاذب، مستلزم پیش بینی تغییرات زمانی غلظت جریان خروجی یا همان منحنی رخنه است که با بهره گیری از مدل سازی فرایند جذب امکان پذیر است. به این منظور، آزمایش هایی با عبور جریان محلول های استاندارد با غلظت 75 و 150 میلی گرم در لیتر نیترات و آب آلوده یکی از چاه های استان گیلان از ستون جاذب حاوی رزین آنیونی Purolite A-400 انجام شد. نمونه برداری از آب خروجی ستون در زمان های مختلف صورت گرفت و غلظت نیترات آن تعیین گردید. پس از انجام آزمایش ها، ویژگی های دینامیکی فرایند جذب با مدل سازی منحنی های رخنه و بهره گیری از مدل های توماس، بوهارت- آدامز، لین- وانگ و ولبورسکا بررسی گردید. مقایسه مدل های مذکور نشان داد که هرچند سه مدل اول به لحاظ ساختاری تفاوت داشته و پارامترهای هر یک اطلاعات مفیدی از فرایند جذب در اختیار قرار می دهد، اما نتایج آنها بخوبی بر هم منطبق بوده و از این رو می توان بر مبنای روابط بین آنها پارامترهای هر کدام را بدون نیاز به مدل سازی مجدد، از پارامترهای دو مدل دیگر محاسبه نمود. مدل توماس و به تبع آن دو مدل دیگر در پیش بینی منحنی های رخنه آزمایش ها از موفقیت بیشتری در مقایسه با مدل ولبورسکا برخوردار بوده و توانست در تمام مسیر فرایند با دقت بسیار خوبی غلظت نرمال شده نیترات در جریان خروجی از ستون ها را پیش بینی کند. در آزمایش آب زیرزمینی آلوده در بخش های انتهایی منحنی رخنه، از دقت مدل توماس (و دو مدل دیگر) کاسته شده است که دلیل آن وجود یون های سولفات و فسفات در آب ورودی بود.

این مطالعه با هدف ارزیابی توزیع فراوانی و تغییرات مکانی ویژگی های بیولوژیکی خاک سطحی در داخل و بین لندفرم های مختلف تپه، دشت دامنه ای، دشت آبرفتی رودخانه ای، دشت و اراضی پست دشت تبریز در شمال غرب ایران انجام شد. در این مطالعه نمونه برداری از خاک جهت اندازه گیری چهار ویژگی بیولوژیکی به همراه کربن آلی و واکنش خاک برای 98 نقطه و به صورت شبکه ای با فاصله 1000 متر با توجه به تغییرات خاک انجام شد. توزیع فراوانی متغیرهای خاک نشان داد که ویژگی های بیولوژیکی خاک از توزیع فراوانی نرمال برخوردار نبوده و پس از تبدیل لگاریتمی، نرمال گردیدند. در متغیرهای کربن بیوماس و سهم میکروبی تبدیل داده ها با استفاده از تابع های لگاریتمی هر چند در کاهش ارزش چولگی موثر بود اما توزیع فراوانی همچنان غیرنرمال باقی ماند. تفکیک نمونه ها در واحدهای لندفرم باعث بهبود نرمال بودن توزیع داده ها گردید، به طوریکه این پارامترها در تمام لندفرم ها به جز دشت نرمال شدند. در بین متغیرهای اندازه گیری شده، کربن آلی و تنفس میکروبی وابستگی مکانی متوسط داشتند. کسر متابولیکی و سهم میکروبی بدون وابستگی مکانی و واکنش خاک از وابستگی مکانی قوی برخوردار بودند. نتایج نشان می دهد که وابستگی مکانی خصوصیات بیولوژیکی خاک بیشتر تحت تاثیر عوامل غیرذاتی و مدیریتی مانند نوع کاربری، شخم و آبیاری می باشد. متغیرهای بیولوژیکی به شدت تحت تاثیر مقیاس بوده و با بزرگتر شدن مقیاس وابستگی مکانی قوی تری را نشان دادند. هم چنین تغییرپذیری ویژگی های مورد مطالعه نتیجه تغییر در محیط های رسوب گذاری و یا اختلاف در مراحل خاکسازی یا هیدرولوژیکی برای موقعیت های مختلف لندفرم می باشد.

کمبود آب برای تولید محصولات کشاورزی روز به روز افزایش می یابد و گسترش منابع جدید آب متحمل هزینه های زیادی است. بررسی عکس العمل ارقام مختلف گیاهان به کم آبیاری گام مهمی برای بهبود مدیریت و استفاده بهینه از آب می باشد. این آزمایش به منظور ارزیابی عکس العمل دو رقم سویا نسبت به رژیم های مختلف کم آبیاری در سال زراعی (1385) در ایستگاه تحقیقات کشاورزی گرگان اجرا گردید. آزمایش به صورت کرت های خرد شده در قالب طرح بلوک های کاملا تصادفی با سه تکرار شامل سه تیمار آبیاری 50، 75 و 100 درصد نیاز آبی به عنوان عامل اصلی و دو رقم سپیده (زودرس با رشد نامحدود) و دی پی ایکس (دیررس با رشد نیمه محدود) به عنوان عامل فرعی در نظر گرفته شدند. نتایج نشان داد تنش خشکی (آبیاری 50 درصد) به طور معنی داری بر ارتفاع بوته، تعداد گره، تعداد غلاف و عملکرد محصول تاثیر منفی گذاشت. همچنین از این نظر، اختلاف قابل ملاحظه ای بین آبیاری 100 درصد و آبیاری 75 درصد مشاهده نشد. رقم دی پی ایکس با تعداد شاخه فرعی، تعداد غلاف و وزن هزار دانه بیشتر، تاثیر مستقیم بر روی عملکرد گذاشت و منجر به افزایش عملکرد نسبت به رقم سپیده شد. همچنین رقم دی پی ایکس با کار آیی مصرف آب بیشتر (0.88 کیلوگرم بر متر مکعب) در مقایسه با رقم سپیده (0.66 کیلوگرم بر متر مکعب) در مقابل تنش خشکی تحمل نسبتا خوبی از خود نشان داد.

ارزیابی اراضی گامی مهم در مطالعات خاک شناسی و توسعه کشاورزی پایدار می باشد. در این تحقیق سه روش استوری، ریشه دوم و مدل آلماگرا به منظور ارزیابی کیفی تناسب اراضی شهرستان اهر واقع در استان آذربایجان شرقی به مساحت تقریبی 9000 هکتار برای محصولات گندم، ذرت، سیب زمینی و سویا مورد استفاده قرار گرفت. به منظور بررسی کاربرد هر یک از روش های مذکور برای انواع محصولات مورد مطالعه، از آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی استفاده شد. نتایج هر سه روش نشان داد که محصولات گندم، ذرت، سیب زمینی و سویا به ترتیب بیشترین تناسب را برای اراضی دارا می باشند. تعداد کلاس های تناسب بدست آمده از بکارگیری مدل آلماگرا با رتبه های بالاتر بیش از روش های پارامتریک بود. نتیجه بررسی اثر متقابل نوع محصول در نوع روش ارزیابی تناسب اراضی نشان داد که مدل آلماگرا نسبت به ریشه دوم و آن هم نسبت به استوری، اراضی را در کلاس های تناسب بالاتر قرار می دهد. علت را می توان در ماهیت مدل آلماگرا که بر مبنای روش محدودیت ساده و یا حداکثر عمل می کند و یا به عدم تاثیر فاکتور اقلیم در کلاس بندی نسبت داد. بنابراین می توان بیان نمود که استفاده از مدل آلماگرا فقط از جنبه ارزیابی خاک بوده و برای ارزیابی تناسب اراضی بایستی این مدل در توالی با مدل های Terraza و Cervatana مورد استفاده قرار گیرد و در مواقعی که اقلیم عامل محدود کننده نباشد نتایج ارزیابی خاک معادل با ارزیابی اراضی خواهد بود. بررسی اثر متقابل نوع محصول و نوع خاک نیز نشانگر تفاوت معنی دار کاربرد روش های مذکور در انواع خاک ها می باشد. علت بروز رتبه های بالاتر برای اراضی توسط مدل آلماگرا را می توان به ماتریس تاثیر ویژگی های خاک در نوع محدودیت ها نسبت داد. تلفیق نتایج حاصل از مدل آلماگرا و همچنین روش های پارامتریک با GIS می تواند نقشه های زمین مرجع با دقت بالا ایجاد کند که موجب فهم و تفسیر هر چه بهتر وضعیت تناسب منطقه برای انواع محصولات باشد.

به منظور بررسی اثرات کم آبیاری بر عملکرد و بهره وری آب هفت رقم سویا، آزمایشی به صورت کرت های خردشده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان اجرا گردید. فاکتور اصلی شامل چهار سطح بدون آبیاری (I4) و آبیاری در مکش های ماتریک 30-35 (I1، شاهد)، (I2) 50-55 و (I3) 70-75 سانتی بار خاک بود. مکش ماتریک خاک با استفاده از تانسیومتر اندازه گیری و در هر آبیاری رطوبت خاک به حد رطوبت ظرفیت مزرعه ای رسانده شد. فاکتور فرعی شامل هفت رقم سویا به نام های 033، 032 و سحر (گروه رسیدگیIV )، L.17، Clark، زان و مادری (گروه رسیدگی (III بود. بهره وری آب بر اساس عملکرد دانه و عملکرد زیستی به طور جداگانه محاسبه گردید. نتایج نشان داد که با کاهش آبیاری از عملکرد دانه به طور معنی داری کاسته شد. به طوری که بیشترین عملکرد دانه در تیمار I1 و کمترین آن در تیمار I4 بدست آمد. با کاهش آبیاری شاخص بهره وری آب به طور معنی داری افزایش یافت به طوری که تیمارهای I2 و I3 نسبت به تیمار I1، به ترتیب 13 و 33 درصد افزایش نشان دادند. تیمار آبیاری I1 بیشترین حجم آب آبیاری (2457.14 مترمکعب در هکتار) را در طول فصل رویش دریافت کرد و تعداد آبیاری نیز در این تیمار بیشترین بود. با توجه به نسبت ماده خشک تولیدی به آب مصرفی، این تیمار از بهره وری آب پائینی برخوردار گردید. از آنجایی که تیمار I3 در بین تیمارها بیشترین بهره وری آب را نشان داد و از نظر عملکرد دانه با تیمار I2 تفاوتی نداشت، به نظر می رسد که تیمار I3 مناسب ترین شاخص بهره وری آب را دارد. در بین رقم ها نیز، بالاترین بهره وری آب آبیاری متعلق به رقم 033 بود. این رقم بیشترین عملکرد دانه را نیز داشت. بنابراین با توجه به نتایج به دست آمده به نظر می رسد که رقم 33 با شیوه آبیاری I3 بهترین انتخاب برای کشت سویا در منطقه دشت باشد که ضمن برخورداری از عملکرد بالا از بهره وری آب خوبی نیز برخوردار است.

پدیده انتقال رسوب در رودخانه ها از پیچیده ترین مباحث مهندسی رودخانه بوده و همواره مورد توجه کارشناسان و مهندسین آب می باشد. یکی از مشکلات عمده که سازه های هیدرولیکی بنا شده در یک رودخانه را تهدید می کند مساله انتقال و انباشت رسوبات می باشد. لذا ارائه راهکارهای نوین جهت برآورد دقیق بار معلق عبوری از مقاطع مختلف رودخانه ها در مقیاس های زمانی مختلف، نقش بسزایی در پیشبرد صحیح مطالعات مهندسی رودخانه خواهد داشت. نظر به اینکه آماربرداری رسوب معلق در اکثر ایستگاه های رسوب سنجی کشور در مقیاس زمانی روزانه و به صورت نامنظم انجام می پذیرد در صورت نیاز به تخمین رسوبات معلق ماهانه در یک مقطع مشخص از رودخانه، لازم است این برآورد با استفاده از مدل های زمانی و مکانی دقیق تر انجام پذیرد. در تحقیق حاضر با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و علم زمین آمار و با ادغام آنالیز سری های زمانی با آنالیز سری های مکانی به ارائه یک مدل جامع، جهت تخمین بار معلق ماهانه در طول رودخانه آجی چای اقدام گردیده است. بدین منظور با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی اقدام به داده سازی منطقی در مقیاس زمانی ماهانه نموده و به وسیله تخمینگرهای تک پارامتری کریجینگ و چند پارامتری کوکریجینگ با منظور نمودن دبی جریان به عنوان پارامتر کمکی، مقدار بار معلق رسوبی ماهانه، در طول رودخانه آجی چای برآورد گردیده است. نتایج نشان دادند ضمن معتبر بودن هر دو مدل کریجینگ و کوکریجینگ در منطقه مورد مطالعه روش کوکریجینگ در مقایسه با روش کریجینگ در برآورد مکانی بار معلق ماهانه نتایج بهتری را ارائه می دهد.

ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) یکی از خصوصیات مهم خاک است که اندازه گیری مستقیم آن مشکل، وقت گیر و پر هزینه است. علی رغم تحقیقات زیاد در مورد تخمینCEC ، چگونگی بهبود تخمین ها با معرفی متغیرهای جدید مورد بررسی کافی قرار نگرفته است. بر پایه بررسی انجام شده از منابع علمی داخلی و خارجی در هیچ تحقیقی از متغیر کمکی سطح ویژه برای تخمین CEC استفاده نشده است. در این تحقیق 1662 نمونه خاک از نقاط مختلف استان گیلان جمع آوری گردید. رس، سیلت، شن، کربن آلی، pH و CEC برای نمونه های فوق اندازه گیری شدند. منحنی دانه بندی (PSD) با استفاده از بافت خاک به روش مدل اسکاگز و همکاران شبیه سازی گردید. سپس سطح ویژه کل (TSS) و حاصل ضرب سطح ویژه جزء رس در کسر جرمی آن (SS1) از منحنی PSD محاسبه و برای تخمین CEC به عنوان ورودی در شبکه های عصبی مصنوعی استفاده شدند. همبستگی غیر خطی قوی و معنی داری بین CEC با TSS و SS1 مشاهده شد. استفاده از TSS و SS1 در PTF ها موجب بهبود تخمین CEC گردید. SS1 بیشترین تاثیر را در تخمین CEC داشت. تقسیم داده ها به هشت گروه بطور معنی داری موجب بهبود عملکرد PTF ها شده و تاثیر TSS و SS1 بر تخمین CEC را افزایش داد. استفاده از این توابع انتقالی روشی آسان و مقرون به صرفه بوده و می تواند گامی مهم در بهبود تخمین CEC خاک محسوب شود.

مدل های عددی در شبیه سازی حرکت آب در خاک کاربرد فراوان دارند. این مدل ها نیازمند وارد کردن مدل جذب بوسیله سیستم ریشه در خاک می باشند. در این تحقیق دو مدل حرکت آب در خاک شامل مدل جدید ارائه شده (SWMRUM) و دیگری نرم افزارHYDRUS  بر اساس اندازه گیری های صحرایی در باغ سیب مقایسه گردیدند. با استفاده از دستگاه رطوبت سنجTDR ، درصد حجمی آب خاک در دو جهت شعاعی (R) و عمق (Z) اندازه گیری شد. مدل دو بعدی جذب آب توسط ریشه بر اساس تابع توزیع تراکم ریشه، تعرق پتانسیل، فاکتور تصحیح تنش آب و تعیین تاثیر ریشه در حرکت آب بسط داده شد. مدل حاصله با معادله جریان آب در خاک مبتنی بر حل معادله ریچاردز تلفیق گردید. نتایج شبیه سازی شده با داده های رطوبت خاک حاصل از انداز ه گیری های میدانی مقایسه و همبستگی قابل قبولی بین آن ها مشاهده شد. تحلیل خطای برآورد مدل که برابر تفاوت بین داده های رطوبت اندازه گیری شده و تخمین زده شده می باشد، با به کارگیری پارامترهای حداکثر خطا (ME)، ریشه مجذور میانگین خطا (RMSE)، ضریب تعیین (CD)، کارایی مدل (EF)، ضریب تجمعی باقیمانده (CRM)، تشریح و بر اساس این پارامترها تحلیل کاملی از مقایسه نتایج ارائه شد. نتایج نشان می دهد که میزان جذب حداکثر آب در حدود m3m-3d-1 0.04 در عمق 30-25 سانتیمتری خاک و حداقل جذب در حدود m3m-3d-1 0.005 در عمق 80 سانتیمتر اتفاق می افتد.

بررسی عوامل موثر بر خصوصیات مورفومتری رسوبات بستر رودخانه ها می تواند منجر به درک بهتر فرآیندهای رسوب گذاری و حمل رسوب و طبعا مدیریت کارآتر و استفاده بهینه از آنها شود. تحقیق حاضر با هدف بررسی اثرات تغییر حساسیت به فرسایش سازندها، کاربری اراضی و برداشت شن و ماسه بر خصوصیات مورفومتری رسوبات بستر در مسیری به طول 30 کیلومتر از رودخانه وازرود در استان مازندران انجام گرفت. به همین منظور تعداد 9 مقطع برای نمونه برداری در این رودخانه به گونه ای تعیین شدند که بتوان این اثرات را بررسی کرد. نمونه رسوبات بستر در این مقاطع با شیوه ترکیبی برداشت و خصوصیات مورفومتری شامل میانگین، جورشدگی، چولگی، کشیدگی، قطرهای ده، پنجاه و نود درصد، بافت، کرویت و گردشدگی با استفاده از روش الک کردن و نرم افزار GRADISTAT محاسبه گردید. نتایج حاصل از تحقیق نشان داد که تغییر حساسیت به فرسایش سازندها، کاربری مسکونی و برداشت شن و ماسه در این رودخانه روند تغییرات طبیعی پارامترهای اندازه رسوبات (میانگین، d10، d50، d90 و بافت) و نیز گردشدگی رسوبات بستر رودخانه را تحت تاثیر قرار داده و در برخی مقاطع روند را معکوس نموده اند.

سرریزهای گابیونی یا توریسنگی پله ای کاربردهای زیادی در ساختمان سدها، مهندسی رودخانه و حفاظت خاک دارند. این نوع سرریزها از انعطاف زیادتری نسبت به نوع صلب آن برخوردار بوده و در مقابل بارهای ناشی از فشار آب مقاوم و پایدار هستند. استهلاک انرژی جریان از روی چنین سازه ای به علت وجود جریان درون گذر و روگذر پله ها زیاد بوده و لذا هزینه های ساخت حوضچه آرامش کاهش می یابد. از خصوصیات مهم این نوع سازه، جریان درون گذر از داخل جسم متخلخل سرریز است که پیچیدگی هایی را در رفتار جریان ایجاد می کند. اکثر تحقیقات انجام یافته تاکنون مربوط به سرریزهای پلکانی سدهای بزرگ بتنی و صلب بوده است و در مقایسه با آن، مطالعات بر روی سرریزهای پلکانی گابیونی بسیار اندک بوده است. بررسی هیدرولیکی عبور جریان از روی پله ها و نیز محیط متخلخل درون سازه گابیونی و محاسبه افت انرژی از اهداف این پژوهش می باشند. برای این منظور 9 مدل فیزیکی از سرریز گابیونی پله ای با 3 تخلخل مختلف و شیب های 1:1 و 1:2 ساخته شد. برای بررسی نفوذ پذیری پله ها در افت انرژی، وجه افقی و عمودی پله ها توسط ورق آهنی نفوذ ناپذیر گردید. نتایج نشان می دهند که در دبی های بالا که رژیم جریان غیر ریزشی یا شبه صاف اتفاق می افتد، استهلاک انرژی در سرریز گابیونی بیشتر است که این مورد باید در طراحی مد نظر قرار گیرد. در واقع در دبی های بیشتر، جریان به دو بخش روگذر و درون گذر تفکیک می شود. پله ها زیر آب قرار می گیرند و تاثیر زبری آنها کمتر شده و در مقابل تاثیر جریان درون گذر در افت انرژی افزایش می یابد. استهلاک انرژی در سرریز دارای پله های نفوذ ناپذیر (دارای ورق آهنی در پله های افقی و عمودی تواما) در دبی های کم بیشتر از سایرین است و در مرحله بعد به ترتیب سرریز گابیونی، سرریز با دیواره عمودی غیر قابل نفوذ و سپس سرریز با کف افقی غیر قابل نفوذ قرار دارند. افزایش تخلخل از 38 تا 42 درصد موجب افزایش استهلاک انرژی گردید. همچنین با کاهش شیب از 1:1 به 1:2 بر میزان استهلاک انرژی افزوده شد.

بررسی تغییرات منابع آب زیرزمینی در برنامه ریزی و مدیریت پایدار منابع آب هر منطقه از اهمیت فراوانی برخوردار است. مدیریت علمی منابع آب نیازمند دانستن رابطه خشکسالی با تراز آب زیرزمینی است. در این مطالعه روند تراز آب زیرزمینی 32 ایستگاه پیزومتری در مقیاس ماهانه در منطقه دشت اردبیل در دوره آماری 1387-1367 با آزمون ناپارامتری مان-کندال مورد بررسی قرار گرفت. برای هر سری زمانی شیب خط روند با استفاده از روش تخمین گر Sen محاسبه شد. همگنی روند تغییرات تراز آب زیرزمینی با روش وان بل وهوقس مورد آزمون قرار گرفت. نتایج نشان داد که در همه ایستگاه ها (بجز ایستگاه های نیار مدرسه، ینگجه ملا محمدرضا، آغچه کندی و دروازه آستارا) تراز آب زیرزمینی دارای روند منفی است. در بیش از 72 درصد ایستگاه ها روند منفی P<0.1 معنی دار مشاهده شد. بررسی شیب خط روند نشان داد که بطور متوسط تراز آب زیرزمینی در دشت اردبیل حدود 18 سانتی متر در سال افت دارد. بیشترین افت تراز آب زیرزمینی متعلق به ایستگاه خلیفه لوشیخ بوده که دارای شیب منفی 1.93 متر در سال می باشد. نتایج آزمون همگنی نشان داد که روند تراز آب زیرزمینی در ماه های مختلف همگن ولی در ایستگاه های مختلف غیر همگن می باشد.