پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال:1389 | دوره:17 | شماره:3 |تعداد مقالات:16

این پژوهش با هدف ارزیابی حساسیت مدل های برآورد تبخیر و تعرق پنمن - مانتیث - فائو 56 (PMF-56) و هارگریوز(HG)  نسبت به متوسط بیشینه و کمینه دمای هوا در نواحی مرطوب شمال کشور تحت شرایط تغییر اقلیم انجام شد. به این منظور، با به کارگیری داده های هواشناسی 50 ساله 6 ایستگاه سینوپتیک بندرانزلی، رشت، رامسر، نوشهر، بابلسر و گرگان، مقادیر ET0 ماهانه با دو مدل بالا برآورد گردید. سپس مقادیر متوسط بیشینه و کمینه دمای هوا تحت سناریوهای مختلف به میزان 10-2 درصد تغییر داده شد و تغییرات ET0 در ازای این سناریوها محاسبه گردید. نتایج نشان داد که بیشترین افزایش ET0 مربوط به مدل PMF-56 به میزان 23 درصد، به ازای افزایش 10 درصد بیشینه دمای هوا، در ماه های رشد گیاه بوده است. بر عکس، 10 درصد افزایش نسبی در دمای کمینه هوا منجر به 7 درصد کاهش در مقادیر ET0 در ماه های تابستان در ایستگاه های مورد مطالعه گردید. به طور کلی حساسیت دو مدل ذکر شده نسبت به بیشینه دمای هوا بیشتر از کمینه دمای هوا بود. نتایج نشان داد در مقادیر کم نوسانات دمایی (کمتر از 8 درصد)، رفتار هر دو مدل تقریبا خطی بوده، ولی در نوسانات شدیدتر دمایی (بالای 10 درصد) تغییرات ET0 غیرخطی می شود. مقایسه نتایج دو مدل نشان داد که به دلیل لحاظ شدن اثر پس خورد مولفه تابش خالص طول موج بلند و کمبود فشار بخار آب در مدل آیرودینامیکی پنمن، این مدل حساسیت منطقی تری را به نوسانات اقلیمی دمای بیشینه و دمای کمینه هوا از خود نشان می دهد. در ضمن، حساسیت مدل های به کار رفته نسبت به کمینه و بیشینه دمای هوا متفاوت بوده و تا حدودی به موقعیت جغرافیایی و فصل سال بستگی دارد. در بررسی اثر پدیده های فرا اقلیمی مانند پدیده انسو، نوسانات اطلس شمالی و نوسانات مدیترانه ای بر دامنه تبخیر و تعرق گیاهی، استفاده از مدل های ساده مانند مدل هارگریوز توصیه نمی شود.

به منظور جلوگیری از تخریب اراضی و آلودگی خاک و آب، شناخت فرآیند های مربوطه و کمی نمودن روابط بین آنها امری اجتناب ناپذیر می باشد. فرآیند نفوذ آب به خاک یکی از مهمترین اجزای چرخه هیدرولوژی است. از سوی دیگر، اندازه گیری آن دشوار، زمان بر و پرهزینه می باشد. در این پژوهش، امکان برآورد نفوذ تجمعی آب به خاک، در زمان ‏های مشخصی از آغاز فرآیند نفوذ با استفاده از ویژگی های زودیافت خاک و به کمک توابع انتقالی خاک مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، داده های به دست آمده از آزمایش های نفوذپذیری به روش استوانه های مضاعف در 210 نقطه از مناطق مختلف کشور جمع آوری شد. خاک ها در محدوده بافتی لوم تا رسی قرار داشت. همچنین، با حفر پروفیل در نزدیکی نقاط اندازه گیری نفوذ آب به خاک، لایه های پدوژنیک خاک مشخص و از دو افق بالایی نمونه برداری و ویژگی های رطوبت اولیه، جرم ویژه ظاهری خاک، فراوانی نسبی ذرات، میزان ماده آلی، درصد سنگ ریزه، میزان آهک، ظرفیت زراعی و رطوبت پژمردگی دایم اندازه گیری شد. سپس با استفاده از این ویژگی ها و رگرسیون چندگانه گام به گام، توابعی پارامتریک برای برآورد نفوذ تجمعی در زمان های 5، 10، 15، 20، 30، 45، 60، 90، 120، 150، 180، 210، 240 و 270 دقیقه از ابتدای آزمایش نفوذپذیری و زمان نفوذ پایه پی ریزی گردید. نتایج اعتباریابی توابع پی ریزی شده بیانگر آن بود که تمامی توابع پی ریزی شده، نفوذ تجمعی را کم برآورد نموده اند. همچنین، با افزایش زمان از ابتدای آزمایش نفوذپذیری، مقدار آماره ریشه میانگین مربعات خطا افزایش یافت. مقادیر آماره کارآیی مدل در تمامی توابع استخراج شده مقداری مثبت و به طور کلی، با گذشت زمان از ابتدای آزمایش نفوذپذیری، دارای روندی افزایشی بود. این امر بیانگر آن بود که با افزایش زمان از ابتدای آزمایش نفوذپذیری، کارآیی مدل های رگرسیونی پی ریزی شده، بهبود یافته است. همچنین، توابع انتقالی پی ریزی شده منحنی نفوذ تجمعی را با میانگین خطایی برابر با 6.90 سانتی متر برآورد نمودند. نتایج نشان داد که در سطح احتمال 1 درصد، می توان منحنی نفوذ تجمعی برآورد شده را به عنوان یکی از تکرارهای یک آزمایش نفوذپذیری معتبر پذیرفت.

قنات یا کاریز از شگفت انگیزترین کارهای دسته جمعی تاریخ بشری است که برای آب رسانی به مناطق کم آب و تامین آب شرب انسان، دام و زراعت و با کار گروهی و مدیریت و برنامه ریزی به وجود آمده است اما یکی از معایب اصلی آن خروج همیشگی آب است. ترکیب فن آوری سدهای زیرزمینی با قنات می تواند روش نوینی برای حل این مشکل ارایه نماید؛ به این ترتیب آب قنات در آبرفت پشت سد ذخیره می گردد و سفره آب زیرزمینی تغذیه کننده قنات از نظر کمی بهبود می یابد؛ اما لازمه به کارگیری این تکنولوژی انجام بررسی های مفصل بر روی قنات جهت تعیین محل مناسب احداث آن است. در این مطالعه تعیین محل مناسب احداث سد زیرزمینی بر روی قنات با انجام یک مطالعه موردی بر روی قنات دهن چنار واقع در حوزه آبخیز کلات شهرستان گناباد مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور ابتدا بازه هایی از قنات که پتانسیل اولیه جهت احداث سد زیرزمینی را دارا می باشند، شناسایی و تعیین گردید؛ سپس در طول بازه های مناسب تعیین شده، نقاطی که شرایط لازم برای احداث سد زیرزمینی بر روی قنات را دارا می باشند به عنوان نقاط پیشنهادی مشخص شد. در انتها مناسب ترین نقطه جهت احداث سد زیرزمینی بر روی قنات با استفاده از شاخص ظرفیت آبرفتی شناسایی و تعیین گردید. نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان داد از حدود 1000 متر طول قنات تحت بررسی تنها 2 نقطه جهت احداث سد زیرزمینی وجود دارد که مناسب ترین آن با استفاده از شاخص ظرفیت آبرفتی قابل تعیین است.

منحنی های کمیت به شدت (Q/I) و پارامترهای مشتق از آنها اطلاعات مفیدی را در خصوص قابلیت استفاده پتاسیم فراهم می کنند. این پژوهش برای تعیین پارامترهای کمیت به شدت پتاسیم شامل پتاسیم آسان قابل تبادل (DKo)، نسبت فعالیت تعادلی پتاسیم (ARek)، پتاسیم سخت قابل تبادل (Kx)، پتانسیل ظرفیت بافری پتاسیم(PBCk)  و انرژی تبادل پتاسیم (Ek) و رابطه های موجود بین آنها با شکل های پتاسیم، کانی های رس خاک و خصوصیات فیزیکوشیمیایی 18 نمونه خاک آهکی متعلق به 4 زیرگروه اصلی شامل تیپیک هاپلوزرپت، تیپیک کلسی زرپت، تیپیک اند آکیوئپت و فلوئنتیک هاپلوزرپت از تاکستان های استان آذر بایجان غربی اجرا شد. تجزیه پراش پرتو ایکس نشان داد که ایلایت و کلرایت کانی های غالب خاک های مورد مطالعه تشکیل دادند. مقدار پتاسیم آسان قابل تبادل (DKo) بین 0.020 و 0.85 (کالری مول بر کیلوگرم)، نسبت فعالیت پتاسیم در حال تعادل (ARek) بین 0.0014 و 0.019 (مول بر لیتر)، مقدار پتانسیل ظرفیت بافری پتاسیم (PBCK) بین 18 و 103 0.5(مول بر لیتر) / (کالری مول بر کیلوگرم) و مقدار انرژی تبادل پتاسیم (EK) بین 2348- و 3898- (کالری بر مول) متغیر بود. مقادیر شکل های محلول (So-K)، تبادلی (Ex-K) و غیرتبادلی پتاسیم (NEx-K) به ترتیب در دامنه 0.56-0.07 (کالری مول بر کیلوگرم)، 0.42-1.4 و 0.20-2.6 (کالری مول بر کیلوگرم) قرار داشتند. رابطه های مثبت و معنی داری بین NEx-K و ایلایت (P£0.001، R2=0.82) مشاهده شد. خاک های تیپیک هاپلوزرپت با مقدار پتاسیم تبادلی و محلول بالا، دارای بیشترین مقدار ARek بودند، در حالی که در خاک های تیپیک اند آکوئپت با بیشترین کلرایت در بخش رس خاک، مقدار این پارامتر حداقل بود. همبستگی معنی داری بین PBCK و میزان رس (P£0.001، R2=0.90) و CEC (P£0.001، R2=0.80) مشاهده گردید. بیشترین میزان PBCK در خاک های تیپیک کلسی زرپت مشاهده شد که با بیشترین مقدار رس و ظرفیت تبادل کاتیون همراه بود. مقدار PBCk بیشتر خاک های مورد مطالعه در سطح مطلوبی قرار داشت و بیانگر توانایی بالای خاک ها در حفظ و نگهداری شدت پتاسیم در فاز مایع خاک برای مدت طولانی می باشد.

همانند اجزای معدنی خاک، مواد آلی خاک نیز نقش مهمی را در شیمی خاک ایفا می کند. رفتار خاک ها تحت تاثیر نوع و میزان ماده آلی موجود در آنهاست، تجزیه مواد آلی موجود در خاک ها مهمترین عامل تولید اسیدهای آلی در خاک، که باعث هوازدگی کانی های رسی (منبع عمده پتاسیم غیرتبادلی) و رهاسازی پتاسیم غیرتبادلی می شوند، می باشد. علاوه بر مقدار پتاسیم غیرتبادلی، سرعت رهاسازی و در دسترس قرار گرفتن این جزء از پتاسیم در طول دوره رشد گیاه نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. این آزمایش به صورت فاکتوریل با طرح پایه کاملا تصادفی در 3 تکرار انجام شد. فاکتور اول شامل 4 سری خاک غالب استان گلستان و فاکتور دوم شامل تیمار شاهد، حذف ماده آلی با آب اکسیژنه و هیپوکلریت سدیم بود. نتایج نشان داد که هیپوکلریت سدیم (NaOCl) ماده آلی بیشتری را نسبت به آب اکسیژنه حذف کرد، که بیانگر توانایی کمتر آب اکسیژنه در حذف ماده آلی می باشد. میزان رها سازی پتاسیم غیرتبادلی از خاک ها، در حضور و بدون حضور ماده آلی تعیین شد. نتایج آزمایش های سینتیکی نشان داد که میزان کل پتاسیم غیرتبادلی رها شده از خاک ها در هر سه تیمار پس از پایان زمان عصاره گیری در سری علی آباد بیشترین بود. کمترین میزان رهاسازی پتاسیم غیرتبادلی در تیمار شاهد مربوط به سری کردکوی و در دو تیمار حذف ماده آلی مربوط به سری دلند بود. در تیمار حذف ماده آلی با آب اکسیژنه در مقایسه با تیمار شاهد، پتاسیم بیشتری از همه خاک ها رها شد، بر عکس در تیمار حذف با هیپوکلریت سدیم نسبت به شاهد، پتاسیم کمتری رهاسازی شد. بنابراین ماده آلی اثرات مستقیم و غیرمستقیمی بر میزان شکل های شیمیایی پتاسیم و همچنین سینتیک رهاسازی آن دارد.

هدررفت خاک به طور گسترده با استفاده از رابطه جهانی فرسایش خاک تصحیح شده (RUSLE) در سراسر جهان پیش بینی می شود. فرسایش پذیری خاک (K) به عنوان یکی از عوامل موثر در هدررفت خاک می باشد که برآورد آن برای پیش بینی فرسایش آبی ضروری است. در این پژوهش هدررفت خاک در کرت های استاندارد تحت 41 رخداد طبیعی باران در 36 زمین تحت آیش با شیب 9 درصد در شهرستان هشترود، که ناحیه ای نیمه خشک در شمال غرب ایران می باشد از سال 1386-1384 اندازه گیری گردید. مقدار K بر اساس هدررفت خاک در واحد عامل فرسایندگی باران - روان آب (R) اندازه گیری و بر مبنای میانگین هندسی قطر ذرات خاک برآورد شد. مقدار K برآوردی (برابر 0.038703 تن ساعت در مگاژول میلی متر) به طور میانگین 50.98 برابر بزرگتر از مقدار اندازه گیری شده (0.000483 تن ساعت بر مگاژول میلی متر) در 36 زمین بود. تجزیه رگرسیونی نشان داد که مقدار K اندازه گیری شده، به طور معنی داری با پایداری خاک دانه و نفوذپذیری خاک (R2=0.90 و P<0.001) ارتباط دارد. بررسی رابطه بین K اندازه گیری شده و ویژگی های مستقل خاک با قابلیت اندازه گیری آسان (ذرات معدنی، سنگ ریزه، ماده آلی، آهک و پتاسیم) نشان داد که بین مقدار K و انحراف معیار هندسی قطر ذرات، ماده آلی و آهک رابطه ای معنی دار (R2=0.82 و P<0.001) وجود دارد. این پژوهش آشکار کرد که پایداری خاک دانه و نفوذپذیری دو ویژگی مهم وابسته خاک از نظر فرسایش پذیری هستند که تحت تاثیر ذرات معدنی، ماده آلی و آهک قرار می گیرند. ویژگی هایی از خاک که موجب افزایش پایداری خاک دانه یا نفوذپذیری شده موجب کاهش فرسایش پذیری می گردند. همچنین آهک از جمله ویژگی هایی است که در کاهش فرسایش پذیری در خاک های نواحی نیمه خشک نقشی مهم دارد.

یکی از روش های محاسبه سرعت جریان در علم هیدرولیک، هیدرولوژی و همه مطالعات آب به خصوص در مهندسی رودخانه و کنترل سیل استفاده از معادله مانینگ می باشد. در این پژوهش مطالعه ای بر روی دو دامنه جهت شبیه سازی جریان آب در هنگام روان آب مصنوعی صورت گرفت، تا اثرات پوشش گیاهی بر ضریب زبری مانینگ دامنه از طریق اندازه گیری میدانی در مراتع آق قلا استان گلستان تعیین شود. این مطالعه بر روی دو پلات به عرض 2 متر و طول 18 متر با دو شیب 4.1 و 12.9 درصد در دو حالت با پوشش و بدون پوشش با پمپاژ آب توسط موتوری که به یک تانکر متصل بود انجام گرفت. مطالعه حاضر در 20 تکرار انجام شد و شیب طولی و درصد پوشش هر دامنه محاسبه گردید. سپس محاسبه سرعت جریان هر دامنه در هر تکرار، همچنین تعیین شعاع هیدرولیکی هر دامنه در 6 مقطع در هر تکرار صورت پذیرفت. ضریب زبری مانینگ n در حالت با پوشش و بدون پوشش در دامنه با شیب 4.1 درصد به ترتیب مقادیر 0.0557 و 0.0510 و نیز در دامنه با شیب 12.9 درصد به ترتیب مقادیر 0.0652 و 0.0564 برآورد شد. بعد از محاسبه ضریب مانینگ دامنه ها در تمام تکرارها، نتایج با استفاده از آزمون t مقایسه و نشان داد که پوشش گیاهی در دامنه ها، حتی به مقدار کم باعث افزایش معنی دار ضریب مانینگ می گردد. در این پژوهش شیوه اجرای آزمایش در طبیعت جدید بوده و همچنین تمرکز پژوهش، بر جریان ورقه ای روان آب و نیز ضریب زبری به دست آمده از پوشش گیاهی غیرمستغرق می باشد که در گذشته مطالعات کمتری در این زمینه صورت گرفته است.

انتخاب بارش طراحی گامی مقدماتی در بیشتر روش های معمول برای برآورد سیلاب طراحی است. بارش طراحی که نتیجه آن در سیلاب طراحی می باشد دارای خصوصیاتی مانند توزیع زمانی بارندگی در مدت بارندگی است. در این پژوهش، برای تعیین الگوی توزیع زمانی بارش از داده های ایستگاه باران سنج ثبات در ایستگاه سینوپتیک شهرستان زابل استفاده شده و همه رگبارهای شدید هر ایستگاه در تداوم های 1، 2، 3، 6، 9، 12، 18 و 24 ساعته قرار گرفته است. روش کار پیل گریم مبتنی بر تجزیه رگبارها به چهار چارک و محاسبه درصد مقدار بارش در هر چارک و رتبه دهی به چارک ها بوده و سپس با میانگین گیری رتبه ها در هر چارک رتبه شاخص مشخص و در نهایت الگوی نهایی هر تداوم به دست می آید. به منظور ارزیابی آماری داده های توزیع با زمان دلخواه بعد از تشکیل جدول توافقی از آزمون کای اسکوئر استفاده شد. اساس روش هاف این است که در هر تداوم بر مبنای این که بیشترین مقدار بارش در کدام چارک اتفاق افتاده، رگبارهای چارک اولی، دومی، سومی و چهارمی مشخص و منحنی های مربوطه با احتمال های 90-10 درصد ترسیم می گردد. نتایج به دست آمده از مقایسه دو روش نشان می دهد که: روش پیل گریم ساده و گویاتر از روش هاف بوده و در صورت دسترسی به داده های مناسب در عین سادگی از دقت مناسبی هم برخوردار می باشد. مقایسه الگوی زمانی روش پیل گریم و منحنی احتمال 50 درصد روش هاف نشان می دهد که نتایج این دو روش در هر توزیع دارای الگوی یکسان می باشد. بهترین حالت برای رسم منحنی احتمالات روش هاف در هر تداوم این است که همه رگبارهای چارک اول، دوم، سوم و چهارم آن تداوم را با هم یک جا در نظر گرفت. که در این حالت منحنی های به دست آمده واضح تر و دقیق تر خواهند بود.

چرخه های یخ و ذوب که به دلیل کاهش و افزایش پیوسته دما در طول یک دوره زمانی کوتاه مدت ایجاد می شوند، یکی از عوامل مهم ایجاد خسارت در گیاهان زراعی و باغی در مناطق مستعد آن می باشند. در این پژوهش برای محاسبه فراوانی نسبی چرخه های یخ و ذوب در استان خراسان رضوی، داده های دمای کمینه و بیشینه روزانه 9 ایستگاه هواشناسی سینوپتیک در طی 20 سال آماری (1387-1368) مورد استفاده قرار گرفت. همچنین 6 گستره دمایی مشخص شامل: دماهای کمینه کوچک تر و مساوی 2- و دماهای بیشینه بزرگ تر و مساوی 2 (A)، دماهای کمینه کوچک تر و مساوی 3- و دماهای بیشینه بزرگ تر و مساوی 3 (B)، دماهای کمینه کوچک تر و مساوی 5- و دماهای بیشینه بزرگ تر و مساوی 5 (C)، دماهای کمینه برابر 2- و بیشینه بزرگ تر از 2 (D)، دماهای کمینه برابر 3- و بیشینه بزرگ تر از 3 (E) و دماهای کمینه برابر 5- و بیشینه بزرگ تر از 5 (F) که امکان رخداد این پدیده در آنها بیشتر است، در نظر گرفته شد. پس از پردازش داده ها توسط یک برنامه کامپیوتری در محیط FORTRAN، میانگین ماهانه، فصلی و سالانه و سپس فراوانی نسبی ماهانه و فصلی تعداد روزهای وقوع این پدیده در هر یک از ایستگاه های موجود محاسبه گردید. بررسی نمودارهای فصلی نشان داد که گرچه فراوانی نسبی چرخه های یخ و ذوب در زمستان بیشتر از سایر فصول است اما غلات سرمادوست و درختان میوه در این فصل به دلیل پدیده خوسرمایی نسبت به پاییز و بهار، کمتر متحمل خسارت می شوند. در بررسی ماهانه نتایج نیز، مشاهده شد که در مهرماه، احتمال خسارت به گیاهان زراعی مانند پنبه و یا چغندرقند در مناطقی مانند سبزوار، گناباد و کاشمر کمتر از مناطقی مانند مشهد، سرخس و نیشابور می باشد. در ماه های فروردین و اردیبهشت نیز، درختان میوه در شهرستان هایی مانند نیشابور، تربت حیدریه و گلمکان، احتمالا دچار خسارت خواهند شد. همچنین در این 2 ماه، کشت زودهنگام پنبه در مناطقی مانند سبزوار، کاشمر و نیشابور، پرمخاطره است.

کربوهیدرات ، کربن آلی ذره ای و توزیع مواد آلی در خاک دانه ها عواملی هستند که تاثیر به سزایی بر وضعیت ساختمانی خاک دارند. این پژوهش در یک خاک رسی در دشت جوانمردی (شرق لردگان، زاگرس مرکزی) با اهداف زیر انجام شد: 1) بررسی اثر تبدیل مرتع تخریب شده به اراضی کشاورزی (گندم) بر مقدار کربن آلی کل، کربن آلی ذره ای، نیتروژن کل، کربوهیدرات قابل عصاره گیری با اسید رقیق و آب داغ، 2) تعیین مقادیر کربن آلی، نیتروژن کل و کربوهیدرات قابل عصاره گیری با اسید رقیق در خاک دانه ها. نمونه برداری خاک در مرتع تخریب شده و اراضی کشاورزی در دو عمق 5-0 و 15-5 سانتی متری انجام گرفت. نتایج نشان داد که کربوهیدرات ها حدود 3.6-6.5 درصد و کربن آلی ذره ای، 52-39 درصد از کربن آلی کل را تشکیل می دهند. تبدیل مرتع تخریب شده به اراضی کشاورزی سبب افزایش معنی دار کربن آلی کل، کربن آلی ذره ای، نیتروژن کل، کربوهیدرات قابل عصاره گیری با اسید رقیق و آب داغ شده است. بین خاک دانه های خاک مرتع از نظر مقدار کربن آلی، نیتروژن کل و کربوهیدرات تفاوت معنی داری دیده شد، به طوری که با افزایش اندازه خاک دانه از 1-0.05 میلی متر، مقدار مواد آلی نیز افزایش یافت. با این وجود، در خاک کشاورزی رابطه ای مشخص بین اندازه خاک دانه و مقدار مواد آلی مشاهده نشد. در خاک کشاورزی به خاطر درشت تر بودن بقایای گیاهی وارد شده به خاک، نسبت کربن آلی ذره ای به کربن آلی کل بیشتر از خاک مرتع تخریب شده است. در مجموع، مقدار کربن آلی در خاک دانه های درشت نسبت به خاک دانه های ریز بیشتر بود، در نتیجه عواملی که پایداری یا تخریب این خاک دانه ها را کنترل می کنند، می توانند ذخایر کربن آلی خاک را نیز کنترل نمایند.

شدت تبخیر و تعرق پتانسیل برای برنامه ریزی آبیاری مورد نیاز می باشد و معمولا بر اساس روش هایی مبتنی بر داده های اقلیمی تخمین زده می شود. در حال حاضر روش فائو - پنمن مانتیس یک روش قابل قبول برای تخمین تبخیر و تعرق پتانسیل است. در این پژوهش، میزان کارایی روش منطق فازی و شبکه عصبی در تخمین تبخیر و تعرق پتانسیل روزانه و مقایسه آن با روش تشتک تبخیر کلاس A مورد بررسی قرار گرفته است. روش منطق فازی با 6 پارامتر ورودی دارای ضریب تعیین 0.88 و خطای، 0.74 میلی متر در روز، در مقایسه با سایر روش ها دارای دقت بالاتر و خطای کمتر بود.