پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال:1388 | دوره:16 | شماره:2 |تعداد مقالات:18

این پژوهش به منظور ارایه مدلی برای تهیه نقشه شوری با استفاده از داده های ماهواره ای ETM+ و مقادیر شوری در منطقه ای در شمال آق قلا در استان گلستان انجام شد. به این منظور تصاویر ماهواره ای مورد تصحیحات هندسی و اتمسفری قرار گرفتند. پردازش های لازم مانند ادغام باندهای چند طیفی با باند پانکروماتیک، تبدیل تسلدکپ، آنالیز مولفه های اصلی و نسبت گیری بر روی باندها به منظور ایجاد باندهای مصنوعی انجام گرفت. یک شبکه نمونه برداری منظم به ابعاد 10×2 کیلومتر و به فواصل مختـلف طراحی و بر روی منطقه مورد مطالعه پیاده شد. نمونه برداری از خاک (169 نمونه) از عمق 5-0 سانتی متری به فواصل 50، 250، 500، 1000 متری از یکدیگر انجام و هدایت الکتریکی آنها در عصاره اشباع اندازه گیری گردید. موقعیت مکانی نمونه ها با استفاده از GPS ثبت و در محیط GIS، نقشه موقعیت نمونه ها تهیه شد. ارزش های طیفی هر یک از نمونه ها در باندهای مختلف استخراج و ارتباط بین ارزش های طیفی (باندهای اصلی، باندهای حاصل از تسلدکپ و آنالیز مولفه های اصلی، ادغام داده ها و باندهای نسبت گیری شده) با مقادیر هدایت الکتریکی مربوط به 80 درصد نمونه ها بررسی شد. پس از تعیین باندهای مناسب برای شرکت در مدل، نتایج اولیه نشان داد که بین مقادیر هدایت الکتریکی سطحی با باند 4 اصلی، مولفه های روشنایی و سبزینگی حاصل از تبدیل تسلدکپ و مولفه حاصل از ادغام باند پانکروماتیک با باند 4 اصلی ، ارتباط معنی داری در سطح 1 درصد وجود دارد. پس از انتخاب بهترین مـدل، اعتبـارسنجی آن بـا 20 درصـد نمـونه هـا به منظور تعیین پارامترهای  ME وRMSE  انجام شد. نتـایج کنـترل اعتبار با مقادیـر ME و RMSE به ترتیب معادل 18/0- دسی زیمنس بر متر و 6/55 دسی زیمنس بر متر بیانگر مناسب بودن تخمین حاصل از مدل می باشد. در نهایت نقشه شوری بر اساس مدل رگرسیونی قابل ارایه تهیه شد. نتایج کلی این پژوهش نشان داد که در منطقه ای در شمال آق قلا با مساحت 2000 هکتار، استفاده از داده های رقومیETM+  و مشتقات آن، می تواند به منظور پهنه بندی و توجیه تغییرات شوری موثر باشد.

وجود پوشش گیاهی در هر منطقه سرعت جریان های سطحی را کاهش داده و سبب نفوذ بیشتر آب به داخل خاک می گردد. در نتیجه تاثیر قابل ملاحظه ای بر کاهش سیلاب های مخرب خواهد داشت. منطقه مورد مطالعه یکی از مناطق حساس به فرسایش است که همه ساله اثرات جبران ناپذیری از فرسایش و رسوب را متحمل می شود. هدف این پژوهش بررسی نقش مدیریت پوشش گیاهی و به خصوص قرق بر کاهش میزان روانآب سطحی است. منطقه مورد تحقیق بخشی از حوزه معرف و زوجی کچیک واقع در استان گلستان است که به مدت پنج سال تحت تیمار قرق بوده است. برای این بررسی ابتدا دو زیرحوزه نمونه (قرق) و شاهد (غیرقرق) به عنوان واحد هیدرولوژیک در نظر گرفته شد. سپس مطالعات پایه شامل فیزیوگرافی، زمین شناسی، هیدرولوژی و اندازه گیری پوشش گیاهی، میزان بارندگی و دبی ناشی از هر بارش انجام گرفت. نمونه برداری گیاهی با استفاده از کوادرات یک مترمربعی به صورت سیستماتیک - تصادفی انجام گردید. تجزیه و تحلیل های آماری داده ها، شامل t استیودنت و بررسی تغییرات میزان روانآب سطحی و تغییرات تاج پوشش گیاهی از طریق روابط رگرسیونی با استفاده از نرم افزارهای Minitab و Spss صورت پذیرفت. نتایج حاصل از بررسی پارامترها برای هر یک از زیرحوضه ها نشان دادند که: مولفه های پوشش گیاهی در سطح 5 درصد در مقاسیه با شاهد دارای اختلاف معنی داری است. پوشش تاجی در داخل قرق به ترتیب 2/95 درصد و در خارج قرق 9/52 درصد می باشد. میزان روانآب حاصل از رگبارهای انتخابی در منطقه قرق 43/17 درصد و در منطقه شاهد 38/35 درصد می باشد. رابطه رگرسیونی به دست آمده بین تاج پوشش گیاهی با روانآب و شدت بارندگی با روانآب با مقدار ضریب همبستگی 76/0 (قرق) و 8/0 (غیرقرق) حاصل گردید. اختلاف بین روانآب ایجاد شده در دو حوزه در سطح 1 درصد خطا معنی دار است. بنابراین با توجه به اثرات مثبت و بارز کمی و کیفی قرق در استقرار و افزایش تولیدات گیاهی از یک سو وکاهش روانآب های سطحی از سوی دیگر به عنوان یکی از روش های موثر در مدیریت آبخیزها و به خصوص در منطقه مورد مطالعه می باشد.

کنترل رسوب در آب گیرها همواره از مسایل پیچیده مهندسی رودخانه است. قسمت عمده جریان وارد شده به آب گیر از لایه های پایینی جریان در کانال اصلی که دارای غلظت بیشتری از رسوبات می باشد تامین می گردد. در این تحقیق به طور هم زمان از دو سازه هم زمان آب شکن و صفحات مستغرق برای کاهش حجم رسوبات وارد شده استفاده شده است. این صفحات با ایجاد جریان چرخشی و دور کردن رسوبات از دهانه آب گیر باعث کاهش حجم ورود رسوبات به آب گیر می شود. ابعاد، تعداد و آرایش صفحات بر اساس مقادیر توصیه شده طراحی مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور هدایت جریان به سمت آب گیر و افزایش کارآیی صفحات، از آب شکن در دیواره مقابل آب گیر در کانال اصلی استفاده شده است. اثر پارامترهای طول آب شکن، فاصله آن از مقابل آب گیر و زاویه آن با جریان در کانال اصلی مورد بررسی قرار گرفته است. طول آب شکن های به کار رفته 15، 20 و 25 سانتی متر و زوایای قرارگیری آب شکن ها 45، 90 و 135 درجه با جهت جریان اصلی و همچنین مکان قرارگیری آب شکن ها در سه موقعیت متفاوت در مقابل آب گیر بوده است. آزمایش ها برای سه نسبت آب گیری مختلف انجام شده است. نتایج تحقیق نشان می دهد که کارآیی صفحات با احداث آب شکن در ضلع مقابل آب گیر افزایش پیدا کرده و مقدار ورود رسوبات به آب گیر کاهش پیدا می کند. برای نسبت آب گیری در واحد عرض برابر با 3/0 مقدار ورود رسوبات به آب گیر به صفر می رسد. با جابجایی آب شکن به اندازه دو برابر عرض دهانه آب گیر به بالادست کانال اصلی، مقدار ورود رسوبات به آب گیر به طور متوسط 40 درصد کاهش می یابد. همچنین ورود رسوبات به آب گیر با استفاده از آب شکن با زاویه 90 درجه نسبت به دو آب شکن با زوایای 45 و 135 به کمترین حد می رسد.

به منظور مطالعه رفتار کانی های رسی خاک در ارتباط با تغییر کاربری و تخریب اراضی، زمین های شیب دار حوزه آبخیز آق سو در شرق استان گلستان انتخاب گردید. کانی های غالب مواد مادری لسی را ایلیت و کلریت تشکیل می دهند. فراوانی کانی های رسی اصلی در خاک جنگلی و ناحیه جنگل تراشی شده زراعی مجاور آن به ترتیب به این  صورت می باشد: ایلیت > اسمکتیت > کائولینیت > کلریت > ورمی کولیت و ایلیت > کلریت > کائولینیت > اسمکتیت. منشا ایلیت، کلریت و کائولینیت خاک ها اغلب مادری است. جنگل تراشی و فرسایش خاک موجب شده تا به دلیل رخنمون شدن مواد مادری مقدار کانی های یاد شده در کاربری زراعی افزایش یابد. منشاء اسمکتیت در خاک های منطقه ارثی و نیز تبدیلی است. در نواحی با رطوبت قابل استفاده بیشتر که شرایط آبشویی جهت آزاد شدن K+ از ساختار ایلیت و کلریت مهیاست، این کانی ها می توانند به اسمکتیت تغییر یابند. پوشش طبیعی جنگل با فراهم آوردن رطوبت بیشتر موجب شده درصد اسمکتیت در کاربری جنگل به طور نسبی بیشتر از خاک زیر کشت مجاورش باشد. هدر رفت خاک، عدم استقرار پوشش گیاهی دائمی، آبشویی ضعیف تر و رطوبت کمتر خاک از دلایل عمده ناچیز بودن مقدار اسمکتیت در خاک های ناحیه جنگل تراشی شده به حساب می آید. ورمی کولیت در خاک های اسیدی ضعیف که شاخص اگروکلیماتولوژی، P/ET، (نسبت بارندگی متوسط سالیانه به تبخیر و تعرق متوسط سالیانه گیاه مرجع) منطقه از 4/0 بزرگ تر باشد، شکل گرفته و پایدار می ماند. اجرای طولانی مدت کشت و کار در ناحیه جنگل تراشی شده و فرسایش شدید خاک سطحی موجب شده تا مواد آهکی زیرین در سرتاسر نیم رخ خاک توزیع شده و به دلیل pH بالای خاک ورمی کولیت ناپایدار شود. افزایش میزان کانی هایی نظیر ایلیت، کلریت و کائولینیت، کاهش مقدار اسمکتیت و همچنین حضور نداشتن ورمی کولیت در اراضی تخریب شده منطقه که زمانی تحت شرایط اکوسیستم جنگلی بوده و دارای کانی شناسی مشابهی با خاک جنگل بوده است نشان می دهد که خاک سطحی به دنبال جنگل تراشی دچار تلفات شده و لند اسکیپ ناپایدار گردیده است. به طورکلی کانی های رسی و تحول آنها در کنار پارامترهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی می تواند شاهد مناسبی برای تخریب اراضی به حساب آید.

هدف از این پژوهش تجزیه و تحلیل پارامترهای فیزیکی، مورفولوژیکی و برخی عوامل موثر بر وقوع زمین لغزش ها در حوضه آبخیز سجارود، به منظور شناسایی بهتر دامنه رفتار توده های زمین لغزشی منطقه می باشد. در این پژوهش ابتدا بر اساس میانگین بارندگی سالانه 12 ایستگاه داخل و اطراف حوضه طی دوره آماری 25 ساله و نیز ارتفاع آنها، معادله گرادیان بارندگی منطقه توسعه داده شد. سپس بر اساس بررسی های میدانی، عکس های هوایی و پرسش نامه های تکمیل شده زمین لغزش های منطقه، فاکتورهای مهم مورفولوژیکی زمین لغزش ها شامل ضریب تغییر شکل زمین لغزش، ضریب تغییر شکل طولی، ضریب تغییر شکل عرضی، شاخص عمق و نیز برخی عوامل موثر بر وقوع زمین لغزش ها شامل فاصله از گسل، نحوه ارتباط توده لغزشی با سیستم زه کشی، ارتفاع از سطح دریا و میانگین بارندگی سالانه در 35 نقطه زمین لغزشی حوضه محاسبه شد. نتایج تجزیه و تحلیل های آماری شامل آنالیز همبستگی و توسعه مدل های چندمتغیره خطی بین عوامل موثر و مشخصات مورفومتری زمین لغزش ها نشان داد که اکثر زمین لغزش های منطقه از نوع لغزش های کشیده، دارای گسترش عمقی زیاد و با تغییر شکل طولی و عرضی بسیار کم نسبت به عمق می باشند. همچنین با کاهش ارتفاع از سطح دریا و افزایش بارندگی میانگین سالانه، زمین لغزش های عمیق تر و با گسترش عرضی بیش تر مشاهده می گردند، در حالی که گسترش طولی لغزش ها کاهش می یابد. در این منطقه به دلیل تاثیر دو عامل اصلی موثر نزدیکی به شبکه زه کشی و تغییر کاربری اراضی از جنگل به باغ و جاده به خصوص در ارتفاعات کم تر، حجم قابل توجهی از توده های لغزش یافته وارد شبکه زه کشی شده و از حوضه خارج می گردند.

در این پژوهش به اندازه گیری آزمایشگاهی میدان جریان پیرامون قوس 90 درجه و قوس توام با آب شکن T شکل مستقر در زاویه 75 درجه پرداخته شده است. آزمایش ها در یک کانال آزمایشگاهی با شعاع انحنای ملایم انجام گرفت. در اندازه گیری میدان جریان از دستگاه سرعت سنج سه بعدی ADV استفاده گردید. برای این منظور الگوی سه بعدی متوسط زمانی سرعت در قوس 90 درجه بدون آب شکن و قوس توام با آب شکن برداشت شد. در قوس توام با آب شکن نیز دو حالت بستر صلب و بستر با چاله آب شستگی تعادل یافته جهت تشخیص تفاوت الگوی جریان در ابتدای آزمایش و پس از زمان تعادل آزمایش شد. مقایسه بین مقاطع مختلف طولی، عرضی و افقی در سه آزمایش ذکرشده، انجام و تفاوت الگوی جریان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. گردابه ها و جریان های بازگشتی موجود در بالادست و پایین دست آب شکن و تغییرات به وجود آمده در جریان ثانویه از نکات مطرح شده در این مقاله می باشد. نتایج نشان داد که جریان های بازگشتی در بالادست و پایین دست آب شکن با بستر صلب و تعادل یافته شکل می گیرد و این جریان ها در پایین دست تا فاصله بیشتری از ساحل خارجی نسبت به بالادست تشکیل می شود. همچنین شروع جریان بازگشتی در پایین دست آب شکن در آب شکن با بستر صلب از 8 برابر طول آب شکن و برای بستر تعادل یافته از 3 برابر طول آب شکن دارد.

دریچه های قطاعی یا شعاعی از جمله متداول ترین دریچه ها جهت کنترل دبی و تنظیم سطح آب می باشند. برای نیل به استفاده بهینه از این سازه و با توجه به پیشرفت های اخیر در طرح تنظیم خودکار جریان برای سرریز سدها و شبکه های انتقال، تعیین دقیق ضرایب آب گذری دریچه های قطاعی از اهمیت زیادی برخوردار است. روابط تجربی و نمودارهای متعددی برای تخمین ضریب آب گذری دریچه ها ارایه شده است. این روش ها از دقت کافی برخوردار نبوده و اغلب برای دامنه محدودی از متغیرها قابل استفاده می باشد. در این پژوهش، روابط مختلف برای تخمین ضریب آب گذری دریچه های قطاعی در شرایط جریان مستغرق مورد ارزیابی قرار گرفته و با استفاده از روش جستجوی ژنتیکی، ضرایب و توان روابط پیشنهادی به دست آمده است. سپس با استفاده از آزمون های آماری بین داده های تخمینی و داده های آزمایشگاهی، بهترین برازش غیرخطی برای تخمین ضریب آب گذری دریچه های قطاعی به دست آمد. سپس برای آزمون رابطه پیشنهادی از 50 سری داده آزمایشگاهی و میدانی که از محققان مختلف جمع آوری گردیده بود، استفاده و پارامترهای آماری مانند میانگین، انحراف معیار (نسبت مقادیر محاسبه شده به مقادیر اندازه گیری شده) و پارامتر خطا محاسبه گردید. این مقادیر به ترتیب برابر 05/1، 204/0 و 1/0 می باشند. همچنین نتایج حاصل از بهترین برازش با نتایج محققان دیگر مقایسه گردید. نتایج نشان دهنده دقت بالای رابطه پیشنهادی نسبت به روابط دیگر است.

خشک سالی یکی از پدیده های آب و هوایی است که در همه شرایط اقلیمی و در همه مناطق کره زمین به وقوع می پیوندد. پیش بینی خشک سالی نقش مهمی در طراحی و مدیریت منابع طبیعی، سیستم های منابع آب، تعیین نیاز آبی گیاه و... ایفا می نماید. در طی دهه های اخیر شبکه های عصبی توانایی های زیادی را در مدل سازی و پیش بینی سری های زمانی غیرخطی و غیرایستا نشان داده اند. از این رو، در این تحقیق به منظور پیش بینی خشک سالی، از دو نوع شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه (MLP) و تابع پایه ای شعاعی(RBF)  استفاده شده است. به این منظور از داده های بارندگی ایستگاه نوده با دوره آماری 41 ساله در حوزه آب خیز گرگان رود، استفاده شد. وضعیت رطوبتی با استفاده از شاخص بارندگی استاندارد شده (SPI) در دوره های زمانی کوتاه مدت (1، 3، 6 و 9 ماهه) و بلندمدت (12، 24 و 48 ماهه) محاسبه گردید. سپس از بین داده های محاسبه شده، دوره 46-1345 الی 78-1377 به عنوان داده آموزش و دوره 79-1378 الی 86-1385 به عنوان داده آزمون انتخاب گردید. برای تخمین مقدار SPI در زمان t از مقادیر SPI در زمان های قبل استفاده شد. نتایج نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی MLP نسبت به شبکه عصبی مصنوعی RBF با دقت بالاتری مقادیر SPI و وضعیت خشک سالی را پیش بینی می کند. همچنین مقایسه نتایج با نتایج حاصل از به کارگیری سری زمانی ARIMA نشان دهنده دقت بالای این روش می باشد.

در این پژوهش، با استفاده از روش های متفاوت زمین آماری مانند کریجینگ، حداقل انحنا، فاصله معکوس، همسایگی طبیعی، چندجمله ای موضعی و توابع پایه شعاعی، تغییرات مکانی مقادیر هدایت الکتریکی و pH آب های خروجی از چشمه ها، قنات ها و یا نقاطی که محل تمرکز جریان های آب زیرزمینی در آبراهه های واقع در نواحی جنوب غربی و مرکزی دشت همدان - بهار بوده، مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور بر اساس تعداد 108 نمونه آب که در طی مـرداد مـاه سال 1385 از زه آب های نقاط مختلف شبکه هیدروگرافی منطقه تهیه شد، مقادیر هدایت الکتریکی و pH آنها اندازه گیری گردید. معیار ارزیابی در این پژوهش مقادیر ریشه میانگین مربعات خطا و انحراف استاندارد عمومی با استفاده از روش اعتبارسنجی متقابل بود. نتایج به دست آمده نشان دادند که روش های چندجمله ای موضعی و فاصله معکوس به ترتیب بهترین الگو برای تخمین هدایت الکتریکی و pH زه آب های منطقه بودند. همچنین روش توابع پایه شعاعی به عنوان نامناسب ترین الگو در تخمین هدایت الکتریکی و pH شناخته شد.