تحقیقات آب و خاک ایران
سال:1393 | دوره:45 | شماره:1 |تعداد مقالات:12

پژوهشگران زیادی روش های مقابله با آب شستگی در اطراف پایه های پل در یک مسیر مستقیم را مطالعه کردند. در حالی که ممکن است به دلیل محدودیت ناچار به احداث پل در قوس رودخانه ها شویم، با توجه به تفاوتی که میان الگوی جریان در مسیر مستقیم و قوس ها وجود دارد مطالعه الگوی آب شستگی در اطراف پایه های پل در قوس ها ضروری است. از این رو در این پژوهش سعی شده است تاثیر توام طوق و کابل بر عمق آب شستگی، اطراف گروه پایه های پل قرار گرفته در قوس رودخانه ها مطالعه شود. در این مطالعه از کابل با دو ضخامت 0.2D و  0.4Dو در سه گام 0.2D، 0.5D و D استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد با افزایش قطر کابل و کمتر شدن فاصله میان گام های کابل، آب شستگی کاهش می یابد. درباره گروه پایه هایی که در جهت جریان قرار می گیرند، عمق آب شستگی برای پایه جلویی بیشتر از دو پایه دیگر است. درباره پایه های عمود بر جریان، بیشترین عمق آب شستگی در پایه میانی مشاهده می شود که در این مورد نیز مانند پایه های قرار گرفته در جهت جریان با افزایش فاصله بین پایه ها، عمق آب شستگی کم می شود. استفاده از طوق در فاصله های کم بین پایه ها موثرتر از کابل بود، همچنین استفاده توام طوق و کابل، بیشترین کاهش در عمق آب شستگی را نتیجه داد.

استفاده از فاضلاب تصفیه شده در آبیاری به عنوان یکی از منابع آب نامتعارف به واسطه محدودیت منابع آب در کشور در حال گسترش است. در فرایندهای تصفیه یکی از افزودنی های پرکاربرد، کربن فعال بوده است که به هنگام ورود به محیط متخلخل امکان ایجاد تغییر در خصوصیات هیدرولیکی خاک و تخریب آن را به دنبال دارد. در این پژوهش، اثر میزان کربن فعال ورودی به انحای مختلف بر خصوصیات هیدرودینامیکی خاک نوع ماسه از طریق مدل سازی هیدرولیکی بررسی شد. ارتباط هدایت هیدرولیکی اشباع، چگالی ظاهری و تخلخل یک خاک ماسه ای طی دو مرحله آزمایش شامل عبور آب از مخلوط خاک-کربن با غلظت 1 تا 7 درصد جرمی و عبور مخلوط آب کربن با غلظت های 0.5 تا 2 درصد از نمونه خاک بررسی شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که هدایت هیدرولیکی اشباع ماسه به ازای غلظت خاک کربن 7 درصد از 0.06 به 0.014 سانتی متر بر ثانیه) با حدود 80 درصد کاهش (و تخلخل از 0.44 به 0.426 کاهش یافت و چگالی ظاهری از 1.5 به 1.507 گرم بر سانتی مترمکعب افزایش پیدا کرد. همچنین، مشاهده شد که با عبور مخلوط آب کربن از نمونه ماسه با غلظت 2 درصد جرمی، هدایت هیدرولیکی و تخلخل به ترتیب 91.5 درصد و حدود 6 درصد کاهش و چگالی ظاهری 0.71 درصد افزایش یافته است.

مدل سازی در مناطق خشک برای مدیریت بهینه منابع آب اهمیت ویژه ای دارد. آب زیرزمینی از مهم ترین منابع آبی در مناطق خشک محسوب می شود. هدف این پژوهش ارزیابی عملکرد سیستم استنباط فازی عصبی تطبیقی (انفیس) و مدل های سری زمانی در پیش بینی سطح ایستابی است. در این پژوهش، با استفاده از مدل های سری زمانی و مدل انفیس با توابع عضویت مختلف اقدام به پیش بینی یک ماه بعد سطح آب های زیرزمینی دشت شیراز شد. بهترین ترکیب ورودی و طول داده های آموزشی و صحت سنجی در مدل انفیس با استفاده از آزمون گاما و M برآورد شد. عملکرد مدل های مختلف با پارامترهای خطا و دیاگرام تیلر مقایسه شد. نتایج مدل انفیس نشان داد که این مدل با تابع عضویت Õ شکل عملکرد بهتری نسبت به بقیه توابع عضویت دارد (RMSE =1.241 و MAE=0.953). مقایسه عملکرد مدل ها، حاکی از کارایی بسیار مناسب مدل خطی ARIMA (2, 1, 2) نسبت به مدل انفیس با توابع عضویت مختلف است (RMSE=0.325 و MAE=0.241).

معادلات سنت ونانت به دلیل فرض های انجام شده در استخراج معادله ها کارایی خود را در شرایطی که فرض ها صادق نیستند، از دست می دهند. رفع محدودیت ناشی از حضور غیر هیدرواستاتیک فشار و شیب زیاد در معادلات سنت ونانت، توسط معادله بوسینسک اصلاح شده انجام و ارائه شده است. مدل رایانه ای برای معادله اصلاح شده و معادله متداول بوسینسک در جریان غیرماندگار توسعه یافت. مدل تهیه شده برای تولید منحنی های سنجه دبی سرریزهای ذوزنقه ای که کاربرد وسیعی دارند، به کار رفت. دبی های 7 تا 30 لیتر بر ثانیه برای صحت سنجی نتایج مدل عددی در آزمایشگاه به کار رفت. با استفاده از مقادیر آزمایشگاهی دبی خطای نسبی برای هر دو معادله محاسبه شد. معادله بوسینسک اصلاح شده متوسط خطای نسبی کمتر از 4 درصد داشت و معادلات بوسینسک متداول متوسط خطای نسبی 18 درصد در پیش بینی دبی داشتند. این امر نشان دهنده تاثیر چشمگیر عامل شیب بر درستی نتایج است. همچنین معادلات بوسینسک اصلاح شده توانایی تولید منحنی سنجه دبی سرریز ذوزنقه ای با درستی بالا را دارد.

هیدرولیک سیستم های آبیاری قطره ای کم فشار به صورت آزمایشگاهی و توسط لوله های موجود در ایران بررسی شد. بدین منظور اثر بارهای آبی مختلف از 0.45 تا 1.8 متر در لوله لترال به قطر خارجی 32 میلی متر (طول های 16، 30، 60 و 89 متر) و همچنین لوله های لترال به طول 16 متر (قطرهای خارجی 16، 20، 25، 32 میلی متر) بر متوسط دبی گسیلنده ها، ضریب تغییرات، درصد یکنواختی و همچنین افت ارزیابی شد. نتایج نشان داد که سیستم آبیاری قطره ای کم فشار، دبی مورد نیاز را با یکنواختی مناسبی در طول لترال تامین می کند. توان و ضریب ارتفاع هیدرولیکی در رابطه دبی ارتفاع، به ترتیب برابر 0.819 و 1.975 برآورد شد. به علاوه نتایج نشان داد که یکنواختی بالای88  درصد در لوله لترال به طول 89 متر (قطر خارجی 32 میلی متر) و همچنین لترال به طول 16 متر (قطر خارجی 16 میلی متر)، در کمترین ارتفاع هیدرولیکی (0.5 متر) به دست می آید.

زهکشی خشک، نوعی سیستم طبیعی است که به وسیله تبخیر از مناطق نکاشت، به عنوان یک روش ممکن برای کنترل سطح ایستابی و شوری مناطق زهدار استفاده می شود. در این روش، بخشی از زمین تحت کشت به صورت آیش رها شده و باقی زمین برای تولیدات کشاورزی استفاده می شود. چنانچه از این روش به صورت نوارهای موازی بهره گیری شود، تعیین نسبت کاشت به نکاشت یکی از مبانی طراحی این سیستم خواهد بود. در این زمینه، یک مدل فیزیکی از جنس پلکسی گلاس به طول 60 سانتی متر، عرض 20 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر طراحی و ساخته شد. طول این مدل توسط یک دیواره در عمق 5 سانتی متری خاکی با بافت شن لومی به دو قسمت تقسیم شد و نیمی از آن آبیاری شد و نیمی دیگر به صورت نکاشت رها شد و در طول انجام آزمایش مقدار آبیاری و تبخیر اندازه گیری شد. اندازه گیری ها کمترین میزان تبخیر را 2.7 میلی متر بر روز نشان داد و این مقدار زمانی ثبت شد که سطح خاک پوشیده از نمک شده بود. این عدد نزدیک به ضریب زهکشی متداول در طراحی سیستم های زهکشی است. بنابراین، با کمترین ریسک می توان نسبت 50 درصد کاشت به 50 درصد نکاشت را توصیه کرد. از سویی متوسط میزان تبخیر از سطح خاک در طول آزمایش شش میلی متر بر روز بود، بنابراین احتمال می رود که با یک مدیریت جمع آوری به موقع نمک روی سطح خاک، بتوان نسبت کاشت را بیشتر از 50 درصد افزایش داد.

به منظور واسنجی داده های دستگاه القاگر الکترومغناطیس از روش های مختلفی استفاده می شود. سوال پیش رو این است که کدام یک از تکنیک ها قابلیت بیشتری برای برآورد غیرمستقیم داده های شوری خاک دارند. برای پاسخ به این پرسش، در پژوهش حاضر، از 600 نمونه خاک جمع آوری شده از منطقه اردکان برای واسنجی داده های هدایت الکتریکی ظاهری خاک با استفاده از روش های رگرسیونی و هوش مصنوعی بهره گرفته شد. در این راستا، داده ها به دو سری شامل سری آموزشی (80 درصد داده ها) و سری ارزیابی (20 درصد داده ها) تقسیم شد. به منظور مدل سازی و برآورد شوری، از مدل های نروفازی، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک و رگرسیون چند متغیره استفاده شد. نتایج ارزیابی مدل ها بر اساس شاخص های ریشه مربعات خطا، میانگین خطا و ضریب تبیین نشان داد مدل نروفازی بالاترین دقت در برآورد شوری خاک در چهار عمق را دارد. به طوری که این مدل به میزان 9، 9، 5 و 2 درصد دقت برآورد شوری را به ترتیب در اعماق 15، 30، 60 و 100 سانتی متری نسبت به روش رگرسیون خطی چندگانه افزایش داده است. با توجه به عدم قطعیت در پدیده های مرتبط با خاک یا تقریبی بودن مقادیر اندازه گیری شده خصوصیات مختلف خاک، به نظر می رسد کارایی بالاتر مدل مبتنی بر مجموعه های فازی در پردازش توابع انتقالی خاک به همین علت باشد. بعد از این مدل، الگوریتم ژنتیک و شبکه های عصبی مصنوعی نسبت به معادلات رگرسیونی کارایی بهتر داشته است. در مجموع، نتایج نشان داد روش های هوش مصنوعی کارایی بالاتری نسبت به روش های رگرسیونی برای واسنجی دستگاه القاگر الکترومغناطیس دارد.

شوری و قلیایی بودن خاک یکی از مشکلات عمده در مناطقی است که میزان بارندگی در آن ها کمتر از میزان تبخیر و تعرق است. در چنین شرایط اقلیمی نمک های محلول در سطح خاک تجمع می یابند و سبب کاهش عملکرد و حاصل خیزی خاک می شوند. بنابراین، شناسایی اراضی شور و گستره آن در این خاک ها می تواند به اصلاح و بهبود مدیریت آن ها کمک کند. این پژوهش با هدف تخمین مقادیر هدایت هیدرولیکی خاک های شور با استفاده از تصاویر ماهواره ای هایپریون EO-1 در شمال دشت اورمیه انجام شد. در این بررسی، پاسخ طیفی 40 (Spectral Response) نمونه خاک به وسیله طیف سنج اسپکترورادیومتر اندازه گیری شد. تصویر ماهواره ای هایپریون نیز برای شناسایی و طبقه بندی کلاس های شوری از آرشیو سایت USGS گرفته شد. بعد از تصحیحات لازم بر روی این تصاویر، باندهای حساس به شوری از نمونه های طیف سنجی شده شناسایی، و شاخص شوری مناسب ایجاد شد. نتایج نشان داد که شاخص شوری حاصل از باندهای 41 و 219، بالاترین همبستگی (0.89=R2) را با مقادیر شوری دارند. برای برآورد میزان شوری از مقادیر شاخص شوری با استفاده از رگرسیون خطی تک متغیره مدلی استخراج شد که این مدل با RMSE=1.2 میلی زیمنس بر سانتی متر و R2=0.8 اعتبارسنجی شد، سپس مدل به دست آمده بر روی تصویر ماهواره ای به صورت پیکسل به پیکسل اجرا و صحت کلی 75 درصد و ضریب کاپای 65 درصد تعیین شد که نشان می دهد داده های هایپریون پتانسیل قابل قبولی را برای پیش بینی مقادیر شوری در منطقه مطالعه شده دارند.

برای بررسی تاثیر سطوح رطوبت خاک، روی (Zn) و فسفر (P) بر ویژگی های رشد سیب زمینی (Solanum tuberosum L.) رقم آگریا، آزمایشی به صورت فاکتوریل با طرح پایه بلوک های کامل تصادفی و با سه فاکتور کود Zn در سه سطح (0، 10 و 20 میلی گرم Zn بر کیلوگرم خاک از منبع سولفات روی)، کود P در سه سطح (0، 30 و 60 میلی گرم P بر کیلوگرم خاک از منبع مونوکلسیم فسفات) و رطوبت خاک در سه سطح (0.9 FC تا FC، 0.7 FC تا 0.8 FC و 0.5 FC تا 0.6 FC) در شرایط گلخانه ای و یک خاک لومی رسی آهکی و با سه تکرار اجرا شد. ویژگی های تعداد ساقه و برگ، طول ساقه و برگ، شاخص کلروفیل، مقاومت روزنه ای، مقدار نسبی آب برگ و وزن خشک بخش هوایی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش شدت تنش کمبود آب ارتفاع ساقه، طول برگ، هدایت روزنه ای، وزن خشک بخش هوایی، مقدار نسبی آب برگ و شاخص کلروفیل برگ ها به طور معنا داری کاهش یافت (P<0.01). با مصرف P تعداد برگ، طول ساقه، طول برگ، هدایت روزنه ای و وزن خشک بخش هوایی به طور معنا داری افزایش یافت. مصرف کود Zn سبب افزایش معنادار طول ساقه، طول برگ، شاخص کلروفیل، هدایت روزنه ای و وزن خشک بخش هوایی شد (P<0.01). اثر متقابل رطوبت خاک× P و رطوبت خاک× Zn بر هدایت روزنه ای و شاخص کلروفیل و اثر متقابل سه جانبه آن ها بر شاخص کلروفیل، هدایت روزنه ای و وزن خشک بخش هوایی معنادار شد (P<0.05). اثرهای متقابل دو جانبه Zn، P و رطوبت خاک از نظر ویژگی های بررسی شده عمدتا سینرژیستی بود. به طور کلی، برای رشد مطلوب سیب زمینی در خاک های مشابه، در شرایط آبیاری کامل مصرف 20 میلی گرم Zn و 30 میلی گرم P بر کیلوگرم خاک و در شرایط تنش کمبود آب مصرف 20 میلی گرم Zn و 60 میلی گرم P بر کیلوگرم خاک می تواند توصیه شود.

فرایندهای فرسایش بارانی در کنار ویژگی های باران تحت تاثیر مقاومت خاکدانه ها نیز قرار می گیرند. این پژوهش به منظور بررسی حساسیت خاکدانه ها در خاک های با بافت مختلف به فرایندهای فرسایش بارانی انجام گرفت. آزمایش در 30 نمونه خاک با چهار گروه بافتی و با تکرار های متفاوت انجام شد. برای این منظور 90 جعبه محتوی خاکدانه های 6 تا 8 میلی متر تهیه و به مدت 30 دقیقه زیر دستگاه شبیه ساز باران قرار گرفتند. نتایج نشان داد که تفاوتی معنا دار بین بافت های مختلف از نظر میزان تخریب خاکدانه (P<0.0001)، تراکم خاک (P<0.001) و پاشمان ذرات (P<0.01) وجود دارد. بیشترین تخریب خاکدانه در خاک های شن لومی و بیشترین تراکم خاک و پاشمان در خاک های لوم رسی مشاهده شد. تخریب خاکدانه تحت تاثیر منفی درصد ذرات سیلت (r=0.63 P<0.01) و رس (r=0.70 P<0.001) قرار گرفت. با وجود این، تراکم خاک و پاشمان به شدت تحت تاثیر درصد ذرات سیلت و رس افزایش یافت. چگونگی تاثیر ذرات شن بر فرایندهای فرسایش بارانی بر خلاف ذرات (سیلت و رس) دیگر بود.

ذرات کلوئیدی خاک به دلیل داشتن بار سطحی الکتریکی بر بسیاری از واکنش های شیمیایی و فیزیکی خاک اثر می گذارند. با توجه به اهمیت این موضوع، هم از دیدگاه کشاورزی و هم از دیدگاه زیست محیطی، رفتار باری یک نمونه کائولینایت (کائولینایت سمیرم)، که یکی از انواع ذرات کلوئیدی خاک است، مطالعه شد. بدین منظور، بار سطحی کائولینایت در دامنه 4 pH تا 10 و در سه غلظت 0.005، 0.05، و 0.5 مولار الکترولیت کلرید سدیم به روش تیتراسیون پتانسیومتری اندازه گیری شد. ترکیبی از نتایج تیتراسیون جرمی و الکترولیتی نقطه صفر بار الکتریکی کائولینایت را درpH=7.6  نشان داد. افزایش pH از مقدار اولیه حدود 4 در ابتدا موجب کاهش بار مثبت و سپس موجب افزایش بار منفی شد. بار خالص سطحی کانی در pH<7.6 مثبت و در pH<7.6 منفی اندازه گیری شد. افزایش قدرت یونی محلول موجب افزایش بار سطحی منفی در pH<7.6 و کاهش بار سطحی مثبت در pH<PZC شد. اثر منفی قدرت یونی بر بار سطحی در pH<PZC، به وجود بار منفی در صفحات جانبی کانی و در نتیجه رقابت کاتیون سدیم با پروتون برای واکنش با این بارها نسبت داده شد.

در این پژوهش، روندهای بلندمدت و تغییرات ناگهانی متغیرهای هیدرواقلیمی در دوره مشاهداتی 1971-2000 در حوضه آیدوغموش، به ترتیب با آزمون ناپارامتری من - کندال و منحنی تجمعی متغیرهای اقلیمی - رواناب بررسی شد. نتایج روندهای کاهشی برای بارندگی و رواناب و روند افزایشی برای دما، توسط آزمون من کندال با سطح اطمینان 99 درصد را نشان می دهند. تغییر گرادیان منحنی تجمعی متغیرهای اقلیمی رواناب، بیانگر این است که رابطه بین متغیرهای اقلیمی رواناب، می تواند متاثر از عامل فعالیت های بشری باشد. با شناسایی نقطه تغییر گرادیان منحنی، دوره مشاهداتی به دو زیردوره، پایه و دوره مرتبط با فعالیت های بشری، تقسیم شد. برای تعیین آثار فعالیت های بشری بر رواناب، مدل هیدرولوژیکی در دوره پایه، واسنجی و صحت سنجی و با معرفی متغیرهای هیدرواقلیمی در دوره فعالیت های بشری به مدل، رواناب تولیدی تعیین شد. نتایج نشان می دهند که نوسانات طبیعی اقلیم و فعالیت های بشری، به ترتیب سهم 79 و 21 درصدی در کاهش رواناب دارند.