WATER AND SOIL SCIENCE (AGRICULTURAL SCIENCE)
Year:2010 | Volume: | Issue: |Papers Count:14

استفاده از مدل های ریاضی به عنوان ابزاری کارآمد در مطالعات و مدیریت انتقال جرم در محیط های متخلخل رایج می باشد. مدل حاضر با بهره گیری از رابطه حاکم بر انتقال دو بعدی جرم در محیط متخلخل، تاثیر جذب یونی را بر انتقال و توزیع دوبعدی جرم در یک محیط متخلخل اشباع و نیمه نامتناهی بیان می کند. این مدل با دو نوع شرط مرزی نوع اول (شرط دیریکله) و نوع سوم (شرط کوشی) بصورت تحلیلی حل شده است. درانتقال جرم به صورت انتشار، شرط مرزی نوع سوم غلظت جرم را در مرز یا سطح خاک بیشتر از شرط مرزی نوع اول نشان می دهد و در انتقال جرم به صورت انتقال توده ای – پخش، منحنی های توزیع غلظت جرم حاصل از شرایط مرزی نوع اول و نوع سوم به دلیل غالب بودن انتقال توده ای تقریبا یکسان می باشد. تاثیر جذب یونی بر روی ذرات جامد محیط به وسیله عامل تاخیر در مدل ارزیابی شده است. عامل تاخیر بزرگتر از واحد، باعث تاخیر در انتقال، توزیع و پخش جرم در محیط متخلخل می شود. تاثیر جذب یونی بر توزیع غلظت جرم مستقل از نوع شرط مرزی و وابسته به حالت های انتقال و پخش جرم در محیط متخلخل می باشد به طوری که میزان این تاثیر در انتقال جرم بصورت انتقال توده ای – پخش در مقایسه با حالت انتشار به مراتب بیشتر می باشد.

ارائه راهکاری مناسب جهت برآورد دقیق بار معلق رودخانه ها در پروژه های آبی، مهندسی رودخانه و آبیاری کاربردهای فراوانی دارد. به دلیل تاثیر پارامترهای مختلف بر انتقال رسوبات در رودخانه ها، تعیین معادلات حاکم بر آن مشکل بوده و مدل های ریاضی نیز در این راستا از دقت کافی برخوردار نیستند. امروزه استفاده از سیستم های هوش مصنوعی به عنوان راهکاری جدید در تحلیل مسائل آبی، گسترش یافته است. در تحقیق حاضر منطق فازی-عصبی و شبکه های عصبی، برای تعیین میزان رسوبات معلق رودخانه آجی چای به کار برده شد و با استفاده از داده های دبی ،رسوب و اشل، مدل های مذکور و منحنی سنجه رسوب تهیه گردید. همچنین دوره های آماری به سه فصل تر، خشک و ذوب برف تقسیم شده و کلیه مدلها برای این سه دوره مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که منطق فازی- عصبی در مقایسه با شبکه های عصبی و منحنی سنجه از دقت بیشتری در برآورد رسوبات معلق رودخانه برخوردار است.

پرش هیدرولیکی برای استهلاک انرژی در پایین دست سازه های هیدرولیکی از جمله سرریزها، تندآب ها و دریچه ها مورد استفاده قرار می گیرد. بررسی محققین نشان می دهد که بستر موج دار در کاهش عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی موثر می باشد. پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار متلاطم بوده و با اختلاط آب و هوا همراه می باشد. در این تحقیق پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار با استفاده از مدل های آشفتگی k-ε استاندارد و RNG k-ε و بکارگیری نرم افزار دینامیک محاسباتی FLUENT به صورت دو بعدی شبیه سازی شد و سطح آزاد جریان با روش جزء حجم سیال VOF تعیین گردید. نتایج نشان داد که مدل های آشفتگی k-ε و روش جزء حجم سیال VOF برای پیش بینی پروفیل سطح آب در پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار مناسب بوده و خطای نسبی متوسط مقادیر سطح آب بدست آمده از مدل های عددی و اندازه گیری شده 2 تا 7 درصد است. بررسی تشابه پروفیل های سرعت در فواصل مختلف پرش هیدرولیکی نشان داد توزیع سرعت در آزمون های مختلف یکسان بوده و نتایج بدست آمده از مدل های عددی و داده های تجربی اید و راجاراتنام تطابق خوبی دارند. همچنین تاثیر بستر موج دار بر روی خصوصیات پرش هیدرولیکی در اعداد فرود مختلف با محاسبه موقعیت سطح آب، پروفیل سرعت و تنش برشی بستر در این مدل مورد بررسی قرار گرفت.

لزومِ پیش بینی بده رودخانه در کارهای عمرانی، برنامه ریزی برای استفاده بهینه از مخازن سدها، سامان دهی رودخانه و هشدار سیل، کاملا احساس می شود. در این راستا مساله بارش- رواناب بیشترین توجه مدل سازهای شبکه های عصبی مصنوعی را به خود معطوف کرده است. در این تحقیق از شبکه های عصبی چند لایه MLP برای پیش بینی بارش- رواناب حوضه آبریز برف گیر لیقوان چای واقع در استان آذربایجان شرقی استفاده شده است. اطلاعات این حوضه شامل داده های بارش، دما و رواناب روزانه می باشد. در مراحل مختلف تحقیق اثرات هر یک از این عوامل (در قالب ترکیبات مختلف) در کارایی شبکه، مورد بررسی قرار گرفته است. همراهی سه عامل بارش در روز جاری و روزهای قبل، دما در روز جاری و روزهای قبل و رواناب در روزهای قبل در ماتریس ورودی بهترین نتایج را برای شبکه عصبی در پی داشته است. از آنجایی که حوضه آبریز لیقوان یک حوضه برفگیر می باشد، اثر دما در این حوضه و تبدیل برف به رواناب حائز اهمیت بوده و در ادامه مورد بررسی قرار گرفته و نرونی با نام نرون شرطی آستانه دمایی CTT تعریف شده است. مقادیر این نرون بصورت باینری بوده و اعداد صفر و یک را به خود می گیرد. معیار این تفکیک مقدار آستانه دمایی ذوب برف می باشد که برای حوضه لیقوان محاسبه شده است. در پایان نتایج مدل شبکه های عصبی با مدل هیدروگراف ذوب برف بی بعد DSH مقایسه شده است. نتایج نشان دهنده کارایی بهتر شبکه عصبی نسبت به مدل ذوب برف DSH می باشد.

در حوضه های کوهستانی، برآورد آب معادل برف گامی مهم در امر مدیریت منابع آب است. هدف از این تحقیق، بررسی کارایی روش وزنی در برآورد توزیع مکانی آب معادل برف با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) بود. بدین منظور ابتدا با استفاده از مقادیر مشاهده ای ضخامت و چگالی برف، آب معادل آن محاسبه گردید. سپس با تعیین پارامترهای اقلیمی و فیزیوگرافی موثر، روش وزنی جهت برآورد توزیع مکانی آب معادل برف بکار برده شد. به منظور ارزیابی روش وزنی، توزیع مکانی آب معادل برف برآورد شده با روش مذکور، با نتایج حاصله از تکنیک های درون یابی مقایسه گردید. نقشه وزنی آب معادل برف نشان داد که مناطق دارای عمق آب معادل برف زیاد و خیلی زیاد غالبا در ارتفاعات بالا، شیب های ملایم و نواحی دارای شاخص بادپناهی زیاد یافت می شوند. بطور کلی، نتایج این تحقیق حاکی از آن است که روش وزنی قادر به برآورد قابل اطمینانی از توزیع مکانی آب معادل برف می باشد.

در بررسی و تحلیل هیدرولیکی کانال های باز، تعیین مقاومت جریان امری ضروری است. مقاومت جریان در کانال های با بستر درشت دانه بیشتر از نوع زبری ذره می باشد. تاکنون مطالعات زیادی در رابطه با برآورد مقدار ضریب مقاومت جریان از طریق اندازه ذرات پیشنهاد شده است که در این مطالعات اثر شکل ذرات چندان مشخص نیست. بنابراین هدف از این تحقیق انجام آزمایشاتی برای تعیین اهمیت نوع و اندازه رسوبات درشت دانه می باشد. در این مطالعه برای تعیین ضریب مقاومت جریان از هشت نوع رسوب درشت دانه شامل 4 نوع رسوب طبیعی نسبتا گرد گوشه و 4 نوع رسوب شکسته تیز گوشه استفاده شد. آزمایش ها در فلومی به طول 10 متر و عرض 25 سانتیمتر و ارتفاع 50 سانتیمتر با شیب کف ثابت 0.0005 انجام شد. نتایج نشان می دهد که علاوه بر پارامتر استغراق نسبی (R/Ks) پارامترهای دیگری مانند عدد فرود (Fr) و ضریب شکل مقطع (ψ) در برآورد هر چه دقیق تر مقاومت جریان تاثیر بسزائی دارند. همچنین نشان داده شد که در رودخانه های با بستر شنی روابط نیمه لگاریتمی و توانی مقاومت جریان را تقریبا با دقت یکسانی تخمین می زنند. در این تحقیق رابطه ای برای تعیین ضریب مقاومت جریان ارائه گردید.

در این مطالعه سینتیک واجذب منگنز بومی خاک با دی اتیلن تری آمین پنتا استیک اسید در 12 خاک آهکی استریل تحت شرایط آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. مقایسه ضرایب تبیین و انحراف معیار مدل های گوناگون سینتیکی نشان داد که که بهترین مدل ها برای توصیف داده ها، معادله دو ثابته و معادله پارابولیک پخشیده میباشند. معادلات درجه صفر، درجه اول، دوم و درجه سوم نتوانستند واجذب منگنز را در خاک های مورد مطالعه توصیف کنند. ضرایب تبیین از معادله درجه صفر تا درجه سوم کاهش نشان داد. کربن آلی و مقدار رس از تاثیرگذارترین ویژگی های خاک بر واجذب منگنز و ضرایب معادلات سینتیکی دو ثابته و پارابولیک بودند. مقدار منگنز قابل عصاره گیری برای زمان های طولانی مدت (مرتبط با ثابت a معادله دو ثابته) با افزایش مقدار ماده آلی خاک افزایش یافت. کمترین مقدار ثابت a معادله دو ثابته برابر با 0.585 و بیشترین آن برابر با 11.24 میلی گرم منگنز بر کیلوگرم خاک بر دقیقه بوده و مقادیر متناظر برای ثابت b به ترتیب برابر با 0.313 و 0.554 یک بر میلی گرم منگنز بر کیلوگرم خاک می باشد. سرعت عصاره گیری منگنز از خاک (مرتبط با ثابت (b به کلی متغیر بوده و بطور سیستماتیک به هیچ کدام از خواص خاک مرتبط نشد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که احتمالا آزمون رایج خاک برای منگنز، مقدار منگنز، قابل استفاده گیاه را کمتر از مقدار واقعی تخمین می زند.

نیاز آبیاری گیاه برابر با نیاز آبی منهای باران موثر می باشد. در برنامه NETWAT نیاز آبی و نیاز آبیاری گیاهان زراعی مهم هر منطقه در سطح کشور گزارش شده است. اما در این برنامه از داده های میانگین استفاده شده و لذا مقادیر نیاز آبی و نیاز آبیاری محاسبه شده در سطح احتمالاتی 50 درصد می باشد. در این تحقیق نیاز آبیاری گیاهان زراعی مهم مناطق آباده، اقلید، داراب، سددرودزن، زرقان، شیراز، فسا و لار در استان فارس برای شرایط میانگین (سطح احتمال 50 درصد) و بحرانی (تبخیر- تعرق زیاد و بارندگی کم) تعیین شد. نتایج نشان داد که مقدار نیاز آبیاری گزارش شده در برنامه NETWAT در 88.5 درصد حالت ها کمتر از مقدار نیاز آبیاری میانگین است. همچنین نتایج نشان داد که مقدار نیاز آبیاری گزارش شده در برنامه NETWAT در 98.1 درصد موارد کمتر از مقدار نیاز آبیاری بحرانی است. لذا با استفاده از نتایج به دست آمده در این تحقیق می توان نیاز آبیاری گیاهان زراعی مهم مناطق مختلف استان فارس را در شرایط میانگین و بحرانی (تبخیر- تعرق زیاد و بارندگی کم) تعیین نمود.

در این تحقیق ارزیابی مدل SWAP در شبیه سازی تغییرات سطح ایستابی و شدت جریان زهکشی زیرزمینی در یک واحد زراعی تحت کشت گندم و ذرت دانه ای واقع در شبکه آبیاری و زهشکی وشمگیر در استان گلستان انجام شد. داده های شدت جریان زهکشی روزانه و عمق سطح ایستابی در مراحل زمانی مختلف در سال 86-1385 اندازه گیری شد و نتایج بدست آمده با مقادیر شبیه سازی شده توسط مدل مقایسه گردید. مقایسه آماری بر اساس مقادیر مجذور مربعات خطا (RMSE) برای برآورد عمق آب زیرزمینی و شدت جریان زهکشی در واحد زراعی مورد مطالعه به ترتیب 9.55 سانتیمتر و 0.22 میلیمتر در روز به دست آمد که حاکی از تطابق خوب مقادیر برآوردی در مقایسه با مقادیر اندازه گیری است. بررسی مقادیر جریان عمودی محاسبه شده توسط مدل و مقایسه داده های عمق آب زیرزمینی اندازه گیری شده و برآورد شده توسط مدل نشان داد که تبادل جریان عمودی بین آب زیرزمینی کم عمق و پروفیل زیرین لایه غیر قابل نفوذ خاک در واحد زراعی مورد مطالعه بسیار ناچیز است و گزینه جریان عمودی صفر برای تبیین شرایط مرزی پایین در مدل به منظور تحلیل سناریوهای مدیریتی مناسب است. بدین ترتیب می توان از SWAP به عنوان مدلی توانمند در برآورد مولفه های هیدرولوژیکی سیستم زهکشی و مدیریت زهاب در اراضی فاریاب استفاده نمود.

راندمان سیستم های آبیاری سطحی در ایران بسیار پائین است. در صورتی که بتوان پارامترهای مهم و موثر در طراحی آبیاری سطحی، از قبیل فرصت نفوذ و زمان پیشروی را در ازای یک دبی مشخص به خوبی برآورد کرد، می توان راندمان کاربرد این سیستم را به مقدار قابل توجهی افزایش داد. مدل بیلان حجمی یکی از مدل های ساده و رایج در طراحی و ارزیابی آبیاری جویچه ای می با شد. با توجه به فرضیاتی که در مدل بیلان حجمی اعمال می شود دقت این مدل در پیش بینی نتایج، کمتر از هیدرولیکی است. هدف از انجام این تحقیق اصلاح مدل بیلان حجمی و تعیین میزان دقت آن در آبیاری جویچه ای می باشد. مدل فوق از ترکیب مدل بیلان حجمی و عبارت مومنتم مدل اینرسی صفر استخراج شده است که برای آبیاری نواری استفاده می شود. برای سنجش دقت این مدل در آبیاری جویچه ای، از پنج دسته اطلاعات مربوط به مزارع با بافت خاک و مشخصات مختلف استفاده شد. این اطلاعات شامل ضرایب هندسی و هیدرولیکی جویچه، زمان پیشروی، دبی ورودی و خروجی جویچه، ضریب زبری مانینگ، شیب و ضرایب معادله نفوذ کوستیاکف در هر جویچه می باشد. ارزیابی مدل مذکور با استفاده از آماره جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) انجام شد. بر اساس نتایج، اصلاح مدل بیلان حجمی باعث افزایش دقت تخمین مسافت پیشروی به میزان 15 تا 40 درصد، نسبت به مدل بیلان حجمی متداول گردید.

برای بررسی تاثیر تنش کم آبی و نیتروژن بر عملکرد دانه و متابولیت های سازگاری دو رقم ذرت هیبرید میان رس، آزمایشی در دو مکان (دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس و دانشکده کشاورزی دانشگاه رازی کرمانشاه) به طور همزمان به اجرا در آمد. آزمایش به صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار انجام گردید. تنش کم آبی در چهار سطح شامل تنش در مرحله رویشی، مرحله زایشی و مراحل رویشی - زایشی به همراه تیمار شاهد (بدون تنش) در کرت های اصلی قرار گرفت. کرت های فرعی ترکیبی از عامل کود نیتروژن در دو سطح شامل 100 و 200 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به همراه فاکتور رقم شامل دو رقم میان رس هیبرید ذرتS.C 647   T.C 647 وبود. نتایج نشان داد که سطوح مختلف تیمار تنش کم آبی، نیتروژن و رقم تاثیر معنی داری بر عملکرد دانه داشت. تنش کم آبی و نیتروژن در مرحله رویشی، بر پروتئین های محلول در برگ تاثیر معنی داری داشت. تنش کم آبی منجر به کاهش میزان پروتئین در مقایسه با تیمار شاهد گردید. مقدار پروتئین در تیمار نیتروژن کامل نیز بیشتر از تیمار کمبود نیتروژن بود. کمبود رطوبت منجر به افزایش معنی دار پرولین برگ ها در پایان هر دوره از تنش گردید. مقدار نیتروژن نیز رابطه مستقیم با افزایش، غلظت پرولین داشت. تنش کم آبی منجر به کاهش معنی دار کلروفیل در ارقام مورد آزمایش گردید. در پایان مرحله رشد زایشی کمبود رطوبت بر مقدار کل اسیدهای آمینه آزاد در برگ تاثیر معنی دار داشت.

سرریز استوانه ای یکی از انواع سرریزهای لبه پهن بوده، که بدلیل الگوی جریان پایدار و سهولت عبور اجسام معلق دارای کاربرد گسترده ای می باشد. در تحقیق حاضر وضعیت جریان بر روی پنج مدل فیزیکی سرریز استوانه ای مورد آزمون قرار گرفت و تاثیر پارامترهای قطر سرریز، بار هیدرولیکی در بالادست و فشار منفی روی سطح سرریز بر روی مشخصه های جریان بررسی شد. همچنین جریان بر روی سرریز استوانه ای با استفاده از مدل Fluent و کاربرد مدل آشفتگی k-ε شبیه سازی و نتایج آن با مدل فیزیکی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که ضریب دبی با افزایش بار کل آب در بالادست و افزایش فشار منفی بر روی سطح سرریز، افزایش می یابد. همچنین میانگین خطای نسبی مدل Fluent در شبیه سازی عمق آب بالادست سرریز 0.914 درصد، عمق آب بر روی سرریز 1.39 درصد و ضریب دبی جریان 4.172 درصد بدست آمد. تطابق خوبی بین مدل Fluent و مدل فیزیکی در بررسی مشخصه های هیدرولیکی جریان در سرریزهای استوانه ای حاصل شد.

هدف تحقیق حاضر، مقایسه توانایی مدل شبکه عصبی مصنوعی و مدل همبستگی خطی چند متغیره در پیش بینی شش ماه آینده جریان ورودی به مخزن سد شاهچراغی در استان سمنان، بر اساس داده های ماهانه آبدهی، دمای متوسط، بارش و سطح پوشش برف چند ماه قبل می باشد. برای تعیین سطح پوشش برف، از تصاویر سنجنده AVHRR ماهواره NOAA استفاده گردیده و جداسازی سطح برف با استفاده از روش جداسازی پدیده ها بر اساس حد آستانه هیستوگرام آنها در باندهای مرئی و حرارتی انجام شده است. یک لایه مخفی و تابع انتقال سیگموئید و تابع آموزش لونبرگ-مارکوارت در ساختار مدل های شبکه عصبی مصنوعی استفاده گردیده است. پنج مدل شبکه عصبی مصنوعی دینامیک و پنج مدل همبستگی خطی چند متغیره با داده های ورودی متفاوت ساخته شده و نتایج آنها مقایسه شد. معیارهای انتخاب بهترین مدل، شامل جذر متوسط خطا(RMSE) ، انحراف خطای میانگین (MBE)، میانگین قدرمطلق خطای نسبی (MARE)، حداکثر خطای نسبی (REmax) و ضریب همبستگی (R2) بوده و بهترین نتیجه با مدلی حاصل گردید که داده های بارش، آبدهی و سطح پوشش برف را به عنوان ورودی مدل استفاده کرده است. همچنین بهبود نتایج مدل منتخب نسبت به مدل همبستگی خطی چند متغیره که در تحقیقات قبلی برای پیش بینی جریان به کار رفته است، بررسی شده است. نتایج نشان می دهد شاخص خطای نسبی حداکثر در مدل شبکه عصبی 80% کمتر از مدل رگرسیون خطی چند متغیره است.

در کشت هیدروپونیک، شکل نیتروژن و pH محلول غذایی از نظر تاثیر بر ترکیب شیمیایی گیاه اهمیت زیادی دارند. برای بررسی اثر pH و نسبت نیترات به آمونیوم محلول غذایی و برهمکنش آنها بر جذب و غلظت عناصر K، Ca، Mg و Na در ریشه و بخش هوایی اسفناج، آزمایشی به صورت فاکتوریل و در قالب طرح پایه کاملا تصادفی با دو فاکتور شامل pH محلول غذایی در سه سطح (4.5، 6.5، 8) و نسبت نیترات به آمونیوم محلول غذایی در پنج سطح (100:0، 75:25، 50:50، 25:75، 0:100) و با چهار تکرار در بستر پرلیت و در شرایط گلخانه انجام شد. سه نشای گیاه اسفناج (Spinacia oleracea L.) رقم سیریوس در هر گلدان کشت و با 15 نوع محلول غذایی متفاوت تغذیه شدند. غلظت نیتروژن و سایر عناصر غذایی در محلول های غذایی مذکور یکسان بود. گیاهان پس از 7 هفته رشد برداشت و غلظت عناصر Ca، Mg، K و Na در ریشه و بخش هوایی آنها به روش تر سوزانی تعیین گردید. نتایج نشان داد که تاثیر pH محلول غذایی بر غلظت K ریشه و بخش هوایی، غلظت Ca ریشه، جذب Ca و غلظت Mg بخش هوایی معنی دار بود ولی بر غلظت Na ریشه و بخش هوایی، جذب سدیم، غلظت Mg ریشه و جذب Mg معنی دار نبود. با افزایش pH ححلول غذایی از 4.5 به 8، جذب K و Ca بوسیله اسفناج و غلظت K ریشه به طور معنی داری کاهش یافت در حالی که غلظت K و Mg بخش هوایی و غلظت Ca ریشه به طور معنی داری افزایش یافت. اثر اصلی نسبت نیترات به آمونیوم و اثر متقابل pH و نسبت نیترات به آمونیوم محلول غذایی بر غلظت K، Ca،  Na و Mg ریشه و بخش هوایی و جذب آنها بوسیله اسفناج معنی دار بود. به طور کلی، با کاهش نسبت نیترات به آمونیوم محلول غذایی، غلظت K، Ca،Mg   Na وریشه ها و بخش هوایی و جذب آنها بوسیله اسفناج به طور معنی داری کاهش یافت؛ همچنین، تاثیر نسبت نیترات به آمونیوم محلول غذایی بر غلظت K، Ca،Mg   Na وریشه و بخش هوایی اسفناج به pH محلول غذایی بستگی داشت و برعکس. میانگین غلظت عناصر K، Ca،Mg  و Na در بخش هوایی بیشتر از ریشه اسفناج بود. میان غلظت این عناصر در ریشه و غلظت آنها در بخش هوایی و همچنین میان غلظت این عناصر در بخش هوایی و جذب آنها بوسیله گیاه اسفناج همبستگی های معنی داری وجود داشت.