تحقیقات آب و خاک ایران
سال:1393 | دوره:45 | شماره:4 |تعداد مقالات:14

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (pdf) مراجعه فرمایید.

به منظور برآورد عملکرد گیاهان در سطوح وسیع، از روش به روزرسانی مدل های رشد گیاه با داده های ماهواره ای استفاده می شود. هدف این تحقیق تعیین میزان بهبود برآورد عملکرد محصول در مدل شبیه سازی SWAP با استفاده از این روش بود. این تحقیق در سال زراعی 1390-1391 در سه سامانه آبیاری عقربه ای، واقع در شبکه آبیاری قزوین، تحت کشت گیاهان ذرت علوفه ای و چغندرقند، انجام شد. اجرای مدل SWAP در دو مرحله بدون به روزرسانی و با به روزرسانی با شاخص سطح برگ ماهواره ای انجام شد. برآورد عملکرد محصول چغندرقند و ذرت با مدل SWAP به روزرسانی شده به ترتیب 13.7 و 14.5 درصد در مقدار درصد خطا و 3.321 و 1.621 تن بر هکتار در مقدار RMSE بهبود یافت. نتایج به دست آمده نشان داد با به روزرسانی شاخص سطح برگ ماهواره ای می توان خطاهای داده های ورودی مدل و عدم قطعیت موجود در آن ها را به میزان زیادی کاهش داد و با دقت مطلوبی عملکرد را در سطح وسیع و با تفکیک مزرعه به مزرعه برآورد کرد.

این مطالعه روشی برای طراحی شبکه های پایش کمی آب زیر زمینی به منظور کاهش نقاط پایش مکانی اضافی ارائه می کند؛ چاه های اضافی، که اگر نمونه گیری نشوند، خطا تخمین سطح آب زیرزمینی آن ها قابل چشم پوشی است. این روش مبتنی بر روش ماشین بردار پشتیبان بر پایه تئوری یادگیری آماری است. در این مطالعه، با استفاده از اطلاعات کمی 63 چاه مشاهداتی و پارامترهای هواشناسی (بارندگی و تبخیر) دشت رامهرمز، در دوره 7 ساله، عملکرد مدل حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان (LS-SVM) در طراحی شبکه برداشت چاه های مشاهداتی آب زیرزمینی بررسی شد. ترکیب های مختلف پارامترهای اثرگذار بر تراز سطح آب زیرزمینی با استفاده از مدل LS-SVM ارزیابی شد. ترکیب برتر مدل LS-SVM دربرگیرنده شاخص های عملکرد (MAE= 0.3405 و 0.9992= R2) است. سپس، با استفاده از تابع تقریب بهینه، 42 عدد چاه مشاهداتی به منظور پایش مکانی مناسب در منطقه دشت رامهرمز مشخص شد.

توابع منطقی ریاضی در حوزه مدیریت منابع آب کاربرد فراوان دارد. در این تحقیق، از برنامه ریزی ژنتیک منطقی (LGP)، با ادغام این گونه توابع، برای استخراج قاعده جیره بندی مخزن در بازه های بهره برداری در شرایط پایه و تغییراقلیم استفاده شد. بهترین مقادیر رهاسازی از مخزن در کل بازه بر اساس آب موجود استخراج می شود. تابع هدف به صورت کمینه کردن نسبت کمبود بلندمدت (LSR) است. نتایج استخراج قاعده جیره بندی در تامین تقاضا به وسیله LGP با نتایج برنامه ریزی ژنتیک متداول (TGP) برای شرایط پایه و تغییر اقلیم با استفاده از شاخص های کارایی مقایسه شدند. نتایج نشان دادند بر اساس LGP و در شرایط تغییر اقلیم نسبت به پایه شاخص های اطمینان پذیری کاهش (34%)، آسیب پذیری افزایش (37%)، و برگشت پذیری نیز کاهش (29%) خواهند یافت. همچنین بر اساس TGP و در وضعیت مشابه شاخص های اطمینان پذیری، آسیب پذیری، و برگشت پذیری به ترتیب کاهش (25%)، افزایش (15%)، و کاهش (14%) خواهند یافت.

در این تحقیق اثر دو سامانه آبیاری قطره ای سطحی و زیرسطحی بر عملکرد و کارایی مصرف آب آبیاری و بازده اسانس گل محمدی در سه سطح آبیاری (100، 70، و 40 درصد مقدار تبخیر تعرق پتانسیل) ارزیابی شد. بدین منظور آزمایشی در قالب طرح کرت های خردشده بر پایه بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمان در ایستگاه تحقیقاتی جوپار در سال های 1391 و 1392 اجرا شد. نتایج نشان داد عملکرد و کارایی مصرف آب آبیاری و بازده اسانس در دو نوع سامانه آبیاری تفاوت معنادار ندارند. بالاترین میزان عملکرد با مقدار 2716.93 کیلوگرم در هکتار مربوط به تیمار 100 درصد تبخیرتعرق پتانسیل و بالا ترین کارایی مصرف آب آبیاری مربوط به تیمار 40 درصد تبخیرتعرق پتانسیل، با میزان 2.14 کیلوگرم بر مترمکعب در هکتار بود. همچنین تیمار 70 درصد تبخیرتعرق پتانسیل بالاترین بازده اسانس را داشت.

استفاده از مصالح درشت دانه سنگ ریزه ای در سازه های آبی، به دلیل خصوصیات ویژه آن ها، روز به روز رو به افزایش است، طوری که امروزه از این مصالح برای ساخت فیلتراسیون و حوضچه های آرامش و سدهای پاره سنگی استفاده می شود. به دلیل اهمیت جریان درون مصالح سنگ ریز، مطالعه خصوصیات این نوع جریان اهمیت خاصی دارد. به منظور بررسی رفتار جریان درون مصالح دانه ای دستگاه پرمئامتری با بار ثابتی طراحی و ساخته شد. آزمایش هایی روی سه نمونه از ذرات سنگ ریزه ای با قطرهای متوسط 8.69، 13.08، و 16.617 میلی متر انجام و خصوصیات آن ها ارزیابی شد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد رابطه بین سرعت و گرادیان هیدرولیکی غیرخطی است و از قانون دارسی تبعیت نمی کند. مشاهده می شود، با افزایش عدد رینولدز، فاکتور اصطکاکی کاهش می یابد و با افزایش گرادیان هیدرولیکی عدد رینولدز نیز افزایش پیدا می کند. این وضعیت حاکی از متلاطم بودن جریان در گرادیان های بالاست. همچنین ارزیابی نتایج این پژوهش به وسیله شاخص آماری و مقایسه آن با روابط کادلک- نایت و ارگان نشان داد رابطه کادلک- نایت خطای کمتری نسبت به رابطه ارگان دارد.

استفاده از داده های تصاویر ماهواره ای روشی موثر برای پهنه بندی دمای هواست. در این تحقیق مدل های شبکه عصبی و مدل درختی M5 برای تبدیل دمای سطح زمین در دو زمان روز و شب محصولات ماهواره ترا سنجنده مودیس برای استان خوزستان مقایسه شد. در کل 365 تصویر از محصولات دمای سطح زمین در سال 2007، که منطقه مورد مطالعه را پوشش می داد، استفاده شد. داده های متوسط دمای هوای روزانه از 29 ایستگاه هواشناسی سینوپتیک و کلیماتولوژی سال 2007 جمع آوری و به منزله داده های واقعی استفاده شدند. داده های ورودی مدل ها شامل دمای سطح زمین در دو زمان روز و شب و تابش بیرون زمینی بودند. نتایج نشان داد ضریب تعیین هر دو مدل بیش از 0.96 است. با این حال مدل شبکه عصبی با دقت بیشتری دمای هوا را برآورد می کند. جذر مربع میانگین خطا و ضریب تعیین مدل شبکه عصبی به ترتیب برابر 1.7 درجه سانتی گراد و 0.97 برآورد شد.

اهمیت آب در کشاورزی در کنار رشد روزافزون جمعیت و ضرورت تامین غذای مورد نیاز، استفاده بهینه از منابع آب را ضرورت می بخشد. مدل Aqua Crop، ارائه شده از سوی سازمان خواربار جهانی، از مدل های شبیه ساز رشد گیاهی است که سعی می کند با استفاده از کاهش تعداد داده ورودی سهولت کاربری این نرم افزار را افزایش دهد. در این مطالعه، علاوه بر واسنجی و صحت سنجی مدل Aqua Crop برای گیاه ذرت در منطقه کرج، با استفاده از روش بیلان آب خاک، عملکرد مدل با مدل تخصصی گیاه ذرت (CERES-Maize) مقایسه شد. نتایج نشان داد عملکرد هر دو مدل مناسب است؛ طوری که شاخص توافق برای مدل Aqua Crop در برآورد محتوای آب خاک بین 85 تا 94 درصد و برای مدل CERES-Maize بین 58 تا 64 درصد متغیر است. شاخص RMSE در برآورد عملکرد محصول برای مدل Aqua Crop بین 20 تا 40 درصد و برای مدل CERES-Maize بین 20 تا 80 درصد بود. در نهایت مدل Aqua Crop، با توجه به نتایج خروجی، برای استفاده کشاورزان و برنامه ریزان در سطح منطقه توصیه می شود.

زهکش روباز حایل شوره زار مرکزی قزوین به منظور جلوگیری یا کاهش خطر پیشروی شوری به زمین های حاصل خیز بالادست طراحی و ایجاد شده است. در این پژوهش نتیجه پایش عملکرد زهکش یادشده بررسی شد. برای پایش اثر این زهکش بر سطح ایستابی و کیفیت آب زیرزمینی کم عمق 99 چاهک در 9 مقطع عمود بر زهکش احداث شده است. هر ماه یک بار سطح آب چاهک ها قرائت و یک نمونه از آب آن تهیه شد. تجزیه شیمیایی نمونه ها در طول یک سال معرف تغییرات شیمیایی سفره آب زیرزمینی منطقه در اثر وجود این زهکش است. عملکرد زهکش در سال اول احداث، با خارج ساختن آبی با شوری بیش از 200 دسی زیمنس بر متر از منطقه، موثر ارزیابی شد. نتایج نشان داد با احداث زهکش حایل پیشروی آب شور به سمت بالادست تا حدودی متوقف شده است که علت را می توان افزایش شیب هیدرولیکی به دلیل ایجاد نزدیک به یک متر کاهش بار آبی به وسیله زهکش دانست. در سال نخست، پس از اجرای طرح، میانگین شوری آب زیر سطحی 13.6 درصد کاهش یافت. بدیهی است این تغییرات در همه زمینه ها یک اندازه نبوده است. عملکرد این زهکش در سال نخست پس از احداث مثبت ارزیابی می شود.

افزایش یکنواختی پخش آب در سیستم های آبیاری میکرو هدفی مهم در تحقیقات کاربردی است. به رغم پیشرفت زیاد در ساخت قطره چکان ها، برخی گزارش های تحقیقاتی به ناتوانی آن ها در یکنواختی پخش آب اشاره دارند. برای ایجاد یکنواختی پخش آب بیشتر در طراحی آبیاری میکرو، لازم است گسیلنده هایی با ضریب تغییرات ساخت کارخانه ای کم و توزیع یکنواختی آب بالا ساخته شود. در این پژوهش، عملکرد یک گسیلنده جدید، که گسیلنده کنترل کننده حجم آب نامیده شد، با عملکرد چهار قطره چکان متداول ارزیابی و مقایسه شد. نتایج نشان داد عملکرد و همه پارامترهای یکنواختی گسیلنده کنترل کننده حجم آب در همه فشارهای اعمالی مطلوب تر است. نتایج این تحقیق نشان داد بیشترین یکنواختی پخش در فشار اعمالی 1.5 بار در گسیلنده کنترل کننده حجم آب حاصل می شود و در بابلر در بهترین شرایط یکنواختی پخش 38.3 درصد است.

ظرفیت تبادل کاتیونی و سطح ویژه از خصوصیات مهم خاک اند که اندازه گیری مستقیم آن ها مشکل، پرهزینه، و وقت گیر است. بعد فرکتالی توزیع اندازه ذرات خاک در ارتباط با بسیاری از فرایندهای استاتیک و دینامیک خاک- مثل انتقال آب و املاح، ظرفیت نگه داشت آب خاک، ذخیره و نگه داری گرمای خاک، و غیره ... مطالعه شده و به مثابه ابزاری مناسب برای تخمین ویژگی های مرتبط با بافت خاک معرفی شده است. در این تحقیق رابطه بعد فرکتالی توزیع اندازه ذرات با سطح ویژه و ظرفیت تبادل کاتیونی برای 40 نمونه خاک، که 32 نمونه آن برای یافتن روابط تجربی و 8 نمونه آن برای آزمون روابط به دست آمده، از منطقه گیلوان با کلاس های بافتی شنی تا رسی، که دارای مواد مادری متفاوت بودند، ارزیابی شد. نتایج نشان داد مقادیر بعد فرکتالی برای نمونه های خاک مطالعه شده از 2.45 تا 2.99 متغیر است؛ که با ریزشدن بافت خاک مقدار آن زیاد می شود. روابط رگرسیونی به دست آمده بین بعد فرکتالی با سطح ویژه و ظرفیت تبادل کاتیونی توانی بود که ارزش ضریب تبیین برای آن ها به ترتیب 0.87 و 0.80 و در سطح احتمال 1 درصد معنادار بود. آزمون روابط به دست آمده بین بعد فرکتالی با درصد رس، سطح ویژه، و ظرفیت تبادل کاتیونی نشان داد بین مقادیر اندازه گیری و پیش بینی شده همبستگی معناداری در سطح احتمال 1 درصد برقرار است. این پژوهش نشان داد بعد فرکتالی توزیع اندازه ذرات خاک می تواند شاخصی مفید در مطالعات مدل سازی و شبیه سازی برای تخمین سطح ویژه و ظرفیت تبادل کاتیونی باشد.

اندازه گیری مستقیم ویژگی های هیدرولیکی خاک معمولا هزینه بر و وقت گیر است. تلاش فراوانی صورت گرفته تا بتوان از طریق توابع انتقالی خاک (PTFs) و به کمک اطلاعات زودیافت به ویژگی های هیدرولیکی خاک دست یافت. هدف این پژوهش ارزیابی عملکرد پارامتریک و نقطه ای توابع انتقالی طیفی (STFs) و PTF ها در برآورد پارامترهای مدل های منحنی رطوبتی ون گنوختن و بروکز- کوری بود. همچنین، به منظور مقایسه کارایی متغیرهای طیفی و متغیرهای مبنایی خاک، عملکرد توابع انتقالی طیفی و توابع انتقالی خاک های منطقه نسبت به مهم ترین توابع انتقالی برخی خاک های جهان بررسی شد. بدین منظور، تعداد 174 نمونه خاک گردآوری و منحنی های طیفی آن ها در گستره 350 تا 2500 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر زمینی اندازه گیری شد. برخی ویژگی های فیزیکی خاک همراه مقادیر رطوبت در پتانسیل های ماتریک معین اندازه گیری و به روش حداقل مربعات خطا و پارامترهای مدل های رطوبتی ون گنوختن و بروکز کوری محاسبه شد. با استفاده از روش رگرسیون مرحله ای چندگانه، توابع انتقالی خاک و توابع انتقالی طیفی پارامتریک و نقطه ای اشتقاق یافت. نتایج نشان داد STFs و PTFs خاک های منطقه در هر دو رویکرد نقطه ای و پارامتریک نسبت به PTFs های دیگر مناطق جهان (متوسط RMSR برابر 0.100)، برای پیش بینی نگه داشت آب در خاک، دقت بیشتری (متوسط RMSR برابر 0.029) دارند. دقت برآورد رطوبت خاک توسط مدل ون گنوختن (متوسط RMSR برابر 0.034) نسبت به مدل بروکز- کوری (متوسط RMSR برابر 0.041) بیشتر بود. به طور کلی،STF  و PTF های اشتقاق یافته دقت تقریبا برابری داشتند؛ با این تفاوت که در مکش های متوسط و زیاد STF ها برآوردی بهتر ارائه کردند.

پژوهش حاضر با هدف بررسی میزان تاثیر کاربرد دو مقدار 4.5 و 8 لیتر بر مترمربع پسماند آلی و سازگار با محیط زیست ویناس بر زمان شروع، ضریب و حجم رواناب، هدررفت خاک، و غلظت رسوب در کرت های آزمایشی کوچک با شیب 20 درصد با استفاده از شبیه ساز باران با دو شدت 50 و 90 میلی متر بر ساعت و با تداوم 15 دقیقه روی خاک لومی- رسی- شنی انجام شد. نتایج نشان دهنده اثر معنادار تیمار ویناس بر زمان شروع رواناب و غلظت رسوب (P<0.04)، حجم و ضریب رواناب، و هدررفت خاک (P=0.00) بود. همچنین نتایج نشان داد کاربرد سطح پایین ویناس به ترتیب باعث افزایش 151 و 154 درصد رواناب و هدررفت خاک در شدت 50 میلی متر بر ساعت و نیز موجب افزایش 64 و 200 درصد متغیرهای بررسی شده در شدت 90 میلی متر بر ساعت در مقایسه با تیمار شاهد است. سطح بالای ویناس، رواناب و هدررفت خاک را به ترتیب 79 و 30 درصد در شدت 50 میلی متر بر ساعت و نیز 60 و 58 درصد در شدت 90 میلی متر بر ساعت افزایش داد. با وجود این، تیمار 4.5 لیتر بر مترمربع ویناس در هر دو شدت و تیمار 8 لیتر بر مترمربع ویناس در شدت 90 میلی متر بر ساعت مقدار غلظت رسوب را افزایش و در شدت 50 میلی متر بر ساعت تیمار 8 لیتر بر مترمربع ویناس میزان غلظت رسوب را نسبت به تیمار شاهد کاهش داد. این در حالی است که میزان اثربخشی تیمار 8 لیتر بر مترمربع در کاهش رواناب و هدررفت خاک و غلظت رسوب بیش از تیمار 4.5 لیتر بر مترمربع بود. نتایج نشان داد افزودن پسماند آلی همیشه موجب جلوگیری از هدررفت خاک و بهبود ویژگی های فیزیکی خاک نخواهد شد. بنابراین استفاده از سطح بالاتر ویناس و افزایش ماندگاری آن قبل از وقوع بارش توصیه می شود.

تامین اطلاعات مورد نیاز برای مدل های فرسایش و رسوب از مشکلات عمده به کارگیری این مدل هاست. در این پژوهش مدلی ژئومورفولوژیکی معرفی می شود که بر مبنای تئوری قدرت جریان توسعه یافته و برای محاسبه پتانسیل فرسایش منجر به تولید رسوب ورودی به رودخانه ها از دو پارامتر شیب و مساحت ویژه زهکشی استفاده می کند. مدل مزبور فقط با تکیه بر نقشه ارتفاعی رقومی قادر به ناحیه بندی حوضه بر اساس حساسیت به فرسایش است. برای ارزیابی نتایج مدل ژئومورفولوژیکی از مدل MPSIAC و برای واسنجی مدل مزبور، به کمک آمار رسوب ثبت شده و به روش حد وسط دسته ها، آورد رسوبی حوضه تعیین شد. ناحیه بندی انجام شده توسط دو مدل تطابقی مناسب دارند. از میان عوامل نه گانه MPSIAC مجموع عوامل توپوگرافی و فرسایش سطحی بیشترین همبستگی را با مدل ژئومورفولوژیکی نشان می دهند. این امر بدان معنی است که نمی توان از مدل ژئومورفولوژیکی در مناطقی که فرسایش غالب در آن ها فرسایش خندقی و رودخانه ای است استفاده کرد.