دانش آب و خاک (دانش کشاورزی)
سال:1388 | دوره:19 | شماره:1 |تعداد مقالات:11

تبخیر و تعرق یکی از اجزای اصلی چرخه هیدرولوژی است. این فرایند پیچیده به عوامل متعدد اقلیمی وابسته است. شبکه های عصبی مصنوعی در چند دهه اخیر و در مطالعات صورت گرفته برای مدل سازی سیستم های پیچیده و غیرخطی قابلیت بسیار بالایی از خود نشان داده اند. در تحقیق حاضر امکان استفاده از شبکه های با تابع پایه شعاعی (RBF) و شبکه های پرسپترون چند لایه (MLP) برای تخمین تبخیر و تعرف گیاه مرجع مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از سری داده های هواشناسی سال های 1330-1383 ایستگاه تبریز، ابتدا مقادیر متوسط تبخیر و تعرق ماهانه گیاه مرجع از روش استاندارد پنمن - مونتیث (PM)، محاسبه شد. سپس با استفاده از این مقادیر به عنوان خروجی های هدف، شبکه های مختلفی با ساختار متفاوت تعریف و آموزش داده شد. در نهایت قابلیت شبکه برای تخمین تبخیر و تعرق با استفاده از قسمتی از داده ها که در طراحی و یا آموزش شبکه استفاده نشده اند، مورد بررسی قرار گرفت. با بررسی های انجام گرفته مشخص شد که تنها با استفاده از دو پارامتر دمای میانگین و سرعت باد به عنوان ورودی، می توان میزان تبخیر و تعرق گیاه مرجع را با استفاده از این دو نوع شبکه با دقت قابل قبولی RMSE<0.4081) و R2>0.976 برای مجموعه صحت سنجی) تخمین زد. همچنین با مقایسه نتایج حاصل از دو شبکه مشخص شد که شبکه های MLP نسبت به RBF در تخمین تبخیر و تعرق گیاه مرجع از دقت نسبتا بیشتری برخوردارند و تنها مزیت شبکه های RBF زمان کمتر مورد نیاز برای آموزش است.

در این تحقیق بررسی تجربی پرش هیدرولیکی در محدوده وسیع تری نسبت به محققان دیگر بر روی 6 نوع بستر موج دار با شیب موج مختلف انجام گرفت. شیب موج در محدوده 0.286 تا 0.625 و عدد فرود در محدوده 3.8 تا 8.6 قرار داشت. تاثیر ارتفاع و طول موج بستر موج دار بر خصوصیات پرش هیدرولیکی در اعداد فرود مختلف با تحلیل موقعیت سطح آب، پروفیل سرعت، تنش برشی بستر و استهلاک انرژی بررسی شد. پارامترهای بی بعد هیدرولیکی نیز به صورت تابعی از عدد فرود تعیین گردید. نتایج نشان داد که عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی بر روی بسترهای موج دار نسبت به بستر صاف در شرایط هیدرولیکی یکسان کوچکتر است. بررسی پروفیل های سرعت اندازه گیری شده در مقاطع مختلف پرش هیدرولیکی نشان داد که این پروفیل ها مشابه بوده و با پروفیل جت آب بر روی بستر صاف متفاوت می باشند. همچنین مقدار ضخامت لایه مرزی بی بعد بر روی بستر موج دار برابر 0.57 به دست آمد که با ضخامت لایه مرزی در بستر صاف برابر 0.16 مقایسه گردید. بررسی و مقایسه نیروی برشی و ضریب تنش نشان داد که تنش برشی در بستر موج دار حداقل 10 برابر بستر صاف است. نتایج این تحقیق با تایید نتایج محققان قبلی نشان می دهد که از بسترهای موج دار برای استهلاک انرژی پرش هیدرولیکی در حوضچه های آرامش با کارایی بهتر می توان استفاده نمود.

سرریزهای پله ای از جمله سازه های هیدرولیکی هستند که به جهت ظرفیت بالای آب در استهلاک انرژی جریان، مورد توجه طراحان می باشند. مکانیسم جریان از روی چنین سازه هایی پیچیده بوده و تحقیقات زیادی در خصوص شناخت آن در سطح دنیا در حال انجام است. در این تحقیق ابتدا روش جدید طراحی سرریزهای پله ای مورد بررسی قرار گرفته و سپس بر اساس آن، تجزیه و تحلیل هایی در مورد اثر تعداد پله ها انجام شد. نتایج نشان می دهند که اثر تعداد پله بر استهلاک انرژی مبرهن است. بر اساس نتایج این تحقیق برای تعیین تعداد بهینه پله ها نمودارهایی ارایه گردید. تاثیر افزایش تعداد پله در افزایش استهلاک انرژی تا یک حدی مثبت است و سپس روند کاهشی را نشان می دهد. به طوری که به ازای هر دبی و شیب مشخص، می توان یک تعداد پله تعیین کرد که میزان استهلاک انرژی جریان در حداکثر مقدار خود باشد (تعداد بهینه پله). همچنین با کاهش دبی طرح، تعداد پله های بهینه نیز افزایش نشان می دهد. در هر حال کار در این زمینه پویا بوده و می توان در انتظار تغییرات در معیارهای طراحی آینده بود و انتظار می رود طراحان سرریزهای پله ای از نتایج تحقیقات در تعیین عوامل طراحی استفاده نمایند.

محاسبه تغییرات افت بار هیدرولیکی ناشی از تغییرات رقوم و اصطکاک در طول لوله لاترال لازمه طراحی دقیق آبیاری قطره ای می باشد. این بررسی برای ارزیابی افت های ناشی از تیزه انوع قطره چکان های آبیاری قطره ای با کاربرد لاترال های 16 میلی متری به انجام رسید. چهار نوع قطره چکان استاندارد متداول در ایران با برقراری جریان در لاترال به میزان 0.8 الی 0.19 لیتر بر ثانیه که نظیر سرعت های 0.6 الی 1.5 متر بر ثانیه می باشند، مورد مطالعه قرار گرفت. اندازه گیری مقادیر افت بار با استفاده از دو دستگاه فشارسنج دقیق دیجیتالی به ازای 11 سرعت مختلف جریان برای هر نوع قطره چکان در چهار تکرار انجام گردید. بر اساس اندازه گیری ها مقادیر افت ناشی از وجود تیزه ها بطور متوسط در محدوده 12 الی 16 درصد افت بار در لوله لاترال تعیین گردید. نتایج حاصل از آزمایشات انجام یافته در این تحقیق با نمودار افت بار کلر که در مقیاس وسیعی در محاسبات هیدرولیک لاترال های آبیاری قطره ای مورد استفاده قرار می گیرد، مقایسه گردید. بر اساس نتایج حداکثر مقادیر میانگین خطای مطلق (MAE) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) به ترتیب برابر 4.768 و 0.4947 در قطره چکان نوع 1 حاصل گردید. حداقل مقادیر این معیارها در قطره چکان نوع 4 برابر 0.7237 و 0.0817 به ترتیب مذکور به دست آمد. نتایج حاصله نشان داد که مقادیر افت حاصل از کاربرد نمودار کلر برای قطره چکان های روی خط متداول در ایران از دقت مطلوبی برخوردار نمی باشند.

روش های مختلفی برای جلوگیری و یا کاهش آبشستگی اطراف پایه پل ارایه شده است. استفاده از طوق از جمله روش هایی است که مورد توجه محققین قرار می گیرد. در این تحقیق با به کارگیری طوق مستطیلی در پایه استوانه ای، مشاهده شد طوق، سرعت آبشستگی و عمق حفره آبشستگی اطراف پایه پل را کاهش می دهد. ابعاد طوق نقش زیادی در کاهش آبشستگی اطراف پایه پل دارد. در تحقیق حاضر طوق در بالادست و پایین دست مدل پایه پل و هم چنین عرض طوق مورد بررسی قرار گرفت. مقادیر مناسب طول طوق مستطیلی در بالادست و پایین دست که نسبت به بدنه مدل پایه پل اندازه گیری می شدند، به ترتیب 0.92 و 1.42 برابر قطر پایه تعیین شدند. ضمن اینکه عرض مناسب طوق نیز 3 برابر قطر پایه برآورد گردید. لازم به ذکر است با ابعاد فوق پس از 62 ساعت، آبشستگی ناچیزی در اطراف مدل پایه پل مشاهده گردید.

رشد روزافزون جمعیت و محدودیت منابع آب سطحی در کشور، لزوم پیش بینی دقیق تر مقدار آورد و رودخانه را به دلیل اهمیت در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب از جمله بهره برداری از مخازن و طراحی سازه های کنترل سیلاب با استفاده از ابزارها و روش های نوین مدلسازی می طلبد. در این راستا، مدل های سری زمانی از دیرباز مورد توجه هیدرولوژیست ها بوده اند. هدف این تحقیق، ارزیابی کارآیی دو رهیافت کلی مدل سری زمانی و رگرسیون فازی در پیش بینی جریان سالانه رودخانه می باشد. در مدل خود همبسته تجمعی میانگین متحرک از رهیافت سری زمانی، کارآیی روش های درست نمایی شرطی و درستنمایی غیرشرطی در تخمین پارامترهای مدل مورد بررسی قرار گرفت. در مدل رگرسیون فازی، به منظور در نظر گرفتن عدم قطعیت حاکم بر سیستم های طبیعی، از تابع عضویت مثلثی متقارن و نامتقارن استفاده شد. به منظور مقایسه کارآیی دو مدل مذکور در پیش بینی جریان سالانه، آمار آبدهی برخی از ایستگاه های حوضه آبریز دریاچه ارومیه بکار گرفته شد. نتایج نشان دادند که در بین روش های تخمین پارامترها، روش درستنمایی غیرشرطی به عنوان روش کارآمد در تخمین پارامترهای مدل ARIMA می باشد. مقایسه جریان های سالانه پیش بینی شده توسط مدل های ARIMA و رگرسیون فازی بر اساس معیارهایی مانند RMSE، دلالت بر عملکرد بهتر رهیافت رگرسیون فازی نسبت به مدل سری زمانی داشت. عملکرد بهتر تابع عضویت مثلثی متقارن نسبت به نوع نامتقارن آن از حیث در نظر گرفتن عدم قطعیت حاکم بر مساله مدلسازی از دیگر نتایج این تحقیق می باشد.

به دلیل وجود مشکلات زیاد در کاربرد روش های سنتی (نظیر میخ ها و کرت های فرسایشی)، روش منشایابی به عنوان روشی جایگزین و مناسب برای تعیین سهم منابع رسوب در تولید رسوب مورد توجه محققین مختلف قرار گرفته است. در این روش، خصوصیات فیزیکی، ژئوشیمیایی و آلی رسوب و منابع رسوب برای تعیین منابع اصلی رسوب و اهمیت نسبی آنها مورد مقایسه قرار می گیرند. در روش یاد شده با استفاده از ترکیبی مناسب از خصوصیات جداکننده منابع رسوب، سهم هر کدام منابع رسوب در تولید رسوب تعیین می شود. در این تحقیق، سعی شده است با بهره گیری از ترکیبی مناسب از عناصر ژئوشیمیایی، رادیواکتیو، کربن آلی، نیتروژن و فسفر در حوضه مرگن پلدشت واقع در شهرستان ماکو در استان آذربایجان غربی، سهم فرسایش های سطحی و زیرسطحی در تولید رسوب تعیین شود. بعد از برداشت 106 نمونه معرف از خاک های سطحی و زیرسطحی و شش نمونه رسوب از انتهای حوضه نسبت به اندازه گیری ردیاب های یاد شده اقدام شد. با بهره گیری از روش تجزیه تابع تشخیص، چهار ردیاب کربن آلی (OC)، کروم (Cr)، سزیم 137 (137Cs) و فسفر (P) به عنوان ترکیب مناسب انتخاب شدند. در آخر با استفاده از ترکیب یاد شده و مدلهای چند متغیره ترکیبی سهم فرسایش های سطحی و زیرسطحی در تولید رسوب به ترتیب برابر با 30.65 و 69.35 درصد بدست آمد.

از مهمترین عوامل تخریب حوضچه های آرامش، آب شستگی پایاب آنها است که سبب بروز مخاطراتی برای پایداری سازه و یا کاهش بهره وری سازه می شود. هدف از مطالعه حاضر ارایه رابطه ای برای تخمین قطر سنگچین پایدار در پایاب حوضچه آرامش در پایین دست دریچه هاست. در این تحقیق با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی پایداری هشت قطر مختلف سنگچین تحت شرایط متفاوت جریان مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس آنالیز ابعادی روابطی تجربی برای طراحی سنگچین پایدار در پایاب حوضچه های آرامش پایین دست دریچه ها ارایه شد. نتایج آزمایشات با روابط ارایه شده توسط سایر محققین از جمله پیترکا (1968)، پیلارزیخ (1990) و اسکارمیا و می (1992) مقایسه شد که نشان داد رابطه ارایه شده در این تحقیق از دقت مناسبی برخوردار است. رابطه ارایه شده در این تحقیق ضمن سادگی، کلیه عوامل موثر در ناپایداری سنگچین را در بردارد و از اینرو برای طراحی سنگچین در پایاب حوضچه های آرامش توصیه می گردد.

روش های متعددی هم چون مدل سری های زمانی، شبکه های عصبی مصنوعی، منطق فازی، نرو فازی و برنامه ریزی ژنتیک برای پیش بینی جریان رودخانه به کار می رود. در تحقیق حاضر از روش نوین برنامه ریزی ژنتیک جهت پیش بینی جریان روزانه رودخانه لیقوان در حوضه آبریز دریاچه ارومیه در دوره آماری 1376 تا 1380 استفاده شد. هم چنین نقش حافظه در کاهش یا افزایش دقت پیش بینی مورد بررسی قرار گرفت. جهت مدل سازی جریان رودخانه با برنامه ریزی ژنتیک از حافظه های دبی یک روز قبل، دو روز قبل، ... و پنج روز قبل استفاده شد و نتایج بر اساس شاخص های آماری جذر میانگین مربعات خطا و ضریب همبستگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تا حافظه دبی چهار روز قبل، روبه بهبود بوده و بعد از آن رو به نزول گذاشت. جهت بررسی بیشتر این فرایند از مدل شبکه های عصبی مصنوعی نیز استفاده گردید. برای مدل شبکه های عصبی، ساختارهای مختلفی مورد بررسی قرار گرفت که ساختار با چهار نرون در لایه ورودی و شش نرون در لایه پنهان و یک نرون در لایه خروجی، بهترین نتایج را داد. برای مدل شبکه های عصبی مصنوعی نیز حافظه تا دبی چهار روز قبل رو به بهبود بوده و بعد از آن روبه نزول می گذارد. در مقایسه نتایج دو مدل، در مورد حالت بهینه مدل برنامه ریزی ژنتیک، ضریب همبستگی و جذر میانگین مربعات خطا برای آموزش به ترتیب 0.959 و 0.029 و برای حالت بهینه مدل شبکه های عصبی مصنوعی به ترتیب 0.948 و 0.215 می باشد. لذا برنامه ریزی ژنتیک از دقت بیشتری نسبت به مدل شبکه های عصبی مصنوعی برخوردار بوده و به عنوان روشی مناسب و دقیق جهت پیش بینی پیشنهاد می گردد.

به منظور بررسی امکان استفاده از مدل های آماری برای پیش بینی بارش فصلی بر اساس الگوهای سینوپتیکی سطوح فوقانی جو، منطقه خراسان بزرگ شامل سه استان خراسان شمالی، خراسان جنوبی و خراسان رضوی انتخاب شد. پس از بررسی های لازم و تکمیل خلاهای آماری، تعداد 37 ایستگاه سینوپتیک، کلیماتولوژی و باران سنجی تحت پوشش سازمان هواشناسی کشور، انتخاب و آزمون همگنی ران تست بر روی داده های بارش این ایستگاه ها انجام یافت. در مرحله بعد، در محیط نرم افزار Arc GIS، سری زمانی بارش متوسط منطقه ای به روش مدل رقومی ارتفاعی محاسبه گردید. با استفاده از روابط همبستگی به دست آمده بین بارش متوسط منطقه ای و پارامترهای جو بالا در بازه های زمانی مختلف، از مدل های آماری برای پیش بینی بارش فصل بعد (دسامبر تا می) استفاده شد. نتایج نشان می دهد مدل های آماری می توانند برای پیش بینی بارش به طور موفقیت آمیزی به کار گرفته شوند و بارش را با دقت قابل قبولی پیش بینی کنند. در این میان، مدل حذف تدریجی متغیرها عملکرد بهتری داشته است. ریشه میانگین مربعات خطا برای مدل گام به گام ورود متغیرها 50.4 میلی متر و برای مدل حذف تدریجی متغیرها 47.3 میلی متر به دست آمد.

قارچهای میکوریزی بوجود آورنده یکی از همزیستی های مفید در ریشه اکثر گیاهان بوده و نقش کلیدی در چرخه عناصر غذایی و همچنین مقاومت گیاهان در برابر تنشهای محیطی دارند. در این تحقیق اثر تلقیح ریشه های پیاز با قارچهای میکوریز و نقش آنها در عملکرد غده و جذب عناصر غذایی در یک خاک شور طی دو سال زراعی 83 و 84 در مزرعه مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی آذربایجان شرقی به مرحله اجرا درآمد. از چهارگونه قارچ های میکوریز جنس گلوموس شامل: گلوموس اتونیکاتوم، گلوموس و رسیفورم، گلوموس موسه و گلوموس اینترارادیسز برای تلقیح نشاهای پیاز استفاده شد. پس از تلقیح و رشد کافی، نشاهای پیاز به مزرعه منتقل شده و در دو گروه -1 بدون مصرف فسفر و -2 با مصرف نصف فسفر توصیه شده (معادل 50 کیلوگرم در هکتار) در کرتها کشت گردیدند. خاک مزرعه در موقع آماده سازی زمین در فصل بهار در سال اول EC برابر 7.26 و در سال دوم برابر dS/m5 داشت. پس از طی دوره رشد، محصول غده ها برداشت شده و عملکرد و غلظت عناصر نیتروژن، فسفر، پتاسیم، منگنز، روی، مس، سدیم و کلرید غده ها تعیین گردید. بر اساس نتایج تجزیه مرکب داده های دو سال آزمایش، تیمارها بر عملکرد غده پیاز، غلظت فسفر، سدیم، کلرید، روی و مس و کل جذب نیتروژن، فسفر، پتاسیم، روی و مس در غده پیاز در سطح احتمال 1 درصد و بر کل جذب سدیم، کلرید و منگنز در سطح احتمال 5 درصد تاثیر معنی دار داشتند. بیشترین عملکرد غده در هر دو سال از تلقیح با قارچهای میکوریز به دست آمد. تلقیح با قارچهای گلوموس اتونیکاتوم و گلوموس ورسیفورم با کاربرد نصف فسفر توصیه شده به ترتیب 32.3 و 30.76 تن در هکتار بیشترین عملکرد غده پیاز را نسبت به بقیه تیمارها داشتند. تیمار بدون تلقیح با قارچ و بدون مصرف فسفر با 12.6 تن در هکتار کمترین غده را داشت. غلظت سدیم در غده پیاز در تیمار گلوموس اتونیکاتوم بدون مصرف فسفر، کمترین مقدار 0.323) درصد در ماده خشک) و در تیمارهای بدون تلقیح با قارچ بیشترین مقدار 0.476) درصد در ماده خشک) را داشت. غلظت کلرید در غده نیز در تیمارهای گلوموس موسه با کاربرد نصف فسفر توصیه شده و گلوموس اتونیکاتوم بدون مصرف فسفر به کمترین مقدار 0.778) و 0.791 درصد در ماده خشک) و در تیمارهای بدون تلقیح با قارچ به بیشترین مقدار 1.143) درصد در ماده خشک) رسید. به این ترتیب می توان نتیجه گرفت که تلقیح با قارچهای میکوریز، موجب کاهش غلظت سدیم و کلرید در غده های پیاز گردید.