حفاظت منابع آب و خاک
سال:1400 | دوره:10 | شماره:4 |تعداد مقالات:9

در این مطالعه، بارندگی دراز مدت شهر بابلسر توسط یک مدل هوش مصنوعی بهینه یافته شبیه سازی شد. برای اینکار، ماشین آموزش نیرومند (ELM) و تبدیل موجک (wavelet transform) با همدیگر ترکیب شدند. لازم به ذکر است که مقادیر بارندگی ها به صورت ماهیانه از سال 1951 تا 2019 بکار گرفته شدند که 70 درصد آنها برای آموزش این مدل هوش مصنوعی و 30 درصد باقیمانده برای آزمون آن استفاده گردید. در ابتدا، توابع فعال سازی مدل ماشین آموزش نیرومند مورد بررسی قرار گرفتند که بهترین آن شامل تابع فعال سازی sigmoid انتخاب شد. همچنین، تاخیرهای داده های سری زمانی با استفاده از تابع خود همبستگی معرفی شدند که با استفاده از این تاخیرها، چهار مدل ماشین آموزش نیرومند تعریف گردید. با اجرای یک تحلیل حساسیت، مدل برتر ELM معرفی شد. مقادیر ضریب همبستگی (R)، شاخص عملکرد (VAF) و شاخص پراکندگی (SI) برای مدل برتر ELM به ترتیب مساوی با 524/0، 064/27 و 819/0 محاسبه شدند. علاوه بر این، موجک های مادر مختلف مورد بررسی قرار گرفتند که dmey به عنوان بهترین موجک مادر انتخاب شد. تبدیل موجک دقت مدل سازی را به شکل قابل توجهی افزایش داد. به عنوان مثال، شاخص عملکرد مدل ترکیبی WELM مساوی با 461/86 بدست آمد. لازم به ذکر است که مدل ترکیبی نیز برای سه سطح تجزیه مختلف مورد بررسی قرار گرفت که بهترین سطح تجزیه مدل ترکیبی معرفی گردید. لازم به ذکر است که تاخیرهای شماره (t-1) و (t-12) به عنوان موثرترین تاخیرهای داده های سری زمانی شناسایی شدند.

با توجه به بحران زیست محیطی دو دهه اخیر و خشک شدن بخش هایی از دریاچه ارومیه و تأثیرگذاری آن بر زمین های کشاورزی اطراف، این مطالعه با هدف شناسایی کانی ها در خاک های متاثر از مواد مادری مختلف به منظور درک ارتباط متقابل خاک با مواد مادری و پیش بینی روند تغییرات آنها انجام شد. در این پژوهش 26 خاکرُخ بر روی مواد مادری مختلف حفر و تشریح گردید واز بین آنها 13 خاکرُخ شاهد مورد بررسی دقیق قرار گرفتند. نتایج کانی شناسی رس حاکی از حضور کانی های رسی ایلایت، اسمکتیت، کلریت، کائولینیت، ورمی کولیت و پالیگورسکیت در این منطقه می باشد. حضور پالیگورسکیت در خاکرخ ها دارای دو منشا پدوژنیک و به ارث رسیده از مواد مادری می باشد. همچنین کانی های کائولینیت و کلریت به دلیل عدم شرایط لازم برای تشکیل پدوژنیک، به ارث رسیده از مواد مادری است. ایلایت در بیشتر خاک ها منشأ موروثی داشته و درخاکرخ هایی که کاربری زراعی داشتند، جذب پتاسیم توسط کانی های انبساط پذیر انجام شده و در سطح خاک تغییر شکل یافته و ایلایت را تشکیل دادند. منشاء اسمکتیت نیز در برخی از خاک های این منطقه پدوژنیکی بوده و احتمالاً از هوازدگی ایلیت به وجود آمده است و در برخی دیگر توارثی است، چون در سنگ بستر آنها نیز مشاهده شده است. ورمیکولیت های موجود در این منطقه نیز اغلب منشأ پدوژنیکی دارند و حاصل از هوا دیدگی میکا و کلریت می باشند. نتایج تحقیق حاکی از این است که مواد مادری متفاوت، تاثیر زیادی در خصوصیات فیزیکوشیمیایی و مقدار نسبی کانی های خاک در این منطقه داشته است.

پایداری کشاورزی دشت شبستر به عنوان یکی از قطب های کشاورزی استان آذربایجان شرقی بواسطه برداشت های بی رویه از منابع آب زیرزمینی تحت تاثیر قرار گرفته است. تعیین الگوی بهینه کشت متناسب با منابع و محدودیت های منطقه به عنوان یکی از راهکارهای تحول در نظام کشاورزی و حرکت به سمت پایداری تعریف می شود. در این راستا، هدف از مطالعه حاضر بهینه سازی الگوی کشت محصولات کشاورزی در دشت شبستر با توجه به محدودیت آب می باشد. برای این منظور از الگوهای برنامه ریزی خطی و آرمانی تحت سناریوهای مختلف حداکثرسازی سود و حداقل سازی مصرف آب بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که اجرای الگوی بهینه کشت با هدف حداکثرسازی سود باعث گردید که میزان سود کشاورز و مصرف آب به ترتیب 2/382 و 3/44 درصد افزایش و تحت هدف حداقل سازی مصرف آب، میزان سود کشاورز و مصرف آب به ترتیب 6/90 و 87/22 درصد کاهش یابد. اما در اجرای الگوی بهینه کشت با هدف دستیابی همزمان به حداکثر سود و حداقل مصرف آب، ملاحظه شد که میزان سود 1/1 درصد افزایش و میزان مصرف آب 71/4 درصد کاهش می یابد. نتایج الگوی بهینه کشت آرمانی با دستیابی همزمان به حداکثر سود و حداقل مصرف آب حکایت از آن دارد که سطح زیرکشت جو آبی و دیم و کلزا افزایش یافته که بیشترین افزایش سطح زیرکشت مربوط به محصول کلزا که یک محصول استراتژیک است، بوده و همچنان کشت گندم دیم نیز در منطقه حفظ شده که این امر در راستایی تامین امنیت غذایی کشور حاضر اهمیت می باشد.

توسعه یک روش جدید برای تعیین تعداد بهینه حسگر رطوبت خاک گامی مهم و اساسی در مطالعات آب و خاک و حفاظت از منابع آب و خاک در کشاورزی است. هدف از تحقیق ارائه روشی برای تعیین تعداد بهینه حسگر رطوبت خاک با استفاده از روش های زمین آماری و پایش هوشمند وضعیت آب در خاک بود. در این پژوهش، 87 نمونه به صورت یک شبکه منظم از عمق سطحی (30-0) سانتی متری برداشت شد. برای بررسی اثرتعداد حسگر، سه سطح متفاوت (همه حسگر ها، 45 و 30 حسگر) در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد با کاهش تعداد حسگر از دقت تخمین کاسته شده و اثر قطعه ای که نشان دهنده افزایش بخش تصادفی و غیر ساختاری خصوصیت است، بیشتر می شود. در حالت ماکزیمم تعداد حسگر برازش مدل به طور میانگین 2/1% درصد بیشتر از تعداد متوسط حسگر و 7/2% بیشتر از تعداد حداقل حسگر بوده است. کاهش تعداد حسگر در محاسبه واریوگرام باعث افزایش شعاع تأثیر و کاهش نسبت واریانس ساختاردار به غیر ساختاردار شده است. شعاع تاثیر ظرفیت زراعی در زمانی که تعداد حسگر در ماکزیمم حالت خود قرار دارد، نسبت به دو حالت دیگر به ترتیب 8/36% و 4/38% کمتر برآورد شده است. لذا با کاهش تعداد حسگر در هکتار، خطای تخمین به شدت افزایش می یابد. بر اساس یافته ها، استفاده از تعداد حسگر بین 20 تا 30 نمونه در 100 هکتار بهتربن نتیجه را ایجاد کرده و همچنین روش کریجینگ یک تخمین گر ممتاز برای میانیابی رطوبت شناخته شد. روش مطالعه می تواند در تعیین تعداد حسگر بهینه برای برنامه ریزی آبیاری مورد استفاده قرار گیرد.

با در نظر گرفتن نقشی که سدهای ناهمگن می توانند در مهار سیلاب و همچنین ذخیره آب داشته باشند توجه به هیدرولیک جریان در آنها از اهمیت زیادی برخوردار است و از طرفی طراحی صحیح سدهای سنگریزه ای مستلزم بررسی دقیق رفتار جریان در این سد ها می باشد. در این راستا در تحقیق حاضر با مطالعه بر روی سدهای سنگریزه ای با رویه بتنی (CFRD)، از طریق ایجاد شکافهای مختلف برروی رویه بتنی سد در مدل آزمایشگاهی، رفتار نفوذ آب درون بدنه سد بررسی شد. ترکهای عرضی دال بتنی روی سدهای سنگریزه ای با رویه بتنی و جریان آب و نحوه کنترل آن در سدهای سنگریزه ای یکی از مهمترین مسائلی است که در طراحی سدها مورد توجه متخصصین قرار میگیرد. تعیین ضریب دبی عبوری از شیار جهت تخمین دبی عبوری امری مهم و اجتناب ناپذیر می باشد. هدف از این تحقیق محاسبه ضریب دبی شیار مستطیلی واقع در سدهای CFRD در هر دو حالت شرایط مستغرق و آزاد می باشد. پارامترهای هندسی متغیر در این مطالعه شامل ارتفاع شیار از بستر، زاویه شیار واقع شده در رویه بالادست نسبت به افق و پارامترهای هیدرولیکی متغیر شامل ارتفاع هد آب بالادست سد سنگریزه ای می باشند. در پایان با استفاده از آنالیز ابعادی و آنالیز معادلات غیرخطی دو معادله برای پیش بینی ضریب دبی عبوری از شیار بالادست سد CFRD در دو حالت آزاد و مستغرق توسعه داده شد. معادلات توسعه داده شده تطابق خوبی (ضریب همبستگی 0. 988 (جریان آزاد) و 0. 984 (جریان مستغرق)) با نتایج آزمایشگاهی دارند...

هدف مطالعه حاضر، شبیه سازی اندازه ذرات گرد و غبار جوی به منظور آشکارسازی چشمه های گسیل آن ها به مناطق غرب و جنوب غرب ایران می باشد. در این راستا از روش های مدلسازی عددی و سنجش از دوری برای رخدادهای شدید ژوئیه 2008 و 2009 استفاده شد. داده های مورد استفاده شامل کدهای هواشناسی و میزان دید افقی ایستگاه های سینوپتیک، محصول AOD سنجنده مودیس و داده های NCEP/NFL برای اجرای مدل WRF Chem است. نتایج بررسی اندازه ذرات معلق جو روی تصاویر ماهواره ای نشان داد که ذرات موجود در جو اندزه ای کمتر از یک میکرومتر دارند که این اندازه بیانگر ماهیت گرد و خاکی بودن آنها در جو مناطق غرب و جنوب غرب ایران طی دوره های مورد مطالعه است. بر طبق خروجی مدل عددی WRF-Chem در هر دو رویداد گرد و غبار، مناطق واقع در شمال غرب کشور عراق ( مرز بین عراق و سوریه)، مناطق شرقی سوریه و مناطق شرقی عراق (هورالعظیم) به عنوان چشمه های اصلی گسیل ذرات گرد و خاک برای منطقه مورد مطالعه، شناسایی شدند. گرد و غبارهای منشاء گرفته از این مناطق در یک راستای شمال غربی – جنوب شرقی و با گستردگی مکانی و زمانی قابل توجه (تداوم بیش از 3 روز و گسترش مکانی بیش از 3 استان) مناطق غربی و جنوب غربی ایران را تحت تاثیر قرار می دهند. براساس نتایج بدست آمده از این پژوهش، تصاویر AOD سنجنده مودیس و شبیه سازی های مدل WRF Chem برای شناخت ویژگی ها و مناطق منشاء گرد و غبارهای شدید ورودی به منطقه غرب و جنوب غرب ایران از کارایی قابل قبولی برخوردار می باشند.

در این پژوهش تغییرات کمی منابع آب زیرزمینی دشت اردبیل با استفاده از برونداد اقلیمی HadGEM2-ES و ابزارهای هوش مصنوعی Eureqa برای سه دوره آتی (1418-1400، 1438-1420 و 1440-1458) تحت سه سناریوی اقلیمی (RCP2. 6، RCP4. 5 و RCP8. 5) پیش نمایی شد. نتایج نشان داد بیشترین کاهش دبی در فصل تابستان به میزان 27% خواهد بود، این در حالی است که افزایش رواناب سطحی در فصل زمستان تا 12% نیز پیش بینی می شود. علت این امر ادامه روند گرمایش جهانی است که منجر به ذوب سریع تر برف های زمستانی خواهد شد. نتایج مدل ها حاکی از کاهش تراز آب زیرزمینی در تمام ماه های سال در دوره های آتی است که این کاهش در همه دوره-سناریوها معنی دار بوده است. به طور متوسط تراز آب زیرزمینی بین 1/2 تا 3/2 متر کاهش خواهد یافت. کاهش بارش و دبی در فصل تابستان-که مصادف با دوره رشد گیاه است-افزایش برداشت از منابع زیرزمنی را نیز شدت خواهد بخشید. این امر منجر به تشدید بحران آب در منطقه خواهد شد.

مدیریت بهینه منابع آب در حوضه های دارای کاربری های متنوع، مستلزم پیش بینی مناسب واکنش منابع آب با استفاده از مدل های کارآمد می باشد. در این تحقیق از مدل SWAT برای شبیه سازی منابع آب سطحی و زیرزمینی در دشت بهشهر-بندرگز استفاده شد. پس از تحلیل حساسیت، واسنجی و صحت سنجی داده های جریان، در دوره-های 2013-2007 و 2017-2014 انجام شد. شبیه سازی تراز آب زیرزمینی از طریق شبیه سازی میزان تغذیه در هر واحد پاسخ هیدرولوژیک (HRU) صورت گرفت. نتایج تحلیل حساسیت، 14 پارامتر صعود از آبخوان کم عمق، زمان تأخیر انتقال آب از آخرین پروفیل لایه خاک به سطح آب زیرزمینی، عمق اولیه آب در آبخوان کم عمق و عمیق، نفوذ به آبخوان عمیق، ضریب آلفا جریان پایه، ظرفیت آب قابل دسترس خاک، شماره منحنی رواناب، متوسط بیشترین شیب، ضریب جبران تبخیر خاک، عامل حفاظت فرسایش خاک، ضریب زبری مانینگ، عرض نوار صافی و فاکتور جبران تبخیر خاک را به عنوان حساس ترین پارامترها نشان داد. به منظور ارزیابی مدل از معیارهای عملکردی ضرایب نش-ساتکلیف (NS) و همبستگی (R2) استفاده شد. این ضرایب به ترتیب در مرحله واسنجی 56/0 تا 93/0 و 74/0 تا 00/1 و در مرحله صحت سنجی 56/0 تا 84/0 و 66/0 تا 92/0 برآورد شدند که بیانگر دقت قابل قبول مدل در شبیه سازی جریان بود. در مقایسه تغییرات تراز مشاهده ای و شبیه سازی شده، ضرایب NS (81/0) و R2 (91/0) حاکی از کارآیی مدل در شبیه سازی تراز آب زیرزمینی بود. براساس نتایج بیلان آب، از مجموع آب ورودی به دشت، بخش اعظم آن (60%) صرف تبخیر-تعرق، 18 درصد سهم رواناب سطحی و بخش اندکی (22%) به نفوذ اختصاص یافت.

فرسایش بادی و حرکت ماسه های روان، بعنوان یکی از فرآیندهای مهم تخریب سرزمین و یک چالش جدی در ایران به شمار می رود. در این تحقیق تلاش شد با درنظرگرفتن شرایط آب و هوایی، فراوانی روزهای گردوغبار در ایستگاه های سینوپتیک استان سمنان برآورد شود. همچنین میزان فعالیت تپه های ماسه ای براساس شاخص لنکستر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این تحقیق در طول دوره آماری 15 سال (2003-2017) نشان داد ایستگاه دامغان با 10 درصد بادهای فرساینده و تعداد 1058 روز توأم با گرد و غبار و ایستگاه شاهرود با 1 درصد بادهای فرساینده و تعداد 58 روز توأم با گرد و غبار به ترتیب بیشترین و کمترین درصد فراوانی بادهای با سرعت بیشتر از سرعت آستانه ی فرسایش بادی را به خود اختصاص داده اند. نتایج حاصل از شاخص لنکستر نشان داد که شهرستان دامغان با بالاترین شاخص، دارای پتانسیل فعالیت رسوبات بادی «کاملا فعال» می باشد و لذا تثبیت تپه های ماسه ای امری ضروری برای کاهش خسارات ناشی از فعالیت تپه های ماسه ای در این منطقه است. نتایج پیش بینی اثرات تغییر احتمالی عوامل اقلیمی بر تحرک پذیری ماسه های روان در ایستگاه منتخب استان نشان داد که حساسیت تحرک پذیری ماسه نسبت به تغییرات افزایش ناشی از باران بیشتر از سرعت باد و نسبت به تغییرات کاهش ناشی از باران کمتر از سرعت باد می باشد و اگر مقادیر میانگین سرعت باد 30 درصد در آینده کاهش یابد و یا مقدار بارندگی به مقدار 30 درصد افزایش یابد، وضعیت تپه ها از حالت کاملا فعال به فعال تغییر خواهد کرد.