فهرست مطالب

علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی) - سال بیست و پنجم شماره 2 (پیاپی 96، تابستان 1400)

نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)
سال بیست و پنجم شماره 2 (پیاپی 96، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/07/21
  • تعداد عناوین: 20
|
  • فرنوش صنیع ثالث*، سعید سلطانی، رضا مدرس صفحات 1-12

    برای شناسایی خشکسالی و کمی سازی آن، از شاخص های مختلفی استفاده می شود. در این مقاله شاخص خشکسالی پالمر استاندارد شده (SPDI) معرفی و سپس به بررسی وضعیت خشکسالی استان چهارمحال و بختیاری با استفاده از این شاخص پرداخته شد. به این منظور یازده ایستگاه سینوپتیک، تبخیرسنجی و اقلیم شناسی انتخاب شدند. اطلاعات مورد نیاز این تحقیق شامل؛ دما و بارش در مقیاس ماهانه و اطلاعات رطوبتی خاک هستند. برای محاسبه شاخص SPDI، عامل انحراف رطوبتی در مقیاس ماهانه محاسبه شد. سپس به ساخت مقادیر تجمعی انحراف رطوبتی در مقیاس های زمانی 3، 6، 9، 12 و 24 ماهه پرداخته و بعد از آن بهترین توزیع آماری که به این سری ها برازش داده می شد (توزیع GEV) انتخاب شد. آنگاه، این مقادیر به منظور دستیابی به شاخص SPDI استاندارد شدند. نتایج نشان داد که از آنجایی که در محاسبه SPDI عامل رطوبت خاک نیز دخالت دارد نسبت به شاخص های دیگر برای تحلیل و پایش خشکسالی به ویژه خشکسالی کشاورزی معتبرتر خواهد بود. همچنین نتایج نشان داد در این استان سال های 2000، 2001 و 2008 خشک ترین سال ها در بازه زمانی 1988 تا 2012 میلادی هستند و فراوانی خشکسالی به طور کلی در نیمه غربی استان بیشتر مشاهده می شود.

    کلیدواژگان: شاخص پالمر استاندارد شده، پایش خشکسالی، شاخص بارش استاندارد شده، رطوبت خاک، استان چهارمحال و بختیاری
  • نادر سلامتی*، امیرخسرو دانایی، لیلا بهبهانی صفحات 13-24

    به منظور بررسی و ارزیابی اثرات سطوح مختلف کم آبیاری قطره ای بر عملکرد و اجزای عملکرد دانه، عملکرد روغن، درصد روغن دانه و کارآیی مصرف آب دانه آزمایشی در دو سال زراعی 97-1396 و 98-1397 در ایستگاه تحقیقات کشاورزی بهبهان اجرا شد. آزمایش به صورت کرت های یک بار خرد شده بر پایه بلوک های کامل تصادفی با 3 تکرار اجرا شد. مقدار آب در آبیاری قطره ای نواری در چهار سطح 40، 60، 80 و 100 درصد نیاز آبی در کرت های اصلی و دو رقم کنجد محلی بهبهان و شوین در کرت های فرعی از زمان شروع گلدهی مورد مقایسه قرار گرفتند. مقایسه میانگین اثرات متقابل سطوح آبیاری و رقم نشان داد تیمار 100 درصد نیاز آبی در رقم محلی بهبهان با عملکرد 0/1218 کیلوگرم در هکتار رتبه نخست و جایگاه برتر را به خود اختصاص داد میزان مصرف آب در تیمار برتر (100 درصد نیاز آبی و رقم محلی بهبهان) معادل 4/5389 مترمکعب در هکتار محاسبه شد. تیمارهای 100 و 80 درصد نیاز آبی در رقم برتر (محلی بهبهان) با کارآیی مصرف آبی به ترتیب معادل 226/0 و 210/0 کیلوگرم بر مترمکعب اختلاف معنی داری با هم نداشتند و به صورت مشترک در رتبه نخست جای گرفتند. ضریب همبستگی پیرسون محاسبه شده برای صفات اندازه گیری شده نشان داد که بیشترین میزان همبستگی حجم آب مصرفی به میزان (9271/0=r) با وزن هزاردانه محاسبه شد. همبستگی معنی دار حجم آب مصرفی با عملکرد و اجزای عملکرد دانه نشان دهنده حساس بودن گیاه کنجد به تنش کم آبیاری و توجه به مدیریت بهینه آب در کشت کنجد داشت. لذا کاهش حجم آب مصرفی و به تبع آن بروز تنش خشکی در کنجد موجب کاهش عملکرد و اجزای عملکرد شد.

    کلیدواژگان: وزن هزاردانه، کارآیی مصرف آب، رقم
  • سیده مریم بنی هاشمی ترشیزی*، سید سعید اسلامیان، بیژن نظری صفحات 25-44

    تغییرات اقلیمی آشکار پیش رو، تبدیل به دغدغه ای جدی برای جامعه بشری شده است. این پژوهش برای بررسی اثرات تغییر اقلیم بر متغیرهای دما و بارندگی در دشت قزوین در قالب 5 مدل اقلیمی بزرگ مقیاس Hadcm3، CSIRO-MK3، GFDL، CGCM3 و MICROC3.2 و 3 سناریوی انتشار گازهای گلخانه ای A1B، A2 و B1 و ترکیب سناریوهای مختلف در دو دوره زمانی 30 ساله آینده نزدیک (2050-2021) و آینده دور (2051-2080) انجام شد. نتایج این پژوهش نشان داد که به طور میانگین در 4 ایستگاه مورد بررسی تا پایان سال 2050 بارندگی بین دو نسبت  0/5 و 1/4 برابر مقدار بارش دوره مشاهداتی تغییر کرده و میانگین دما به اندازه 0/1- تا 1/6 درجه سانتی گراد نسبت به دوره مشاهداتی تغییر خواهد داشت و تا پایان سال 2080 بارندگی بین دو نسبت 0/5 و 1/7 برابر مقدار بارش دوره مشاهداتی در نوسان بوده و میانگین دما افزایشی بین 0/6 تا 2/6 درجه سانتی گراد را تجربه خواهد کرد. هر دو شاخص خشکسالی SPI و SPEI در آینده نزدیک و دور، افزایش تعداد دوره های خشک را در همه ایستگاه ها نشان می دهد. اما مقدار مجموع توالی های منفی با توجه به بازه های 3، 12 و 24 ماهه در سطح ایستگاه ها متفاوت بود. از دیدگاه شاخص SPEI نسبت به دوره پایه، مجموع توالی های منفی خشکسالی و تعداد دوره های خشک در آینده 3 ایستگاه آوج، باغ کوثر و نیروگاه افزایش و در ایستگاه قزوین کاهش خواهد داشت اما از دیدگاه شاخص SPI ایستگاه باغ کوثر از نظر مجموع توالی های منفی و تعداد دوره های خشک در آینده نسبت به دوره پایه، افزایش و 3 ایستگاه دیگر بیشتر از نظر تعداد دوره های خشکسالی با افزایش روبه رو هستند و مجموع توالی های منفی کاهش نشان می دهد. نتایج نشان داد در آینده رخدادهای خشکسالی به سمت شدید شدن و همچنین رخدادهای ترسالی به سمت فرین شدن پیش می روند.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، دشت قزوین، دما، بارندگی، خشکسالی، شاخص بارش استاندارد شده (SPI)، شاخص بارش و تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI)
  • مرتضی کفاش، حسین ثنایی نژاد* صفحات 45-62

    دمای سطح زمین (LST) پارامتری مهم در سیستم های اقلیمی و آب و هوایی است. یکی از راه‏های منحصر به فرد تخمین این پارامتر مهم اقلیمی، استفاده از فناوری سنجش ‏از ‏دور است. اما محصولات ماهواره ای یا دارای قدرت تفکیک مکانی پایین هستند یا دارای قدرت تفکیک زمانی پایین که پتانسیل کاربرد آنها را در مطالعات مختلف با محدودیت مواجه می سازد. در سال‏ های اخیر، استفاده از تکنیک ‏های ادغام مکانی- زمانی به منظور تولید تصاویر با قدرت تفکیک مکانی و زمانی زیاد همزمان، مورد تحقیق و بررسی گسترده‏ای قرار گرفته‏ اند. در این مطالعه برای تولید تصاویر LST با قدرت تفکیک مکانی سنجنده  TIRS لندست و قدرت تفکیک زمانی سنجنده مودیس، از الگوریتم انعطاف‏پذیر ادغام داده مکانی- زمانی (FSDAF) استفاده شد. اعتبارسنجی کمی و کیفی تصاویر تولید شده توسط مقایسه با LST واقعی لندست انجام شد. نتایج نشان داد الگوریتم FSDAF هم از لحاظ کیفی و هم از لحاظ کمی، از دقت بالایی در برآورد داده‏ های روزانه LST برخوردار است. میزان پارامترهای RMSE و MAE تصاویر مصنوعی نسبت به تصاویر واقعی به ترتیب بین 1/18 تا 1/71 و 88/0 تا 1/29 درجه سانتی‏ گراد بود. میزان همبستگی بالاتر از 0/87 و اریبی بین 0/6- تا 1/45 درجه سانتی‏ گراد نیز موید دقت و صحت بالای الگوریتم در برآورد LST شبه ‏لندست در مقیاس زمانی روزانه است.

    کلیدواژگان: دمای سطح زمین، ادغام مکانی- زمانی، لندست، مودیس، سنجش از دور
  • ریحانه السادات موسوی زاده مجرد*، سید حسن طباطبائی، نگار نورمهناد صفحات 63-75

    زاویه تماس آب- خاک معیار کمی تمایز خاک آبدوست و آبگریز است. اهداف این پژوهش شامل: 1) بررسی روش های اندازه گیری زاویه تماس شامل روش مولاریته الکل، صعود مویینگی، شاخص جذب پذیری و روش قطره چسبان و 2) تعیین مناسب ترین روش در یک نمونه خاک با بافت لوم شنی است. در این پژوهش سطوح مختلف آبگریزی به طور مصنوعی با استفاده از اسید استیاریک و با آزمون نفوذ قطره آب تهیه شد. زاویه تماس خاک آبدوست در روش های مولاریته الکل، صعود مویینگی، شاخص جذب پذیری (دو شیوه محاسبه) و قطره چسبان به ترتیب 89/9، 75/41، (57/81) 56/28 و 58/91 درجه محاسبه شده است. روش قطره چسبان با استفاده از دستگاه اندازه گیری زاویه تماس بررسی شد. با این روش زاویه تماس در پنج سطح آبگریزی به ترتیب 58/91، 104/92، 120/48، 129/96 و 173/07 درجه تعیین شد. روش قطره چسبان به دلیل عدم محدودیت کاربرد در خاک های آبگریز و دقت ناشی از ترکیب توام مشاهده عینی برخورد قطره آب به خاک و نرم افزار در تعیین زاویه تماس، مناسب ترین روش اندازه گیری زاویه تماس در خاک های آبگریز است. ارتباط زاویه تماس به عنوان شاخص کمی آبگریزی و زمان نفوذ قطره به عنوان شاخص کیفی، بررسی شد و همبستگی مثبت (R2=0.975) ارزیابی شد.

    کلیدواژگان: آزمون نفوذ قطره آب، روش صعود موئینگی، روش مولاریته الکل، شاخص جذب پذیری، قطره چسبان، دستگاه اندازه گیری زاویه تماس
  • سید حسین روشان*، کاکا شاهدی، محمود حبیب نژاد روشن صفحات 77-90

    شبیه سازی فرایند بارش- رواناب در حوضه آبخیز از نقطه نظر درک بهتر مسایل هیدرولوژیک، مدیریت منابع آب، مهندسی رودخانه، سازه های کنترل سیل و ذخیره سیلاب اهمیت ویژه ای دارد. در این تحقیق، به منظور شبیه سازی فرایند بارش- رواناب از داده های بارش و دبی جریان در دوره زمانی 1396-1376 استفاده شد. بعد از کنترل کیفی و صحت داده ها، تاخیر بارش و دبی با استفاده از ضرایب خودهمبستگی، خود همبستگی جزیی و همبستگی متقارن در نرم افزار R Studio مشخص شد. سپس پارامترهای موثر و ترکیب بهینه نیز به روش آزمون گاما تعیین و برای اجرای مدل تحت سه سناریوی مختلف در نرم افزار MATLAB مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج آزمون گاما نشان داد که پارامترهای بارش روز جاری، بارش یک روز قبل، دبی روز قبل و دو روز قبل دارای بیشترین تاثیر در دبی خروجی حوضه هستند. همچنین ترکیب های Pt Qt-1 و Pt Pt-1 Qt-1 Qt-2 Qt-3 مناسب ترین ترکیب بهینه ورودی برای مدل سازی انتخاب شدند. نتایج مدل سازی نشان داد که در مدل ماشین بردار پشتیبان تابع کرنل پایه شعاعی (RBF) نسبت به کرنل های چندگانه و خطی دارای عملکرد بهتری است. همچنین کارایی مدل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) نسبت به مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) با تابع کرنل پایه شعاعی (RBF) بهتر است.

    کلیدواژگان: آزمون گاما، ترکیب بهینه، محاسبات نرم، شبکه عصبی مصنوعی، ماشین بردار پشتیبان، حوضه آبخیز کارون شمالی
  • امیررضا بهره بر، محمد حیدرنژاد*، علیرضا مسجدی، امین بردبار صفحات 91-105

    ترکیب سرریزهای کنگره ای با روزنه می تواند راه حلی مفید برای عبور مواد شناور از روی سرریز و انتقال مواد رسوبی از روزنه باشد. همچنین ایجاد شکاف در بال سرریز موجب عبور دبی بیشتری می شود. در این تحقیق با چهار دبی (5، 10، 15 و 20 لیتر بر ثانیه) و عرض و ارتفاع کانال 30 و 40 سانتی متر، مدل های سرریزهای کنگره ای ذوزنقه ای- روزنه، مربعی- روزنه و مثلثی- روزنه به صورت آزمایشگاهی و با نرم افزار Flow3D با مدل آشفتگی K-ε از نوع RNG  مطالعه شد و نتایج با همدیگر مقایسه شد از بین تمامی مدل های گفته شده، سرریز کنگره ای مثلثی- روزنه دار  بیشترین ضریب دبی را به خود اختصاص داد و با افزایش نسبت Ht/P (Ht: هد آب روی تاج سرریز، P: ارتفاع سرریز) برای تمامی مدل ها ضریب دبی افزایش یافت. با توجه به کارآیی این نوع از سرریزها بیشترین ضریب دبی در نسبت های Ht/P  پایین، به دست آمد. در نسبت های پایین با توجه به اینکه جریان به حالت آزاد است ضریب دبی سرریز روند صعودی داشته و با افزایش این نسبت سرریز حالت نیمه مستغرق پیدا می کند. همچنین برای طراحی سرریز، بهترین نسبت Ht/P در محدوده بین 0/13 تا 0/41 است که حداکثر ضریب دبی معادل 1/2Cd= در این محدوده قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: سرریز- روزنه، ضریب دبی جریان، طول موثر، Flow3D
  • علی مقتدری، ابراهیم ولیزادگان* صفحات 107-118

    در تحقیق حاضر، خصوصیات هیدرولیکی دریچه های آویزان که در انتهای کانال های ذوزنقه ای نصب شده اند مورد بررسی قرار گرفت. در مدل ساخته شده از سه کانال ذوزنقه ای و چهار دریچه با وزن های متفاوت برای هر کانال استفاده شد. با استفاده از آنالیز ابعادی و بر اساس آزمایش های متعدد، معادلاتی برای تخمین دبی جریان برای هر شیب جانبی توسعه داده شدند. در این تحقیق پنج فرم رابطه دبی - اشل، به کار گرفته شدند تا برای هر شیب جانبی روابط جداگانه ای برای تخمین دبی جریان به دست آید. نتایج نشان می دهند در یک کانال با شیب جانبی معین هیچ کدام از فرم های رابطه دبی- اشل که بتواند وزن دریچه های متفاوت را در قالب رابطه ای واحد در برداشته باشد برای تخمین دبی مناسب نیستند. اما فرم های اول، دوم و سوم رابطه دبی - اشل برای تخمین دبی جریان در یک کانال با شیب جانبی مشخص فقط برای یک دریچه با مشخصات معین کاملا مناسب هستند. در برآورد دبی با استفاده از فرم اول رابطه دبی- اشل مقادیر حداکثر پارامترهای آماری ریشه دوم میانگین مربعات خطا (RMSE)، حداکثر خطا (ME) و درصد متوسط خطای نسبی (MARE)، در بین هر سه کانال به ترتیب 1/0001 مترمکعب بر ثانیه، 0/00022 مترمکعب بر ثانیه و 0/22 درصد به دست آمده اند. مقادیرکلیه پارامترهای آماری فوق برای فرم های اول، دوم و سوم رابطه دبی- اشل در متن مقاله ارایه شده اند.

    کلیدواژگان: دریچه آویزان - کانال ذوزنقه ای - کنترل جریان - اندازه گیری جریان
  • سیروس جعفری*، مریم کریم زاده، عباس عبدشاهی صفحات 119-133

    خصوصیات اکثر خاک های مناطق خشک و نیمه خشک متاثر از کربنات ها است. با هدف تعیین توزیع کربنات ها در اجزای اندازه ای برخی از خاک های استان خوزستان این مطالعه انجام شد. خاک های سرآب تا پایاب رودخانه های کارون، کرخه و جراحی در اعماق 50-0، 100-50 و 100-150 سانتی متری مطالعه شد. نتایج نشان داد که میانگین مقادیر کربنات ها در خاک های حوضه رودخانه جراحی (37%) اختلاف معنی داری با میزان آن در خاک های دو رودخانه دیگر داشت (33%). کربنات ها در همه اجزای اندازه ای خاک ملاحظه شد ولی به بیشترین میزان در جزء رس وجود داشتند. بیشترین رابطه رگرسیونی بین ذرات خاک در جزء رس بود (0/375). بیشترین درصد کاهش ذرات پس از حذف کربنات ها، به ذرات سلیت درشت مربوط بود (0/75). بنابراین بافت خاک در جراحی از رسی، در کارون از رسی و رسی سیلتی و در کرخه از رسی سیلتی در اثر حذف کربنات ها به لوم شنی تغییر یافت. توزیع میزان کربنات ها در اعماق مختلف برای خاک های رودخانه ها و کل خاک های مورد مطالعه تفاوت معنی داری نداشت. توزیع به نسبت یکسان اندازه کربنات ها در چهار جزء مورد بررسی در این خاک ها از سطح تا عمق، نشان داد که کربنات ها از مواد مادری یعنی رسوبات آبرفتی سیلابی این رودخانه ها نشات گرفته اند.

    کلیدواژگان: جراحی، رس، سیلت ریز، کارون، کربنات، کرخه
  • حسین کاظمی زاده، مجتبی صانعی*، هومن حاجی کندی صفحات 135-150

    با افزایش چاله آبشستگی در بالادست و پایین دست پایه های پل طراحی شده روی رودخانه ها، پایداری استاتیکی سازه پل به مخاطره کشیده می شود. برای مقابله با این پدیده  هیدرولیکی راهکارهای مختلفی پیشنهاد شده است. یکی از این راهکارها، تغییر هیدرودینامیک جریان در اطراف پایه پل ها است. این راهکار با کاهش جریان پایین رونده در بالادست پایه پل ها از افزایش آبشستگی جلوگیری به عمل می آورد. در تحقیق حاضر، با استفاده از ساخت مدل های پایه پل مربع با زبری های مستطیلی و مثلثی در دو حالت پیوسته و ناپیوسته در ابعاد مختلف سعی در بررسی تاثیر ساختار هندسی زبری های مورد آزمایش بر حداکثر میزان عمق آبشستگی در اطراف پایه پل مربعی شد. نتایج تحقیق نشان داد، با افزایش طول زبری در بالادست و پایین دست پایه پل، چاله آبشستگی به صورت محسوسی با نرخ کاهشی عمق آبشستگی ماکزیمم در حدود 34 درصد نسبت به مدل شاهد (بدون زبری) تغییر وضعیت می دهد. همچنین مقایسه های بین مدل های زبری پیوسته و ناپیوسته نشان داد، با اجرای ناپیوسته زبری مستطیلی و مثلثی میزان حداکثر عمق آبشستگی به صورت محسوسی کاهش پیدا می کند. درنهایت با درنظر گرفتن آنالیز ابعادی، رابطه ای بر پایه رگرسیون غیرخطی بر داده های آزمایشگاهی برازش داده شد. در این رابطه به ازای وجود رسوبات ماسه ای، متوسط میزان عمق آبشستگی در حالت های مختلف زبری پیش بینی شد. نتایج نشان داد، مقادیر محاسباتی با مقادیر واقعی به دست آمده از آزمایشات برازش مناسبی دارد.

    کلیدواژگان: گودال آبشستگی، پایه پل مربعی، زبری مستطیلی، زبری مثلثی، رگرسیون غیرخطی، آنالیز ابعادی
  • کورش شیرانی* صفحات 151-174

    شناسایی مناطق حساس و مستعد فرسایش خندقی با استفاده از مدل‏ های آماری و همچنین استفاده حداکثری از داده‏ ها و اطلاعات موجود با صرف هزینه و زمان کم‏تر و دسترسی ‏به ‏‏دقت بیش‏تر از اهمیت ویژه‏ای برخوردار می‏باشد. هدف این پژوهش تعیین مناطق حساس به فرسایش خندقی و تهیه نقشه حساسیت نسبت به آن با استفاده از ‏داده‏ کاوی‏‏ روش‏ های آماری دو متغیره دمپسترشفر و چندمتغیره خطی و تلفیق آن‏ها به منظور ارتقاء قابلیت‏ ها و مرتفع نمودن معایب آن‏ها در حوزه آبخیز سمیرم در جنوب استان اصفهان می‏باشد. بدین منظور با استفاده از نقشه پراکنش مکانی 156 ‏خندق‏ و14 پارامتر موثر در رخداد ‏خندق، مقادیر شاخص ضریب تحمل (TOL) و فاکتور تورم واریانس (VIF) آزمون هم‏خطی چندگانه (Multicollinearity) عوامل موثر تعیین شدند. مدل سازی و اعتبارسنجی به ترتیب با استفاده از نسبت 70 و 30 درصد ‏خندق‏ های شناسایی شده انجام شد. نقشه ‏های حساسیت تهیه شده به 5 طبقه حساسیت خیلی کم تا خیلی زیاد تقسیم شدند. شاخص سطح سلول هسته (SCAI) و سطح زیر منحنی ویژگی عملگر گیرنده (AUC-ROC) به ‏ترتیب به‏ منظور تعیین آستانه‏ های طبقات و اعتبارسنجی نقشه‏ های پهنه‏ بندی حساسیت مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج روش رگرسیون چند متغیره نشان داد که پارامترهای کاربری اراضی، شیب و فاصله از آبراهه بیش ترین تاثیر را در رخداد ‏خندق داشته ‏اند. مدل تلفیقی با AUC-ROC معادل 0/942، نسبت به مدل‏ های نظریه شواهد دمپسترشفر (0/924) و رگرسیون چند متغیره (0/864) از دقت بیش‏تری برخوردار می‏باشد. همچنین مقدار SCAI در مدل ‏تلفیقی‏‏ از رده های حساسیت خیلی کم به خیلی زیاد دارای روند نزولی می‏باشد که بیانگر تفکیک مناسب رده بندی حساسیت در این مدل می‏ باشد.

    کلیدواژگان: پهنه بندی، حساسیت، حوضه پایاب سمیرم، خندق، رگرسیون چندمتغیره، دمپسترشفر، عدم قطعیت
  • سمانه سادات آریاپاک، احمد جلالیان*، ناصر هنرجو صفحات 175-190

    در این پژوهش، توزیع زمانی و مکانی نرخ فرونشست گرد و غبار در نیمه غربی و شرقی شهر تهران و پارامترهای اقلیمی موثر بر آن مطالعه شدند. در 34 نقطه از شهر، گرد و غبار توسط تله های شیشه ای مستقر روی بام، طی 12 ماه نمونه برداری و داده های اقلیمی از ادارات مربوطه، تهیه و آنالیز شدند. بیشترین میزان نرخ فرونشست مربوط به نیمه غربی شهر و میزان کل آن از 54/52 تا 121/21 گرم بر مترمربع در سال متغیر بوده است. در هر دو نیمه شهر فصل تابستان دارای بیشترین میزان نرخ فرونشست و مناطق مرکزی آن دارای بیشترین مقدار است. همبستگی های مثبت و معنی داری میان نرخ فرونشست با دما و سرعت متوسط باد و همبستگی های منفی معنی داری میان نرخ فرونشست با بارندگی و رطوبت نسبی در تمام ماه ها مشاهده شد، که توجیه کننده زیاد بودن نرخ فرونشست در فصول خشک سال بوده است. نتایج رگرسیون گام به گام نشان داد، بارندگی مهم ترین عامل تاثیرگذار بر نرخ فرونشست در هر دو نیمه از شهر بوده است. شهر تهران دارای موقعیت خاص جغرافیایی است وجود سدهای کوهستانی مانع خروج گرد و غبار از شهر و کریدور جریان هوای شهر تهران، با گسترش ساخت و ساز و بلند مرتبه سازی دچار مشکل شده است. از دیگر عوامل تاثیرگذار بر نرخ فرونشست در این شهر علاوه بر فاصله از منبع برداشت، پارامترهای جوی می توان به وجود اراضی بایر اطراف شهر، پوشش گیاهی، عملیات عمرانی و ترافیک اشاره کرد.

    کلیدواژگان: نرخ فرونشست گرد و غبار، پارامترهای اقلیمی، رگرسیون گام به گام، اثر بلندمرتبه سازی، نیمهغربی و شرقی کلان شهر تهران
  • اردوان قربانی*، مهدی معمری، فرید دادجو، لیدا عندلیبی صفحات 191-202

    هدف این تحقیق مدل سازی زی توده گیاهی فرم های رویشی و کل توسط پارامترهای خاک در مراتع هیر- نیور استان اردبیل بود. ابتدا با درنظر گرفتن تیپ های گیاهی و عوامل محیطی، در مرحله اوج رویش گیاهان، زی توده گیاهی با استفاده از پلات های یک مترمربعی به روش قطع و توزین برداشت شد. در امتداد هر یک از ترانسکت ها یک نمونه خاک برداشت و به آزمایشگاه خاک شناسی منتقل و برخی خصوصیات آن با روش های متداول اندازه گیری شد. با استفاده از رگرسیون خطی چندگانه توسط عوامل خاک، معادله پیش بینی زی توده فرم های رویشی و کل سطح مراتع استخراج و نقشه های مربوطه شبیه سازی شد. با توجه به نتایج، پارامترهای سیلت، هدایت الکتریکی، کلسیم، پتاسیم محلول، کربن آلی، کربن آلی ذره ای، pH، منیزیم، آهک، رس، فسفر و رطوبت حجمی بیشترین اثرگذاری و درصد پیش بینی را داشتند (01/0>P). صحت نقشه های شبیه سازی شده نیز با استفاده از معیار RMSE برای گندمیان، پهن برگان علفی، بوته ای ها و کل به ترتیب 81/0، 65/0، 34/0 و 46/0 محاسبه شد. یافته های این تحقیق نه تنها به اهمیت عوامل خاک بر تغییرات زی توده مراتع اشاره دارد، بلکه به عنوان اطلاعات پایه برای مدیریت مراتع در راستای ایجاد حالت تعادل در میزان عرضه و تقاضای انرژی و توازن کربن اکوسیستم قابل استفاده است.

    کلیدواژگان: زی توده، فرم رویشی، شبیه سازی، رگرسیون خطی، معادله پیش بینی
  • سمیه جنت رستمی*، علی صلاحی صفحات 203-217

    رعایت سه اصل اساسی بهره وری، عدالت و پایداری در تخصیص منابع آب ضروری است. اما، معمولا برقراری عدالت در تخصیص آب کمتر مورد توجه قرار می گیرد. ناحیه آبیاری فومنات با 5 واحد عمرانی، یکی از نواحی سه گانه شبکه آبیاری و زهکشی سفیدرود است که بیش از 90 درصد وسعت اراضی این ناحیه مربوط به اراضی شالیزاری است. با توجه به اینکه، آب نقش مهمی در شالیزارهای برنج دارد، عدم توزیع یکنواخت منابع آب موجود در کل ناحیه آبیاری در فصول کشت برنج سبب بروز کمبود آب آبیاری و خسارت های زیادی در بعضی از اراضی ناحیه آبیاری خواهد شد. در این مطالعه، با توجه به منابع آب مشترک بین واحدهای عمرانی واقع در ناحیه آبیاری فومنات، عدالت در میزان برداشت از آب زیرزمینی و آب دریافتی از کانال شبکه آبیاری و زهکشی سفیدرود بین واحدهای عمرانی با استفاده از معیار ضریب جینی ارزیابی شد. به این ترتیب، یک مدل بهینه سازی تخصیص آب با دو هدف حداکثر کردن عدالت در تخصیص آب زیرزمینی و آب کانال با توجه به رعایت حداقل سود اقتصادی در واحدهای عمرانی توسعه یافت. نتایج نشان داد که در حالت بهینه، میزان عدالت تخصیص منابع آب زیرزمینی و آب کانال در مقایسه با وضعیت موجود به ترتیب 46/3 و 43/7 درصد افزایش یافت. همچنین ارزیابی تخصیص بهینه منابع آب موجود نشان می دهد که مقادیر برداشت از آب زیرزمینی و آب دریافتی از کانال به صورت  متعادل بین واحدهای عمرانی توزیع می شود.

    کلیدواژگان: ضریب جینی، شبکه آبیاری و زهکشی سفیدرود، سود اقتصادی، عدالت
  • آرتمیس معتمدی*، مجید گلوئی صفحات 219-236

    برای تخمین میزان فرسایش سالانه خاک در نقاط مختلف دنیا از روش های تجربی و عددی گوناگونی استفاده می شود که دقت هر یک به پارامترهای مورد استفاده در آنها بستگی دارد. یکی از پرکاربردترین این روش ها، روش USLE است که استفاده فراوانی در تخمین میزان رسوب متوسط سالانه ورقه ای و شیاری حوضه دارد. در این معادله اکثر پارامترهای موثر در فرسایش شامل پوشش گیاهی، شیب حوضه، بارش، جنس خاک و عامل حفاظت خاک لحاظ شده اما در این تحقیق نشان داده شده است که این معادله در مناطق کوهستانی پوشیده شده از سنگ و برف دارای دقت پایینی است. بدین منظور قسمتی از فلات تبت در کشور چین که نتایج مشاهده ای آن در دسترس بوده، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است و نقشه های توپوگرافی، NDVI، خاکشناسی، متوسط بارندگی ماهانه و سالانه 30 سال اخیر منطقه جمع آوری و درنهایت تحلیل شد. به منظور افزایش دقت مدل سازی، ضریب پوشش گیاهی با روش های مختلف تفسیر نقشه های NDVI با دقت بالا استخراج شدند و کلیه متغیرها و عوامل دخیل در فرسایش و هدررفت خاک با توجه به معادله USLE در بستر ArcGIS محاسبه شد. نتایج نهایی مدل سازی نشان داد که روش USLE مقدار برآورد فرسایش خاک منطقه را بیشتر از نتایج سایر پژوهشگران چینی که بازدید میدانی از منطقه داشته اند، نشان می دهد که علت این خطا، وجود مناطق وسیع پوشیده شده از برف و گلسنگ در منطقه است که اگرچه فرسایش ناچیزی دارند ولی نقشه های NDVI قادر به تحلیل آن نیست. نتایج تحلیل نقشه های NDVI نشان می دهد که معادلات فو و پتیل - شرما مناسب برآورد رسوب در مناطق کوهستانی نیستند و سایر معادلات مانند لین، ژو و دوریگون، چنانچه قرار است در مناطق با ارتفاع بیش از 5500 متر مورد استفاده قرار گیرند بایستی با اعمال ضریب 0/2 در پارامتر C تعدیل شوند تا نتایج مدل سازی، مشابهت بیشتری با واقعیت داشته باشد.

    کلیدواژگان: فرسایش خاک، مدل USLE، فلات تبت، NDVI، پوشش برفی
  • یاسر سبزواری، مهری سعیدی نیا* صفحات 237-253

    فایوپنمن مانتیث روشی مبنا، برای برآورد تبخیر- تعرق مرجع است. در خیلی از موارد دسترسی به همه اطلاعات مورد نیاز، مشکل است، لذا جایگزینی مدل های با ورودی های اولیه کم و دقت مناسب ضرورت می یابد. هدف از این پژوهش بررسی قابلیت مدل های تجربی، برنامه ریزی بیان ژن، رگرسیون گام به گام و شبکه بیزین در برآورد تبخیر- تعرق مرجع است. برای اطلاعات ورودی مدل از اطلاعات روزانه ایستگاه سینوپتیک بروجرد در بازه زمانی 1396- 1375 استفاده شد. بر اساس همبستگی بین پارامترهای ورودی و خروجی، شش الگوی ورودی برای مدل سازی تعیین شد. نتایج نشان داد از بین مدل های تجربی، مدل کیمبرلی پنمن دارای عملکرد بهتری است. برنامه ریزی بیان ژن با الگوی چهارم و عملگرهای پیش فرض مدل، دارای 0/98=R2 و  9/0 =RMSE، شبکه بیزین با الگوی ششم، دارای 0/91= R2 و  01/1 =RMSE و رگرسیون گام به گام با الگوی ششم دارای 0/91=R2 و  9/0 =RMSE در مرحله آموزش دقیق ترین الگوها هستند. مقایسه عملکرد مدل ها حاکی از برتری مدل برنامه ریزی بیان ژن نسبت به بقیه مدل ها بود به طوری که دارای  متوسط قدر مطلق خطای نسبی (AARE) به میزان 0/12 و نسبت میانگین (MR) به میزان 0/94 بود. نتایج به دست آمده نشان داد که برنامه ریزی بیان ژن دارای توانایی قابل قبولی در تخمین تبخیر- تعرق مرجع تحت شرایط آب وهوایی بروجرد بوده و و می تواند به عنوان یک مدل مناسب ارایه شود.

    کلیدواژگان: فائوپنمن مانتیث، تبخیر- تعرق مرجع، شبکه بیزین، برنامه ریزی بیان ژن
  • حسین افشاری*، رضا قضاوی، سیامک دخانی صفحات 255-267

    کمبود و محدودیت تامین منابع آب در مناطق خشک و نیمه خشک، شناسایی منابع جایگزین و بهره برداری مجدد از آن با رعایت ملاحظات زیست محیطی را ضروری ساخته است. ایده استفاده از رواناب ها یک فلسفه و رویکرد مدیریتی تطبیقی به منظور متعادل کردن اقدامات برای ارایه پایدار خدمات آب و مدیریت خطرات مربوط به شرایط بحرانی است. تحقیق حاضر به منظور طراحی مدل مناسب مدیریت منابع آبی با رویکرد مدیریت بحران انجام پذیرفته است. در این مطالعه برای تعیین شاخص ها و ابعاد مدل مدیریت منابع آبی با رویکرد مدیریت بحران از روش دلفی بر اساس مراحل سه گانه اشمیت و همکاران  استفاده شد.  برای انجام این پژوهش، پس از تعیین تخصص های مورد نیاز، اعضای پانل دلفی در سه مرحله و با استفاده از روش های نمونه گیری تصادفی، شناسایی و انتخاب شدند. جامعه آماری تحقیق را در مرحله دلفی اساتید دانشگاه با تخصص منابع آب و آبخیزداری و کارشناسان پدافند غیرعامل سازمان آب تشکیل دادند. در ابتدا اعضای پانل بر اساس استنباط خود از مدل، گویه هایی را مشخص کردند و بعد از حذف موارد تکراری تعداد 43 نوع گویه باقی ماند. از بین 43 گویه باقی مانده، گویه های با ضریب اهمیت ضعیف و متوسط حذف شدند و در نهایت 36 گویه در تحلیل ماندند. مدل نهایی مدیریت منابع آبی با رویکرد مدیریت بحران بر اساس نظر خبرگان با گویه مورد تایید قرار گرفت. بر اساس یافته های تحقیق، گویه "طراحی سیستم های جمع آوری آب باران و تعبیه مخازن در بخش های مختلف شهر و مخازن منتهی به پشت بام هر خانه برای استفاده در شرایط بحرانی و اخلال در سیستم آبرسانی سراسری" با میانگین 4/94 در رتبه اول، و گویه "وجود حسگرها در قسمت های مختلف تونل های تاسیساتی عبور لوله های آب" با میانگین 2/10 در رتبه سی و سوم قرار گرفتند. درنهایت گویه های مشخص شده توسط پنل اعضای دلفی در زمینه مدیریت منابع آب در شرایط بحرانی، در چهار شاخص کلی مقاوم سازی، ایمنی، فرهنگ سازی و برنامه ریزی طبقه بندی شد. به طور کلی لازم است تا مسیولین منابع آب شهری و همچنین مدیریت بحران در جهت آمادگی برای شرایط بحران و همچنین استفاده صحیح، اصولی و علمی از منابع آبی موجود استحصال و ذخیره آب باران و رواناب ها را به منظور استفاده در شرایط بحرانی و اخلال در سیستم آبرسانی سراسری را مدنظر قرار دهند.

    کلیدواژگان: آب جایگزین، آبخیزداری شهری، مدیریت استراتژیک، بازیافت آب، روش دلفی
  • مرضیه معتمدی، حمیدرضا عشقی زاده*، افسانه نعمت پور، سید علیرضا گوهری، بابک صفا صفحات 269-287

    در سطح جهانی تغییرات آب و هوایی، موضوع پذیرفته شده بسیار مهمی است ولی تاثیرات منفی آن در مناطق خشک و نیمه خشک مثل ایران بسیار شدید خواهد بود. لذا در این مطالعه، به بررسی دو سناریوی اقلیمی شامل 8/5- RCP (سناریوی بحرانی) و 4/5- RCP (سناریوی متوسط) در سال های 2020، 2030 و 2040 و تاثیر آن بر تغییرات دما در دوره رشد گندم در 5 شهرستان استان اصفهان شامل: اصفهان، نجف آباد، چادگان، برخوار و میمه پرداخته شد. بررسی تغییرات دما در طول دوره رشد گندم طی دهه های آتی نشان داد که شهرستان های برخوار، اصفهان، نجف آباد، چادگان و میمه به ترتیب تعداد روز بیشتری با دمای بالاتر از 30 درجه سلسیوس را در سال های 2020، 2030 و 2040 نسبت به میانگین دو سال اخیر (18-2017) تجربه خواهند کرد. همچنین در مقایسه با شرایط کنونی بیشترین درصد تغییرات از نظر تعداد روزهای با دمای بالاتر از 30 درجه سلسیوس در شرایط اقلیمی آینده (2020، 2030 و 2040)، به ترتیب در شهرهای برخوار، میمه، چادگان، نجف آباد و اصفهان مشاهده شد. دامنه درصد تغییرات تعداد روزهای بالاتر از 30 درجه سلسیوس در شرایط اقلیمی آینده نسبت به شرایط کنونی، بین 5 درصد (اصفهان) تا 97 درصد (برخوار) متغیر بود. درصد تغییرات در تمام شهرهای مطالعه شده در 8/5-RCP بیشتر از 4/5-RCP بود. در طول دوره رشد گندم، تعداد روزهای با دماهای کمتر از صفر درجه سلسیوس در شهرستان های اصفهان، برخوار و میمه کمتر و در شهرستان های نجف آباد و چادگان بیشتر خواهد بود. مقدار تبخیر- تعرق در طول دوره رشد گندم نیز در دهه های آتی افزایش خواهد یافت. بنابراین تدوین و کاربرد استراتژی های سازگاری برای هر شهرستان به منظور تضمین تولید گندم در منطقه حایز اهمیت است.

    کلیدواژگان: امنیت غذایی، تغییر اقلیم، گرمایش جهانی، گندم
  • زهرا کولیوند، شاهرخ قاضی مرادی*، فواد کیلانه ئی، سید تقی امید نائینی صفحات 289-302

    استفاده مجدد از پساب تصفیه شده در کشورهایی نظیر ایران که از بی‏آبی نسبی رنج می‏برند، به عنوان رویکردی مهم در مدیریت منابع آب مطرح می شود. در ‏این ‏میان به کارگیری روش ‏های نوین تصفیه فاضلاب مثل رشد چسبیده به دلیل زمان راه‏اندازی کوتاه‏تر، زمین و فضای اشغالی محدودتر در مقایسه با دیگر روش‏ های تصفیه اهمیت یافته ‏است. این پژوهش به بررسی عملکرد رآکتور بیوفیلمی بستر متحرک در تصفیه فاضلاب شهری و تعیین مدل مناسب برای آن پرداخته ‏است. آزمایش ‏ها با استفاده از یک رآکتور به حجم مفید 15 لیتر و فاضلاب سنتزی با COD ورودی 500 میلی‏گرم‏ بر ‏لیتر (تقریبا مشابه غلظت فاضلاب شهری)، در سه سطح پرشدگی 30، 50 و 70 درصد و نیز در سه زمان ماند 4، 8 و 12 ساعت انجام شدند. با توجه به نتایج به‏ دست ‏آمده، درصد پرشدگی 50 و زمان ماند 4 ساعت به عنوان موارد بهینه انتخاب شدند. همچنین بررسی مدل ‏های سینتیکی موجود نشان می‏دهد که مدل مرتبه دوم گراو برای توضیح ضرایب سینتیکی حذف مواد آلی در رآکتور مورد آزمایش مناسب‏ترین مدل است. علاوه بر این، یک مدل رگرسیونی برای تخمین COD بر اساس درصد پرشدگی و زمان ماند ارایه شده‏ است.

    کلیدواژگان: تصفیه فاضلاب شهری، رآکتور بیوفیلمی بستر متحرک، مدل سینتیکی، درصد پرشدگی بهینه، زمان ماند بهینه
  • حمیدرضا متقیان*، مرتضی شیرمحمدی، علیرضا حسین پور صفحات 303-314

    آهن عنصر کم مصرف ضروری برای گیاهان است و معمولا کمبود آن در خاک های آهکی گزارش می شود. انتخاب عصاره گیر مناسب برای تعیین مقدار آهن قابل استفاده و حد بحرانی آن در خاک های آهکی به نوع گیاه و خاک بستگی دارد. هدف این پژوهش، ارزیابی چند عصاره گیر شیمیایی در برآورد آهن قابل استفاده ذرت و حد بحرانی آن در خاک های آهکی استان چهارمحال و بختیاری بود. مقدار آهن قابل استفاده با روش های DTPA-TEA، AB-DTPA، کلرید کلسیم 0/01 مولار، مهلیچ 2 و مهلیچ 3 تعیین شد. در پایان دوره کشت، ذرت برداشت و وزن خشک، غلظت آهن در گیاه و مقدار جذب آهن توسط ذرت تعیین شد. آهن عصاره گیری شده با همه عصاره گیرهای مورد استفاده با شاخص های ذرت همبستگی معنی داری داشتند. بیشترین ضریب همبستگی بین شاخص های ذرت و مقدار آهن عصاره گیری شده با روش های DTPA-TEA (0/94 - 0/32) و AB-DTPA (0/96 - 0/43) به دست آمد. نتایج این تحقیق نشان داد که روش های DTPA-TEA و AB-DTPA مناسب ترین عصاره گیرهای برآورد کننده آهن قابل استفاده خاک برای ذرت در این خاک های آهکی بودند و حد بحرانی آهن با استفاده از این دو عصاره گیر به ترتیب 2/81 و 3/67 میلی گرم بر کیلوگرم به دست آمد.

    کلیدواژگان: آهن قابل استفاده، حد بحرانی، ذرت، عصاره گیر شیمیایی
|
  • F. Saniesales*, S. Soltani, R. Modarres Pages 1-12

    Several indices are used for drought identification and quantification. In this paper, the new Standardized Palmer Drought index (SPDI) was introduced and then the drought condition of Chaharmahal-Va-Bakhtiari Province was studied using this index. For this study, 11 synoptic, climatology, and evaporation meteorology stations were selected. Essential information in this investigation includes monthly temperature, monthly precipitation, and soil moisture measurement. To estimate SPDI, moisture departure, was first calculated on a monthly time scale. Then, converted to cumulative moisture departure values in different time scales including 3, 6, 9, 12, and 24 months. The best statistical distribution (GEV) was then fitted to cumulative departure. These values were then standardized to have the SPDI. The results showed that, as soil moisture affects SPDI estimation, it will be more valid for analyzing and monitoring drought conditions, especially for agricultural drought. Also, the results showed that 2000, 2001, and 2008 years were the driest time in this Province from 1988 to 2012. Moreover, drought frequency was found out in the western half of the Province more than in the other parts.

    Keywords: Standardized Palmer Drought Index, Drought monitoring, Standardized Precipitation Index, Soil moisture, Chaharmahal-Va-Bakhtiari Province
  • N. Salamati*, A. Danaie, L. Behbahani Pages 13-24

    To investigate and evaluate the effects of different levels of drip irrigation on grain yield and yield components, oil yield, seed oil percentage, and seed water use efficiency, an experiment was performed at Behbahan Agricultural Research Station during two crop years 2018-19 and 2019-20. The experiment was conducted in split plots based on a randomized complete block design with 3 replications. The amount of water in tape drip irrigation was compared at four levels of 40, 60, 80, and 100% water requirement in main plots and two sesame cultivars Local of Behbahan and Shevin in subplots from the beginning of flowering. Comparison of mean interaction effects of irrigation levels and cultivars showed that the treatment of 100% water requirement in the Behbahan local cultivar with the yield of 1218.0 kg/ha was ranked first and foremost. Water consumption in the highest treatment (100% water requirement and Behbahan local cultivar) was calculated to be 5389.4 m3/ha. Treatments of 100% and 80% of water requirement in superior cultivar (local Behbahan) with water use efficiency of 0.226 and 0.210 kg/m3 had no significant difference, respectively, and were in the first place. Pearson correlation coefficient calculated for the measured traits showed that the highest correlation of water volume was calculated (r = 0.9271) with the weight of one thousand seeds. Significant correlations of water volume with grain yield and yield components indicated that sesame was susceptible to drought stress and attention to optimal water management in sesame cultivation. Therefore, decreasing the volume of water consumed and consequently drought stress in sesame reduced yield and yield components.

    Keywords: 1000-grain weight, Water use efficiency, Variety
  • S. Banihashemi*, S. S. Eslamian, B. Nazari Pages 25-44

    The upcoming climate change has become a serious concern for the human society. These changes, caused and aggravated by the industrial activities of the international community and the increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere, are seen as a threat to the food security and environment. Temperature change and precipitation are studied in the form of different probabilistic scenarios in order to have an outlook for the future. The present study was conducted to address the effects of climate changes on temperature and precipitation in Qazvin plain in the form of five AOGCMs including Hadcm3, CSIRO-MK3, GFDL, CGCM3 and MICROC3.2, and 3 greenhouse gas emission scenarios of A1B, A2 and B1, based on different possible scenario combinations in the next 30 years, 2021-2050 and 2051-2080 (near and far future). On basis of the study results, all 4 target stations, on average, will have experienced a change between two ratios of 0.5 and 1.4 of  the observed precipitation period  by the end of 2050, and the mean temperature will have had a change  between -0.1 to 1.6 °C, relative to the observed period.  By the end of 2080,  the  precipitation will also have fluctuated between the two proportions of 0.5 and 1.7 times of the observed precipitation period and the mean temperature will touch an increase between 0.6 and 2.6 °C. Both SPI and SPEI indices suggest the increment in the number of dry periods in the near and far future. However, the total number of negative sequences differed considering the 3, 12 and 24-month intervals at the stations level. Given the SPEI index, as compared to the base period, the total negative sequences of drought and number of dry periods will increase at 3 stations of Avaj, Bagh-Kowsar and Shahid-rajaei-powerhouse and decrease at Qazvin station in the future; however, SPI gives different results, such that  for Bagh-Kowsar, there will be an increase in both total negative sequences of drought and number of dry periods, as  compared to the baseline period; three other stations will have more dry periods, specifically, but less total negative sequences. The results reported that the drought events would become severe, and the wet events would become extreme in the future.

    Keywords: Climate Change, Qazvin Plain, Temperature, Precipitation, drought, Standardized Precipitation Index (SPI), Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI)
  • M. Kaffash, H. Sanaei Nejad* Pages 45-62

    Land Surface Temperature (LST) is an important parameter in weather and climate systems. Satellite remote sensing is a unique way to estimate this important parameter. However, satellite products have either low spatial resolution or low temporal resolution that limits their potential use in various studies. In recent years, the use of Spatio-temporal fusion techniques to produce high resolution simultaneous spatial and temporal images has been extensively investigated. In this study, a Flexible Spatio-temporal Data Fusion (FSDAF) was used to produce Landsat-like LST images with Landsat spatial resolution and MODIS temporal resolution. The quantitative and qualitative validation of the images was performed by comparing them with the Actual Landsat LST images. The results showed that the FSDAF algorithm has high accuracy in estimating daily LST data both qualitatively and quantitatively. The RMSE and MAE parameters of the images produced compared to the actual Landsat images were 1.18 to 1.71 and 0.88 to 1.29°C, respectively. The correlation coefficient above 0.87 and bias between -0.6 to 1.45°C also confirms the high accuracy of the algorithm in estimating Landsat-like land surface temperature on a daily time scale.

    Keywords: Land Surface Temperature, Spatio-temporal Fusion, Landsat, MODIS, Remote sensing
  • R Mousavi Zadeh Mojarad*, S. H. Tabatabaei, N. Nourmahnad Pages 63-75

    The contact angle is a numerical index of differentiation between hydrophilic and hydrophobic soils. The objectives of this research are: 1) assessing different methods such as capillary rise, the molarity of ethanol droplet, repellency index, and sessile drop, and 2) Determining the most efficient method in a typical soil with sandy loam texture. In this study, hydrophobic soil was hydrophobized artificially using stearic acid and according to the water drop penetration time classification method. Calculated contact angles of hydrophilic soil with capillary rise method, the molarity of ethanol droplet method, repellency index (two methods of calculation), and sessile drop method were 89.9, 75.41, (57.81), 56.28, and 58.91, respectively. Using the contact angle measuring device, the contact angle of five hydrophobic levels were 58.91, 104.92, 120.48, 129.96, and 173.07, respectively. According to the precession of the device where the operator is capable to control data and processes and there is no limitation in usage, therefore, the sessile drop method is the most suitable method to measure contact angle. The contact angle of the late method and water drop penetration data are positively correlated (R2 = 0.975).

    Keywords: Water drop penetration test, Capillarity rise method, Ethanol molarity method, Sorptivity index, Sessile drop method, Contact angle measuring device
  • S. H. Roshun*, K. Shahedi, M. Habibnejad Roshan, J. Chormanski Pages 77-90

    The simulation of the rainfall-runoff process in the watershed has particular importance for a better understanding of hydrologic issues, water resources management, river engineering, flood control structures, and flood storage. In this study, to simulate the rainfall-runoff process, rainfall and discharge data were used in the period 1997-2017. After data qualitative control, rainfall, and discharge delays were determined using the coefficients of autocorrelation, partial autocorrelation, and cross-correlation in R Studio software. Then, the effective parameters and the optimum combination were determined by the Gamma test method and used to implement the model under three different scenarios in MATLAB software. Gamma test results showed that todaychr('39')s precipitation parameters, precipitation of the previous day, discharge of the previous day, and discharge of two days ago have the greatest effect on the outflow of the basin. Also, the Pt Qt-1 and Pt Pt-1 Qt-1 Qt-2 Qt-3 combinations were selected as the most suitable input combinations for modeling. The results of the modeling showed that in the support vector machine model, the Radial Base kernel Function (RBF) has a better performance than multiple and linear kernels. Also, the performance of the Artificial Neural Network model (ANN) is better than the Support Vector Machine model (SVM) with Radial Base kernel Function (RBF).

    Keywords: Gamma test, Optimum combination, Soft calculations, Artificial neural network, Support vector machine, North Karun watershed
  • A. R. Bahrebar, M. Heidarnejad*, A. R. Masjedi, A. Bordbar Pages 91-105

    The combination of a labyrinth weir with an orifice is a proper solution for floating material to pass over the weir and transfer sediment through the orifice. Additionally, creating a slot in the overflow wing leads to higher discharge. This study examined four discharges (5, 10, 15, and 20 liters per second) with channel width and height of 30 and 40 cm in trapezoidal-orifice, square-orifice, and triangular-orifice labyrinth weirs in the laboratory and using Flow3D with RNG k-epsilon (k-ε) turbulence model, the results were compared with one another. Comparing the discharge flow over weirs and measuring the discharge coefficient among the mentioned models showed that the triangular-orifice labyrinth weir had the highest discharge rate. Moreover, the increased Ht/P ratio (Ht represents total hydraulic head; P denotes weir height) for all models resulted in the increased discharge coefficient. Due to the efficiency of this type of weirs, the highest discharge coefficient was obtained at low Ht/P ratios. At lower ratios, since there was free flow, the coefficient of weir discharge increased, and as the ratio increased, the weir was partially submerged. Furthermore, for the weir design, the best Ht/P ratio was between 0.13 to 0.41, and the maximum discharge coefficient (Cd = 1.2) was within this range.

    Keywords: Orifice-weir, Discharge coefficient, Effective length, Flow3D
  • A. Moghtaderi, E. Valizadegan* Pages 107-118

    In this study, the hydraulic characteristics of the flap gates are installed at the end of the trapezoidal channels were investigated by laboratory study. In the physical model, three trapezoidal channels and four gates with different weights were used (12 gates for three channels). Based on several experiments, equations for estimating of flow rate for each side slope (each channel) were developed using dimensional analysis. In this research, five forms of discharge-stage relationship were used to obtain relationships for each side slop to estimate flow rate, separately. The results show that none of the discharge-stage relationships forms as a single relationship for all flap gates in a certain channel are suitable for estimating discharge. But the first, second, and third forms of the discharge-stage relationship are very suitable for estimating the flow rate in a certain channel for a certain flap gate. In other words, for each gate with a specific weight, a separate (unique) relationship is obtained to estimate the flow rate in the form of the first to the third discharge-stage relationship in a certain channel. To estimate of flow rate by using the first form of the discharge-stage relationship, the maximum values of statistical parameters of RMSE, ME, and MARE, among all three channels, are 0.0001 m3/s, 0.00022 m3/s, and 0.22 percent, respectively. The values of all the above statistical parameters for the first, second, and third forms of the discharge-stage relationship are presented in the article.

    Keywords: flap gates, trapezoidal channel, flow control, flow measurement
  • S. Jafari*, M. Karimzadeh, A. Abdeshahi Pages 119-133

    Characteristics of most soils in arid and semi-arid regions affected by carbonates. The study aimed to determine the distribution of carbonates in the size components of some soils in Khuzestan province. Upward to the bottom of Karun, Karkheh, and Jarahi rivers were studied at depths of 0-50, 50-100, and 150-100 cm. The results showed that the average amount of carbonates in the soils of the Jarahi river basin (37%) was significantly different from the amount in the soils of the other two rivers (33%). Carbonates were observed in all soil size components but the maximum was present in the clay component. The highest regression relationship between soil particles was in the clay component (0.375). The highest percentage of particle reduction after carbonate removal was related to coarse silt particles (0.75). Therefore, the soil texture changed from clay in Jarahi, from clay and silty clay in Karun, and silty clay in Karkheh due to the removal of carbonates to sandy loam. There was no significant difference in the distribution of carbonates at different depths for river soils and all studied soils. The relatively uniform distribution of carbonates in the four components studied in these soils from the surface to the depth showed that the carbonates originated from the parent material, namely alluvial flood sediments of these rivers.

    Keywords: Carbonate, Clay, Fine silt, Jarahi, Karkheh, Karoon
  • H. Kazemizadeh, M. Saneie*, H. Haji Kandi Pages 135-150

    To prevent demolishing bridge piles due to developing the scour hole under the foundation of these piles some solution has been proposed in the literature. One of the important approaches could be installing different geometric of roughness at the downstream and upstream piles sections. This causes the downward flows which are performing the main role in developing scour holes to be marginally decreased. The present study explores the effect of geometric roughness and also, continuity and un-continuity of roughness length on maximum scour holes around bridge pile. Results indicate that due to increasing the length of roughness the developed scour holes were formed by less scour hole depths. Furthermore, continuity of roughness increases the scour hole depths; however, un-continuity causes the height of scour holes to be developed by fewer values. Also, the comparison shows that the length of installed roughness in maximum value is decreasing the scour hole depth constitute 34 percent. Based on the non-linear regression technique an equation has been proposed to predict the maximum scour hole due to different conditions. Comparison between experimental and proposed values shows that the accuracy of the proposed equation has an acceptable error which has been calculated less than 11 percent.

    Keywords: Scour hole, Squire bridge pile, Rectangular roughness, Triangular roughness, Non-liner regression, Analytical solution
  • K. Shirani* Pages 151-174

    Delineation of gully erosion susceptible areas by using statistical models, as well as optimum usage of existing data and information with the least time and cost and more precision, is important. The main objective of this study is to determine the areas accuracy to gully erosion and susceptibility mapping by using data mining of the bivariate Dempster-Shafer, linear multivariate statistical methods and their integration in Semirom watershed, southern Isfahan province. First, the geographical location of a total of 156 randomly gullies were mapped using preliminary reports, satellite imagery interpretation and field survey. In the next step, 14 conditioning parameters of the gullies in the study area were selected including the topographic, geomorphometric, environmental, and hydrologic parameters using the regional environmental characteristics and the multicollinearity test for modeling. Then, the Dempster-Shafer statistical, linear regression, and ensembled methods were developed using 70% of the identified gullies and 14 effective parameters as dependent and independent variables, respectively. The remaining 30% of the gully distribution dataset were used for validation. The results of the multivariate regression model showed that land use, slope and distance to drainage network parameters have the most significant relation to gully occurrence. The gully erosion susceptibility maps were prepared by individual and ensemble methods and they were divided to 5 classes of very low to very high rate. The area under the curve (AUC) of the receiver operating characteristic (ROC) curve was used to validate gully erosion susceptibly maps. The verification results showed that the AUC of ensemble method (0.948) is higher than Dempster-Shafer (0.924) and Multivariate regression (0.864) methods. Also, the the seed core area index (SCAI) value of the ensembled model from very low to very high susceptible classes have a decreasing trend that indicating a proper separation of susceptible classes by this model.

    Keywords: Zonation, Susceptibility, Semirom riffle, Gully, Multivariate regression, Dempster-Shafer, Uncertainty
  • S. S. Ariapak, A. Jalalian*, N. Honarjoo Pages 175-190

    In this study, spatial-temporal variation of dust deposition rate in the western and eastern half of Tehran and its climatic parameters affecting were studied. At 34 points in the city, dust samples were collected by glass traps from the roof, for twelve months, and the climatic data were obtained and analyzed from relevant organizations. The highest deposition rate is in the western half of the city and its total amount has varied from 54.52 to 121.21 g/m2/y. In both halves of the city, summer has the highest dust deposition rate and its central areas have the highest amount. There were significant positive correlations between dust deposition rate with temperature and medium wind speed, and there were significant negative correlations between dust deposition rate with rainfall and relative humidity in all months, which justifies the high dust deposition rate in the dry seasons of the year. The results of stepwise regression showed that rainfall was the most important factor affecting the dust deposition rate in both halves of the city. The city of Tehran has a special geographical location the presence of mountains like a barrier has prevented dust from leaving the city and the air inlet corridor of Tehran has faced problems due to the expansion of building construction and high-rise building. Other factors affecting the rate of dust deposition in this city, in addition to the distance from the main source of dust production, atmospheric parameters can be mentioned the existence of barren lands around the city, vegetation cover, construction operations, and traffic.

    Keywords: Dust deposition rate, Climatic parameters, Stepwise regression, High-rise building effects, The western, eastern half of Tehran metropolis
  • A. Ghorbani*, M. Moameri, F. Dadjou, L. Andalibi Pages 191-202

    The purpose of this study was to model biomass with soil parameters in Hir-Neur rangelands of Ardabil Province. Initially, considering the vegetation types and different classes of environmental factors, at the maximum vegetative growth stage, using one square meter plot, biomass was estimated by clipping and weighing method. For each transect, a soil sample was taken and transferred to the soil laboratory and the various parameters were measured by conventional methods. The relationship between soil factors and the rangeland biomass was analyzed and simulated using linear multiple regression. Among the measured soil factors, the Silt, EC, Ca, Ksoluble, OC, POC, pH, Mg, TNV, clay, P, and volumetric moisture had the highest effect and percentage of biomass forecast (p<0.01). The accuracy of the simulated maps was analyzed using RMSE criteria and for grasses, forbs, shrubs, and total biomass were equal to 0.81, 0.65, 0.34, and 0.46, respectively. The results of this study, not only point out the importance of soil factors on the biomass but also as a baseline data for managing rangelands, supply-demand, and carbon balance can be used in the current section.

    Keywords: Biomass, Vegetative form, Simulating, Linear regression, Prediction equation
  • S. Janatrostami*, A. Salahi Pages 203-217

    Water allocation needs to adhere to the principles of efficiency, equity, and sustainability, but, equity usually is less considered. Foumanat irrigation area with five command areas is one of the three areas of Sefidroud irrigation and drainage network that more than 90% of it is covered by paddy fields. Since water plays a key role in paddy fields, the lack of uniform distribution of water resources throughout the irrigation area during the rice cultivation period causes irrigation water scarcity and severe damage to some irrigation areas. In this study, the equity of groundwater withdrawal and the received surface water from Sefidroud irrigation and drainage canals according to the shared water resources among Foumanat’s command areas were evaluated using the Gini coefficient. Therefore, a water allocation optimization model was developed to maximize the equity in the allocation of groundwater and surface water of canals according to the minimum current economic benefit in the command areas. The results showed that in optimum conditions, the equity of groundwater and surface water resources allocation was increased by 46.3% and 43.7%, respectively. The evaluation of the optimal allocation of available water resources also showed that the amounts of groundwater withdrawal and the received surface water from canals are distributed equally among command areas.

    Keywords: Gini coefficient, Sefidroud irrigation, drainage network, Economic benefit, Equity
  • A. Motamedi*, M. Galoie Pages 219-236

    The annual soil erosion in different regions of the world has been estimated using various empirical and numerical methods whose accuracy is very dependent on their utilized parameters. One of the most common methods in the evaluation of the mean annual soil erosion especially in sheet and furrow regions is the USLE method. In this relationship, almost all factors that normally affect the soil loss process such as land cover, slope, precipitation, soil type, and support practice parameter of soil have been employed but, in this research, it was shown that the accuracy of this method in mountainous areas covered by rock and snow is somewhat low. To do this, a part of the Tibet plateau in China, where observation soil loss data were available, was selected for investigation. To implement the numerical and analytical analysis, many maps including DEM, NDVI, orientation, soil type, mean monthly and annual precipitation for 30 years were collected. For increasing the accuracy of the model, the cover management parameter was extracted from high accuracy NDVI maps and all USLE parameters were calculated in ArcGIS. The final results were shown that the amount of annual soil loss which was estimated by the USLE method is more than the observed data which were collected by Chinese researchers. This is because the large areas of the study area are covered by lichen and snow where soil loss due to the erosion process is very low but these regions cannot be recognized from NDVI maps. Also, the analysis of the NDVI maps was shown that the relationships of Fu, Patil, and Sharma were not suitable for soil loss estimation in elevated mountainous areas. If the other relationships such as Lin, Zhu, and Durigon are used for the regions with a height of more than 5500 m, a new correction coefficient needs to be used for the C factor which was calculated as 0.2 for the study area.

    Keywords: Soil loss, USLE model, Tibetan Plateau, NDVI, Snow cover
  • Y. Sabzevari, M. Saeidinia* Pages 237-253

    The FAO Penman-Monteith is a baseline method to estimate reference evapotranspiration. In many cases, it is difficult to access all data, so replacing simpler models with ‎lower input data and appropriate accuracy is necessary. ‎ The purpose of this study is to investigate the capability of the experimental ‎models, gene expression programming, stepwise regression, and Bayesian network in estimating ‎reference evapotranspiration.‎ In this research, daily information of the Boroujerd synoptic station in the period of 1996 -2017 was used as model inputs. ‎Based on the correlation between input and output parameters, six input patterns were ‎determined for modeling. The results showed that the Kimberly-Penman model has the ‎best performance among the experimental models.‎ Gene expression programming with fourth pattern ‎‎and Default Model Operators (R2 = 0.98 and RMSE = 0.9), Bayesian Network with sixth pattern (R2=0.91 and RMSE = 1.01), and stepwise regression with sixth pattern have the most accurate patterns at R2 = 0.91 and RMSE = 0.9 in the ‎training stage.‎ Comparison of the performance of the three models showed that the gene expression ‎programming model was superior to the other two models with the Average Absolute Relative Error (AARE) of 0.12 and the Mean Ratio (MR) of 0.94.‎ The results showed that gene expression programming had an acceptable ability to estimate ‎reference evapotranspiration under the weather conditions of Boroujerd and could be introduced as a ‎suitable model.‎

    Keywords: FAO-Penman-Monteith, Reference evapotranspiration, Bayesian network, Gene expression programming
  • H. Afshri*, R. Ghazavi, S. Dokhani Pages 255-267

    Due to the limitation and scarcity of water supplies, it is essential to identify and reuse alternative water sources, particularly in the arid and semi-arid regions according to environmental conditions. Reuse of runoff is an adaptive management philosophy and approach to balance efforts and provide sustainable water services and manage hazards. The present study is aimed to design a suitable model of water resource management with an emphasis on crisis management. In this study, indices and dimensions of the water resources management model were determined via the Delphi method (based on Schmidt, et al.). Delphi panel members were identified and selected in three stages using random sampling. The faculty members of water resources and watershed management university specializing and passive defense experts of water organization were selected as the Delphy panel members. Initially, panel members identified the most important effective items on water resources security, based on their inference of the model. Based on the first evaluation and after eliminating duplicates, 43 items remained. Finally, 36 items remained in the analyses, when the items with low and medium significance coefficients were eliminated. The final model of water resources management was approved by the expert opinion based on the crisis management approach. According to the results, designing rainwater collection and storage systems in different parts of the city and installing tanks for roof rainwater collection in each home were selected as the best approach in the critical condition (with an average grade of 4.94), whereas the installation of the sensors in different parts of water pipe with an average grade of 2.10 was ranked in the 33rd selection. Finally, the items identified by the Delphi panel were classified into four general indices: retrofit, safety, culture, and planning. In general, it is necessary for the officials of urban water resources, as well as crisis management, must prepare for crisis conditions as well as the correct, principled, and scientific use of available water resources to extract and store rainwater and runoff to use it in crises and disrupt the general water supply system.

    Keywords: Alternative water, Urban watershed management, Strategic mManagement, Water recycling, Delphi method
  • M. Motamedi, H. R. Eshghizadeh*, A. Nematpour, A. Gohari, B. Safa Pages 269-287

    World climate change is an accepted important subject but its negative effects are severe in arid and semi-arid areas of Iran. So, in the present study, two climate scenarios including RCP 8.5 (critical scenario) and RCP 4.5 (moderate scenario) during 2020, 2030, and 2040 decades and their effects on temperature changes in the wheat growth period in five cities of Isfahan province including Isfahan, Najaf Abad, Chadegan, Burkhar, and Meimeh have been investigated. The survey of temperature changes during wheat growth in the next decades showed that Burkhar, Isfahan, Najaf Abad, Chadegan, and Meimeh, respectively will experience more days with a temperature higher than 30°C in 2020, 2030, and 2040 decades than the mean of two recent years (2017-2018). Furthermore, in comparison with present conditions, the most changes in the number of days with a temperature higher than 30°C in next decades climates (2020, 2030, and 2040 decades) will be in Burkhar, Meimeh, Chadegan, Najaf Abad, and Isfahan, respectively. The range of changes percent in the number of days higher than 30°C in next climate conditions rather than present condition will be varied between 5 percent (Isfahan) till 97 percent (Burkhar). The changes percent in all studied cities were more in RCP 8.5 than RCP 4.5. During wheat growth, the number of days less than zero°C will be less in Isfahan, Burkhar, and Meimeh while will be more in Najaf Abad and Chadegan. The evaporation- transpiration will be increased in the next decades during wheat growth. As a result, planning and using compatibility strategies for each city is important to guarantee wheat production.

    Keywords: Food security, Climate change, Global warming, Wheat
  • Z. Kolivand, Sh. Ghazimoradi*, F. Kilanehei, O. Naeini Pages 289-302

    The reuse of treated wastewater in countries such as Iran that suffers from drought is considered an important challenge in water management programs. The application of modern wastewater treatment systems particularly attached growth systems, owing to the short time required for start-up, low land requirements, and the absence of problems associated with sludge handling may be a resolution. The objective of this study is to investigate the performance of the Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) in treating synthetic municipal wastewater and selecting an appropriate model. In this way, a bench-scale reactor possessing an effective volume of 15 liters, and synthetic wastewater with influent COD of 500 mg/l (similar to typical municipal wastewater) has been used and the experiments with media filling percentages of 30%, 50%, and 70% and hydraulic retention times (HRT) of 4, 8, and 12 hours have been carried out. The observed data show that the optimum bulk density and hydraulic retention time are 50% and 4 hours, respectively. Also, the kinetic study of reactor performance indicates that Grau second-order model has better conformation with Moving Bed Biofilm Reactor results. In addition, a regression model for predicting effluent COD based on the filling percentage and retention time is presented.

    Keywords: Municipal wastewater treatment, Moving Bed Biofilm Reactors, Kinetic Model, Hydraulic Retention Time, MBBR
  • H. Motaghian*, M. Shirmohammadi, A. Hosseinpur Pages 303-314

    Iron (Fe) is an essential micronutrient for plants and its deficiency occurs in calcareous soils. However, a suitable extractant for the estimation of plant-available Fe and its critical level in calcareous soils depends on the type of soil and plant. The objective of the present study was to evaluate several chemical extractants to estimate available Fe and its critical level for corn growing in calcareous soils from Chaharmahal-Va-Bakhtiari Province. The amount of available Fe was measured by DTPA-TEA, AB-DTPA, 0.01 M calcium chloride, Mehlich IІ, and Mehlich ІІI extractants. At the end of the experiment, corn was harvested, and dry weight, Fe concentration in the plant, and the amount of Fe uptake by corn were determined. Extracted Fe had a significant correlation with all extractants used with maize indices. . The highest correlation coefficients were determined between the DTPA-TEA (0.32-0.94) and AB-DTPA (0.43–0.96) methods and the plant indices. The results of this research showed that the DTPA-TEA and AB-DTPA methods were the most suitable extractants for predicting available Fe content in these soils and the critical level of Fe extracted by these extractants was 2.81 and 3.67 mg kg-1.

    Keywords: Available Fe, Criticlal level, Corn, Soil chemical extractants