نشریه آب و خاک
سال بیست و چهارم شماره 4 (پیاپی 12، مهر - آبان 1389)

آب نمود واحد یکی از مهم ترین و رایج ترین روش های پیش بینی دبی سیل از داده های مشاهده ای است. در حوزه های آبخیز فاقد داده های بارش و روان آب، امکان تهیه آب نمود واحد با شیوه معمول وجود ندارد. به همین دلیل در حوزه های آبخیز بدون آمار، تهیه آب نمود ها با استفاده از روش های تجربی و یا مدل های مبتنی بر ویژگی های حوزه آبخیز صورت می گیرد. در این راستا استفاده صحیح از تئوری مربوط به آب نمود واحد لحظه ای در حوزه های آبخیز بسیار کارا می باشد مشروط بر آن که پارامترهای مورد نیاز آن با دقت مناسب تعیین گردند. در این تحقیق اهمیت زمان پیمایش بین خطوط هم زمان تمرکز در تعیین منحنی زمان-مساحت با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و نهایتا تهیه آب نمود واحد لحظه ای به روش کلارک در حوزه آبخیز جنگلی کسیلیان بررسی شد. نتایج ارزیابی آب نمود های تخمینی مبتنی بر زمان پیمایش های بین 25/0 تا 3 ساعت در مقایسه با نتایج مستخرج از آب نمود های مشاهده ای با استفاده از روش کیفی و شاخص های آماری و هم چنین تایید تغییرپذیری دقت آب نمود های حاصل از زمان های پیمایش مختلف نشان داد که خطوط هم زمان تمرکز با فواصل زمانی 3 ساعته در تهیه منحنی زمان-مساحت به منظور تخمین سیلاب حاصل از آب نمود واحد لحظه ای کلارک از بالاترین دقت برخوردار بوده است. نتایج به دست آمده بر ضرورت انتخاب و واسنجی پایه ی زمانی مناسب در تهیه ی آب نمود واحد تاکید داشته است

بررسی روند تغییرات متغیرهای هواشناسی در درازمدت اهمیت ویژه ای در مطالعات تغییر اقلیم و آشکار سازی آن دارد. در این مطالعه مقادیر متوسط ماهانه رطوبت نسبی و دمای نقطه شبنم 22 ایستگاه های سینوپتیک ایران در بازه زمانی 2003-1973 جمع آوری گردید. این ایستگاه ها معرف اقلیمهای مختلف ایران بر اساس طبقه بندی دومارتن می باشند. سپس برای اطمینان از نرمال بودن سری های فصلی و سالانه از آزمون کولموگروف-اسمیرنوف استفاده شد. بررسی روند تغییرات این دو عامل جوی، با روش های آماری ناپارامتری من-کندال و ضریب همبستگی ρ اسپیرمن و روش پارامتری تحلیل رگرسیون انجام شد. نتایج نشان داد بیشترین روند افزایشی تغییرات متغیرهای مورد بررسی بر اساس روش ناپارامتری من-کندال در فصل تابستان اتفاق افتاده است و کمترین روند تغییرات متغیر رطوبت نسبی در فصل زمستان حادث شده است. بر اساس روش من-کندال بیشترین روند کاهشی متغیر نقطه شبنم در فصل بهار و کمترین روند کاهشی در فصل پاییز اتفاق افتاده است. همچنین بیشترین روند کاهشی متغیر رطوبت نسبی در فصول زمستان و تابستان و کمترین روند تغییرات کاهشی در فصل پاییز بوده است. بر اساس ضریب ρ اسپیرمن، بیشترین روند تغییرات کاهشی رطوبت نسبی در سری سالانه و بهار و کمترین روند تغییرات در فصل پاییز مشاهده گردید. همچینین بر اساس روش ذکر شده، بیشترین روند تغییرات نقطه شبنم در سری سالانه و کمترین روند تغییرات در فصل پاییز بوده است. براساس روش پارامتری تحلیل رگرسیون در سری های زمانی مورد بررسی متغیر نقطه شبنم روند خاصی مشاهده نگردید، اما متغیر رطوبت نسبی در تمامی سری های زمانی فصلی دارای روند بودند. در مجموع می توان بیان داشت که روند کاهشی متغیرهای مورد بررسی بیشتر از روند افزایشی آنها بود، هرچند قانونمندی خاصی برای اقالیم مختلف مشاهده نشد.

ماده مادری از مهم ترین فاکتورهای خاک سازی در مناطق خشک و نیمه خشک محسوب می گردد. هدف از این مطالعه، بررسی تاثیر مواد مادری آذرین، دگرگونی و رسوبی بر روی برخی از ویژگی های فیزیکی، شیمیایی، کانی شناسی و رده بندی خاک ها در شمال استان چهارمحال و بختیاری است. پس از انتخاب هفت نوع سنگ مادری شامل گرانیت، بازالت، سنگ آهک، شیل، میکاشیست، گنیس و آمفیبولیت، بر روی هر یک از آنها سه خاکرخ، حفر و تشریح گردید و یک خاکرخ از هر سنگ بستر به عنوان خاکرخ شاهد برای تجزیه های فیزیکی، شیمیایی و کانی شناسی رس موجود در سنگ بستر و افق های خاک انتخاب گردید. نتایج نشان داد ویژگی های فیزیکوشیمیایی خاک، کانی شناسی و رده بندی خاک ها به میزان قابل ملاحظه ای توسط مواد مادری، کنترل می شود. اغلب خاک ها تنها دارای دو افق A و BC بودند و در راسته انتی سولز طبقه بندی گردیدند و تنها خاک های موجود بر روی شیل و گنیس، به دلیل وجود افق مشخصه B، در راسته اینسپتی سولز رده بندی شدند. تفاوت در رده بندی خاک های موجود در یک راسته نیز از سطح زیر گروه یا فامیل خاک مشاهده شد که نشان دهنده لزوم رده بندی خاک در سطوح پایین برای اهداف مدیریتی است. نتایج کانی شناسی بخش رس نشان داد در همه خاک ها و ماده مادری آنها کانی های کلریت، کائولینیت، کوارتز و میکا (بجز افق سطحی خاک تشکیل شده بر روی سنگ بازالت و نمونه سنگ شیل) وجود دارد و منشا آنها در خاک ها توارثی است. منشا اسمکتیت در خاک های حاصل از گرانیت و بازالت، پدوژنیکی و در خاک حاصل از سنگ آهک، توارثی تشخیص داده شد در حالی که در خاک به وجود آمده از سنگ گنیس، دو منشاء توارثی و پدوژنیکی به نظر می رسد. وجود ورمی کولیت در خاک به وجود آمده از آمفیبولیت ناشی از به ارث رسیدن از ماده مادری و در خاک های تشکیل شده بر روی میکاشیست و شیل به دلیل تشکیل در محیط خاک می باشد.

احداث ساختمان ها و سازه های مختلف، باعث به هم فشرده شدن ذرات خاک و در نتیجه نشست خاک می گردد. نشست خاک تابع عوامل مختلفی مانند تغییر شکل فشاری، خارج شدن هوا و آب از خلل و فرج و... می باشد. یکی از روش های محاسبه نشست، استفاده از شاخص فشردگی است که از طریق آزمایش تحکیم بدست می آید. تعیین این ضریب از طریق آزمایش تحکیم بسیار وقت گیر است. لذا از گذشته سعی بر این بوده که شاخص فشردگی را به پارامترهای فیزیکی خاک از قبیل حد خمیری، حد روانی، نسبت پوکی، چگالی نسبی که همگی به سادگی قابل اندازه گیری هستند، ارتباط دهند. به همین جهت روابط تجربی زیادی در این خصوص ارائه شده است. در این مقاله با استفاده از شبکه ی عصبی مصنوعی5 (ANN)، همبستگی آماری بین خصوصیات فیزیکی خاکهای ریزدانه و شاخص فشردگی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین یک واسنجی بین روش های تجربی مختلف موجود برای تعیین شاخص فشردگی با شاخص فشردگی اندازه گیری شده در آزمایشگاه صورت پذیرفت. نتایج نشان داده است که رابطه رندون و هررو از میان روابط تجربی با بالاترین ضریب همبستگی و کمترین درصد خطا، بالاترین دقت را در برآورد شاخص فشردگی دارد. در مقابل شبکه های عصبی مصنوعی شاخص فشردگی را با دقتی بالاتر و درصد خطای کمتر از رابطه رندون و هررو برآورد می کند. همچنین کالیبره کردن ضرایب رابطه رندون و هررو با استفاده از مجموعه اطلاعات موجود، تاثیر چندانی در دقت این رابطه برای تخمین شاخص فشردگی خاکهای منطقه مورد نظر ندارد.

از جمله روش های مرسوم طراحی سیستم های آبیاری تحت فشار، می توان به روش افت بار واحد (حداکثر گرادیان هیدرولیکی)، روش حداکثر سرعت جریان و روش درصد افت بار اشاره کرد. در این مطالعه، یک الگوریتم دو مرحله ای برای طراحی سیستم های آبیاری تحت فشار معرفی شده و در محیط برنامه نویسی LINGO توسعه داده شد. نتایج این مدل در یک سیستم آبیاری بارانی فرضی شامل سه لوله آبرسان (منیفلد) با روش های فوق مقایسه شد تا عملکرد این الگوریتم مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج نشان داد که الگوریتم بهینه سازی، به کاهش هزینه های یک سیستم آبیاری کوچک تا بیش از 3 درصد و حصول یکنواختی توزیع مطلوب منجر می شود. همچنین مشاهده گردید که طراحی براساس معیار حداکثر گرادیان هیدرولیکی m.m-1 01/0، به بالاترین مقدار یکنواختی توزیع منجر شده و پس از آن به ترتیب مدل بهینه سازی اقتصادی، روش حداکثر گرادیان هیدرولیکی m.m-1 02/0 و روش حداکثر سرعت مجاز قرار گرفتند. مقدار انحراف استاندارد دبی واقعی خروجی از هر آبپاش نسبت به دبی اسمی آبپاش های به کار رفته در سیستم، برای روش های طراحی بهینه سازی، حداکثر گرادیان هیدرولیکی m.m-1 01/0، حداکثر گرادیان هیدرولیکی m.m-1 02/0 و روش حداکثر سرعت مجاز، به ترتیب 1/0، 03/0، 05/0 و 12/0 لیتر در ثانیه برآورد شدند.

تبخیر-تعرق یکی از اجزای اصلی چرخه هیدرولوژی و تخمین نیاز آبیاری است. در سال های اخیر استفاده از سیستم های هوشمند برای برآورد پدیده های هیدرولوژی افزایش چشمگیری داشته است. این پژوهش با هدف امکان تخمین تبخیر-تعرق مرجع (ETo) روزانه با استفاده از سیستم های هوش مصنوعی و مقایسه این سیستم ها با هم، به انجام رسید. بدین منظور پتانسیل سیستم استنتاج تطبیقی عصبی-فازی (ANFIS) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) در برآورد تبخیر-تعرق مرجع روزانه مورد بررسی قرار گرفت. از داده های روزانه هواشناسی سه ایستگاه سینوپتیک اصفهان، کرمان و یزد، شامل ساعات آفتابی، دمای هوا، رطوبت نسبی و سرعت باد به عنوان ورودی، و تبخیر-تعرق مرجع روزانه محاسبه شده با روش استاندارد فائو پنمن-مانتیث به عنوان خروجی روش های ANN و ANFIS استفاده شد. ایستگاه های مورد مطالعه بر اساس روش پهنه بندی اقلیمی دین پژوه در اقلیم بسیار خشک دسته بندی شدند. برآوردهای ETo از روش های ANN و ANFIS با مدل های تجربی ماکینک، پرستلی-تیلور، هارگریوز-سامانی، فائو بلانی-کریدل و ریچی مقایسه شد. کارایی روش های مورد مقایسه، با استفاده از آماره های ریشه میانگین مجذور خطا (RMSE)، خطای انحراف میانگین (MBE) و ضریب تعیین (R2)، مورد ارزیابی قرار گرفت. روش های ANN و ANFIS توانستند با موفقیت تبخیر-تعرق مرجع روزانه را برآورد کنند. مدل ANFIS85 تنها با سه پارامتر ورودی شامل تشعشع خورشیدی، دمای حداکثر هوا و سرعت باد نسبت به تمامی روش های تجربی مورد استفاده، از دقت بالاتری برخوردار است. روش فائو بلانی-کریدل نسبت به دیگر روش های تجربی دارای دقت بالاتری بود.

نفوذ، مهمترین ترین و مشکل ترین پارامتر ارزیابی سامانه های آبیاری سطحی است. اهمیت دانستن معادله نفوذ جهت تشریح هیدرولیک آبیاری سطحی، همراه با مشکلات تخمین قابل اطمینان پارامترهای آن، موجب صرف وقت و هزینه زیادی برای طراحی یک سامانه آبیاری می شود. هدف از این مطالعه، ارزیابی روش های مختلف تخمین پارامترهای نفوذپذیری و ارائه روش دو نقطه ای جدیدی براساس معادله نفوذ فیلیپ است. در این راستا از هفت سری داده صحرایی با شرایط مختلف مزرعه ای از جمله طول، شیب و دبی ورودی استفاده گردید. همچنین با استفاده از مدل هیدرودینامیک نرم افزار SIRMOD و با تخمین پارامترهای معادله نفوذ به روش پیشنهادی و روش های دو نقطه ای الیوت و واکر، پیشروی بنامی و افن، یک نقطه ای شپارد و همکاران و یک نقطه ای والیانتزاس و همکاران، مراحل پیشروی و پسروی آبیاری شبیه سازی شدند تا دقت روش های مختلف تخمین پارامترهای معادله نفوذ مورد بررسی قرار گیرد. نتایج نشان داد که در برآورد میزان آب نفوذیافته به خاک در آبیاری نواری روش پیشنهادی (8/4درصد) و در آبیاری جویچه ای روش شپارد و همکاران (9/13درصد) و روش پیشنهادی (2/14درصد) دارای کمترین خطای نسبی می باشند. در پیش بینی مرحله پیشروی در آبیاری جویچه ای و نواری به ترتیب روش پیشروی بنامی و افن (5/19درصد) و روش پیشنهادی (6/6درصد) و در پیش بینی مرحله پسروی در آبیاری جویچه ای و نواری به ترتیب روش شپارد و همکاران (3/1درصد) و روش پیشنهادی (2/2درصد) دارای کمترین خطای استاندارد بودند.

قطره چکان مهمترین قسمت آبیاری قطره ای محسوب می گردد برای طراحی و ساخت قطره چکان های با کارایی بالا، لازم است اطلاعات کاملی از چگونگی مکانیسم جریان درون مجاری آن ها داشته باشیم، به دلیل ریز و پیچیده بودن هندسه مجاری مارپیچ قطره چکان ها، استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای مطالعه خصوصیات هیدرولیکی جریان درون مجاری آن ها، بسیار مناسب می باشد. در این مطالعه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، رفتار جریان داخل قطره چکان ها برای بدست آوردن نحوه توزیع سرعت و فشار به منظور طراحی نرم افزاری قطره چکان ها شبیه سازی شد و رابطه بین فشار و میزان دبی، تحت شش فشار مختلف به دست آمد. بدین منظور سه نمونه از دو نوع قطره چکان تیپ پلاک دار انتخاب، و تخریب شدند. اندازه مجاری با عکس برداری، توسط میکروسکوپ الکترونی (SEM) تعیین شد. سپس جریان درون قطره چکان ها توسط CFD شبیه سازی گردید. و ضرایب معادله دبی- فشار مشخص و توزیع سرعت و فشار داخل مجاری نمایش داده شد. صحت سنجی نتایج حاصله از مدل، براساس ضوابط ارائه شده در استاندارد ISO9261 در آزمایشگاه صورت گرفت. نتایج نشان دادند که داده های به دست آمده از شبیه سازی مطابقت بسیار خوبی با داده های آزمایشگاهی دارد و دینامیک سیالات محاسباتی می تواند ابزار بسیار مناسبی برای کمک به طراحی قطره چکان های با مجاری مارپیچ باشد و با کاهش تعداد قالب های آزمایشی، هزینه تولید قطره چکان ها کاهش می یابد.

برای انجام اقدامات آبخیزداری و برنامه ریزی مدیریت بهینه منابع آب بویژه در حوزه های آبخیز کوچک، شناخت روابط هیدرولوژیکی از جمله برآورد سری زمانی مقدار رواناب ماهانه ضروری است. برای بررسی توانائی مدل ریاضی انتخابی به منظور شبیه سازی عمق رواناب ماهانه، تعداد 7 زیرحوزه در داخل استان زنجان و مجاور آن انتخاب شدند. مساحت زیرحوزه های انتخابی کمتر از 170 کیلومتر مربع و طول دوره آماری داده های آب سنجی قابل قبول آنها 6 الی 27 سال است. برای هریک از زیرحوزه های انتخابی عمق رواناب، عمق بارندگی و تبخیر و تعرق پتانسیل به روش بلانی-کریدل برای ماه های هر سال آبی برآورد گردید. بعضا بدلیل انتقال بخشی از عمق رواناب حاصل از ذوب برف زمستانه به فصل بهار، داده های آب سنجی ماهانه به دو دسته شامل کل سری داده ها و سری داده هائی که حتما نسبت عمق رواناب به عمق بارندگی آنها کوچکتر از یک است، تقسیم شدند. سپس نسبت به تعیین اندازه دو ضریب واسنجی مدل ریاضی بیلان آب انتخابی بر مبنای بیشینه نمودن ضریب ناش-ساتکلیف بعنوان معیار عملکرد مدل برای هر دو دسته داده اقدام شد. نتیجه آنکه در حالت استفاده از بخشی از داده ها، بطور متوسط 10 درصد ضریب ناش-ساتکلیف افزایش پیدا می کند. همچنین از نظر تشکیلات زمین شناسی و واحدهای سنگی نیز زیرحوزه ها به دو خوشه همگن با اختلاف مقدار 14/0 در اندازه ضریب واسنجی تبادل آبی حوزه با بیرون از خود2 تفکیک می شوند. دقت استفاده از مدل واسنجی شده (GR2M) برای حوزه های کوچک با شرایط اقلیمی نیمه خشک با معیار ارتفاع از سطح دریا و زمین شناسی مشابه بر مبنای دامنه تغییرات توصیه شده ضریب ناش-ساتکلیف، در حد خوب تا متوسط ارزیابی می شود.

فرسایش خاک یک معضل برای کشاورزی در نواحی استوایی و نیمه خشک می باشد و به علت اثرات دراز مدتش بر روی حاصلخیزی خاک و کشاورزی پایدار، از اهمیت زیادی برخودار است. فرسایش همچنین با رسوبگذاری، آلودگی و تشدید سیلاب ها باعث وارد آمدن صدمات محیطی می شود. این مطالعه به منظور بررسی و تعیین میزان مقاومت یا سستی خاک در برابر فرسایش آبی و همچنین تعیین عوامل تاثیرگذار بر این فرآیند انجام گرفت. اندازه گیری ها در کرت های آزمایشی مجهز به مخازن رواناب و رسوب گیر که در مراتع شمال شرق استان خراسان رضوی و با اقلیم نیمه خشک قرار داشتند، صورت پذیرفت. در این مطالعه تعداد زیادی از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک، درصد تراکم پوشش گیاهی و شیب منطقه اندازه گیری و در نهایت رابطه این عوامل با میزان خاک فرسایش یافته بر اثر 43 رخداد بارندگی رسوبزا با استفاده از نرم افزارهای آماری بررسی گردید. رگرسیون خطی چند متغیره نشان داد که سه عامل درصد تراکم پوشش گیاهی، درصد سنگریزه درشت (75-13 میلی متر) در لایه سطحی خاک و همچنین درصد شیب زمین به ترتیب مهمترین عوامل تعیین کننده میزان فرسایش خاک می باشند. بنابراین مدیریت پوشش گیاهی و همچنین مدیریت شیب مرتع مورد مطالعه که از مراتع شاخص منطقه به حساب می آید اولین گام در جهت کاهش پتانسیل خاک منطقه نسبت به فرسایش می باشد.

به منظور پیشگیری از آبشستگی گسترده ناشی از جریان پرسرعت خروجی در پایین دست سازه های هیدرولیکی مانند دریچه های کشویی، معمولا از یک کف بند صلب استفاده می شود. اگرچه وجود کف بند تا حد زیادی منجر به حفاظت بستر می گردد، اما به علت مستهلک نشدن کامل انرژی مازاد جریان، در انتهای کف بند آبشستگی موضعی اتفاق می افتد که شکل و ابعاد حفره آبشستگی تشکیل شده بایستی در طراحی ها پیش بینی گردد. در این تحقیق، ابتدا مهمترین عوامل موثر بر فرآیند آبشستگی در پایین دست کف بند شناسایی و با استفاده از تحلیل ابعادی بصورت بدون بعد تنظیم گردیدند. سپس 22 آزمایش با مدت زمان 12 ساعت، بر مبنای پارامترهای بدون بعد بدست آمده از جمله پارامتر بدون بعد جدیدی که در برگیرنده تاثیر پارامترهای مختلف است، در یک مدل آزمایشگاهی که شامل یک دریچه کشویی و یک کانال مستطیلی به طول 0/9 متر، عرض 5/0 متر و ارتفاع 6/0 متر بود انجام شد. با استفاده از نتایج آزمایشگاهی، روابط و نمودارهای بدون بعد جدیدی برای محاسبه طول های مشخصه حفره آبشستگی از قبیل حداکثر عمق آبشستگی و محل وقوع آن، مقدار آبشستگی بستر در مجاورت کف بند، حداکثر گسترش حفره، فاصله افقی انتهای کف بند تا تاج تلماسه و ارتفاع تلماسه ارائه و با مطالعات پیشین مقایسه گردید. با توجه به وجود تشابه بین پروفیل های بی بعد حفره آبشستگی که از آزمایش های این تحقیق بدست آمد و با استفاده از رابطه ساده ارائه شده، می توان شکل گودال را در شرایط مختلف تعیین کرد و برای کاهش خسارات احتمالی، اقدامات لازم را انجام داد.

کربن آلی مهمترین مشخصه کیفی خاک بوده که حفاظت از آن محور اصلی کشاورزی پایدار و حفظ زیست بوم خاک است. پراکندگی کربن آلی خاک بیش از هر متغیر دیگری وابسته به وضعیت مدیریتی خاک می باشد. تحقیق حاضر با هدف بررسی اثرات متغیرهای فیزیکی و مدیریتی در تغییرپذیری کربن آلی خاک و مقایسه کمی نقش این متغیرها در توزیع کربن آلی خاک و همچنین انتخاب متغیرها بر حسب اولویت تاثیرگذاری در یک حوزه با کاربری دیم انجام شد. برای این هدف از تکنیک آنالیز چند متغیره تحلیل تفکیک متعارف (CDA) به دو روش متعارف و گام به گام استفاده شد. در این رابطه، مقادیر کربن آلی خاک در نقاط نمونه برداری در چهار کلاس کیفی خیلی کم، کم، متوسط و زیاد دسته بندی شد. سپس اثرات 30 متغیر پیش بینی کننده فیزیکی و مدیریتی در پیش بینی سطوح کربن آلی خاک مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که از میان متغیرهای فیزیکی، فقط مدلی حاوی متغیرهای خصوصیات خاک شامل درصد آهک، درصد اشباع، و مقادیر رس، شن و درصد حجمی سنگریزه بود، توانست به شکل معنی داری در پیش بینی کلاس های بهینه کربن آلی موفق عمل نماید. این در حالی است که کلیه مدل های دربردارنده متغیرهای پیش بینی کننده مدیریتی با استفاده از اولین بردار توابع اعتباری خود در سطح معنی داری0001/0>α در پیش بینی کلاس کربن آلی موفق بودند. مدل M5 بالاترین همبستگی اعتباری را برای اولین محور خود نشان داد. همه ترکیبات متغیرهای مدل های معنی دار، کلاس یک و دو کربن را با دقت مطلوبی پیش بینی کرد. ولی فقط مدل M5 بالاترین توان را در تشخیص کلاس چهار یا زیاد کربن آلی خاک نشان داد. در میان متغیرهای مدیریتی، سناریوی سامانه خاک ورزی و اجزای آن به بهترین شکلی تغییرات کربن آلی خاک را در این حوزه با کاربری دیمزار توجیه می نمودند. اعمال تحلیل گام به گام در تحلیل تشخیص، توانست اثر سامانه سنتی آیش زمستانه را در بهبود کربن آلی خاک و توجیه تغییرپذیری آن آشکار سازد.

روند جریان رودخانه های منطقه شمال غرب ایران در سه مقیاس ماهانه، فصلی و سالانه با روش من_کندال با حذف اثر کلیه ضرایب خودهمبستگی معنی دار مورد آزمون قرار گرفت. داده های مورد استفاده اطلاعات جریان 16 ایستگاه هیدرومتری منتخب در دوره آماری 1383-1353 است. تخمین شیب خط روند جریان با روش تخمین گر شیب Sen انجام شده است. سطوح معنی داری 1درصد، 5درصد و 10درصد برای انجام آزمون روند استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که جریان رودخانه های شمالغرب ایران در مقیاس سالانه در همه ایستگاه ها روند نزولی دارند. کمترین شیب خط روند جریان های سالانه متعلق به ایستگاه ونیار (49/4- مترمکعب بر ثانیه در سال) است. روند نزولی معنی دار در مقیاس فصلی، در تمام فصول مشاهده می شود که در آن شدیدترین روند متعلق به فصل بهار است. تعداد ماه های با روند منفی در مقیاس ماهانه بیشتر از تعداد ماه های با روند مثبت است. حدود نیمی از ایستگاه ها در شش ماهه دوم سال (مهر تا اسفند) روند منفی معنی دار دارند. روند تغییرات رواناب غالب رودخانه های منطقه شمالغرب ایران در حالت کلی در سه دهه گذشته نزولی و در سطح 10 درصد معنی دار است.

در مدیریت آبیاری سطحی، تابع نفوذ از اهمیت زیادی برخوردار است. معادلات ریاضی که تاکنون برای نفوذ توسعه یافته اند، توابع تک متغیره ای از زمان فرصت نفوذ می باشند. در این تحقیق پیش بینی متوسط میزان نفوذ در آبیاری جویچه ای توسط مدل های شبکه عصبی و عصبی- فازی به عنوان مدل های تجربی و مدل رگرسیونی به عنوان مدل آماری با استفاده از رطوبت اولیه ی خاک و دبی ورودی به جویچه مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور از یک سری آزمایش های صحرایی که به روش آبیاری جویچه ای در پنج مزرعه آزمایشی گلمکان مشهد، توتون ارومیه، صفی آباد دزفول، دانشگاه بیرجند و موسسه اصلاح بذر کرج در طی دوره ی زمانی تابستان 1376 تا تابستان 1385 انجام شده بود و دارای طیف گسترده ای از نظر بافت خاک (سبک، متوسط و سنگین) بودند، استفاده شد. برای تعیین عوامل معادله ی نفوذ کوستیاکوف لوییس از روش بیلان حجم در آبیاری جویچه ای استفاده گردید. نتایج نشان داد که دقت مدل رگرسیونی در خاک های سنگین در مقایسه با خاک های متوسط و سبک بیشتر است. مدل شبکه های عصبی در خاک های متوسط (Silty Clay Loam) دقت مناسبی دارند و در خاک های سنگین (Clay Loam) تمایل به بیش برآورد و در خاک های نسبتا سبک (Silty Loam) تمایل به کم برآورد دارند. اما سیستم استنتاج فازی عصبی قادر است قابلیت تخمین را در تمام شرایط حفظ کند که این امر نشان از دقت بیشتر و قابلت تخمین زیاد سیستم استنتاج فازی عصبی دارد.

در این تحقیق، به منظور مطالعه و بررسی اثرات کودآبیاری بر تلفات نیترات از طریق رواناب سطحی در آبیاری جویچه ای و همچنین ارزیابی یک مدل ریاضی کودآبیاری، 12 آزمایش در دو سال زراعی 1387 و 1388در مقیاس بزرگ و در حضور گیاه ذرت روی جویچه های انتها باز در یک خاک لومی انجام شد. تعداد جویچه های هر آزمایش 5 عدد، طول جویچه ها 165 متر، فاصله بین جویچه ها 75 سانتی متر و شیب عمومی مزرعه 006/0 متر بر متر بود. کود مصرفی مورد نیاز مطابق توصیه کودی از منبع کود اوره و طی چهار تقسیم مساوی (قبل از کاشت، مرحله هفت برگی، مرحله ساقه رفتن و مرحله سنبله زدن) اضافه گردید. دبی جویچه ها با استفاده از فلوم WSC و غلظت نیترات خروجی از روش طیف سنجی اندازه گیری شد. از داده های سال اول برای تعیین بهترین زمان تزریق کود با هدف دستیابی به کمترین درصد تلفات نیترات استفاده شد. در سال دوم، تزریق کود فقط در زمان بهینه شده بر اساس نتایج سال اول انجام گرفت. نتایج نشان داد که بهترین زمان تزریق کود به سیستم آبیاری جویچه ای 20 دقیقه انتهایی آبیاری می باشد. تلفات نیترات از طریق رواناب سطحی در سال اول بسته به زمان تزریق کود بین 7/5 تا 0/42 و در سال دوم با اعمال مدت زمان تزریق بهینه بین 4/1 تا 3/12درصد متغیر بود. همچنین، نتایج نشان داد که مدل کودآبیاری مورد استفاده در این تحقیق قابلیت برآورد تلفات نیترات از طریق رواناب سطحی را دارد. ضریب تبیین (R2) بین مقادیر اندازه گیری و شبیه سازی شده تلفات آب در دو سال زراعی به طور متوسط 85/0 و برای تلفات کود به طور متوسط 80/0 بود.

حرکت آب در خاک بر اساس جذب آب توسط ریشه کلید مراحل رشد گیاه و انتقال آب و املاح در سیستم خاک-گیاه می باشد. هدف از این تحقیق حل معادلات حاکم در انتقال آب در خاک و ارائه مدل جذب آب توسط ریشه بر اساس مطالعات صحرایی می باشد. برای این منظور درصد حجمی رطوبت خاک با استفاده از دستگاه TDR اطراف درخت سیب که به صورت سطحی آبیاری شده بود در 12 نقطه تا عمق 2 متری در طول 20 روز بلافاصله بعد از آبیاری بدست آمد. مدل دو بعدی جذب آب توسط ریشه بر اساس تابع توزیع تراکم ریشه، تعرق پتانسیل و فاکتور تصحیح تنش آب برای شبیه سازی انتقال آب و تعیین تاثیر ریشه در حرکت آب بسط داده شد. مدل جذب ریشه حاصله با مدل انتقال آب در خاک مبتنی بر حل معادله ریچاردز تلفیق شد. بر اساس نتایج 60 درصد جذب آب در عمق 20 تا 40 سانتیمتری عمق خاک اتفاق افتاده است و در جهت شعاعی نیز در فاصله 30 تا 60 سانتیمتری حداکثر جذب بدست آمد که حدودا 30 درصد از کل جذب را در بر می گیرد. نتایج درصد رطوبت خاک شبیه سازی شده با داده های اندازه گیری شده میدانی مقایسه گردید که همبستگی قابل قبولی بین داده های شبیه سازی شده و اندازه گیری شده مشاهده شد (97/0R2 =). مدل عددی انتقال و جذب آب می تواند وسیله ای مفید در شبیه سازی جریان آب همراه جذب آب توسط ریشه در محیط غیر اشباع باشد که در مهندسی آب از اهمیتی خاص برخوردار است.

ظرفیت زراعی و پژمردگی دائم مهمترین نقاط پتانسیلی در مدل سازی و مدیریت آب مورد نیاز محصولات کشاورزی می باشند. روش های مستقیم تعیین میزان رطوبت هزینه بر و گران می باشد. بنابراین استفاده از توابع انتقالی برای تبدیل خصوصیات زودیافت خاک به خصوصیات هیدرولیکی یک راهکار مناسب برای حل این مشکل است. در این پژوهش کارایی مدل های شبکه عصبی مصنوعی (NNs) آموزش داده شده با نمونه های خاک منتج از جریان خروجی چند مرحله ای (NeuroMultistep outflow) و مدل های نزدیک ترین K همسایه (KNN) در اشتقاق توابع انتقالی به منظور تعیین میزان رطوبت در ظرفیت زراعی و پژمردگی دائم برای 122 نمونه خاک از شمال و شمال شرق ایران مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تاثیر عوامل ورودی مختلف و نوع داده به کار رفته برای اشتقاق هر دو روش معین شد. نتایج حاصله نشان دادند که در کل روش KNN (027/0RMSE=) نسبت به NNs (037/0RMSE=) نتایج بهتری داشت. همچنین می توان گفت که حساسیت مدل های شبکه عصبی به کیفیت و نوع داده های به کار رفته برای آموزش بسیار بالاست و همگن نبودن داده ها باعث کاهش کارایی مدل های شبکه عصبی و افزایش 100 درصدی خطا می شود. همچنین نتایج نشان دادند که در نظر گرفتن خصوصیات هیدرولیکی به عنوان متغیرهای ورودی در شبکه عصبی باعث ارتقاء نتایج مدل سازی می شود.

تغییر اقلیم دارای اثرات مستقیمی بر فرآیندهای هیدرولوژیکی نظیر تبخیر از سطح آب، تعرق از گیاه، تغذیه آبهای زیرزمینی، رواناب یا ذوب برف دارد. در این مقاله اثرات احتمالی تغییراقلیم بر تبخیر و تعرق در آینده بررسی شده است. به همین دلیل تاثیر تغییراقلیم بر دما (حداقل، حداکثر و میانگین) و بارش تحت سناریوی A2 و برای سه دوره 2039-2010، 2069-2040 و 2099-2070 و با استفاده از ریزمقیاس نمایی آماری و خروجی های مدل گردش عمومی جو HadCM3 در حوضه کشف رود مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله بعدی با استفاده از پارامترهای پیش بینی شده، تبخیر و تعرق گیاهان الگوی کشت این حوضه شامل گندم، چغندرقند، گوجه فرنگی، سیب و ذرت با استفاده از روش هارگریوز و سامانی محاسبه و برای دوره های مختلف مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج حاصل نشان داد که دما (حداقل، حداکثر و میانگین) در هر سه دوره پیش بینی نسبت به دوره پایه 1990-1961 افزایش خواهد یافت. میانگین سالانه بارش پیش بینی شده در دوره های مذکور تفاوت معنی داری نداشت ولی توزیع آن در فصلهای مختلف تغییر خواهد کرد. بدینصورت که مقدار بارش برای ماه های زمستان و تابستان کاهش و برای ماه های پائیز و بهار افزایش خواهد یافت. میزان تبخیر و تعرق محاسبه شده برای تمامی ماه ها و برای تمامی دوره ها تحت تاثیر دما افزوده خواهد شد. نتایج نشان می دهد که در صورت افزایش دمای هوا به میزان 1، 2 و 4 درجه سانتی گراد نیاز آبی الگوی کشت گیاهان در دشت کشف رود به ترتیب 6، 10 و 16 درصد افزایش پیدا خواهد کرد.

تابش خورشیدی رسیده به سطح زمین یکی از پرکاربردترین پارامترهای مورد استفاده در پروژه ها و مدل سازی های هیدرولوژی، کشاورزی، هواشناسی و اقلیمی می باشد. با توجه به این که تهیه و ایجاد وسایل اندازه گیری این پارامتر بسیار پرهزینه است، تاکنون مدل های متعددی جهت برآورد آن در اقلیم های مختلف توسط محققان، پیشنهاد شده است. در این پژوهش، هفت مدل برآورد تابش طول موج کوتاه خورشیدی، شامل: 1- مدل آنگستروم- پرسکات پیشنهادی توسط فائو، 2- مدل آنگستروم- پرسکات واسنجی شده توسط خلیلی و رضایی صدر، 3- مدل آنگستروم- پرسکات واسنجی شده توسط خلیلی و رضایی صدر تحت تاثیر طیف جذبی بخارآب، 4- مدل آنگستروم- پرسکات واسنجی شده توسط علیزاده و خلیلی، 5- مدل رگرسیون خطی علیزاده و خلیلی، 6- مدل صباغ و 7- مدل گلور- مک کلوت جهت انتخاب و معرفی مناسب ترین مدل در این منطقه مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج مقایسه مقادیر محاسبه شده با مدل ها با مقادیر اندازه گیری شده توسط پیرانومتر، نشان داد که بر اساس میزان ضریب تعیین، مدل های 1، 2 و 4 (به ترتیب برابر 8505/0، 8507/0 و 8507/0) بیش ترین همبستگی را با مقادیر واقعی تابش، نشان می دهند. اما با توجه به تفاوت بسیار ناچیز این مدل ها و مقادیر کم تر شاخص های، و (به ترتیب برابر 68/2، 16/0 و 59/0) در مدل 1، می توان این مدل را به عنوان مناسب ترین مدل برآورد تابش خورشیدی در این اقلیم معرفی نمود.