per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
201
311
10.22092/ijwmse.2015.100488
100488
Research Paper
کاربرد شاخص کیفیت خاک برای ارزیابی پتانسیل تولید مراتع
Application of soil quality index in assessing rangeland productivity
رضا سکوتی اسکوئی
1
دانشیار، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی آذربایجان غربی
رشد گیاه در رویشگاههای طبیعی حاصل کارکرد عوامل مختلف زیستی میباشد. از جمله موثرترین عوامل تاثیرگذار در پتانسیل تولید یک رویشگاه، خاک است که با تخریب آن حاصلخیزی و پتانسیل مرتع کاهش مییابد. لذا پژوهش حاضر با هدف تعیین رابطه بین تولید و خصوصیات خاک مورد استفاده در محاسبه شاخص کیفیت خاک در دره شهدا بهعنوان نمونهای از مراتع نیمهخشک کشور در استان آذربایجان غربی انجام شد. برای تعیین واحدهای کاری، نقشه چهار جهت اصلی و پنج طبقه شیب و پوشش گیاهی در محیط GIS در مقیاس 50000 :1، تهیه شد. ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی خاک از نمونههای برداشت شده از عمق 30-0 سانتیمتری خاک سطحی و با انجام آزمایشات مورد نیاز تعیین شد. اطلاعات سطحی خاک با روش تحلیل عملکرد سرزمین (LFA) جمعآوری و تولید کل، تولید گیاهان علفی و خشبی در زمان حداکثر گلدهی گونههای غالب بهروش برداشت مستقیم، اندازهگیری شد. موثرترین خصوصیات خاک بر تولیدات گیاهی با استفاده از روش تجزیه عاملی (PCA)، تعیین و با استفاده از رگرسیون چند متغیره گام به گام، روابط ریاضی بین تولید گیاهی و خصوصیات خاک بهدست آمد. نتایج نشان داد که در تعداد 28 واحدکاری، میانگین مقادیر شاخص چشمانداز خاک برابر 0.8، شاخص پایداری برابر 76.9، شاخص نفوذپذیری 57.1 و شاخص مواد مغذی برابر 69.1 است. میانگین تولید کل 1535.24 کیلوگرم ماده خشک بر هکتار محاسبه شد. با روش تجزیه عاملی، تعداد سه بردار با داشتن شرط ریشه پنهان واریانس بالاتر از یک، حدود 78 درصد واریانس دادهها را توضیح دادند. در نتیجه متغیرهای لازم برای ارزیابی شاخص کیفیت خاک، درصد شاخص سازمان یافتگی، درصد شاخص چرخه عناصر، شوری و وزن مخصوص ظاهری تعیین شدند. بین شاخص کیفیت خاک و تولید گیاهی با ضریب 63 درصد رابطه معنیداری بهدست آمد. پس از برازش مدل ریاضی برآورد تولید، با ستفاده از شاخص کیفیت خاک ضریب تبیین 64 درصد محاسبه شد. انحراف مدل بهدست آمده با آماره MBE برابر 0.02-، خطای 8% و کارایی 0.66، کاربرد مناسبی برای تفسیر عملکرد سرزمین ارائه میکند. لذا، مدل بهدست آمده میتواند برای برآورد تولید رویشگاههای مناطق نیمهخشک و نیمهاستپی سرد کشور مناسب باشد.
Crop growth in natural habitats is the result of the biological function of various factors. Soil is the most influential factor on the yield potential of a habitat that can lead to the soil fertility and yield degradation. This study aimed to determine the relationship between crop yield and soil properties used to calculate the soil quality indicators in the semi-arid rangelands of Shohada-Valley as an example in West Azerbaijan Province The slope aspect with four directions, slope classes with five classes and vegetation layers were overplayed to prepare working units of 1:50,000 scale. Physical, biological and chemical properties of soil samples from 0-30 cm of topsoil were determined through required analysis. Landscape Function Analysis (LFA) was done and yield of dominant species was calculated in maximum flowering time by direct collection method. Effective soil properties on plant production were determined using Principal Component Analysis (PCA) and the mathematical relations between crop yield and soil parameters was computed by stepwise multiple regression. Results showed that mean values of soil landscape index is 0.8, stability index was equal to 76.9, the permeability index was 57.1 and the nutrient index was equal to 69.1 in 28 map units. The average of total production was calculated 1535.24 kg /ha of dry matter. Three components having a latent root above one, explained about 78 percent of the variance using factor analysis,. The outcome variables for evaluating soil quality index, organization index, nutrient cycling index, salinity and bulk density, were determined. A significant correlation of 63% was achieved between soil quality indicators and crop production,. Using soil quality index a coefficient of determination of 64 percent was computed after applying a mathematical crop production model Mean Bias Error of -0.02, error of 8% and the efficiency of the model of 0.66, provide a suitable application for interpretation function of rangelands. Therefore, resulted model is suitable for estimating range production in semi-arid and cold semi-arid steppe habitats.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100488_37d76bb1b01cfdc8cabe2dec1af30c4e.pdf
per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
312
322
10.22092/ijwmse.2015.100815
100815
Research Paper
کاربرد مقایسهای رگرسیون خطی چندگانه و شبکههای عصبی مصنوعی برای شبیهسازی اثرات عوامل توپوگرافی بر تغییرات کربن آلی خاک
Comparison of applying multi linear regression analysis and artificial neural network methods for simulating topographic factors effect on soil organic carbon
سمیه مقیمی
1
یحیی پرویزی
2
محمدحسین مهدیان
3
محمدحسن مسیحآبادی
4
دانشجوی دکتری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات
استادیار، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی کرمانشاه
استاد، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی
استادیار، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات
کربن آلی خاک یکی از مهمترین ویژگیهای خاک بوده و هرگونه تغییر در مقدار و ترکیب آن بر اکثر ویژگیهای شیمیایی، زیستی و فیزیکی خاک تاثیرگذار است. بهبود کربن آلی خاک سبب بهبود ساختمان خاک، کیفیت و کمیت رطوبت در حوضه، کیفیت هوا، افزایش سطح عناصر غذایی خاک و در نتیجه کیفیت و کمیت محصول، جلوگیری از تخریب و فرسایش خاک و احیا خاک و زیست بوم خواهد شد. عوامل متعددی از جمله عوامل اقلیمی، توپوگرافی و مدیریتی بر مقدار کربن آلی خاک تاثیر میگذارند. در مقیاس کوچک محلی مانند مرتع مورد مطالعه، عامل اقلیم تنوع قابل ملاحظهای نداشته و عوامل توپوگرافی بر تغییرات کربن آلی خاک، بسیار اثرگذارند. لذا، هدف این پژوهش، برآورد تاثیر متغیرهای توپوگرافی ارتفاع، جهت شیب، درصد شیب، سایه روشن و انحنا بر مقدار کربن آلی خاک در اراضی مرتعی واقع در حوضه مرگ استان کرمانشاه است. به این منظور، برآورد کربن آلی خاک با دو روش رگرسیون چندمتغیره خطی (MLR) و شبکههای عصبی مصنوعی (ANN) انجام شد. بر طبق نتایج، مدل MLR، توانست 53 درصد و مدل ANN، 77 درصد از تغییرات کربن آلی خاک را پیشبینی کند. در روش MLR، مقدار RMSE و MBE بهترتیب 0.4 و صفر در روش ANN، مقدار RMSE و MBE بهترتیب 0.16 و 0.003 محاسبه شد. نتایج بررسیها نشان داد، شبکه عصبی مصنوعی با آرایش 1-9-5 و تابع فعالسازی تانژانت هایپربولیک در لایه پنهان، نسبت بهروش رگرسیون خطی چندگانه، دارای دقت و صحت بالاتری است. طبق نتایج شبکه عصبی مصنوعی، از بین متغیرهای مورد بررسی، بهترتیب ارتفاع با 0.79، سایه روشن با 0.64 و درصد شیب با 0.28 ضریب تاثیر، در تغییرات ذخایر کربن آلی خاک در این منطقه بیشترین سهم را دارند.
Soil organic carbon is one of the most important soil characteristics, and any changes in its content and composition, affects soil physical, chemical, and biological characteristics. Enhancing soil organic carbon improves soil structure, increases water and nutrients in soils, reduces soil erosion and degradation and thus greater productivity of plants and water quality are expected in watersheds and ultimately soil and ecosystem reclamation happens. Climatic, topographic and managerial factors affect soil organic carbon content. In local scale, climatic factors have not high efficiency on soil organic carbon and topographic factors play more important role compared to climate on soil organic carbon variability. The objective of this study was to predict and evaluate the effects of topographic factors such as elevation, slope percent, aspect, hill shade, and curvature on the soil organic carbon content of a rangeland in Mereg watershed, Kermanshah, Iran. Stepwise Multi Linear Regression (MLR) and Artificial Neural Network (ANN) were employed to develop models to predict soil organic carbon. AMulti-Layer Perceptrons (MLP) ANN withback-propagationerror algorithm was applied to this research.Theresult showed that themulti linear regression and ANN models explained53and 77percent of the total variability of soil organiccarbon, respectively. The calculated RMSE and MBE were 0.40 and 0 for the MLR and 0.16 and 0.003 for MLP models. Results indicated that designated ANN model with 5-9-1 arrange was more feasible than multi linear regression for predicting soil organic carbon. Elevation with 0.79, hill shade with 0.64 and slope percent with 0.24, were identified as the important factors that explained the variability of soil organic carbon.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100815_e59704fb0942cbdedbe521b9c0a4ecc2.pdf
per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
323
336
10.22092/ijwmse.2015.100816
100816
Research Paper
کاربرد مدلهای ریاضی در توصیف توزیع اندازه ذرات در رسوبات پشت بندهای رسوبگیر متوالی
Application of mathematical models to describe the particle size distribution of sediments behind successive check dams
لیلا مهدیزاده
1
فرخ اسدزاده
2
عباس صمدی
3
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه
استادیار، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه
استاد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه
یکی از خصوصیات کلیدی رسوبات، توزیع اندازه ذرات آنها است که بسیاری از ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی را تحت تاثیر قرار میدهد. در این پژوهش توزیع اندازه ذرات رسوبات سطحی انباشته شده در پشت بندهای رسوبگیر مورد مطالعه قرار گرفت. برای این منظور دو آبراهه در منطقه نوشان ارومیه که بهترتیب دارای سه و چهار بند سنگی ملاتی بودند، انتخاب شده و توزیع اندازه ذرات رسوب پشت آنها با اندازه ذرات خاک دامنه مشرف به بندها مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که ذرات رسوب پشت بندها در مجموع نسبت به ذرات خاک دامنه، اندازه درشتتری داشته و دارای بافت شنی-لومی و شنی هستند. در بندهای نیمهپر ترسیب انتخابی ذرات رسوب مشاهده شد و بندهای پاییندست دارای ذراتی با اندازه تقریبا مشابه با خاک اصلی بودند. در حالیکه در بندهای پر، این شرایط مشاهده نشده و عملا بخش قابل توجهی از ذرات کوچکتر از 0.124 میلیمتر از بندها عبور نمودند. ده مدل مختلف ریاضی برای توصیف توزیع اندازه ذرات رسوب بهکار رفته و قابلیت آنها بر مبنای طیف متنوعی از ضرایب کارایی مورد ارزیابی قرار گرفت. خوشهبندی سلسله مراتبی مدلها بر مبنای ضرایب کارایی منتخب نشان داد که بهترتیب سه مدل فردلاند، ORL و ONL دارای برتری نسبی در مقایسه با سایر مدلها هستند. مقدار ضریب تبیین در هر سه مدل برابر با 0.99 بوده و آماره AIC نیز در آنها بهترتیب برابر با 44.13-، 43.92- و 41.46- بود. بنابراین این مدلها میتوانند برای کمیسازی توزیع اندازه ذرات رسوب مورد استفاده قرار گیرند.
Particle size distribution of sediment is one of the key factors which affects many other physical and chemical characteristics of the sediments. In this study, particle size distribution of the sediments trapped behind successive check dams was evaluated. Two waterways (G1 and G2) were selected in Noshan region of Urmia which have three and four check dams respectively. In each waterway, particle size distribution of sediment samples was compared with the original soil of the adjacent hill slope. Results indicated that the sediments have loamy-sand to sandy texture and have coarser particles than the adjacent soil samples. Selective deposition of sediment particles was observed in half full successive check dams of G1 waterway and the sediments of the check dam located at the downstream have a similar particle size distribution with adjacent soil sample. In filled dams of G2 waterway, considerable amounts of particles coarser than 0.124 mm in diameter were passed through dams. Some mathematical models were used to describe the particle size distribution of sediment samples and performance of them was evaluated by several efficiency criteria. Hierarchical cluster analysis of models, based on selected efficiency criteria, indicated that the Fredlund, ORL and ONL models have good performance in describing the particle size distribution of sediment samples. Coefficient of determination for these models was 0.99 and the Akaike’s Information Criterion (AIC) for these models were -44.13, -43.92, and -41.46 respectively. It can be concluded that these models are applicable for quantifying the particle size distribution of sediment samples.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100816_edf1a6084753f9827028f46ea2e57f28.pdf
اوره
Urea
per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
337
352
10.22092/ijwmse.2015.100817
100817
Research Paper
ارزیابی مدلهای مفهومی در مکانیابی عرصههای مستعد گسترش سیلاب با استفاده از دادههای سنجش از دور و سامانه اطلاعات مکانی
Evaluating conceptual models in floodwater spreading site selection using RS and GIS
ابوالقاسم دادرسی سبزوار
1
نادر جلالی
2
ابراهیم گوهری
3
مربی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسانرضوی
استادیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مربی، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
بهرهوری از سیلابهای بهوقوع پیوسته در کشور که از کمبود منابع آبی شدیدا در رنج است، ضرورتی اجتناب ناپذیر به شمار آمده، پخش سیلاب در مناطق مستعد یکی از روشهای ساده و قابل اعتماد بهرهوری محسوب میشود. مناطق مساعد برای بهرهبرداری و پخش سیلاب دارای خصوصیات منحصر به فردی هستند که شناسایی این نقاط بهشکل سنتی بسیار وقتگیر و پرهزینه است. استفاده از اطلاعات ماهوارهای و تکنیک GIS، سرعت و دقت دستیابی به این مناطق را زیادتر میکند. منطقه تحقیق، بخشی از دو استان خراسان رضوی و شمالی است که شهرستانهای سبزوار، اسفراین، جاجرم، کاشمر، بردسکن و خلیلآباد را شامل میشود. در این تحقیق هفت لایه اطلاعاتی، شامل واحدهای کواترنری، محدودیتهای کاربری، شیب، نفوذپذیری، ضخامت آبرفت، رواناب و ضریب ذخیره انتخاب و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نقشه نهشتههای کواترنری در منطقه مورد بررسی از نقشههای 1:250000 زمینشناسی تهیه و مرز آنها از روی عکسهای هوایی، کنترل شد. در این لایه اطلاعاتی نهایتا 43 واحد مطالعه یا عرصهکاری انتخاب شد. برای بررسی محدودیتهای کاربری، از روش بررسی صحرایی و تفسیر چشمی تصاویر ماهواره، استفاده شد. با استفاده از فایل رقومی منحنیهای میزان 100 متری و با انتخاب سلولهای 30 متری، نقشه شیب در GIS تهیه و مورد بهرهبرداری قرار گرفت. برای بررسی نفوذپذیری، از روش استوانههای مضاعف و برای تعیین ضخامت آبرفت، از روش کاوشهای ژئوفیزیک، استفاده شد. همچنین، مطالعه ضریب ذخیره، با روش نمونهبرداری خاک تا عمق یک متر و انجام آزمایشات دانهبندی و با استفاده از جداول رایج موجود، انجام شد و بالاخره بهروش جاستین، بررسی هیدرولوژی و تعیین حجم رواناب سالانه عرصهها، صورت پذیرفت. با روش وزندهی و کاربرد سه مدل آماری منطق بولین، شاخص همپوشانی و منطق فازی، بههمراه تعدادی از عملگرهای آنها، اولویت مناطق مستعد برای پخش سیلاب، تعیین شد. نتایج نشان داد که مدل فازی با عملگر جمع از کارایی بالاتری نسبت به سایر روشها جهت تفکیک و شناسایی نهشتههای مناسب پخش سیلاب، برخوردار بوده و بیشتریت همپوشانی را با عرصههای کنترلی دارد، ضمن آنکه تصویر مجازی RGB742 بهترین و مناسبترین ترکیب سه نواری برای این منظور است که تفسیر چشمی آن بههمراه استفاده از سامانه اطلاعات مکانی، میتواند به شناسایی مناطق مستعد پخش سیلاب و اولویتبندی آنها انجامد.
Productivity of the floods in the country which suffering from a severe shortage of water resources, is inevitable and flood spreading in areas prone water is one of the simplest methods for efficiency of flood. Identification of suitable areas for flood spreading by traditional methods usually is very expensive and takes up time. Using GIS and RS can reduce such costs and increase the speed and accuracy. The study area is part of the provinces of Khorasan Razavi and north Khorasan which included the cities of Sabzevar, Esferayen, Jagarm, Kashmar, Bardeskan and Khalilabad. In this study, seven layers, including units of the quaternary deposits, limitation of land use, slope, infiltration rate, runoff, storage coefficient and bed rock depth were selected and analyzed. Map of quaternary deposits was prepared from geological map at scale of 1:250000 and controlled by photo-interpretation. 43 sites were selected by field survey. A Land use restriction was prepared by field Investigation and visual interpretation of satellite images. The slope map was obtained by GIS method, using digital topographic map of the area with 100m interval and 30m Pixel size. Infiltration rate in each area was calculated by double ring test and geoelectric study was used for bed rock depth estimation. Also storage coefficient for each site was calculated by typical table related on soil texture using soil sampling to a depth of one meter. And finally volumes of overland flow were calculated for all sites by Jasten method. Booleain logic, index overlay and fuzzy logic were selected and tested in those areas to mapping suitable areas for flood spreading, using the weighting method. The results show that the fuzzy sum is the best and visual interpretation of RGB742 Integrating GIS, is more suitable to identify and prioritize areas prone to spreading.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100817_7cb123009b638ea88b91187c23921da3.pdf
دمای بیشینه
per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
353
363
10.22092/ijwmse.2015.100818
100818
Research Paper
مقایسه روشهای مختلف نمونهبرداری جهت پهنهبندی رقومی خاک در منطقه اردکان
Comparison of different sampling methods for digital soil mapping in Ardakan region
اخیرا محققین از روش نقشهبرداری رقومی برای غلبه بر مشکلات نقشهبرداری سنتی خاک بهره گرفتهاند. با توجه به تغییرات مکانی زیاد خاک، نمونهبرداری مهمترین مرحله در مطالعات نقشهبرداری رقومی خاک محسوب میشود.هدف از پژوهش حاضر، مقایسه سه روش مختلف نمونهبرداری شامل مربع لاتین، فازی-میانگین k و تصادفی بهمنظور دستیابی به یک الگوی فضایی مناسب برای نمونهبرداری خاک در منطقه اردکان بهوسعت 720 کیلومتر مربع بود. متغیرهای محیطی که در این مطالعه استفاده شدند، عبارت است از مشتقات اولیه و ثانویه مدل رقومی ارتفاع، تصاویر +ETM ماهواره لندست و نقشه سطوح ژئومورفولوژی. نتایج بر اساس معیارهای آماری (میانگین و انحراف معیار) نشان داد که بهترین روش نمونهبرداری، روش مربع لاتین میباشد. بهعنوان مثال در مورد پارامتر کمکی شاخص خیسی مقدار میانگین دادههای انتخاب شده بهوسیله این روش و کل فضای نمونهبرداری برابر با 18.19 میباشد. بهطور مشابه مقدار میانگین شاخص همواری دره با درجه تفکیک بالا در روش مربع لاتین (3.64) بیشترین شباهت را با جامعه نمونهبرداری (3.63) دارد. همچنین، توزیع فراوانی متغیرهای کمکی در محلهای منتخب (نمونه) در روش مربع لاتین بسیار به توزیع فراوانی متغیرهای کمکی در کل منطقه (جامعه آماری) شبیه بود. همچنین، نتایج نشان داد که همیشه توزیع جغرافیایی مناسب (فازی-میانگین k) نشاندهنده الگوی نمونهبرداری مناسب نمیباشد. بنابراین، روش مربع لاتین بهعنوان بهترین روش نمونهبرداری در منطقه مورد مطالعه معرفی میشود و پیشنهاد میشود که محققین در مطالعات آتی نقشهبرداری خاک از روش مربع لاتین استفاده شود.
Recently, researchers are increasingly employed Digital Soil Mapping (DSM) techniques to overcome traditional soil mapping difficulties. Apparently, due to the large heterogeneity of soil environments, sampling may be the most important step in digital soil mapping studies. Therefore, in this research, we employed three different sampling strategies including Latin hypercube, Fuzzy-K-Means and random sampling to achieve the best spatial distribution of soil samples in an area around 720 km2 located in Ardakan region, Yazd province, Iran. Auxiliary data that used in this study, were including terrain attributes, Landsat 7 ETM+ images and a geomorphologic surfaces map. Based on statistical criteria (i.e. mean and standard deviation), results showed that Latin hypercube is the best sampling method. For instance, in the selected points, the mean of wetness index is 18.19 which is the same as the mean of all area. Similarly, the mean of Multi-resolution Valley Bottom Flatness (MrRVF) in the points selected by Latin hypercube strategy is very similar to all area. Moreover, histogram of auxiliary data in selected points (samples) was more similar to histogram of auxiliary data in all area. Also, the results indicated that a good geographical coverage (Fuzzy-K-Means) does not adequately represent the distribution of the variables. Therefore, Latin hypercube is the best strategy to determine sample locations in our study area and hence, it is recommended that researchers apply Latin hypercube method in future digital soil mapping studies.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100818_a987b32cd226954d6d03a7f217885981.pdf
per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
364
376
10.22092/ijwmse.2015.100819
100819
Research Paper
تهیه نقشه شاخص مناسب فرسایندگی باران کشور
Rainfall erosivity mapping in Iran
داود نیککامی
jwem2023@gmail.com
1
محمدحسین مهدیان
2
استاد، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
استاد، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی
گاهی از مقدار صحیح فرسایش آبی بهدلیل نقش آن در توسعه تغییرات سطح زمین و تحتالشعاع قرار دادن پایداری فعالیتهای کشاورزی در بلندمدت حائز اهمیت است. فرسایندگی باران بهعنوان یکی از مهمترین فاکتورهای تاثیرگذار بر فرسایش آبی خاک مطرح است که در قالب شاخصهایی بیان میشود. برای کمی نمودن تاثیر عامل فرسایندگی باران در بررسیهای مربوط به فرسایش و رسوب، شاخصهای مختلفی بر مبنای خصوصیات باران از جمله مقدار، شدت، مدت، اندازه قطر قطره، انرژی جنبشی و یا ترکیبی از آنها مد نظر قرار میگیرد. این عامل در بسیاری از روشهای تجربی برآورد کمی و یا کیفی فرسایش خاک، بهعنوان یکی از عوامل اصلی، مطرح است. لذا بهمنظور پرهیز از هرگونه دوبارهکاری در تعیین عامل فرسایندگی باران، لازم است تا روشی مبتنی بر شرایط حاکم بر حوزههای آبخیز ایران تبیین شود. چنین اقدامی منجر به رفع ابهامات و اختلاف نظرها در نحوه تعیین این عامل در هر یک از مدلها میشود. برای حصول اطمینان در محاسبه این عامل مهم، ضرورت دارد تا اقدام به ارزیابی روشهای مختلف تعیین توان فرسایندگی باران در شرایط اقلیمی و آب و هوایی مختلف نمود. این پژوهش با هدف تعیین شاخص فرسایندگی مناسب در ایران و بسط این شاخص به کل کشور و تهیه نقشه فرسایندگی باران در مقیاس ملی انجام گرفت. در این تحقیق، ابتدا بهمنظور بررسی شاخصهای فرسایندگی باران و انتخاب مناسبترین آنها، 64 شاخص مختلف محاسبه شده و روابط همبستگی آنها با تلفات خاک در هفت استان آذربایجان غربی، خراسان رضوی، زنجان، سمنان، مازندران، مرکزی و یزد و در قالب طرح ملی در پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری بررسی و EI30 بهعنوان مناسبترین شاخص معرفی شد. در مرحله دوم، شاخص انتخابی برای ایستگاههای هواشناسی سینوپتیک دارای باراننگار محاسبه شد و رابطهای نیز بین شاخص یاد شده و تعدادی از شاخصهای زودیافت نظیر فورنیه، فورنیه اصلاح شده، بارندگی متوسط سالانه، حداکثر بارندگی روزانه برقرار شد. پس از تعیین فورنیه اصلاح شده بهعنوان شاخص انتخابی برای ایستگاههای بارانسنجی که فاقد باراننگار بودند، مقادیر EI30 در ایستگاههای فاقد آمار شدت بارندگی با ضرایب بهدست آمده، محاسبه شد. بعد از نرمال کردن دادههای EI30 نیم تغییرنمای آن ترسیم و مدل مناسب بر آن برازش داده شد. سپس، روشهای میانیابی مختلف کلاسیک در سطح کشور انجام و هر یک از آنها با روشهای ارزیابی تقاطعی مورد مقایسه قرار گرفت که در نهایت روش اسپلاین جهت ترسیم نقشه انتخاب شد. نقشه خروجی وجود روند کاهشی شاخص فرسایندگی باران را از مناطق غربی و شمالی به مناطق شرقی و جنوبی کشور نشان میدهد و این الگو مطابق با الگوی تغییرات اقلیمی از مناطق مرطوب به مناطق نیمهخشک میباشد.
Rainfall erosivity as one of the major factors of soil erosion is expressed as indexes. The objective of this study is determining the appropriate rainfall erosivity index in Iran and generalizes it by its estimation from more readily available indexes to stations without rainfall intensity data and to determine the most accurate interpolation method for preparation of its map. For this reason, necessary data were collected from seven soil erosion research plots in Western Azerbyjan, Khorasan Razavi, Zanjan, Semnan, Mazandaran, Markazi, and Yazd provinces, respectively. The rainfall intensities were recorded, as was the sediment yield associated with storm events, and 64 different erosivity indices based on rainfall intensity were computed for these soil erosion research stations. Our founding shows that were the best correlated with sediment than other erosivity index. Further, rainfall erosivity indices, based on the amount of rainfall, were also computed for all soil erosion research plots and synoptic and climatic stations. The results showed that the modified Fournier index had a significant correlation with After normalizing the primary data, semi-variograms were determined and the best model was obtained. Then, different interpolation methods were compared and spline was chosen for drawing the rainfall erosivity map. The output map showed a decreasing trend from west and north to east and south of the country and this trend was correlated with climatic change from humid to semiarid regions.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100819_07a772897256f7078a6e2eceb29b5951.pdf
per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
377
389
10.22092/ijwmse.2015.100820
100820
Research Paper
اثرات عوامل زمینشناختی بر شکلگیری هندسه رودخانه قزلاوزن سفلی و روند جابهجایی در بازه کوهستانی و دشت سیلابی
Geological effects on geometry of Ghezel-Ouzan River and lateral shifting trend in mountainous and flood plain basins
حمیدرضا پیروان
hrpeyrowan@yahoo.com
1
علی جعفریاردکانی
2
محسن شریعتجعفری
3
دانشیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مربی، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
استادیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
بهمنظور شناخت عوامل موثر بر مورفولوژی رودخانه قزلاوزن در حدفاصل بین سد استور تا سد منجیل در دو بازه سنگی و دشت سیلابی بازهای بهطول تقریبی 195 کیلومتر انتخاب و در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی شکل رودخانه، از نقشههای توپوگرافی و عکسهای هوایی با مقیاس 50000:1 سالهای 1334 و 1371 استفاده شد. پس از ترسیم پلان رودخانه، مشخصات هندسی رودخانه از جمله عرض، طول موج و ارتفاع حلقههای مئاندر، ضریب سینوزیته، شعاع و دامنه نوسانات حلقههای مئاندر و عوامل هندسی دیگر اندازهگیری شد. نتایج نشان داد که مقادیر میانگین زاویه مرکزی حلقههای مئاندر و ضریب سینوزیته تنگدره رودخانه بهترتیب 140.55 درجه و 1.46 از بازه دشت سیلابی بهترتیب 105.08 درجه و 1.22 بیشتر است، بنابراین رودخانه در بازه کوهستانی پرپیچ و خمدارتر است. جابهجایی جانبی رودخانه قزلاوزن در بازه دشت سیلابی نیز مطالعه شد که 63.3، 26.6 و 10.1 درصد موارد بهترتیب بهسمت ساحل چپ، راست و به هردو سو در اثر چندشاخگی بهوقوع پیوسته و لذا جابهجایی کلی رودخانه بهسمت ساحل چپ است که منطبق با جهت فشارش تکتونیکی ناشی از حرکات صفحات تکتونیکی در این ناحیه است. این موضوع اثر تکتونیک را بر الگوی رودخانه حتی در بازه دشت سیلابی به اثبات میرساند. تنش برشی هیدرولیکی محاسبه شده رودخانه در بازه سنگی 150 پاسکال است، حال آنکه مقاومت برشی سنگهای آتشفشانی کانال رودخانه در این بازه 150 مگاپاسکال و بهبیان دیگر یک میلیون برابر است. بنابراین، فرایندهای فرسایش رودخانهای نمیتواند تنگدره سنگی این رودخانه را بهوجود آورده باشد. برای اثبات این موضوع، شیب و جهت شیب درزههای کانال سنگی رودخانه در 10 ایستگاه و 439 درزه بهکمک کمپاس در صحرا برداشت شد. در ضمن خط مرکزی مسیر رودخانه در بازه سنگی از روی نقشههای توپوگرافی رسم و در فواصل 250 متری به قطعات مستقیم، تقسیم و زاویه هر قطعه نسبت به شمال جغرافیایی تعیین شد. دیاگرام گلسرخی، جهات درزههای کانال سنگی رودخانه و جهات مسیر قطعات مستقیم رودخانه، مشابهت زیادی نسبت به هم نشان دادند. این تحقیق نشان داد که رودخانه قزلاوزن در بازه کوهستانی دارای یک طرح اولیه نئوتکتونیکی بوده و مسیر آن در تنگدره، تابع شکافهایی است که از پیش وجود داشته و تنها رودخانه توانسته نسبت به تعمیق و تعریض آن کوشش نماید.
Downstream of Ghezel-ouzan River from Ostoor to Sefidrood dams with approximately 195 kilometers length studied in this research. For morphological study, the topographic maps and the aerial photos (1955 and 1992) on a scale of 1: 50000 are used. At the first step, the river plan was drawn in both gorge valley and flood plain basin and then geometrical characteristics such as width, wavelength and amplitude of meanders loops, sinuosity, radius and other factors of the meanders measured in two above-mentioned basins. This research showed that, the mean values of the central angle of meanders and sinuosity coefficient of the gorge river is 140.55 degree and 1.46 respectively. It is more than flood plain reach with 105.08 degree mean central angle and 1.22 sinuosity coefficients. Therefore, the river is more meandering in the mountainous reach. Lateral shifting of Ghezel-Ouzan River in flood plain reach showed that 63.3% and 26.6 % respectively occurred to left and right and 10.1 percent to both sides due to braiding. Lateral shifting of Ghezel-Ouzan River at flood plain reach indicates that lateral shifting of the river, occurred mainly toward the left bank, which is agreed to the direction of the tectonic stresses due to the plate tectonic movements. It proves that tectonic factors affect on river pattern even in the erosional reach. In gorge basin hydraulic bed-shear of the river is quantitatively 150 Pascal, whereas, shearing strength of volcanic rocks in gorge valley lies in the order 150 Mpa., i.e. one million times higher. Therefore, the erosional processes could not have formed the gorge valley. To prove this opinion, dip and direction of rock bank joints of the river in gorge basin recorded at field in 10 stations and about 439 joint surfaces. The centerline of the river channel drawn based on the topographic maps, and then, it changed to the series of broken and straight lines at the intervals of 250 m, and then their directions were determined. The rose diagram of rectifying river segments and rock joints of the gorge canal are similar with together. It shows that the river in mountainous basin had neotectonic predesigned pattern and the river current on the bedrock and only it partly can widening its valley.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100820_ad23419f63356079ca9b74131cb7884b.pdf
per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
390
399
10.22092/ijwmse.2015.100821
100821
Research Paper
برآورد نسبت بار کف به بار معلق در رودهای دز و میناب
Estimation of bed load to suspended load ratio in Dez and Minab rivers
محمود عربخدری
1
استادیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
در اکثر مطالعات منابع آب، مقدار بار کف رودخانهها بهصورت نسبتی ثابت از بار معلق در نظر گرفته میشود که معقول نیست. یک روش تعیین دقیقتر این نسبت، استفاده از اطلاعات باتیمتری نهشتههای بستر مخازن سدها است. در این پژوهش، نقشههای متوالی تهیه شده از کف مخازن دو سد دز (1362 و 1376) و میناب (1364 و 1377) و آمار رسوب معلق در ایستگاههای ورودی بررسی شد. پس از تعیین محل قله دلتا در مخزن و تفکیک رسوب به دو بخش دلتایی و دریاچهای روی نقشهها، حجم رسوب بین دو دوره در هر مخزن برآورد و با لحاظ وزن مخصوص، وزن رسوب محاسبه شد. سپس، تاثیر عواملی از قبیل نشست و فشرده شدن تدریجی نهشتهها، ضریب تلهاندازی رسوب سد، تاثیر سهم حوضه بالادست و دامنههای مشرف به مخزن سد در رسوب تعیین شد. از سوی دیگر، رسوبدهی معلق بهروش اداره عمران اراضی در محل ایستگاههای تلهزنگ و برنطین (ورودی سدهای مذکور) برآورد شد. در مرحله بعد، به دو روش الف) لحاظ رسوبات دلتایی و دریاچهای بهترتیب بهعنوان بار کف و بار معلق و ب) محاسبه بار کف با کسر رسوب معلق ایستگاه ورودی (با رعایت ضریب اصلاحی مساحت دامنههای مشرف به مخزن سد) از کل رسوب نهشته شده، نسبت بار کف به بار معلق تعیین شد. نسبت بار کف به بار معلق با روش "ب" در دریاچههای سدهای دز و میناب بهترتیب 348 و 251 درصد برآورد شد که ناشی از خطای برآورد رسوب معلق در ایستگاه هیدرومتری ورودی سد بوده و غیرقابل قبول است. نسبت وزنی بارکف به بار معلق در رودهای دز و میناب با روش "الف" بهترتیب 45 و 56 درصد بهدست آمد. دو عامل عدم اطمینان بسیار مهم در این روش بهترتیب ضریب تلهاندازی و وزن مخصوص رسوب بهویژه رسوب دلتا میباشد. با تغییر ضریب تلهاندازی از حدود 95 درصد به 60 درصد، نسبت بار کف به بار معلق در دز از 42 درصد به 23 درصد و در میناب از 53 درصد به 27 درصد کاهش یافت. یک مورد کاهش 14 درصدی وزن مخصوص رسوب دلتایی در سد میناب نیز سبب تقلیل هفت درصدی نسبت بارکف به بار معلق شد. اگرچه اختلاف زیادی بین نتایج در سناریوهای مختلف دیده میشود، حتی کمترین مقادیر بهدست آمده بسیار بالاتر از رقمهای کارشناسی 20-15 درصد متداول در مطالعات منابع آب است.
River bed load is usually estimated as a ratio of suspended load due to difficulty in direct measurement. The ratio of bed load to suspended load can be determined more accurately using reservoir sediment bathymetric information. In this research, two successive top bathymetric maps from reservoirs of Dez dam (1983 and 1997), and Minab dam (1985 and 1998) as well as suspended sediment data measured at the inflow were analyzed. After determining the position of delta crest and dividing deltaic and lacustrine parts in each reservoir, the volume of sediment were estimated followed by weight calculation based on sediment bulk density. Then, the influence of factors such as the temporal compactness of deposits, the dam sediment trap efficiency, and the contribution of upstream basin and the sub basins adjacent to the reservoir in sediment production was determined. On the other hand, the suspended sediment yield was estimated in Telehzang and Barantyn gauging stations (at reservoirs inflow) using USBR method. In the next step, the ratio of bed load to suspended load was estimated with two scenarios A) by considering the deltaic and lacustrine sediments as bed load and suspended load respectively and B) calculating the bed load by subtracting suspended sediment estimated in reservoir inflow gauge from total deposited sediment. The BLSLR was overestimated as much as 251 and 348 percent in Dez and Minab dams respectively under the Scenario "B" due to underestimation error of suspended load. Under the Scenario "A", the BLSLRs of Dez and Minab were 45 and 56 percent respectively. Two very important uncertainty factors in this method are the dam trap efficiency and bulk density of deposits particularly the deltaic coarse sediment. By changing the trap efficiency from approximately, 95 percent to 60 percent the BLSLRs were decreased from 42 percent to 23 percent in Dez River and from 53 percent to 27 percent in Minab River. A 14 percent cut in bulk density of deltaic deposit in Minab reservoir causes a reduction of seven percent in the BLSLR. Although, large differences are observed among the results of different scenarios, even the minimum ratios are much higher than 15-20 percent BLSLR that are commonly used in water resources studies.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100821_0161ed2afcbd3c2a496c4ca1f2ee18de.pdf
per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
400
406
10.22092/ijwmse.2015.100822
100822
Research Paper
بررسی الگوی مصرف آبهای سطحی کشاورزی، مطالعه موردی: حوزه آبخیز هنام
Investigating actual schema in agricultural using water surface, case study: Honam watershed
مهران لشنیزند
1
کیانفر پیامنی
2
ایرج ویسکرمی
3
استادیار، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی لرستان
مربی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی لرستان
مربی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی لرستان
کمبود آب یکی از مشکلات عمده اکثر کشورهای جهان، بهویژه کشورهای دارای جمعیت رو به رشد بهشمار میآید. ایران هم یکی از کشورهایی است که از این قضیه مستثنی نیست. کشور ایران در ناحیه آب و هوایی گرم و خشک و نیمهخشک واقع شده است و متوسط میزان بارندگی سالیانه آن یک سوم متوسط بارندگی سالیانه جهان میباشد. کمبود بارندگی و خشکسالیهای اخیر سبب کاهش منابع آب قابل دسترس شده است. لذا بایستی مدیریت مصرف آب در بخش کشاورزی را برای مدیریت منابع آب مدنظر قرار داد. در این پژوهش، بعد از اندازهگیری مصرف آب در سه کشت یونجه، شبدر و گندم، به محاسبه راندمان کاربرد آب آبیاری پرداخته شد. نتایج این تحقیق برای محاسبه شاخص کارایی تولید، نشان داد که بیشترین و کمترین مقدار آن با میزان 1.85 و 1.43 بهترتیب به یونجه و شبدر اختصاص دارد و نتایج در بخش راندمان کاربرد آب آبیاری نشان داد که گندم، یونجه و شبدر بهترتیب از درصد راندمان کاربرد آب آبیاری 150.16، 76.01 و 61.91 برخوردار میباشند. همچنین، نتایج نشان داد که شاخص کارایی افزوده محصول برای هر سه محصول گندم، یونجه و شبدر بهترتیب برابر 6112.7، 6505.2 و 4870.3 ریال بر مترمکعب است. در کل، با توجه به شاخصهای بررسی شده، از میان سه محصول مورد بررسی، یونجه بهروری بهتری نسبت به محصولات دیگر داشته است.
Water shortage is one of the major problems in most countries, especially countries with a growing population and Iran is one of these countries. Iran is located in a hot and dry weather and its annual rainfall is one-third of the world. Water shortage and recent droughts have reduced available water resources. Therefore, managing agricultural water consumption should be considered as one of the most important headlines of water resources management. In this study, irrigation efficiency was computed after measuring water consumption of three agricultural products of wheat, clever and alfalfa.. Results showed that the highest and the lowest of efficiency index of 1.85 and 1.43 belong to alfalfa and clever respectively andirrigation water consuming efficiency were 61.9, 76.01 and 150.1 for wheat, alfalfa and clever, respectively. Also, results demonstrated that efficiency-added product index for all three products of wheat, alfalfa and clever were 6112.7, 6505.2 and 4870.3 Rial/m3, respectively. Finally, according to the result, alfalfa has the highest productivity compared to other products.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100822_b1141236c985105b7bf9715b01e6027a.pdf
per
پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
مهندسی و مدیریت آبخیز
2251-9300
2322-536X
2015-01-21
6
4
407
414
10.22092/ijwmse.2015.100906
100906
گزارش فنی: مقایسه معادلات تجربی و روش تجزیه هیدروگراف سیلاب در برآورد زمان تمرکز، مطالعه موردی: حوضه آتشگاه-استان اردبیل
Comparing experimental methods and analyzing flood hydrograph in estimating time of concentration, case study: Atashgah Watershed, Ardabil Province
سجاد میرزایی
1
مجید رئوف
2
کارشناس ارشد، دانشکده فناوری کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی
استادیار، دانشکده فناوری کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی
پارامترهای زمانی از جمله پارامترهایی هستند که در اکثر مدلهای هیدرولوژیکی و هیدرولیکی استفاده میشوند و متداولترین آن زمان تمرکز است. هدف از این پژوهش، انتخاب بهترین روش از میان روشهای برآورد زمان تمرکز در حوزه آبخیز آتشگاه در استان اردبیل است. در این پژوهش، مقادیر زمان تمرکز حوضه با استفاده از 14 معادله تجربی و روش SCS در نرمافزارهای WMS و HEC-Geo-HMS صورت گرفته است. متوسط وزنی شیب آبراهه اصلی و پارامتر ضریب زبری منینگ با عملیات صحرایی تهیه شد. بهمنظور ارزیابی کارایی روشها با استفاده از آمار هیدرومتری و بارندگی، تعداد سه واقعه سیلاب که از نظر زمانی برابر با بارشها بودند، انتخاب و از روش گرافیکی، زمان تمرکز برای این سه واقعه محاسبه شد. زمان تمرکز محاسبه شده و مشاهداتی (2.28 ساعت) بهوسیله شاخص درصد خطای نسبی و خطای میانگین باقیمانده مورد ارزیابی قرار گرفتند. بررسی بیشتر روابط بهکار گرفته در این تحقیق نشان میدهد که مساحت نقش بسزایی را در برآورد مناسب زمان تمرکز ایفا میکند، چنانچه بررسی روابط هات-وی، هیدروگراف استدلالی و ین–چاو، کرپیچ و کالیفرنیا نشان میدهد که این روشها جهت محاسبه زمان تمرکز، پارامتر مساحت را بهکار نمیگیرند. بههمین دلیل مقدار برآورد آنها با مقدار مشاهداتی تفاوت قابل ملاحظهای دارد، اما در مقابل روابط پاسینی و کربای با لحاظ کردن تاثیر پارامتر مساحت، برآورد نزدیکتری را به مقدار مشاهداتی ارائه داده است. نتایج نشان داد که بهکارگیری تعداد پارامترهای بیشتر، نتایج مطلوبتری را به همراه دارد. چنانچه در رابطه SCS جهت محاسبه زمان تمرکز حوضه، علاوه بر پارامترهای طول و شیب آبراهه اصلی، پارامتر تلفات کل، نوع کاربری اراضی، عملیات اصلاحی، وضعیت هیدرولوژیکی و همچنین، گروه هیدرولوژیکی خاک مورد استفاده قرار میگیرد. در محاسبه مقدار زمان تمرکز با استفاده از روش SCS از مدلهای WMS و همچنین، ابزار HEC-Geo-HMS، با توجه به اینکه مدلهای مذکور از دادههای رستری استفاده میکنند، دارای دقت بیشتر از روشهای سنتی چون روش دستی میباشد. در حوضه آتشگاه، روش SCS برای برآورد زمان تمرکز با استفاده از نرمافزار WMS با مقدار حداقل آمارههای خطای میانگین باقیمانده و درصد خطای نسبی بهترتیب برابر با 0.05 ساعت و 2.1 درصد برای حوضه مناسب میباشد.
Time parameters are adopted in most hydrological and hydraulic models. The most common known time parameter is time of concentration. The present study aimed to choose the best method for estimation of time of concentration in Atashgah Watershed in Ardebil Province. The values of times of concentration in the present study were obtained by fourteen experimental relations and SCS method in WMS and HEC-Geo-HMS softwares. Mean weight of main channel’s slope and Manning’s roughness coefficient were measured by field operation. In order to evaluate efficiency of the method by using rainfall and hydrometry statistics, three flood events which were equal to rainfalls in terms of time were chosen and time of concentration was determined for these events by graphical method. Estimated and observed times of concentration (2.28 h) were evaluated by relative error percentage and remained mean error. Determination of the relations adopted in the present study indicated that area plays a pivotal role to estimate time of concentration properly. Evaluation of Hata-Vay relations, Kirpich, California, and Yen and Chow hydrographs showed that these methods do not consider area in order to estimate time of concentration; therefore, their estimations are considerably different from observed values. On the contrary, the estimations performed by Passini and Kerby relations were closer to observed values. Results revealed that adoption of more parameters would result in more acceptable results. So, total loss, land use, correction operation, hydrological status and soil hydrological group in addition to parameters as length and slope of the main channel are used to estimate time of concentration in SCS relation. HEC-GeoHMS and WMS models, which are used to estimate time of concentration by SCS method, adopt raster data, which cause higher accuracy compared to traditional methods such as manual method. It is concluded that in Atashgah Watershed, SCS method is suitable for estimation of time of concentration using WMS software with minimum values of remainder mean error values and relative error percentage being 0.05 h and 2.1%, respectively.
https://jwem.areeo.ac.ir/article_100906_10ccaeab23a1c25b4f16550e6abbfb83.pdf