آب و خاک

چکیده سیلاب به‌عنوان یکی از مخرب‌ترین بلایای طبیعی، هر ساله خسارات جانی و مالی فراوانی به جوامع وارد می‌کند. در این پژوهش، یک سامانه‌ی نرم‌افزاری یکپارچه Web-GIS برای پیش‌بینی و هشدار سیل طراحی و توسعه داده شده است. در این سامانه، از بستر نرم‌افزاری محبوب React برای توسعه رابط کاربری (GUI) بهره گرفته شده است. برنامه‌نویسی سمت سرور در زبان Python و کتابخانه تحت وب آن Django انجام شده و در همین بخش، پایگاه اطلاعاتی PostgreSQL و افزونه مکانی آن PostGIS برای ذخیره‎سازی اطلاعات استفاده شده است. سرویس‎دهنده نقشه نیز در این سامانه نرم‎افزار GeoServer انتخاب شده است. سامانه‌ یکپارچه پیش‌بینی و هشدار سیل، با استفاده از تلفیق مدل‌ پیش‌بینی بارش WRF، مدل‌ هیدرولوژیکی HEC-HMS و همچنین مدل هیدرولیکی HEC-RAS (2D)، به پیش‌بینی سیلاب و پهنه‌بندی آن می‌پردازد. این سامانه برای حوضه آبریز سیل‌خیز گرگانرود پیاده‌سازی شده است. حوضه آبریز گرگانرود، به دلیل ویژگی‌های جغرافیایی و اقلیمی خاص خود، در معرض سیلاب‌های مکرر و گسترده قرار دارد. مدل‌ پیش‌بینی بارش WRF برای تخمین بارش با افق زمانی پیش‌بینی 6 ساعت تا 48 ساعت آینده آماده‌سازی شده‌ است و به منظور بهبود دقت پیش‌بینی‌ها، پارامترهای نرم‌افزارها واسنجی و تحلیل حساسیت شده‌اند. این پژوهش با ترکیب مدل‌های پیشرفته، دقت پیش‌بینی‌ها را افزایش داده و ابزار مؤثری برای مدیریت بهتر سیلاب‌ها فراهم می‌آورد. این سامانه با فراهم آوردن افق پیش‌بینی ۴۸ ساعته برای وقوع سیل و همچنین غلبه بر چالش‌های محاسباتی از طریق به‌کارگیری زیرساخت پردازش قوی (HPC) و مدل‌سازی متمرکز بر نواحی کلیدی، می‌تواند به‌عنوان ابزاری عملیاتی برای مدیریت بحران در مناطق سیل‌خیز عمل نماید.

چکیده فرسایش خندقی به‌عنوان یکی از عوامل تخریب سرزمین شناخته شده و اثرات زیان‌باری در محل و همچنین مناطق پایین‌دست حوزه آبخیز به بار می‌آورد. به‌دلیل دشوار بودن کنترل توسعه فرسایش‌های خندقی، شناسایی مناطق مستعد رخداد فرسایش خندقی و جلوگیری از تشکیل آن از اهمیت زیادی برخودار است. این پژوهش با هدف پیش­بینی مکانی استعداد فرسایش خندقی با استفاده از مدل­های جنگل تصادفی و درختان رگرسیونی تقویت­شده در حوزه آبخیز تلوار استان کردستان انجام شده است. در ابتدا 99 خندق در بازدیدهای میدانی تشخیص داده شد و موقعیت پیشانی خندق‌ها ثبت و نقشه پراکنش مکانی خندق‌ها تهیه شد. خندق‌ها به‌صورت تصادفی به دو گروه آموزش و اعتبارسنجی به نسبت 70:30 تقسیم شدند. همچنین نقشه عوامل مؤثر بر فرسایش خندقی شامل ارتفاع، شیب، جهت شیب، سنگ‌شناسی، فاصله از آبراهه، شاخص رطوبت توپوگرافی، کاربری اراضی، انحنای سطح، انحنای مقطع، میانگین بارندگی سالانه، موقعیت شیب نسبی، شاخص توان جریان، فاصله از جاده، رده و بافت خاک در سامانه اطلاعات جغرافیایی تهیه شد. مقدار احتمال ایجاد فرسایش خندقی توسط مدل جنگل تصادفی بین 006/0 تا 996/0 و توسط مدل درختان رگرسیون تقویت­شده بین 011/0 تا 799/0 به‌دست آمد. خروجی الگوی مکانی ایجاد فرسایش خندقی توسط این دو مدل نشان داد بخش‌های میانی، شرقی و شمالی این حوضه که در مجاورت آبراهه‌ها و رودخانه‌ها هستند، از استعداد ایجاد فرسایش خندقی بیشتری برخوردار هستند. میزان دقت پیش‌بینی مدل‌ها بر اساس روش مساحت زیر منحنی مشخصه عملکرد گیرنده (AUC) ارزیابی شد. بر این اساس، مقدار مساحت زیر منحنی مشخصه عملکرد گیرنده در مدل‌های جنگل تصادفی و درختان رگرسیونی تقویت‌شده به‌ترتیب 952/0 و 891/0 به‌دست آمد. بنابراین مدل جنگل تصادفی دقت بیشتری در پیش‌بینی ایجاد فرسایش خندقی نشان داد. به این سبب، استفاده از مدل هوش مصنوعی جنگل تصادفی در مدیریت سرزمین و برنامه‌های حفاظت خاک حوزه‌های آبخیز مستعد ایجاد فرسایش خندقی پیشنهاد می‌شود.

چکیده  روش‌های نوین آبیاری در سطح مزرعه راهکاری کاربردی در مدیریت معضل کاهش منابع آب شیرین است. در بحث مدیریت منابع آب، نیاز به برآورد پارامترهای هیدرولیکی- فیزیکی خاک می‌باشد. در این پژوهش، با هدف مطالعه میزان کارایی الگوریتم لونبرگ– مارکواردت، به ارزیابی جریان غیراشباع آب تحت روش آبیاری سنتر پیوت، انتقال و آبشویی نیترات در سطح مزرعه یونجه چهار ساله در مدل HYDRUS-3D پرداخته شد. در این تحقیق پارامترهای حاکم بر میزان نفوذپذیری آب و انتقال املاح با استفاده از الگوریتم لونبرگ– مارکواردت در شرایط واقعی برآورد گردید. به‌منظور شبیه‌سازی روند تغییرات غلظت نیترات و آمونیوم در امتداد ستون خاک از ضریب جذب فروندلیچ بهره گرفته شد. نتایج شبیه‌سازی HYDRUS-3D، بیانگر دقت مدل در شبیه‌سازی جریان آب باcm³.cm^-3 0057/0 = RMSE  (خطای ریشه میانگین مربعات) و 98/0= NSE (ناش-ساتکلیف) و 98/0= NSE در لایه سطحی، و cm³.cm^-3 0049/0=RMSE و 99/0= NSE در لایه عمقی خاک بود. میزان دقت مدل در بررسی روند تغییرات نیترات خاک نیز در دو لایه سطحی و عمقی به‌ترتیب برابر باcm³.cm^-3 009/0=RMSE و 008/0 = RMSEبه دست آمد. همچنین در این تحقیق به بررسی روند جذب نیترات توسط گیاه طی چهارسال پرداخته شد که روند تغییرات بیانگر افزایش جذب نیترات در گیاه بود. براساس نتایج حاصله می‌توان ذکر نمود که الگوریتم لونبرگ– مارکواردت به‌خوبی توانسته روند تغییرات پارامترها را در مدل HYDRUS-3D تحت روش آبیاری سنترپیوت شبیه‌سازی نماید. از این رو می‌توان بیان نمود الگوریتم لونبرگ– مارکواردت قادر به برآورد تغییرات پارامترها تحت روش‌های نوین آبیاری حتی در مدل‌های چند بعدی نیز می‌باشد.    

چکیده چکیده

فسفر یکی از عناصر غذایی کلیدی در خاک به شمار می‌رود و مطالعه تأثیر کودهای فسفره بر نحوه توزیع و تحرک آن در خاک، می‌تواند نقش مهمی در بهینه‌سازی مصرف کود، ارتقاء عملکرد محصولات کشاورزی، و کاهش پیامدهای زیست‌محیطی ناشی از کاربرد بیش از حد کودهای شیمیایی ایفا کند. به‌منظور بررسی تأثیر مصرف کود مونوپتاسیم فسفات و کود آلی بر اشکال مختلف فسفر در خاک، یک آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد. تیمارها شامل چهار سطح کود مونوپتاسیم فسفات (صفر، 70، 140 و 210 کیلوگرم در هکتار) و دو سطح کود گاوی (صفر و 30 تن در هکتار) بود. تأثیر تیمارهای مورد مطالعه بر میزان هدایت الکتریکی، pH، کربن آلی و اشکال مختلف فسفر در خاک (فرم قابل استخراج با آب و سود و اسید کلریدریک و بی‌کربنات، فسفر اولسن و فسفر باقیمانده) بررسی شد. به‌طورکلی نتایج این تحقیق نشان داد که افزودن مونوپتاسیم فسفات و کود گاوی به خاک سبب افزایش میزان هدایت الکتریکی و ماده آلی خاک شد. نتایج نشان داد که کود مونوپتاسیم فسفات باعث افزایش معنی‌دار هدایت الکتریکی (تا 2/49 واحد) و کود دامی موجب افزایش کربن آلی خاک تا 1.74 درصد شد. حضور کود دامی در سطح 210 کیلوگرم کود شیمیایی موجب کاهش هدایت الکتریکی نسبت به کاربرد تنها کود شیمیایی شد. بیشترین مقدار فسفر در بخش قابل استخراج با آب (Water-P) مشاهده شد که با کاربرد هم‌زمان کود دامی و فسفر شیمیایی، نسبت به شاهد، به ترتیب تا 35، 51، 9/36 و 1/62 درصد افزایش یافت. فسفر قابل استخراج با بی‌کربنات (NaHCO₃-P) نیز در حضور کود دامی تا 3/28 درصد نسبت به شاهد افزایش نشان داد. در مقابل، فسفر قابل حل در اسید کلریدریک (HCl-P) با افزایش سطح فسفر کاهش یافت؛ به‌ویژه در سطح 210 کیلوگرم کود، نسبت به شاهد کاهش معنی‌داری مشاهده شد. فسفر باقیمانده (Residual-P) نیز با کاربرد 210 کیلوگرم فسفر و کود دامی، تا 48.5 درصد افزایش یافت. همبستگی معنی‌داری بین کربن آلی و فسفرهای قابل استخراج با آب (r=0.57) و اسید کلریدریک (r=0.60) مشاهده شد.

کلمات کلیدی: فرکشن‌بندی فسفر، فسفر محلول در آب، کود آلی، فسفر اولسن

چکیده تغییرات زمانی و مکانی کربن آلی خاک تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله کاربری اراضی، شرایط اقلیمی، توپوگرافی و فعالیت‌های انسانی قرار دارد. با توجه به جایگاه کربن آلی در بهبود کیفیت خاک، پژوهش حاضر با هدف بررسی تغییرات زمانی و مکانی کربن آلی خاک (SOC) با استفاده از رویکرد مدلسازی معکوس بر مبنای مدل مکانی تهیه شده در سال 2024 و تعمیم آن به سال‌های ماقبل 2015، 2010 و 2000 با استفاده از متغیرهای محیطی در حوضه آبخیز زاینده رود انجام گردید. همچنین سه مدل یادگیری ماشین جنگل تصادفی (RF)، رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) و درخت تقویت شده با گرادیان افراطی (XGBoost) برای بررسی ارتباط بین فاکتورهای محیطی و SOC به همراه دو رویکرد کمی سازی عدم قطعیت پیش‌بینی شامل بوتسراپت و k-فولد استفاده گردید. نتایج اعتبارسنجی کارایی مدل‌های یادگیری ماشین حاکی از دقت بالاتر مدل RF نسبت به دو مدل دیگر بود. اگرچه بطور مشابه در هر سه مدل روند دقت پیش‌بینی SOC از سال 2024 به 2000 کاهش یافت. همچنین رویکرد عدم قطعیت بوتسراپت بر اساس آماره‌های انحراف معیار و میانگین عدم قطعیت از اطمینان بالاتری در پیش‌بینی SOC برخوردار بود. اهمیت نسبی متغیرهای محیطی نیز نشان دهنده فاکتورهای اقلیمی و توپوگرافی از درجه اهمیت بالاتری در پیش‌بینی SOC بودند. همچنین، تغییرات مکانی SOC با روند الگوی پراکنش متغیرهای اقلیمی و توپوگرافی همخوانی داشت، به طوری که مناطق با بارش و ارتفاع بیشتر به‌همراه دمای پایین‌تر، محتوای SOC بیشتری را نشان دادند. نقشه‌های پیش-بینی مکانی و زمانی نیز بیانگر افزایش سطح اراضی با محتوای SOC بسیار پایین (کمتر از 5/0 درصد) در طی دوره زمانی بلند مورد بررسی از 2000 تا 2024 بود. بطورکلی رویکرد مورد استفاده در این پژوهش می‌تواند به‌عنوان یک چارچوب مناسب برای دست‌یابی به روند تغییرات ویژگی‌های خاک در مناطقی باشد، که بطور عمده فاقد پایگاه داده‌های اطلاعات مکانی خاک در گذشته می‌باشند.

چکیده در این مطالعه، آستانه‌های زایشی و رویشی گیاه عناب در طول فصول مختلف در شهرستان‌های استان خراسان جنوبی بررسی شد و تغییرات روند دما و بارش تحلیل و پهنه‌بندی گردید. داده‌های مورد استفاده شامل میانگین ماهانه دما و بارش، ساعت آفتابی و روزهای داغ از 7 ایستگاه همدید با دوره آماری 25 ساله (2000 تا 2024) بود که از سازمان هواشناسی کشور استخراج شد. برای تحلیل روند، از آزمون‌های من-کندال تصحیح شده، تخمین‌گر شیب سن و رگرسیون خطی استفاده شد. نتایج نشان داد که به‌جز ایستگاه‌های نهبندان (در ماه‌های ژوئن، جولای و آگوست) و بشرویه (در جولای)، سایر ایستگاه‌ها در هیچ زمانی از نظر دمای حداکثر دچار توقف رویشی نشدند. با این حال، تمام ایستگاه‌ها از ماه مارس تا اکتبر از نظر رشد زایشی متوقف شدند. بیشترین دمای ثبت‌شده در جنوب شرقی استان، به‌ویژه در ایستگاه نهبندان، مشاهده شد، درحالی‌که مناطق مرکزی، شمال و شمال شرق از نظر دمایی مستعدتر بودند. بررسی بارش سالانه نشان داد که ایستگاه زیرکوه با 8/182 میلی‌متر بارش سالانه، بیشترین میزان را دارد، که بیانگر نیاز عناب به آبیاری مکمل 2/267 میلی­متری است. تحلیل مقادیر P-value برای میانگین دما نشان‌دهنده تغییرات فضایی معنادار است، به‌طوری‌که ایستگاه‌های بیرجند، بشرویه و قاین (05/0 p ≤) در شمال و مرکز استان، فاقد روند معناداری آماری بوده است، درحالی‌که ایستگاه‌های جنوبی‌تر مانند نهبندان (02/0 =p) دارای روند قوی معناداری آماری در سطح 95% اطمینان می­باشد. همچنین تحلیل مقادیر P-value برای میانگین بارش نشان‌دهنده این است که ایستگاه‌های بیرجند، بشرویه، زیرکوه و قاین (05/0 p ≤) در شمال و مرکز استان، روند قوی معناداری آماری بوده است، درحالی‌که ایستگاه‌های جنوبی‌تر مانند نهبندان (28/0 =p) فاقد روند معناداری آماری در سطح 95% اطمینان می­باشد. همچنین از نظر نمره Z من-کندال تصحیح‌شده بیشترین میزان افزایش دما در ایستگاه نهبندان با مقدار 43/۳ و کمترین آن در ایستگاه زیرکوه با مقدار 94/0 مشاهده شده است. در مورد روند بارش، نتایج آزمون من–کندال تصحیح‌شده حاکی از کاهش بارش در تمامی ایستگاه‌ها طی دوره مورد بررسی است. بیشترین کاهش بارش در ایستگاه نهبندان با مقدار 32/۳- و کمترین کاهش در ایستگاه بیرجند با مقدار 63/0- ثبت شده است. در کل کاهش بارش، افزایش ساعات آفتابی و روزهای داغ، نشان‌دهنده تشدید تابش خورشید، تبخیر-تعرق و خشکی محیط است. در کنار کاهش بارش، روند افزایشی ساعات آفتابی و روزهای داغ حاکی از افزایش میزان تابش خورشید و افزایش میزان تبخیر-تعرق و خشکی بیشتر محیط است.