مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران
سال:1395 | دوره:10 | شماره:34 |تعداد مقالات:15

سیل از فرآیندهای هیدرولوژیکی می باشد که ابعاد آن تحت تأثیر شرایط مختلف طبیعی و مصنوعی سطحی زمین و نیز شرایط مختلف اقلیمی تغییر می نماید. این پدیده در صورت عدم شناخت، کنترل و مهار، از بلایای طبیعی به شمار آمده و خسارات و تلفات جانی همواره در پی خواهد داشت. با تعیین خطر سیل و توزیع مکانی آن می توان برای کاهش خطر سیل برنامه های مناسب تهیه و از خسارات مالی و تلفات جانی ناشی از رخداد سیل کاست. در این پژوهش برای خطر سیل روشی مبتنی بر عوامل اصلی خطر پیشنهاد و سپس برای حوضه هندیجان-جراحی واقع در جنوب غربی ایران به کار گرفته شد. بر اساس نتایج این تحقیق، 7 عامل شامل شدت سیل خیزی، فراوانی وقوع سیل، خسارات سیل، تلفات جانی سیل، جمعیت در معرض سیل، مراکز مسکونی و اراضی در معرض سیل (پهنه سیل گیر) به عنوان پارامترهای اصلی خطر سیل تعیین شدند. سپس با وزن دهی به هرکدام و تعیین دامنه آنها بر اساس داده های ثبت شده سیل در 50 سال گذشته در 12 حوضه رتبه 2 کشور ماتریس دامنه عوامل خطر تعیین گردید. پهنه های سیل گیر با استفاده از داده های سنجش از دور لندست TM+2002 تعیین گردید. همچنین شدت سیل-خیزی با استفاده از داده های ایستگاه های هیدرومتری در سطوح احتمال مختلف تعیین شد و با روش تحلیل منطقه ای به حوضه-های بدون آمار تعمیم یافت. بر اساس 5 عامل شامل فراوانی وقوع سیل، خسارات سیل، تلفات جانی سیل، جمعیت در معرض سیل و مراکز مسکونی در معرض سیل لایه خطر سیل تهیه و سپس با تلفیق و روی هم گذاری با لایه پهنه های سیل گیر و لایه شدت سیل خیزی، پهنه های خطر سیل مشخص شد. با کاربرد این مدل در حوضه هندیجان-جراحی مشخص شد که در حوضه هندیجان حداکثر شدت سیل خیزی در حوضه های رتبه 4 خیرآباد بوده و در مرتبه بعدی زهره قرار دارد در حالی که حوضه پایاب هندیجان که در پایین دست این دو حوضه قرار دارد دارای رده خطر سیل شدید در کل حوضه هندیجان-جراحی می باشد. هم چنین حوضه اله واقع در سرشاخه جراحی دارای حداکثر دبی ویژه سیل خیزی بوده ولی در این حوضه خطر سیل خفیف بوده و در حوضه های مارون و پایاب جراحی خطر سیل در رده متوسط می باشد. با این وصف، شدت سیل خیزی و خطر سیل در یک محل اتفاق نمی افتد، بنا براین، برای کنترل سیل و کاهش خطر سیل بایستی حوضه هایی را که سیل خیز هستند مورد توجه قرار داد.

رودخانه کرخه، سومین رود بزرگ ایران، به دلیل شرایط زیست محیطی و استراتژیکی که به سبب اجرای پروژه های بزرگ آبی، کشاورزی، تأمین آب شهرها و واحدهای صنعتی دارد از اهمیت فراوانی برخوردار است. از آنجا که تغییرات مرفولوژیک احتمالی ناشی از فرآیند فرسایش و رسوب رودخانه پس از احداث و آبگیری سد مخزنی می تواند روی بسیاری از تاسیسات آبی نظیر دهانه های آبگیر، کانال های آبیاری و ایستگاه های پمپاژ در پایین دست سد تاثیر داشته باشد به همین منظور در تحقیق حاضر در بازه ای از این رودخانه در حدفاصل ایستگاه های آبسنجی پای پل و عبدالخان فرایند فرسایش و رسوب و برخی از ویژگی های آن نظیر تغییرات خط القعر، شکل هندسی مقطع عرضی و بارکل رسوب رودخانه مورد بررسی و با استفاده مدل HEC-RAS شبیه سازی شد. دوره شبیه سازی در این پژوهش 12 سال بین سال های 1380 تا 1392 و بعد از احداث سد در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که در نزدیکی سد مخزنی کرخه یعنی بالادست بازه مورد مطالعه شرایط فرسایشی رودخانه بیشتر بوده ولی در نواحی میانی و پایین دست بازه فرسایش کمتری مشاهده می شود. از طرفی در شبیه سازی توابع انتقال رسوب آکرز-وایت، لارسن و انگلوند-هانسن نتایج مطلوب تری در مورد تغییرات فرسایشی و رسوبی رودخانه ارائه داده اند. همچنین در بررسی های مرفولوژیکی رودخانه کرخه مشخص شد که احداث سد مخزنی نتوانسته است از جابه جایی محور مرکزی رودخانه کرخه جلوگیری نماید. نتایج این پژوهش می تواند مرجع مناسبی در خصوص شرایط رودخانه کرخه و اثرات احداث سد مخزنی بر وضعیت آن برای پروژه های مختلف مهندسی رودخانه، آبگیری و انتقال آب باشد.

افزایش تراکم گازهای گلخانه ای به ویژه گاز دی اکسید کربن در دهه های اخیر، گرمایش زمین و تغییرات اقلیمی را به همراه داشته است. با توجه به قابلیت خاک در ذخیره کربن در این تحقیق در پارک جنگلی سرخه حصار-جاجرود به مقایسه میزان کربن خاک در دو توده گیاهی دست کاشت سرو نقره ای و کاج تهران و نیز پوشش گیاهی مرتعی آن پرداخته شد. در این تحقیق با بررسی انواع پوشش های گیاهی، قسمت های مختلف اندام گیاه اعم از ریشه، ساقه، برگ و لاشبرگ و افق های مختلف خاک بهترین پوشش گیاهی برای جذب کربن بیشتر از هوا معرفی گردید. به منظور بررسی کربن جذب شده در افق های مختلف از آزمون t و نیز آزمون ِلوِن برای دو نمونه مستقل استفاده شد. همچنین به منظور بررسی نرمالیتی از آزمون کولموگروف-اسمیرنوف (K-S) استفاده شد. کولموگروف-اسمیرنف، نوعی آزمون نیکوئی برازش برای مقایسه یک توزیع نظری با توزیع مشاهده شده است. در انتها به منظور تعیین اینکه کدام یک از انواع پوشش های گیاهی نسبت به بقیه تفاوت معنی داری در میانگین کربن جذب شده دارد از آزمون کمکی LSDاستفاده شد. نتایج تحقیق نشان داد که کاج تهران با سرو نقره ا ی (014/0p-value=) و پوشش مرتعی (024/0p-value=) اختلاف معنی داری را در سطح 05/0 نشان داد. اما این پوشش گیاهی اختلاف معنی داری در میانگین کربن جذب شده با گروه شاهد نداشت(864/0p-value=).

خشکسالی یکی از پدیده های جوی است که بخش های مختلف محیطی را تحت تأثیر قرار می دهد. منابع آب های زیرزمینی از جمله بخش های متأثر شده از شرایط خشکسالی است که کمتر از سایر بخش ها مورد توجه قرار گرفته است. دشت آسپاس در استان فارس در سال های اخیر با افت چشمگیر سطح آب زیرزمینی مواجه شده است. در نتیجه، نقش عوامل مدیریتی در این دشت دارای اهمیت می باشد. در این تحقیق تلاش شده است با استفاده از تابع همبستگی متقاطع (Cross Correlation Function) شرایط بلند و کوتاه مدت خشکسالی بر روی منابع آب زیرزمینی مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور، شاخص بارندگی استاندارد (SPI) ماهانه (یک، سه، شش، نه، 12، 18، 24 و 48 ماهه) در طی دوره آماری (89-1364) محاسبه شد، همچنین شاخص منابع آب زیرزمینی (GRI)دشت در طی دوره آماری (89-1381) از 61 چاه پیزومتری در سطح دشت بدست آمد. تابع همبستگی متقاطع نشان داد که خشکسالی کوتاه مدت همراه با تأخیر و خشکسالی بلند مدت به طور همزمان بر منابع آب زیرزمینی تأثیرگذار است. بیشترین ارتباط بین آب زیرزمینی و SPI 24 وجود دارد که نتایج رگرسیون خطی نشان داد که تقریباً 80 درصد از واریانس متوسط سطح ایستابی دشت آسپاس تحت تأثیر تغییرات بارندگی بوده (SPI 24) و نزدیک به 20 درصد آن تحت تأثیر سایر موارد می باشد.

طی چند دهه گذشته از ژئوتکستایل ها جهت حفاظت دامنه های فرسایش یافته، کاهش هدررفت خاک و ایجاد بستر مورد نیاز برای رشد گیاهان استفاده شده است. در تحقیق حاضر سعی شد کارائی ژئوتکستایل کنفی-کلشی در کاهش روان آب و رسوب خروجی از یک حوضه آزمایشی کوچک مورد بررسی قرار گیرد. به این منظور در بالادست سد قشلاق دو حوضه کوچک (کنترل و تیمار) انتخاب و در داخل یکی از آن ها اقدام به نصب ژئوتکستایل کنفی-کلشی به صورت نوارهایی عمود بر جهت جریان دامنه ها شد. پس از اجرای تیمار حفاظت خاک، در نقطه خروجی حوضه ها فلوم های اندازه گیری نرخ جریان نصب شد تا در صورت بارندگی مقادیر روان آب و رسوب معلق اندازه گیری شود. در طول یک سال آماربرداری، سایر متغیّرهای مورد نیاز نیز (از قبیل: درصد پوشش گیاهی، خاک، سنگریزه، رخنمون سنگی و شیب) در سرتاسر سطح حوضه بررسی و ثبت شد. نتایج مؤید تغییرات زیاد روان آب و رسوب طی دوره مورد مطالعه بود، به نحوی که حداکثر و حداقل رسوب ویژه به ترتیب برابر با 48/2 و 69/0 گرم بر مترمربع برای وقایع مورخ 10/11/1393 و 09/01/1394 ثبت گردید. علاوه برآن، نتیجه آزمون مقایسه میانگین نشان داد که ژئوتکستایل کنفی-کلشی توانسته رسوب ویژه را به طرز معنی داری کاهش دهد (P<0/05)، با این حال، بین روان آب دو حوضه تفاوت معنی داری مشاهده نشد (P=0/67). شیب زیاد منطقه مورد مطالعه و درصد رخنمون سنگی بالا، دلیل بالا ماندن تولید روان آب حتی بعد از اجرای تیمار حفاظت خاک می باشد. نتایج شاخص کارائی کاهش رسوب نیز ضمن تأکید بر کارائی بالای ژئوتکستایل کنفی-کلشی در کاهش رسوب، نشان داد که در رگبار 09/01/1394 بیشترین اثرگذاری در کاهش رسوب به وقوع پیوسته به نحوی که مقدار RRE برابر با 49/50 درصد به دست آمد. این عدد بیان کننده این واقعیت می باشد که در مقایسه با حوضه کنترل، ژئوتکستایل کنفی-کلشی توانسته است مقدار رسوب دهی را به نصف برساند، که عدد بسیار بالائی می باشد.

سرشت غیرقابل پیش بینی و تصادفی باران، شرایط مطالعه آن را دشوار می سازد. لذا ساخت و طراحی شبیه ساز باران مناسب برای شرایط حاکم بر هر منطقه از کشور با قابلیت کاربرد زیاد ضروری است. با این وجود واسنجی شرایط مناسب انجام شبیه سازی های باران و تعیین شرایط بهینه حاکم بر آن ها کم تر مورد توجه قرار گرفته است. در همین راستا، گروه مهندسی آبخیزداری دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس اقدام به طراحی و ساخت سامانه بزرگ شبیه ساز باران به همراه نازل های مناسب و قابل نصب برای شبیه سازی باران متناسب با شرایط اقلیمی استان مازندران نمود. در تحقیق حاضر، امکان سنجی تولید بارش شبیه سازی شده با شدت های دلخواه از طریق تغییر دبی، فشار پمپ و چینش نازل های مورد استفاده در سامانه مذکور و هم چنین اثر تغییر فشار و دبی ورودی به سامانه بر تغییر شدت بارش، اندازه قطرات و یکنواختی بارش در سطح پلات مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحقیقات نشان داد که تغییر فشار پمپ اثر معنی داری بر خصوصیات باران شبیه سازی شده دارد. علاوه بر آن، نتایج حاصل از عکس برداری سرعت بالا نشان داد که توزیع قطری و سرعت قطرات شبیه سازی شده در دامنه فشار10 تا 50 کیلوپاسکال، توسط نازل ساخته شده، به ترتیب بین 5/0 تا 7/4 میلی متر و 8/4 تا 9 متر بر ثانیه ثبت شد. هم چنین نتایج حاصل از طراحی و چینش شبکه نازل ها حاکی از قابلیت شبیه سازی دامنه شدت های 30 تا 120 میلی متر در ساعت با ضریب یکنواختی 80 تا 95 درصد در کل سطح 42 متر مربعی از طریق ترکیب 27 نازل فعال و غیر فعال و هم چنین تغییر دامنه ی فشار بهینه بوده است.

گرمایش جهانی ناشی از تصاعد گازهای کربنی به جو زمین تهدید جدی برای توسعه پایدار کشورهای در حال توسعه نظیر ایران می باشد. برای مقابله با این چالش ترسیب کربن در عرصه منابع طبیعی رهیافتی پایدار، فاقد مخاطرات زیست محیطی تلقی می شود. این پژوهش با هدف بررسی ظرفیت عملیات مکانیکی آبخیزداری نظیر پخش سیلاب، بندهای رسوب گیر، بانکت، تراس بندی و فاروئینگ در نه استان کشور در ترسیب کربن اتمسفری اجراء شد. برای این کار، با عملیات میدانی و ثبت ویژگی های سایت های انتخاب شده، نمونه برداری خاک، زیتوده و لاشبرگ به صورت سیستماتیک تصادفی در سایت های مطالعاتی و شاهد انجام شد. نتایج نشان داد که عملیات یاد شده در دامنه های زاگرس نظیر استان های لرستان، فارس، کرمانشاه و کردستان با ترسیب حداکثری 54 تا 112 تن کربن اتمسفری بالاترین ظرفیت را در ترسیب کربن نشان دادند. میزان افزایش ذخیره کربن در منطقه هیرکانی در استان مازندران در اثر عملیات پخش سیلاب حدود 18 تن بود. در استان های واقع در مرکز و نیمه شرقی کشور با تیپ پوششی ایرانوتورانی عملیات آبخیزداری تاثیر محسوسی در ذخیره کربنی خاک و بیوماس مرتعی نداشته است. در میان مناطق مطالعاتی به ترتیب عملیات سکوبندی های سنتی و پخش سیلاب بالاترین کارائی در ترسیب کربن داشتند و بندهای رسوبگیر کارائی چندانی در این زمینه نشان ندادند.

داده های روزانه شبیه سازی شده توسط مدل های گردش عمومی برای آینده را می توان به عنوان ورودی مدل های هیدرولوژیکی لحاظ کرده و نتایج آن را در برنامه های بلند مدت توسعه منابع آب منظور نمود. در این تحقیق، داده های روزانه دمای حداقل، حداکثر، بارش و ساعات آفتابی ایستگاه سینوپتیک گرگان در دوره 1999-1970 با استفاده از مدل آماری LARS-WG شبیه سازی شد وپس از اطمینان از کارآیی مدل، در شبیه سازی پارامترهای هواشناسی مذکور، جهت بررسی تاثیر پدیده تغییر اقلیم بررواناب، داده های سه سناریوی A2 (سناریوی حداکثر)، A1B (سناریوی حد وسط) و B1 (سناریوی حداقل) مدل HadCM3 در دو دوره 2030-2011 و 2099-2080 با مدل آماری LARS-WG کوچک مقیاس گردید و سپس، میزان رواناب با استفاده از مدل هیدرولوژیکی IHACRES شبیه سازی و پس از واسنجی(از1978 تا 1979 با مقدار ضریب تعیین 66/0) و اعتبارسنجی این مدل (30 دسامبر 1979 تا 29 دسامبر 1980 بامقدار ضریب تعیین 65/0)، داده های دما و بارش خروجی به مدل IHACRES وارد شده و تغییرات رواناب ناشی از تغییر اقلیم در دوره های آتی نسبت به دوره پایه محاسبه گردید. نتایج نشان داد در دوره های آتی، میانگین دمای حوضه آبخیز قره سو به میزان 56/0 تا 04/1 درجه سلسیوس افزایش می یابد. مقدار بارش نیز در مقایسه با دوره پایه به میزان 28/10 تا 71/23 درصد افزایش نشان می دهد. هم چنین مقدار رواناب سه سناریو در دو دوره مورد بررسی در مقایسه با دوره پایه 35/29 تا 8/44 درصد افزایش یافته که این افزایش رواناب در دوره 2030-2011 نسبت به دوره 2099-2080 بیش تر است.

در دهه های اخیر تغییرات سریع کاربری اراضی و پوشش زمین در حومه شهرهای بزرگ ایران به ویژه شهر تهران به عنوان پایتخت، با پیامدهای مهمی مثل تخریب منابع طبیعی، آلودگی های زیست محیطی و رشد نامناسب شهرها همراه بوده است. اطلاع از تغییرات کاربری و بررسی علل و عوامل آن ها در یک دوره زمانی خاص، می تواند بسیار مورد توجه برنامه ریزان و مدیران باشد. هدف از این تحقیق بررسی کارایی مدل زنجیره ای مارکوف درجه اول جهت برآورد تغییرات کاربری اراضی و پوشش زمین برای شهر تهران و حومه آن طی بازه زمانی 30 سال می باشد. در این تحقیق از تصاویر ماهواره ای چندزمانه لندست مربوط به سال های 1975، 1990 و 2005 میلادی استفاده شده است. در ابتدا تصاویر موجود در سال های مذکور در شش کلاس و به روش حداکثر مشابهت طبقه بندی شدند. در مرحله ی بعد با استفاده از نقشه های پوشش زمین به دست آمده برای هر دوره 15 ساله، ماتریس تبدیل وضعیت کلاس های پوشش زمین بین هر دو دوره زمانی محاسبه شد. در نهایت با استفاده از ماتریس تبدیل وضعیت دوره اول، نتایج تغییرات کاربری برای سال 2005 میلادی با کمک مدل زنجیره ای مارکوف پیش بینی شد. دقت پیش بینی با مدل زنجیره ای مارکوف، به کمک نقشه های کاربری موجود برای سال 2005 بررسی شدند. نتایج حاکی از آن است که بیشترین درصد اختلاف مربوط به کلاس اراضی مزروعی (64622/0 درصد) بوده و کمترین درصد اختلاف در کلاس فضای سبز (00551/0 درصد) دیده می شود. شایان ذکر است که در تمامی موارد بزرگی این اختلافات به طورکلی کمتر از 7 درصد بوده که این رقم، مفید و قابل استفاده بودن مدل مارکوف و همچنین صحت آن را در پیش بینی تغییرات کاربری به خوبی توجیه می کند.

هدف از این پژوهش، پهنه بندی خطر زمین لغزش حوضه آبخیز نوژیان با مدل های همپوشانی فازی، AHP و تکنیک GIS می باشد. در این مطالعه به منظور تهیه نقشه ی پهنه بندی خطر، 9 عامل مورد بررسی قرار گرفت. این عوامل در محیط نرم افزار GIS به صورت نقشه تهیه و سپس طبقه بندی و وزن دهی شدند. این نقشه ها با نقشه ی پراکنش زمین لغزش های حوضه همپوشانی گردید تا نقش طبقات در پراکنش زمین لغزش ها مشخص شود. در نهایت، 7 عامل لیتولوژی، شیب، جهت شیب، فاصله از گسل، کاربری اراضی، بارندگی و ارتفاع به عنوان عوامل مؤثر در زمین لغزش های حوضه شناسایی شدند. نقشه ی پهنه بندی خطر زمین لغزش بر اساس این هفت عامل و با روش های AHP و عملگر گامای فازی با لانداهای 0. 7، 0. 8 و 0. 9 در محیط GIS تهیه شد. از شاخص جمع کیفی (Qs) نیز برای ارزیابی صحت نقشه های پهنه بندی استفاده شد. نتایج ارزیابی نقشه ها نشان داد که، مقدار شاخص Qs برای مدل AHP برابر با 0. 7 و برای عملگر گامای فازی با لانداهای 0. 7، 0. 8 و 0. 9 به ترتیب برابر با 0. 75، 0. 71 و 0. 63 می باشد؛ بنابراین نتیجه می گیریم که عملگر گامای فازی با لاندای 0. 7 نسبت به سایر روش های ارائه شده دارای مطلوبیت بهتری در پهنه بندی خطر زمین لغزش حوضه آبخیز نوژیان می باشد و منطقی است که هرگونه برنامه ریزی محیطی با توجه به آن صورت گیرد.

در سال های اخیر آزمایش های صحرایی فرآیند روان آب و فرسایش در مقیاس کرت و با استفاده از شبیه سازهای باران به دلیل دو مزیت شرایط خاک طبیعی و تحت کنترل بودن ویژگی های باران، مورد توجه بیشتری قرار گرفته-اند. لذا در پژوهش حاضر یک شبیه ساز باران قابل حمل در دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس دارای یک پمپ آب، سه عدد نازل باران BEX: 3/8 S24W و سه پایه جهت رساندن نازل ها به ارتفاع مناسب برای نزول باران (حداکثر 5/4 متر) طراحی و ساخته شد. به علت تحت فشار بودن سامانه، قطرات پس از خروج از نازل ها از ارتفاع 5/4 متری به صورت مخروطی کاملی از باران، قابلیت پوشش یک کرت با مساحت 2×1 متر مربع در سطح زمین را دارند. توزیع قطر و سرعت قطرات باران با استفاده از روش عکس برداری سرعت بالا و پردازش تصویر و یکنواختی باران در سطح کرت با استفاده از ضریب کریستیانسن تعیین گردید. نتایج اندازه گیری ویژگی های باران نشان داد در شدت های مختلف 30، 60 و 90 میلی متر در ساعت میانه قطر قطرات به ترتیب 07/1، 00/1 و 98/0 میلی متر، میانگین قطر قطرات به ترتیب 14/1، 05/1 و 02/1 میلی متر، سرعت متوسط قطرات به ترتیب 53/4، 08/4 و 00/4 متر در ثانیه، انرژی جنبشی باران به ترتیب 26/10، 32/8 و 00/8 ژول بر متر مربع در هر میلی متر از باران و ضریب یکنواختی به ترتیب 90، 87 و 91 درصد اندازه گیری شد.

تحلیل فراوانی سیلاب به عنوان یکی از مهمترین روشهای برآورد, پیش بینی و مدیریت سیلاب در حوزه های آبخیز به شمار می رود. اجرای عملیات سازه ای کنترل سیلاب و مهندسی رودخانه از عمده ترین روشهای مرسوم در کاهش خطرات سیلاب است که تحلیل فراوانی سیلاب از قدم های اولیه آن محسوب می شود. با توجه به عدم کفایت طول دوره آماری سیلابهای ثبت شده و یا ناقص بودن آمار در ایستگاه های هیدرومتری و لزوم استفاده از روشهای دقیقتر, در این مقاله روش سری مقادیر حداکثر و سری مقادیر جزئی به عنوان روشهای مرسوم در تحلیل فراوانی سیلاب در تعدادی از ایستگاه های هیدرومتری حوزه های آبخیز طالار و بابلرود در استان مازندران مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. این تحقیق نشان داده است که نتایج روشهای سری مقادیر حداکثر و جزیی در برآورد دبی حداکثر سیلاب به طول دوره آماری حساسیت بالایی داشته که به وجود و یا عدم وجود مقادیر بیش از حد در سری مشاهداتی بستگی دارد. نتایج نشان داده است که کاربرد سری مقادیر جزیی در شرایط فقدان طول دوره آماری مناسب و طولانی می تواند برآورد قابل مقایسه ای را نسبت به کاربرد روش سری مقادیر حداکثر با طول دوره آماری کافی داشته باشد. چنین نتیجه ای اهمیت و قابلیت روش سری مقادیر جزیی در برآورد دبی سیلاب در ایستگاه های هیدرومتری با طول دوره آماری اندک را نشان می دهد.