علوم و مهندسی آبخیزداری ایران
سال:1394 | دوره:9 | شماره:31 |تعداد مقالات:11

آب، ضروری ترین و مهمترین جزء منابع طبیعی مورد نیاز برای بقای زندگی انسان، به شمار می رود. در حال حاضر عوامل چون عدم مدیریت صحیح منابع آب و زمین، رقابت و تقاضا در استفاده از آنها، رشد جمعیت و تغییرات اقلیمی باعث شد که مسائل مرتبط با تغییرات کاربری ها و منابع آب، به عنوان بزرگترین چالشهای بشر در دهه اخیر تبدیل شود. در منطقه مورد مطالعه نیز استفاده غیر اصولی و کمبود شدید منابع در دهه اخیر باعث ناپایداری سرزمین شد و اثرات بوجود آمده آن علاوه بر تهدید نظام اکولوژیک و هیدرولوژیک منطقه در مقیاس های خرد و کلان، تداوم زندگی در منطقه مورد مطالعه را نیز با چالش مواجه کرده است. تحقیق حاضر در جهت تعیین کاربری اراضی و به منظور تعیین تاثیر آن در تغییر منابع آب می باشد. لذا با استفاده از تصویر TM سال 2012، نقشه توپوگرافی 1:25000 و با استفاده از داده های منابع آب مربوط به 1391 و سایر اطلاعات اقدام به تهیه نقشه کاربری اراضی در منطقه شد و با مطالعات میدانی اولیه و تکمیلی نقاط برداشت شده تدقیق شد و چهار کلاس مرتعی، آبی، دیم وجنگلی از یکدیگر تفکیک شد نتایج تحقیقات نشان داده که به جز دشتهای فارسان، شلمزار و گندمان سایر دشتهای استان با بیلان منفی مواجه هستند و همچنین برای تعادل بخشی به آبهای زیرزمینی دشتهای شهرکرد، بروجن، سفیددشت، کیار، فلارد و خانمیرزا لازم است میزان برداشت آب به ترتیب 13، 30، 66، 32، 48و12درصد کاهش یابد. در مورد دشتهای فارسان، شلمزار و گندمان نیز می توان به ترتیب 45، 38 و 30 درصد در برداشت از منابع آب این دشتها افزایش ایجاد کرد لذا نتایج حاصل می تواند به منظور استفاده اصولی از منابع آب و زمین منطبق با ویژگی های جمعیتی و اقتصادی در هر حوزه آبخیز استفاده شود.

در بررسی تغییرات اقلیمی، پیش بینی آینده پارامترهای اقلیمی توسط مدل های گردش عمومی (GCMs) و تحت سناریوهای انتشار گازهای گلخانه ای انجام می شود، اما خروجی این مدل ها به علت بزرگ مقیاس بودن شبکه آن ها فاقد دقت مکانی و زمانی مناسب در مقیاس کوچک می باشند. بدین منظور نیاز به کوچک مقیاس کردن خروجی این مدل ها در مقیاس ایستگاهی و نقطه ای با استفاده از مدل های ریزمقیاس گردانی خواهد بود که به دو دسته آماری و دینامیکی تقسیم می شوند که روش های آماری دارای کاربرد و مقبولیت بیشتری می باشند. از میان روش های آماری نیز مدل های LARS-WG و SDSM از معتبرترین ابزارهای ریزمقیاس گردانی در حال حاضر به حساب می آیند، که در این پژوهش به تحلیل عملکرد این دو مدل در شبیه سازی تغییرات دما و بارش در حوضه آبریز دریاچه ارومیه واقع در شمال غرب کشور که در چند دهه اخیر با بحران زیست محیطی و خطر خشک شدن دریاچه ارومیه روبه رو بوده است پرداخته شد. ایستگاه های هواشناسی مورد بررسی شامل چهار ایستگاه سینوپتیک سقز، تبریز، خوی و ارومیه می باشد که دارای آمار کامل در دوره پایه (1990-1961) بوده اند. جهت ارزیابی عملکرد مدل ها نیز از شاخص های خطاسنجی MSE، RMSE، MAE و همچنین ضریب تعیین و همبستگی بهره گرفته شد. نتایج حاصل نشان داد که هر دو مدل دقت بیشتری در شبیه سازی دما نسبت به بارش دارند و در شبیه سازی ماهانه پارامترهای دما و بارش، مدل SDSM موفق تر عمل نموده و دارای عدم قطعیت کمتری است، و از سویی دیگر نیز دارای فرآیند شبیه سازی وقت گیر و پیچیده ای است. در حالی که مدل LARS-WG در شبیه سازی دوره ای بارش از کارآیی بهتری برخوردار است و دارای سادگی و سرعت عملکرد بیشتری نسبت به مدل SDSM است. درمجموع بر اساس نتایج حاصل هیچ کدام از مدل ها برتری مطلق بر یکدیگر ندارند و علی رغم تفاوت هایی در شبیه سازی، می توانند در بررسی های تغییرات اقلیمی مفید واقع شوند.

در این تحقیق به منظور بررسی وضعیت آبخوان دشت مه ولات در استان خراسان رضوی، تغییرات کمی (با تکمیل پرسشنامه و استفاده از داده های دوره ای تراز آب زیرزمینی) و کیفی (با نمونه برداری و تجزیه شیمیایی) منابع آب زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفته است. تجزیه و تحلیل داده های مربوط به تراز آب زیرزمینی در دشت مه ولات از سال آبی 74-73 تا 87-86 (در یک دوره 14 ساله) نشان داد که سطح آب بطور متوسط سالیانه 1.35 متر افت داشته است. تحلیل پرسشنامه ها نشان داد که تخلیه کل سالانه آب زیرزمینی توسط چاهها و قنوات در این دشت 254 میلیون مترمکعب، تغذیه سالانه دشت 157 میلیون مترمکعب و کسری مخزن ذخیره دشت 97 میلیون مترمکعب می باشد. آنالیز شیمیایی 48 نمونه آب چاه و 3 نمونه آب قنات نشان داد که کیفیت آب از شمال شرقی دشت به طرف حاشیه های دشت کاهش یافته است. از لحاظ طبقه بندی کیفیت آب زیرزمینی به روش ویلکوکس جهت مصارف کشاورزی، 5.88 درصد نمونه ها در کلاس S1-C3، 19.61 درصد نمونه ها در کلاس S2-C3، 9.80 درصد نمونه ها در کلاس S2-C4، 23.53 درصد نمونه ها در کلاس S3-C4 و 41.18 درصد نمونه ها در کلاس S4-C4 قرار گرفت. بر این اساس 74.51 درصد نمونه های آب زیرزمینی آنالیز شده، برای کشاورزی مناسب نیستند.

پروژه های تغذیه مصنوعی به منظور بهره وری بهینه از منابع آبی خصوصا آبخوان ها، نقش موثر و بارزی به عنوان یک راهکار علمی و عملی ایفا می نمایند. پروژه تغذیه مصنوعی سفید دشت- فرادنبه، جهت تامین امنیت غذایی در قالب توسعه کشاورزی و منابع طبیعی پایدار و بهره وری بهینه از امکانات و پتانسیل های موجود اجراء شده است. در این پروژه رواناب های سطحی، آب چند چشمه وقنات که وارد رودخانه بروجن شده و در نهایت به رودخانه کارون می پیوندند، توسط سازه هایی همچون بند انحرافی، سیفون معکوس وکانال انتقال آب، وارد استخرهای تغذیه کننده پروژه تغذیه مصنوعی شده و به داخل آبخوان منطقه هدایت می گردند. طرح تحقیقاتی جاری به منظور بررسی عملکرد و تاثیر کمی این پروژه نسبت به آبهای ذخیره شده در آبخوان اجراء گردید. رواناب های ورودی به پروژه تغذیه مصنوعی سفید دشت- فرادنبه طی سال های 1382 لغایت 1385 بترتیب 6.1، 5.3، 7.3 میلیون متر مکعب در سال بوده است، که عمدتا دشت سفید دشت و قسمتی از دشت فرادنبه تحت تاثیر قرار گرفته است. به منظور بررسی تاثیر کمی پروژه تغذیه مصنوعی بر آبهای زیرزمینی و تغییرات حجم ذخیره آب در آبخوان منطقه و مدیریت منابع آب زیرزمینی از نرم افزار مادفلو استفاده گردید. لذا جهت ارزیابی عملکرد و رفتار آبخوان از شش سناریو استفاده شده است. سناریو یک (با شرایط نرمال زمان اجرای طرح) در کوتاه مدت، میان مدت و بلندمدت (2، 15 و 30 ساله)، سناریوهای دو و سه (منظور نمودن 20 و 40 درصدی کاهش بارش سالیانه)، سناریوهای چهار و پنج (افزایش 20 و 40 درصدی بارش سالیانه) و سناریوی شش (کاهش 20 درصدی بارش سالیانه، رشد 20 درصدی سطوح زیر کشت، رشد 10 درصدی جمعیت و کاهش نشت از کانالهای آبیاری به میزان 50 درصد)، نتایج حاصل از اجرای مدل در حریم تغذیه مصنوعی بیانگر آنست که پیش بینی سطح آب زیرزمینی برای یک دوره 15 ساله (میان مدت) با اعمال شرایط سال83- 1382 (سناریو یک) به دلیل میزان و پراکنش مناسب بارش، در قسمت های میانی دشت تا 10.75 متر و برای دوره بلند مدت (30 سال) افزایشی بالغ بر 19.5 متر دارد. این افزایش برای محل استخرهای تغذیه مصنوعی در دوره های زمانی میان مدت (15 ساله) و بلند مدت (30 ساله) 19.41 و 23.88 متر است. در سناریوهای دو و سه میزان سطح آب زیرزمینی نسبت به حالت نرمال 0.9 و 1.45 متر کاهش داشته است. در سناریوهای چهار و پنج سطح ایستابی آب 1.45 و 2.69 متر افزایش داشت. اما سناریوی شش باعث افت 3.46 متر سطح آبهای زیرزمینی منطقه گردید.

با افزایش جمعیت و نیازهای آبی موجود، ضرورت و اهمیت منابع آب زیرزمینی به عنوان یکی از مهم ترین منابع تامین کننده آب شیرین، بیش از پیش آشکار می شود. در این پژوهش، به منظور شناسایی مناطق دارای پتانسیل آب زیرزمینی دشت ورامین از معیارهای تراکم آبراهه ای، فاصله از آبراهه، شیب، طبقات ارتفاعی، ضخامت آبخوان، تراز آب زیرزمینی، مقدار بارندگی، شاخص رطوبت توپوگرافی و میزان نفوذپذیری استفاده شده است. نقشه معیارهای مذکور تهیه و به کمک روش تحلیل سلسله مراتبی، معیارها مربوطه مورد وزن دهی قرار گرفتند و با تعیین نرخ تاثیرگذاری برای هر کلاس و استفاده از روش منطق فازی، نقشه پیش بینی پتانسیل آب زیرزمینی به دو روش تحلیل سلسله مراتبی و تحلیل سلسله مراتبی فازی به روش روی هم گذاری تهیه شدند و دقت هر روش به کمک چاه هایی با آبدهی بالا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با توجه به پیچیدگی های هیدرو ژ ئولوژیکی موجود در منطقه دقت روش تحلیل سلسله مراتبی فازی 61 درصد و روش تحلیل سلسله مراتبی 54 درصد بوده است. همچنین مناطقی با پتانسیل بالا بیشتر در نیمه شمالی دشت که پوشیده از رسوبات درشت دانه دوران کواترنر هستند قرار گرفته اند. نتایج نشان داد که به کارگیری روش تحلیل سلسله مراتبی فازی، ضمن صرفه جویی در زمان و هزینه، قابلیت مناسبی در پیش بینی پتانسیل آب زیرزمینی داراست.

ارزیابی اثرات پراکنش و موقعیت مکانی کاربری اراضی بر خصوصیات هیدرولوژیک و تغییرات زمانی آب نمود جریان می تواند اطلاعات مورد نیاز در تصمیم گیری موفق اقدامات مدیریت پوشش گیاهی و در نهایت مدیریت جامع حوزه های آبخیز را فراهم کند، حال آن که تاکنون به این موضوع کم تر توجه شده است. بنابراین پژوهش حاضر با هدف تعیین سهم مشارکت انواع کاربری اراضی و پراکنش مکانی آن ها بر تغییرات رفتار آب نمود های رگبار حوزه آبخیز کوچک رودخانه گلاز اشنویه با مساحت 103 کیلومترمربع در استان آذربایجان غربی انجام پذیرفت. به این منظور پس از انجام مراحل اجراء، واسنجی و اعتبارسنجی مدل زمان-مساحت کلارک، منحنی هم زمان تمرکز حوزه آبخیز مورد مطالعه به روش توزیعی-مکانی زمان پیمایش استخراج شد و پس از تهیه هیستوگرام زمان- مساحت و لحاظ مساحت هر یک از کاربری ها، آب نمود جریان به کمک بارش طرح ورودی و مدل زمان-مساحت شبیه سازی شد. سپس بر اساس توزیع مقادیر دبی آب نمود در بازه های هم زمان تمرکز، و نیز دبی اوج آب نمود با لحاظ مساحت و نیز الگوی پراکنش کاربری اراضی مورد تحلیل قرار گرفت. بر اساس نتایج، تاثیر موقعیت و مساحت کاربری های اراضی در هیستوگرام زمان- مساحت و در نتیجه در تغییرات آب نمود رگبار منعکس شده است. هم چنین بر اساس مقایسه نتایج مقادیر دبی اوج، بیش ترین دبی ها به ترتیب به کاربری مرتع، کشاورزی و سپس جنگل اختصاص داشت. سهم حجم رواناب تولیدی نیز به ترتیب برابر 84، 12 و 4 درصد در کاربری های مرتع، کشاورزی و جنگل بود. با استفاده از روش مذکور می توان به شبیه سازی اثر تغییرات کاربری اراضی بر تغییرات زمانی و نیز مقادیر مولفه های مختلف آب نمود پرداخت.

خطرات ناشی فرسایش خاک در حوزه های آبخیز از عمده ترین مشکلاتی است که به طور همه جانبه تعادل اکولوژیک آبخیزها را تحت تاثیر قرار داده است. این تحقیق با هدف تعیین سطح بهینه کاربری اراضی به منظور کاهش میزان فرسایش و افزایش درآمد ساکنان حوزه آبخیز قوشچی واقع در استان آذربایجان غربی انجام شد. ابتدا میزان درآمد ها و هزینه های کاربری های موجود با مطالعات میدانی محاسبه گردید. سپس خسارات ناشی از فرسایش با تبدیل میزان فرسایش خاک به سطح اراضی با کاربری مشخص و با عمق خاک معادل برآورد شد. برای سه گزینه مختلف شامل وضعیت فعلی کاربری ها بدون اعمال مدیریت اراضی، وضعیت فعلی کاربری ها با اعمال مدیریت اراضی و وضعیت استاندارد کاربری ها، مدل برنامه ریزی خطی چند هدفی به وسیله نرم افزار LINGO برقرار و بهینه سازی به روش سیمپلکس حل گردید. در نهایت مناسب ترین گزینه کاربری و مدیریت اراضی با مقایسه میزان فرسایش و سود در هر یک از گزینه ها تعیین و شرایط موجود و شرایط توصیه شده مقایسه گردید. نتایج نشان داد سطح کاربری های فعلی جهت کاهش میزان فرسایش و افزایش درآمد ساکنین حوزه مناسب نبوده و در شرایط بهینه باید تغییر کند. در شرایط بهینه سطح اراضی باغی از 408 هکتار به 507 هکتار، سطح اراضی مرتعی بدون تغییر، سطح اراضی کشت آبی از 169 هکتار به 136 هکتار و سطح اراضی دیم نیز از 636 هکتار به 570 هکتار تغییر می یابد. علاوه بر این نتایج نشان داد که در صورت بهینه سازی کاربری اراضی، میزان فرسایش خاک و سوددهی کل حوزه به ترتیب 0.75 درصد کاهش و 3.68 درصد افزایش، در صورت اعمال مدیریت اراضی 42.27 درصد کاهش و 21.39 درصد افزایش، و در شرایط استاندارد 60.95 درصد کاهش و 24.20 درصد افزایش می یابد. نتایج حاصل از تحلیل حساسیت نیز نشان داد که تغییر در سطح اراضی باغی و مرتعی، بیشترین تاثیر را در افزایش میزان سوددهی و کاهش فرسایش خاک حوزه آبخیز قوشچی دارد.

امروزه تغییر کیفیت و شور شدن آب های زیرزمینی خطری بزرگ در راه توسعه کشاورزی به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک به شمار می رود. در این تحقیق، کاربرد تئوری مجموعه فازی جهت ارزیابی میزان کیفیت آب زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفته است. در سال های اخیر، روش هایی با مبنای منطق فازی تطبیق یافته اند تا عدم قطعیت همراه با مسائل زیست محیطی را در نظر بگیرند. در این تحقیق کیفیت 49 نمونه آب زیرزمینی دشت سراب در سال 1393 که در آزمایشگاه آب شناسی دانشگاه تبریز اندازه گیری شده بودند، استفاده شده است. مقادیر شاخص های آبیاری شامل نسبت جذب سدیم، شاخص تراوایی، نسبت کلی، نسبت جذب منیزیم، بیکربنات سدیم باقی مانده، درصد انحلال سدیم و هدایت الکتریکی به عنوان نماینده تمامی املاح محلول در آب، در این پژوهش استفاده گردید. با استفاده از مدل کیفی فازی، کیفیت آب زیرزمینی به سه طبقه مطلوب، قابل قبول و غیرقابل قبول تقسیم شد. نتایج نشان دادند، 41 نمونه در رده مطلوب و با سطح اطمینان 65 درصد تا 83 درصد و 26 نمونه در رده قابل قبول و با سطح اطمینان 37 درصد تا 65.4 درصد قرار گرفتند. 3 نمونه باقیمانده نیز در رده غیرقابل قبول و با حداکثر سطح اطمینان 23.4 درصد قرار گرفتند.

برآورد میزان رسوبات معلق در رودخانه ها از ابعاد مختلف کشاورزی، حفاظت خاک، کشتیرانی، سد سازی، حیات آبزیان و هم چنین جنبه های مختلف تحقیقاتی دارای اهمیت فراوانی است. روش های مختلفی برای بررسی و برآورد بار معلق رودخانه ها وجود دارد که توانایی این روش ها در برآورد رسوبات متفاوت است. یکی از پرکاربردترین روش ها در این زمینه، منحنی سنجه رسوب می باشد. روش های نوظهوری مانند سری های زمانی نیز وجود دارد که کم تر در این زمینه به کار گرفته شده اند. در تحقیق حاضر به منظور بررسی و مقایسه توانایی مدل های سری زمانی از قبیل مارکف و آریما در پیش بینی رسوب معلق، از داده های متوسط ماهانه رسوب معلق ایستگاه قزاقلی واقع بر روی رودخانه گرگانرود استفاده شده است. وجود آمار نسبتا کافی در این ایستگاه فرصت بررسی و مقایسه مناسب روش های مختلف برآورد رسوب معلق را فراهم می کند. به منظور استفاده از مدل های سری زمانی، داده های موجود به صورت ماهانه در محیط نرم افزار Minitab 16 به کار گرفته شد و در نهایت پیش بینی رسوب برای 111 ماه انجام گرفت. منحنی سنجه رسوب نیز در محیط Excel ترسیم شد و جهت مقایسه با مدل های سری زمانی به کار رفت. نتایج حاصل از ارزیابی مقادیر پیش بینی شده رسوب توسط مدل های مذکور، با استفاده از شاخص های اندازه گیری خطا شامل مجذور میانگین مربعات خطا و میانگین مربعات خطای نرمال شده بررسی شد. نتایج نشان داد که مدل های سری زمانی با مجذور میانگین مربعات خطای 71.34 در مقایسه با منحنی سنجه رسوب با مجذور میانگین مربعات خطای 220.75 توانایی بهتری در پیش بینی و مدل سازی رسوب معلق ماهانه دارند. میانگین مربعات خطای نرمال شده هم برای مدل های سری زمانی و منحنی سنجه رسوب به ترتیب برابر با 28.62 و 2.48 بوده که توانایی بهتر مدل های سری زمانی را تایید می کند.

برآورد مناسب ضریب نرخ بازهوادهی یکی از مهم ترین نیازهای اولیه مدل سازی اکسیژن محلول و خودپالایی رودخانه ها می باشد. هدف اصلی مقاله حاضر ارزیابی 29 معادله پرکاربرد پیشنهادی در برآورد ضریب نرخ بازهوادهی رودخانه ها در قالب مطالعه موردی سفیدرود می باشد. در این مقاله ارزیابی و مدل سازی اکسیژن محلول سفیدرود با استفاده از روش تحلیلی استریتر – فلپس و کاربرد داده های کیفیت آب موجود از چهار سری نمونه برداری رودخانه مذکور انجام گرفت. بازه انتخابی از زیردست سد سفیدرود تا دریای خزر به طول تقریبی 110 کیلومتر و در 12 ایستگاه نمونه برداری می باشد. نتایج ارزیابی معادلات برآورد ضریب نرخ بازهوادهی، حاکی از وجود بیشترین دقت در معادله "پارخوراست و پومروی" با خطای استاندارد، خطای میانگین ضربی و مجموع مربعات باقیمانده هایی به ترتیب برابر با 0.51، 1.05 و 2.35 می باشد. همچنین رفتارسنجی خودپالایی سفیدرود نشان دهنده بالا بودن نیاز اکسیژن خواهی بیوشیمیایی و پایین بودن توان خودپالایی این رودخانه در مهر ماه که مصادف با ورود حداکثر مقدار آلاینده های غیرنقطه ای مانند زهاب های کشاورزی است می باشد.

پیش بینی بارش یکی از مهم ترین مسائل در زمینه مدیریت بهینه منابع آب در بخش های مختلف نظیر صنعت، شرب و کشاورزی است. پیش بینی بارش می تواند باعث جلوگیری از تلفات و خسارات ناشی از بلایای طبیعی شود. هدف از تحقیق حاضر پیش بینی بارش زمستانه استان خراسان رضوی با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی می باشد. بدین منظور، ابتدا سری زمانی بارش متوسط منطقه ای به روش کریجینگ در طول دوره آماری به دست آورده شد. سپس سری زمانی سیگنال های اقلیمی شامل فشار، گرادیان فشار، دما، گرادیان افقی دما، گرادیان قائم دما بین سطح دریا و سطح 1000 میلی بار، تابش طول موج بلند خروجی از سطح زمین، آب قابل بارش، مولفه مداری باد، مولفه نصف النهاری باد، دمای هوا در سطح 700 میلی بار، ضخامت بین سطوح 500 و 1000 میلی بار و رطوبت نسبی در سطح 300 میلی بار در بازه های زمانی مختلف محاسبه شد. در ادامه ارتباط بین پیش بینی کننده های اقلیمی با بارش متوسط منطقه با استفاده از ضریب همبستگی پیرسون به دست آورده شد. پس از شناسایی سیگنال های موثر بر بارش منطقه، مدل شبکه های عصبی مصنوعی در دوره 1997-1970 آموزش داده شد و در پایان، پیش بینی بارش در دوره 2007-1998 انجام شد. نتایج نشان داد شبکه های عصبی مصنوعی قادر است بارش را با دقت قابل قبولی پیش بینی نماید. ضریب همبستگی بین بارش مشاهده شده و پیش بینی شده در مرحله تست مدل، 0.66 به دست آمد. ریشه میانگین مربعات خطا نیز 6.9 میلی متر به دست آمد.