مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران
سال:1390 | دوره:5 | شماره:15 |تعداد مقالات:8

فرآیند بارش - رواناب یک پدیده به طور کامل پیچیده و غیرخطی در آب شناختی می باشد. مدل های مفهومی به طور وسیعی برای مدلسازی بارش - رواناب به کار برده می شوند. با این وجود، این مدل ها نیازمند تعداد زیادی اطلاعات جزئی بوده و کاربرد آنها صرفا محدود به مقیاس منطقه مورد مطالعه می باشد. در مواردی که با کمبود اطلاعات جزئی مواجه هستیم مدل های جعبه سیاه مانند شبکه های عصبی مصنوعی می توانند برای مدلسازی روابط غیرخطی و پیچیده به کار روند. به منظور شبیه سازی آبنمود بارش - رواناب در حوزه آبخیز معرف کسیلیان از مدل شبکه عصبی پرسپترون چند لایه(MLP)  با ساختار 7-10-9 استفاده شد. ابتدا داده های بارندگی با توجه به الگوی زمانی بارندگی به چهار گروه تقسیم گردیدند. برای هر گروه توزیع بارندگی در چارک های زمانی مختلف، دبی پایه آبنمود، عمق کل بارندگی، عمق بارندگی تا وقوع زمان تمرکز حوضه، تداوم بارندگی و شاخص بارش پیشین به عنوان پارامترهای ورودی مدل شبکه عصبی لحاظ گردید. اطلاعات خروجی مدل شبکه عصبی به صورت دبی اوج آبنمود، زمان وقوع دبی اوج، زمان پایه آبنمود، زمان رسیدن به دبی برابر با 50 و 75 درصد دبی اوج و عرض های آبنمود متناظر با این دبی ها در نظر گرفته شدند. علاوه بر این، برای اطلاعات موجود در گروه های مختلف و با استفاده از توابع محرک مختلف در لایه های پنهان و خروجی شبیه سازی انجام گردید. نتایج نشان دهنده همبستگی قوی بین خروجی های مدل با داده های اندازه گیری شده می باشد. ضرایب همبستگی از (RMSE= 0.0882) 0.9107 برای گروه اول تا (RMSE= 0.0678) 0.9909 برای گروه چهارم از اطلاعات حاصل گردید. این همبستگی های قوی نشان می دهد که در شرایط نبود اطلاعات جزئی، مدل شبکه عصبی مصنوعی می تواند برای شبیه سازی پارامترهای آب شناختی مورد استفاده قرار گیرد.

امروزه فرسایش خاک یکی از معضلات مهم در مدیریت پایدار آب و خاک در بسیاری از کشورها به حساب می آید. بنابراین برآورد فرسایش و بار رسوبی حوزه از ضروریات مدیریت پایدار می باشند. در این راستا ساخت و بکارگیری روشی نوین در برآورد رسوب بر پایه درک صحیح از متغیرهای موثر بر تولید و انتقال رسوب در مقیاس حوزه لازم بنظر می رسد. در سیستم های طبیعی مانند رسوب عموما مشاهدات نادقیق و یا روابط بین آنها مبهم می باشند. لذا استفاده از روشی منطبق با دنیای واقعی مورد نیاز است. از اینرو، در این تحقیق از روش رگرسیون مبتنی بر نظریه مجموعه های فازی به منظور برآورد رسوب 29 زیرحوزه آبخیز در شمال استان خراسان استفاده شده است. برای این منظور در ابتدا خصوصیات مختلف ژئومورفولوژیکی، اقلیمی، هیدرولوژیکی، کاربری اراضی و زمین شناسی هر یک از زیرحوزه ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و موثرترین متغیرها در برآورد رسوب حوزه توسط مدل های رگرسیونی چندمتغیره، در حالت های مختلف بدست آمد. در ادامه مدل های رگرسیون خطی فازی با ضرایب و خروجی مشاهده شده فازی بر پایه متغیرهای مستقل موثر ساخته شدند. نتایج حاصله بیانگر افزایش دقت مدل در برآورد بار رسوب در طی ماه های پرباران نسبت به کل سال (بدلیل تمرکز بارش در این بازه زمانی از سال) بود. به طوری که راندمان مدل در برآورد متوسط بار رسوبی در شرایط کل سال نسبت به ماه های پرباران در 3 حالت 29 زیرحوزه، 17 زیرحوزه بزرگ و 12 زیرحوزه کوچک به ترتیب از 0.85 تا 0.88، از 0.77 تا 0.87 و از 0.82 تا 0.91، تغییر یافت.

عرض پایدار رودخانه های رژیم یکی از مهمترین شاخص ها، در این آبراهه ها است که بر اساس آن اصول طراحی پایه گذاری می شود. محققین به شیوه های مختلف به دنبال ارائه روابطی جهت پیش بینی عرض پایدار رودخانه بوده اند. در این مطالعه ابتدا روش های مختلفی که پژوهشگران برای پاسخ به این سوال به کار گرفته اند معرفی می شود و سپس با انجام برازش روی 440 داده مربوط به رودخانه های با بستر شنی در حالت مقطع پر، روابط بی بعد با استفاده از روش پارکر و روابط با بعد یک، دو و سه متغیره ای با پارامترهای دبی مقطع پر، اندازه متوسط ذرات بستر و شیب کانال استخراج شده است. در نهایت با استفاده از یک مجموعه 95 داده ای دیگر روابط توسعه داده شده بابعد و بدون بعد برای پیش بینی عرض پایدار رودخانه های شنی با استفاده از محدوده خطای 50 درصدی مورد بررسی قرار می گیرند. نتایج برازش روی داده ها نشان می دهد که عرض پایدار رودخانه های شنی به هر سه متغیر وابسته است، و بهترین رابطه با این سه پارامتر حاصل می شود. همچنین مقایسه بین روابط نشان می دهد که رابطه با بعد یالین و رابطه بدون بعد آربلاز و همکاران با توجه به معیار محدوده خطای 50 درصدی بهتر از سایر روابط عرض پایدار رودخانه های با بستر شنی را پیش بینی می کنند.

تغییر کاربری اراضی به طور عام ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک و در نتیجه کیفیت آن را تحت تاثیر قرار می دهد. لذا در این پژوهش تاثیر تغییر کاربری اراضی بر تخریب خاک در بخشی از شمال ایران با استفاده از شاخص های پایداری خاکدانه، فرسایش پذیری خاک، تخریب خاک و وزن مخصوص ظاهری خاک بررسی گردید. برای این منظور 120 نمونه خاک از سه کاربری اراضی مجاور هم شامل جنگل، مرتع و کشاورزی در دو عمق 0-10 و 10-20 سانتی متری از حوزه آبخیز کسیلیان جمع آوری گردید. نتایج تحلیل واریانس نشان داد که شاخص فرسایش پذیری خاک، وزن مخصوص ظاهری و شاخص پایداری خاکدانه ها در هر دو عمق بین کاربری های مختلف در سطح 99 درصد دارای اختلاف معنی دار هستند. شاخص فرسایش پذیری خاک در عمق سطحی به ترتیب در کاربری کشاورزی و مرتع 85.7 و %114.3 و در عمق 10-20 سانتی متر نیز 9.09 و %72.72 نسبت به کاربری جنگل افزایش داشته است. پایداری خاکدانه ها در کاربری مرتع %52.17 و کاربری کشاورزی %19.56 در عمق سطحی و به ترتیب 24.17 و %55.48 در عمق 10-20 سانتی متر نسبت به کاربری جنگل کاهش داشته است. نتایج حاصل از شاخص تخریب خاک نیز مقادیر منفی در کاربری مرتع و کشاورزی نسبت به کاربری جنگل را نشان داده است که بیانگر نزول کیفیت خاک در اثر تغییر کاربری اراضی می باشد.

تعیین اولویت بندی زمانی احداث سدهای تاخیری، برای انتخاب روش بهینه زمان بندی اجرای این سازه ها اهمیت دارد. مهار سیلاب حوزه آبخیز تجریش به علت مشرف بودن به شهر پرجمعیت تهران، از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و ضروری است برای بررسی اثر الویت بندی زمانی سازه های مهار سیلاب، شاخص های الویت بندی زمانی آنها ارزیابی گردد. به این منظور سیلاب این حوزه آبخیز با استفاده از نرم افزار HEC-HMS، شبیه سازی شده و بر اساس داده های بارش و سیلاب ثبت شده، واسنجی آن انجام گردیده است. در این پژوهش بر اساس توصیه استاندارد آب ایران، از سیلاب با دوره بازگشت 200 ساله جهت بهینه سازی ابعاد خروجی های سدهای تاخیری استفاده شده است. شاخص های مساحت، بده اوج، بده ویژه، درصد کاهش بده اوج سیلاب حوزه در اثر حذف رواناب یک زیرحوزه (FI)، کاهش بده اوج ویژه سیلاب حوزه در اثر حذف رواناب یک زیرحوزه (fi)، درصد کاهش بده اوج سیلاب حوزه در اثر عملکرد سد تاخیری در یک زیرحوزه (Fm)، کاهش بده اوج ویژه سیلاب حوزه در اثر عملکرد سدهای تاخیری در یک زیرحوزه (fm)، هزینه یک واحد کاهش بده اوج سیلاب (DQc) و هزینه کل اجرا، برای تعیین اولویت بندی زمانی احداث سدهای تاخیری استفاده شده که از بین آنها fm، Fm و DQc شاخص های جدید تعریف شده در این پژوهش هستند. با استفاده از هر یک از این شاخص ها، اولویت بندی زمانی احداث سدهای تاخیری تعیین شده و برای تعیین ارجحیت هر یک از این شاخص ها، از شاخص هزینه یک واحد کاهش بده اوج سیلاب به عنوان شاخص اصلی استفاده گردید. نتایج نشان داد که شاخص fm با دارا بودن حداقل مجموع قدرمطلق اختلاف الویت های این شاخص با الویت های شاخص اصلی (DQc)، بهترین شاخص و شاخص هزینه با بالاترین مقدار مجموع اختلاف یاد شده(PIMC)  نامناسب ترین شاخص است. مقدار PIMC برای دو شاخص یاد شده به ترتیب 6 و 80 می باشد.

در این پژوهش خطر زمین لغزش در زیرحوزه های آبخیز چهل چای با مدل آماری دو متغیره تراکم سطحی، وزن دهی شده با AHP به منظور تعیین مناطق خطر زمین لغزش برای مدیریت خطر و خسارت حوزه آبخیز مورد ارزیابی قرار گرفت. ابتدا از طریق بازدید میدانی و استفاده از اطلاعات محلی و دستگاه GPS، از زمین لغزش های موجود (تعداد و مساحت) فهرست برداری شده و نقشه پراکنش زمین لغزش به تفکیک زیرحوزه ها تهیه گردید. با مرور منابع قبلی و بررسی شرایط حوزه آبخیز چهل چای 9 عامل اعم از ارتفاع، شیب، جهت شیب، سنگ شناسی، فاصله از گسل، فاصله از آبراهه، فاصله از جاده، کاربری اراضی و میزان بارش به عنوان عوامل موثر بر زمین لغزش (متغیر مستقل) انتخاب شده و نقشه خطر نسبی زمین لغزش با 6 کلاس به ازای هر یک از آنها تهیه شد. نتایج پژوهش نشان می دهد که بین فراوانی و مساحت زمین لغزش ها در زیرحوزه ها، بین تراکم سطحی در بین 4 زیرحوزه، بین مساحت کلاس های خطر در هر زیرحوزه و نیز مساحت هر کلاس در بین زیرحوزه ها در سطح 1 درصد تفاوت معنی دار ولی تراکم عددی در بین 4 زیرحوزه تفاوت معنی داری ندارد. در 59 درصد از طبقات در زیرحوزه های متفاوت، رابطه معنی داری بین مساحت زمین لغزش و مساحت طبقات عوامل مختلف در سطح 1 درصد وجود نداشت. همچنین نتایج پژوهش نشان می دهد که بر اساس درصد کلاس های خطر زیاد و خیلی زیاد، زیرحوزه های قلعه قافه (%51.6)، خروجی (%19.7)، چمانی (1%) و دوزین (0%) به ترتیب در رتبه های 1 تا 4 قرار می گیرند.

ایران با توجه به ویژگی های زمین ریخت شناسی، زمین شناسی و آب و هوایی از جمله کشورهایی می باشد که در اثر وقوع زمین لغزش ها هر ساله متحمل خسارات سنگین می گردد. با توجه به اینکه بسیاری از خسارات ناشی از زمین لغزش به دلیل عدم رعایت اصول صحیح در گسترش مناطق مسکونی، ساخت سدها، احداث راه ها و تاسیسات و غیره بوجود آمده اند، لزوم شناخت مناطق حساس به زمین لغزش از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این مطالعه با استفاده از مدل SINMAP، نقشه خطر زمین لغزش در حوزه سد ایلام تهیه گردیده است. در این حوزه هر ساله حجم زیادی از رسوبات وارد رودخانه اصلی و سپس وارد دریاچه سد می گردد. جهت انجام پژوهش ابتدا ده دامنه به طور تصادفی (شامل دامنه های لغزشی و پایدار) انتخاب گردیدند. سپس پارامترهای فیزیکی و مکانیکی خاک (شامل بافت خاک، هدایت هیدرولیکی، زاویه اصطکاک داخلی خاک، چسبندگی خاک) محاسبه گردید. نتایج حاصل از اجرای مدل SINMAP در دامنه های مذکور، نشان می دهد که مدل SINMAP از دقت بالایی در پیش بینی خطر زمین لغزش در حوزه سد ایلام برخوردار است. بر اساس نقشه پهنه بندی خطر زمین لغزش با استفاده از مدل SINMAP در حوزه سد ایلام، 65 درصد منطقه در کلاس پایدار قرار گرفته است. دو کلاس پایداری «متوسط» و «شبه پایدار» نیز هر کدام 10 درصد از سطح منطقه را به خود اختصاص داده اند و «کلاس های احتمال ناپایداری کمتر از 50%» تا «ناپایدار» نیز در مجموع 15 درصد از سطح حوزه سد ایلام را شامل می شوند.

در این مطالعه، تاثیر اقدامات آبخیزداری بر رفتار سیلاب بازه ای مسکونی از حوزه آبخیز جاغرق در استان خراسان رضوی با تلفیق مدل های HEC–HMS وHEC-RAS  بررسی گردید. به همین منظور، داده های مورد نیاز اجرای مدل ها تامین و واسنجی و اعتبارسنجی آنها صورت گرفت. سپس پاسخ هیدرولوژیکی حوزه آبخیز در محل بازه مسکونی به تغییرات اعمال شده ناشی از اقدامات مختلف و معمول مهار سیلاب از طریق اجرای مجدد مدل های مذکور ارزیابی شد. نتایج مطالعه ضمن تائید کارایی تلفیق مدل ها در ارزیابی تاثیر اقدامات مهار سیلاب نشان داد که با افزایش دوره بازگشت سیلاب نقش اقدامات انجام شده در کاهش دبی اوج و پهنه سیلاب کم شده و اقدامات مهار سیلاب بیشترین و کمترین تاثیر را به ترتیب بر دبی اوج و سطح سیل گیری داشته اند.