پژوهش های آبخیزداری
سال:1388 | دوره:22 | شماره:2 (پیاپی 83) |تعداد مقالات:10

در طول زمان، الگوهای پوشش زمین و به تبع آن کاربری اراضی دچار تغییر و دگرگونی اساسی می شوند و عامل انسانی میتواند بیشترین نقش را در این فرآیند ایفا نماید. همواره، دانشمندان تلاش نموده اند تا عوامل مسبب تغییرات کاربری اراضی و تاثیرات محیطی مربوطه را شناسایی نمایند. در دهه های گذشته به همین منظور، محققان مشاهدات مختلف و جمع آوری شده از طریق عملیات میدانی و همینطور عکس هایی هوایی را جهت کشف تغییرات کاربری اراضی ناشی از تحمیل فرآیندهای طبیعی و انسانی مورد تجزیه و تحلیل قرار داده اند. اما، امروزه بر پایه پیشرفت های تکنولوژیکی حاصله در قلمرو سنجش از راه دور، می توان تصاویر ماهواره ای را به منظور بررسی دقیق تر تغییرات محیطی بهنگام پردازش و نتایج نهایی را به طور مصور مدل سازی نمود. هدف اصلی تحقیق جاری پایش تغییرات کاربری اراضی در محدوده دشت قزوین در سال های اخیر می باشد که در روند صنعتی شدن و توسعه مراکز شهری ایجاد شده است. بر این اساس، برای کشف تغییرات حادث شده در محدوده مورد مطالعه، تصاویر سنجنده TM سال 1987 و ETM+ سال 2002 ماهواره لندست مورد پردازش قرار گرفت. در همین راستا، بعد از اعمال تصحیحات اتمسفری و هندسی، عملیات بارزسازی تصاویر اجرا و با بهره گیری از روش طبقه بندی نظارت شده الگوریتم حداکثر احتمال همانندی اعمال و از این طریق نقشه های موضوعی کاربری اراضی طراحی گردید. مقایسه نتایج حاصله نشانگر ایجاد تغییرات اساسی در منطقه دشت قزوین است، چرا که حدود 19.86 درصد از الگوهای کاربری اراضی در یک مدت زمان کوتاه دچار تغییرات اساسی شده اند. بیشترین افزایش مربوط به کاربری های مسکونی و صنعتی است و در مقابل بیشترین کاهش مربوط به کاربری های مرتع، دیم و باغات میوه می باشد. بنابر این، با هدف ارزیابی اثرات محیطی ناشی از تغییرات ایجاد شده به یک نوع شاخص زیان باری ویژه (اختیاری) استناد گردید که از این طریق تغییرات کاربری اراضی در محدوده مورد مطالعه به چهار گروه متفاوت پهنه بندی گردید. مدل های طراحی شده نهایی نشانگر این واقعیت است که بیش از هجده هزار هکتار از تغییرات حاصله در کاربری اراضی زیان بار بوده است.

با توجه به شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک حاکم بر ایران، رواناب حاصل از بارندگی در تامین آب مورد نیاز کشاورزی، صنعت و شرب از اهمیت خاصی برخوردار است. شرایط و خصوصیات حوزه های آبخیز مشخص کننده میزان روانابی است که از نزولات جوی بوجود می آید. آگاهی از میزان و حجم رواناب حاصل از بارش به ویژه در مناطقی که آمار اندازه گیری از نزولات جوی و جریانآب های سطحی موجود نمی باشد. به منظور مدیریت منابع آب و بهره برداری از آنها حایز اهمیت است. با عنایت به عدم وجود اطلاعات کافی، برای شبیه سازی، رفتار خاک هایی با ویژگی های متفاوت از نظر بافت، پوشش گیاهی و شیب، در مقابل بارش هایی با شدت و زمان های تداوم موردنظر، استفاده از شبیه سازهای باران در عرصه حوزه های آبخیز و آزمایشگاه ها ضروری می باشد. در این تحقیق، برای بررسی تاثیر درصد تراکم پوشش گیاهی و رطوبت خاک بر مقدار رواناب، از یک دستگاه شبیه ساز باران استفاده شده است. با استفاده از باران ساز، بارش با شدت های 24.5 و 32 میلی متر در ساعت در 145 کرت آزمایشی از حوزه آبخیز طالقان شبیه سازی و مقدار رواناب در هر آزمایش اندازه گیری شد. بر اساس نتایج بدست آمده از ماتریس همبستگی حاصل از متغیرهای مستقل و وابسته مورد مطالعه، از میان متغیرهای موثر در میزان رواناب در دو شدت بارندگی شبیه سازی شده، درصد تراکم پوشش گیاهی از نظر درجه تاثیر در اولویت اول قرار دارد. درصد تراکم پوشش گیاهی در شدت بارندگی های 24.5 و 32 میلی متر در ساعت به ترتیب با ضریب همبستگی 0.903- و 0.872- با مقدار رواناب در سطح 0.01 معنی دار است. همچنین دو رابطه رگرسیونی برای پیش بینی مقدار رواناب در شرایط مختلف از نظر تغییرات متغیرهای مستقل مورد بررسی قرار گرفت.

هیدروگراف واحد لحظه ای (IUH) ناش یکی از روش های برآورد هیدروگراف وقایع سیلانی بوده که کاربرد آن در حوضه های فاقد ایستگاه اندازه گیری مستلزم داشتن مقادیر ضریب ذخیره (K) و تعداد مخازن (n) می باشد. در این تحقیق به منظور بررسی روابط بین پارامترهای مدل IUH و مشخصات سهل الوصول حوضه های آبخیز، در ابتدا آمار هیدروگراف و هیتوگراف باش 5 تا 9 واقعه سیلابی از 6 حوضه آبخیز منتخب از مناطق مختلف اقلیمی کشور جمع آوری شد و سپس مقادیر پارامترهای مدل ناش برای هر واقعه با روش گشتاورها به دست آمد. تجزیه و تحلیل رگرسیون چند متغیره بین مقادیر پارامترهای مذکور مدل ناش، خصوصیات حوضه های آبخیز و برخی از ویژگی های جریان و بارش نشان داد که در سطح 95 درصد اعتماد بیش از همه خصوصیات فیزیوگرافی حوضه، اندازه مساحت، عمق بارش مازاد، طول آبراهه و شیب حوضه در مقدار پارامترهای n و k تاثیر دارند. روابط مذکور بیشتر از نوع رگرسیونی خطی بوده و قابل کاربرد در دیگر حوضه های آبخیز با شرایط یکسان می باشند.

با توجه به اهمیت تبخیر و تعرق پتانسیل منطقه ای در مطالعات آب و کارآمد بودن روش های زمین آمار برای تجزیه و تحلیل این داده ها، تحقیق حاضر انجام گردید. بدین منظور با بررسی کلیه ایستگاه های موجود در حوزه آبخیز دریاچه نمک 37 ایستگاه تبخیر سنجی که دارای طول آماری بیش از پانزده سال بوده و پراکنش مناسبی در منطقه داشتند انتخاب گردیدند. سپس با استفاده از نرم افزار زمین آماری GS+ با سه روش کریجینگ معمولی، کوکریجینگ و روش میانگین متحرک به صورت عکس فاصله با توان های 1 تا 3 و خطی با توان های 1 تا 3 داده های تبخیر و تعرق ماهانه و سالانه تجزیه و تحلیل شد. نتایج تحقیق نشان می دهد که به جز روش میانگین متحرک به صورت خطی که دارای دقت کم و انحراف بالا می باشد، بقیه روش ها دارای دقت و انحراف یکسان و نزدیک به هم می باشند و در مقایسه دقیق بین روش ها، مناسب ترین روش برای ماه های مهر و شهریور روش کوکریجینگ و در ماه خرداد روش میانگین متحرک وزنی به صورت عکس فاصله با توان دو و در بقیه ماه ها (آبان، اردیبهشت، تیر و مرداد) و سالانه روش کریجینگ تشخیص داده شد. در رابطه با مناسب ترین مدل وریوگرام، مدل کروی و نمایی برای تحلیل داده های ماهانه و خطی برای تحلیل داده های سالانه مناسب بوده و به منظور طراحی شبکه ایستگاه های هواشناسی در منطقه مورد مطالعه فاصله کمتر از 40 کیلومتر بین ایستگاه ها پیشنهاد می گردد.

اثر مبدا بذر روی جوانه زنی و صفات بنیه بذر برودار (Quercus brantii Lindl) در شرایط آزمایشگاه مطالعه گردید. بذور از چهار رویشگاه (مبدا) جنگلی حوزه زاگرس جنوبی (استان های کهکیلویه - بویراحمد، و فارس) واقع در ارتفاعات 850، 1100، 1500 و 2100 متر از سطح دریا جمع آوری گردید و در ژرمیناتور (25 درجه سانتی گراد و 8 ساعت روشنایی) در قالب طرح کاملا تصادفی در چهار تکرار آزمایش شد. نتایج دوره 30 روزه آشکار کرد که مبدا بذر روی جوانه زنی و صفات بنیه بذر تاثیر معنی دار داشت(P<0.10) ، طوری که درصد جوانه زنی، سرعت جوانه زنی، طول ریشه چه، شاخص بنیه بذر، وزن های خشک ریشه چه، ساقه چه و گیاهچه در بذور منشا ارتفاع بالا (2100 متر) نسبت به بذور ارتفاعات پایین و میانی کمتر بود. همبستگی مبدا بذر، با دوره جوانه زنی بذر مثبت و معنی دار (P<0.01) و با دیگر صفات بذر، منفی و معنی دار (P<0.10) بود. نظر به اینکه میزان جوانه زنی، سرعت جوانه زنی، طول ساقه چه و وزن خشک گیاهچه به عنوان معیارهای ارزیابی بنیه بذر محسوب می گردند، می توان اظهار داشت که بذور ارتفاعات پایین و میانی از این لحاظ مناسب تر هستند.

این تحقیق به منظور بررسی روابط بین تنوع گیاهی و عوامل محیطی در جوامع گیاهی اکوسیستم های خشک منطقه زیر کوه قاین انجام گرفت. در این بررسی ابتدا جوامع گیاهی منطقه مورد شناسایی قرار گرفت و در هر جامعه شاخص های تنوع، غنا و یکنواختی گونه ای تعیین شد. در داخل هر قطعه نمونه پروفیل حفر شد و از دو عمق 20-0 سانتی متر و 100-200 سانتی متر نمونه برداری انجام شد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک شامل: بافت، آهک، ماده آلی، رطوبت خاک، رطوبت اشباع، EC و pH تعیین شد. در کل در منطقه 51 گونه از 33 جنس و 17 تیره گیاهی شناسایی شد. فانروفیت ها (51.9 درصد) فرم زیستی غالب منطقه را تشکیل می دهد. نتایج آزمون همبستگی پیرسون نشان داد که بافت خاک، شیب، ارتفاع از سطح دریا و متوسط بارندگی سالیانه مهم ترین عوامل محیطی بودند که با غنا و تنوع گونه ای همبستگی مثبت داشتند. رطوبت و شوری خاک مهمترین عواملی بودند که با تنوع گونه ای همبستگی منفی داشتند. یکنواختی گونه ای با شن، ارتفاع و شیب همبستگی مثبت معنی داری دارد.

دی اکسید کربن یکی از مهم ترین گازهای گل خانه ای است که در دهه های اخیر افزایش مقدار آن در اتمسفر سبب گرم شدن هوای کره زمین شده است. گرم شدن هوا اثرات مخربی بر محیط و اکوسیستم های طبیعی دارد. اکوسیستم های مرتعی ایران و سراسر جهان می توانند از طریق ذخیره کربن در بیوماس و مواد آلی خاک، به تعدیل افزایش دی اکسید کربن در اتمسفر کمک کنند. گون زارهای ایران با وسعت 17 میلیون هکتار، معادل 10 درصد کل اراضی کشور را در بر گرفته اند و سهم بالایی در ترسیب کربن دارند. به منظور بررسی نقش و پتانسیل گون زارها در ترسیب کربن، یک منطقه ی معرف از تیپ گیاهی Agropyron tauri - Astragalus brachycalex در مرتع گلستان کوه خوانسار انتخاب شد و مقادیر کربن در بیوماس هوایی و زیرزمینی، لاشبرگ و خاک در آن محاسبه گردید. نتایج نشان داد که کل کربن ترسیب شده در واحد سطح، 94.90 تن در هکتار بود و 94.66 درصد از کل ترسیب کربن را کربن آلی خاک تشکیل می داد. نتایج توزیع کربن بیوماس کل نشان داد که ذخیره کربن در بیوماس اندام های هوایی، بیش از ریشه ها بود. نتایج تجزیه همبستگی و رگرسیون گام به گام نشان داد که ترسیب کربن با ارتفاع و حجم بوته های گون، بیوماس هوایی، بیوماس زیرزمینی، بیوماس کل، مقدار لاشبرگ و کربن آلی خاک رابطه مثبت و معنی داری دارد. به طور کلی می توان چنین نتیجه گیری کرد که گون زارهای قابلیت بالایی در ترسیب کربن دارند و خاک مهم ترین مخزن کربن آلی در گون زارها است.

پیش بینی جریان روزانه رودخانه یکی از مهم ترین مسائل هیدرولوژیکی است که برای مدیریت سیلاب بسیار مهم است. مقادیر دبی عبوری رودخانه را می توان از روش های متعددی برآورد نمود، که هر یک از روش ها دارای نقاط ضعف و قوتی هستند. در خصوص مدل های بارش - رواناب به دلیل عکس العمل غیر خطی یک حوزه آبخیز به رویداد باران مساله بسیار پیچیده می گردد. علاوه بر این به دلیل تغییرات مکانی بارش در یک حوزه این پیچیدگی بیشتر نیز می شود. شبکه عصبی یک تکنیک قابل انعطاف با ساختار ریاضی است که ما را قادر می کند بدون توجه به پدیده های طبیعی روابط پیچیده غیر خطی بین داده های ورودی و خروجی را تشخیص دهیم. این تحقیق با هدف کاربرد شبکه عصبی مصنوعی در پیش بینی دبی روزانه خروجی ایستگاه میناب انجام شد و سپس با مقدار برآورد شده از روش رگرسیون دو متغیره آماری مقایسه گردید. مدل شبکه عصبی مورد استفاده در این تحقیق مدل پس انتشار خطا (BP) با تابع محرک سیگموئید می باشد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد، که مقدار خطای برآوردی در روش شبکه عصبی کمتر از روش رگرسیون آماری دو متغیره می باشد. بنابراین روش شبکه عصبی مصنوعی با ضریب همبستگی (r2) در سطح معنی داری 5 درصد، 62.94 درصد و خطای11.88 RMSE  و هم چنین خطای 3.7 MAE از دقت بالاتری نسبت به روش رگرسیونی بر خوردار بوده و در نتیجه در مدل سازی بارش - رواناب، روش شبکه عصبی مصنوعی بر روش رگرسیون دو متغیره آماری ارجحیت دارد. در نهایت با در نظر گرفتن سادگی ساختار، نوع اطلاعات مورد نیاز مدل های شبکه عصبی مصنوعی و سرعت بالای آنها، می توان نتیجه گرفت که دقت به دست آمده در بسیاری از پروژه ها به خصوص در مراحل اول طراحی که اطلاعات موجود چندان زیاد نیستند، بسیار مطلوب می باشد.

بخش عمده رسوب حمل شده در رودخانه ها را بار معلق تشکیل می دهد و روش های متداول، رسوب دهی را کمتر از مقدار واقعی برآورد می کنند. هدف از این تحقیق ارزیابی صحت و دقت روش های متداول در برآورد بار معلق در حوزه های آبخیز است. لذا در این تحقیق از شش روش متداول استفاده گردید که از تلفیق سه نوع منحنی سجه رسوب یک خطی، خطی شکسته (چند خطی) و حد وسط دسته ها با دو نوع جریان متوسط روزانه و تداوم جریان حاصل و در حوزه سد ایلام به کار گرفته شد. بر اساس شاخص آماری مدلی که دارای کمترین خطا است در تلفیق با جریان متوسط روزانه به عنوان روش مناسب تعیین می شود. هم چنین برای یک دوره 40 روزه جریان از غلظت رسوب در حالت جریان پایه و سیلابی نمونه برداری و بار رسوب واقعی تعیین و با مقادیر برآوردی توسط مدل ها مقایسه گردید. نتایج نشان داد بین مقادیر برآوردی بار رسوبی در شش روش اختلاف وجود دارد و بر اساس شاخص های آماری، منحنی سنجه حد وسط دسته ها در تلفیق با دبی متوسط روزانه به عنوان روش مناسب انتخاب گردید. روش مناسب (منحنی سنجه حد وسط دسته ها - دبی متوسط روزانه) 56 درصد بار رسوب واقعی را برآورد نمود. این در حالی است که در ایام سیلابی با به کارگیری آبنمود سیلاب در مواقع سیلابی، میزان بار رسوب توسط مدل را 2.73 برابر افزایش می دهد. هم چنین بر اساس دیگر نتایج 96 درصد رسوب در ایام سیلابی و تنها 4 درصد رسوب در جریان پایه از حوزه خارج گردیده است. لذا جهت افزایش دقت مدل های هیدرولوژیکی اولا افزایش نمونه برداری از غلظت رسوب در ایام سیلابی و ثانیا به کارگیری آبنمود سیلاب جهت افزایش برآورد بار معلق رسوبی در حوزه آبخیز توصیه می گردد.

طبقه بندی و تهیه نقشه شدت بیابان زایی، به عنوان ابزاری کارآمد، نقش مهمی در ارزیابی توان محیطی و جلوگیری از بیابانی شدن یا ترمیم و احیا مناطق تخریب یافته بازی می کنند. در این رابطه تا کنون مدل ها و روش های مختلفی مطرح شده که از جمله این روش ها می توان به مدل فائو - یونیپ، مدل طبقه بندی نوع و شدت بیابان زایی در ایران، مدالوس و غیره اشاره کرد. با بررسی این مدل ها ملاحظه شد که مدل های مطروحه به نوبه خود دارای نواقصی از جمله، غیر بومی و کیفی بودن شاخص ها، خطای کارشناسی و غیره هستند. بنابراین این پژوهش با هدف اصلی ارایه مدلی بهینه جهت ارزیابی حساسیت مناطق به پدیده بیابانی شدن ارایه شد. از این رو مدل تاکسنومی عددی که از مهمترین مدل های درجه بندی رتبه ای است مدنظر قرار گرفت و جهت کاربردی کردن مدل مذکور به منظور طبقه بندی و تهیه نقشه شدت بیابان زایی، این مدل در رابطه با چهار مقوله بنیادی مورد بازنگری و توسعه قرار گرفت. که عبارتند از: ارزیابی منابع طبیعی و شناخت جامع شاخص های موثر در بیابان زایی، تعیین واحدهای کاری، طبقه بندی شاخص ها در مقیاسی واحد و در نهایت طبقه بندی و تهیه نقشه شدت بیابان زایی بر مبنای واحدهای کاری، این مدل به منظور ارزیابی کارایی در منطقه خضرآباد به مساحت 78180 هکتار به کار گرفته شد. که نتایج حاصله از کاربرد این مدل حکایت از توانایی بالای آن در ارزیابی و تهیه نقشه شدت بیابان زایی داشت. متوسط وزنی ارزش کمی شدت بیابان زایی برای کل منطقه، 0.74 برآورد شد، که در کلاس بیابان زایی شدید جای می گیرد. در عین حال نتایج، غالب بودن عوامل طبیعی بر انسانی را تایید کرده به طوری که متوسط وزنی شاخص ها و عوامل طبیعی 0.79 (کلاس بسیار شدید یا(IV ، و متوسط وزنی عامل انسانی 0.37 (کلاس متوسط یا (II برآورد گردیده است.