پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز
سال:1396 | دوره:8 | شماره:15 |تعداد مقالات:25

تراز سطح آب زیرزمینی عاملی است که امکان قضاوت صحیح در مورد روند تغییرات آبخوان و مدیریت لازم در حوزه آبخیز را ایجاد می کند. در این تحقیق از اطلاعات ماهانه 18 چاه مشاهده ای در دشت شهرکرد طی سال های 1379 تا 1389 به منظور شبیه سازی و پیش بینی سطح آب زیرزمینی با مدل های رگرسیون خطی چند متغیره (MLR)، شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) و دو مدل رگرسیونی ماشین بردار پشتیبان (SVR) با توابع کرنل پایه شعاعی (RBF) و خطی (Linear) استفاده شده است. با توجه به معیارهای خطای ضریب راندمان (NS) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، مدل MLP در 56 درصد و مدل SVR نیز در 44 درصد موارد عملکرد بهتری نسبت به نتایج کل سایر مدل ها داشته اند. به عنوان نمونه در چاه شماره 1 (بخش مرکزی دشت)، مدل SVR-RBF با ترکیب ورودی پارامترهای متشکل از تراز سطح آب زیرزمینی، دما، تبخیر و بارش بر سایر مدل ها برتری داشته است. همچنین مقایسه کلی نتایج دو روش SVR، حاکی از برتری تابع کرنل RBF بر حالت خطی بوده است. عملکرد کلی مدل های MLP، SVR-RBF و SVR-Linear برای معیار NS به ترتیب برابر با 0.703، 0.656 و 0.655 و در شاخص RMSE نیز به ترتیب برابر با 0.857، 0.905 و 0.914 متر به دست آمده است.

میزان کل مواد جامد محلول (TDS) عامل مهمی در مهندسی رودخانه و به ویژه مطالعه کیفیت آب رودخانه ها می باشد. در این تحقیق جهت تحلیل میزان مواد جامد محلول در آب رودخانه بالخلوچای واقع در استان اردبیل از متغیرهای کیفیت شامل بی کربنات، کلرید، سولفات، کلسیم، منیزیم، سدیم و دبی جریان در مقیاس زمانی ماهانه طی دوره آماری (1388-1355) بعنوان ورودی مدل شبکه عصبی بیزین استفاده گردید و نتایج آن با مدل های شبکه عصبی مصنوعی و برنامه ریزی بیان ژن، مقایسه شد. معیارهای ضریب همبستگی، ریشه دوم میانگین مربعات خطا و ضریب نش ساتکلیف برای ارزیابی و نیز مقایسه عملکرد مدل ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد که هرچند سه مدل مورد بررسی با دقت قابل قبولی توانسته اند به تخمین میزان مواد جامد محلول در آب بپردازند، لیکن مدل شبکه عصبی بیزین با بیشترین ضریب همبستگی (0.966)، کمترین ریشه دوم یا جذر میانگین مربعات خطا (0.094mg/lit) و نیز معیار نش ساتکلیف (0.998) در مرحله صحت سنجی در اولویت قرار گرفت. در مجموع نتایج بیان گر برتری مدل شبکه عصبی بیزین در تخمین مقادیر کمینه و بیشینه مواد جامد محلول در آب می باشد.

اطلاع از چگونگی فرسایش و توانایی حمل رسوب در آبراهه های مختلف حوزه از جمله مواردی است که در هر طرح مهندسی رودخانه و هیدرولوژی باید مورد نظر قرار گیرد. در تحقیق حاضر فرسایش و رسوب گذاری در بازه ای به طول 12 کیلومتر از رودخانه تالار با استفاده از مدل HEC-RAS4.0 مورد بررسی و میزان آورد رسوب برای 10 سال آینده پیش بینی شد. به منظور شبیه سازی بازه مورد مطالعه از 40 مقطع عرضی برداشت شده در سال 1385 و برای واسنجی و صحت سنجی مدل از 4 مقطع نقشه برداری شده در سال 1390 استفاده شد.واسنجی و صحت سنجی مدل نشان داد رابطه انتقال رسوب میر-پیتر-مولر تطابق بهتری با نتایج واقعی دارد. برای پیش بینی روند فرسایش و رسوب گذاری، با استفاده از آمار ثبت شده دبی ایستگاه هیدرومتری شیرگاه (در ابتدای بازه) در 30 سال گذشته و به کمک مدل آماری SAMS مقدار دبی ماهانه رودخانه برای 10 سال آینده پیش بینی و مدل رسوب اجرا گردید. تغییرات پروفیل طولی رودخانه نشان می دهد بیشترین تغییرات در محدوده میانی بازه مطالعاتی رخ می دهد و ابتدای بازه به طول حدود 1000 متر با داشتن شیب ملایم، پایدار می باشد. همچنین پیش بینی می شود میزان رسوب خارج شده از بازه مورد مطالعه برای 10سال آینده به میزان 348534 تن باشد.

فرسایندگی باران به عنوان یکی از مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر فرسایش خاک مطرح است که در قالب شاخص هایی بیان می شود. این پژوهش با هدف تعیین شاخص فرسایندگی مناسب در رابطه با تلفات خاک در کرت های استاندارد ایستگاه آبخوان داری پلدشت آذربایجان غربی انجام شد. پس از ثبت مقادیر بارندگی در دوره های زمانی معین، شاخص های مختلف بارندگی محاسبه و مناسب ترین آن برای منطقه انتخاب شد. شاخص انتخابی از طریق شاخص های در دسترس بارندگی نظیر فورنیه اصلاح شده، بارندگی متوسط سالانه و حداکثر بارندگی روزانه در ایستگاه های فاقد آمار شدت باران استان محاسبه و بهترین روش برآورد شاخص بارندگی بدست آمد. برای تهیه نقشه شاخص هم فرسای بارندگی از روش های میان یابی مبتنی بر زمین آمار از طریق ارزیابی متقاطع استفاده شد. نتایج نشان داد EI30 مناسب ترین شاخص فرسایندگی باران می باشد که با شاخص فورنیه اصلاح شده در سطح 95 درصد اطمینان، همبستگی دارد. بر اساس رابطه بدست آمده شاخص فرسایندگی باران برای 17 ایستگاه باران سنجی استان برآورد شد. مقایسه روش های زمین آماری نشان داد با وجود آن که مقدار خطای روش کوکریجینگ نسبت به روش های عکس فاصله وزن دار، کریجینگ، اسپلاین به میزان 10.57، 0.71، 4.6 و 0.67 درصد کاهش دارد. ولی به دلیل عدم وجود ایستایی در داده های EI30، روش اسپلاین برای میانیابی تغییرات مکانی شاخص فرسایندگی باران نسبت به سایر روش های میانیابی مورد بررسی مناسب تر است. همچنین مقادیر سالیانه این شاخص در استان بین 200 تا 700 مگا ژول بر میلی متر بر هکتار در ساعت بدست آمد. نقشه هم فرسای تهیه شده حاکی از وجود روند کاهشی شاخص فرسایندگی باران از غرب به شرق استان می باشد.

به منظور کنترل و کاهش آلودگی در آب های سطحی در مقیاس حوزه های آبخیز به برنامه ها و اقدامات زیست-محیطی در جهت کاهش این آلاینده ها نیاز می باشد و هم چنین برای اطمینان از مقرون به صرفه بودن این اقدامات در مرحله اول نیاز است تا مناطق بحرانی تولید کننده رواناب های آلوده شناسایی شوند. مدل های هیدرولوژیکی فرآیند مبنا ابزاری مناسب در شبیه سازی فرآیندهای حوزه آبخیز می باشند. در این مطالعه برای شبیه سازی دبی و نیترات در حوزه رودخانه تالار از مدل نیمه فیزیکی SWAT استفاده شده است. نتایج حاصل از مدل سازی با استفاده از نرم افزار SWAT-CUP آنالیز حساسیت واسنجی و صحت سنجی شد و سپس توسط شاخص های آماری مورد ارزیابی قرار گرفت. برای آنالیز حساسیت دبی و نیترات از 25 و 11 پارامتر استفاده شد که شماره منحنی به عنوان حساس ترین پارامتر شناخته شد. ضریب تبیین، واسنجی دبی و نیترات به ترتیب با مقادیر 0.68 و 0.75 و صحت سنجی آن ها نیز به ترتیب با مقادیر 0.65 و 0.83 محاسبه شد. ضریب نش ساتکلیف برای واسنجی دبی و نیترات به ترتیب 0.67 و 0.84 و در مرحله صحت سنجی 0.62 و 0.63 به دست آمد. در نهایت نیز نقشه دبی و نیترات خروجی از هر زیرحوزه تهیه شد. نتایج حاصل ازاین مطالعه نشان داد که مدل SWAT قادر به شبیه سازی کمی و کیفی آب رودخانه تالار می باشد، از این رو می توان از این مدل به عنوان ابزاری مناسب در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب در این حوزه آبخیز استفاده کرد.

هدف از مطالعه حاضر ارزیابی دقت سه تابع فرکتالی تیلر و ویت کرافت، بیرد و همکاران و کراوچنکو و ژانگ در توصیف توزیع اندازه ذرات (PSD) رسوبات در 14 بند متوالی در دو عمق 15-0 و 30-15 سانتی متری است. توزیع اندازه ذرات اولیه رسوبات با روش هیدرومتری در 28 نمونه تعیین گردید. مدل های فرکتالی مذکور بر داده های PSD رسوبات مورد مطالعه برازش داده شدند. نتایج نشان داد که ارتباط منظمی در بعدهای فرکتال در بندهای متوالی وجود نداشت. هم چنین نتایج نشان داد که انتقال رسوبات بیشتر از خاک های اطراف به داخل بندها صورت گرفته است. مدل های دو پارامتری بیرد و همکاران و کراوچنکو و ژانگ برازش بهتری نسبت به مدل یک پارامتری تیلر و ویت کرافت بر PSD رسوبات مورد مطالعه دارد. نتایج تحلیل های آماری نشان داد که رابطه سیگموییدی با دقت بیشتری نسبت به روابط خطی قادر به برقراری ارتباط بین بعدهای فرکتال و درصد رس، شن و سیلت می باشند. آنالیز رگرسیونی گام به گام نشان داد که ارتباط قویی و معنی داری (R2=0.97**) بین بعد فرکتال مدل تیلر و ویت کرفت با مقدار رس و شن خاک وجود دارد. لذا تعیین PSD رسوبات با استفاده از اندازه گیری مقادیر رس و شن خاک امکان پذیر می باشد.

مقاومت به جریان سطحی از قبیل ضرایب زبری دارسی-ویسباخ و مانینگ یک ورودی مهم در مدل های فرایندی فرسایش خاک به منظور تخمین میزان فرسایش خاک بوده و همین طور در طراحی و اجرای راه کارهای حفاظت آب و خاک بسیار حائز اهمیت است. هدف از تحقیق حاضر، بررسی ضرایب زبری مانینگ و دارسی-ویسباخ در سطح یک خاک لسی تحت پوشش های متفاوت سنگ ریزه سطحی بود. بدین منظور، از یک فلوم به طول شش و عرض 0.5 متر با شیب ثابت سه درصد برای اجرای آزمایش استفاده شد. تیمارها شامل پوشش سنگ ریزه (صفر، 10، 20 و 30 درصد) و جریان های سطحی ( 3، 6 و 9 لیتر در دقیقه) بودند. نتایج نشان داد که با افزایش پوشش سنگ ریزه سطحی ضرایب دارسی- ویسباخ و مانینگ به صورت نمایی افزایش یافت. با افزایش پوشش سنگ ریزه سطحی از صفر به 30 درصد، ضریب دارسی- ویسباخ در جریان های سطحی 3، 6 و 9 لیتر در دقیقه، به ترتیب 84.3، 83.8 و 85.7 درصد افزایش و ضریب زبری مانینگ به ترتیب در جریان های سطحی فوق، 96.9، 96.7 و 97.4 درصد افزایش یافت. مقادیر ضرایب زبری با افزایش سرعت جریان سطحی در یک پوشش سنگ ریزه سطحی به صورت نمایی (R2=0.99) کاهش یافت. همچنین، با افزایش غوطه وری نسبی (نسبت عمق جریان به پوشش سنگریزه سطحی) مقدار 0.5(8/f) به صورت لگاریتمی افزایش یافت. به طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد که ضرایب زبری علاوه بر اندازه و شکل ذرات، تحت تاثیر عواملی از قبیل مقدار، عمق و سرعت جریان سطحی و همچنین، مقدار پوشش سنگ ریزه سطحی می باشد.

برآورد میزان ضریب جریان، که متاثر از عوامل مورفومتری، زمین شناسی و هیدرواقلیمی است، همواره یکی از موضوعات مهم در هیدرولوژی بوده و اطلاع از میزان آن، نقش به سزایی در برنامه ریزی و مدیریت بهینه منابع آب دارد. در این پژوهش، ابتدا با بررسی داده های دبی روزانه ایستگاه های آب سنجی و باران سنجی تعداد 22 ایستگاه با آمار مناسب و دوره مشترک آماری سال های آبی 1378-1353 انتخاب شد. همچنین با استفاده از نقشه توپوگرافی با مقیاس 1:50000 و تعیین موقعیت ایستگاه ها، محدوده مورد پژوهش مشخص و پارامترهای اولیه حوزه با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، استخراج شد. ضریب جریان با استفاده از روش جاستین محاسبه شد.سپس شاخص جریان پایه با استفاده از داده های روزانه جریان و پس از کنترل سری زمانی، به روش فیلتر رقومی برگشتی تک پارامتره، استخراج شد. واحدهای سنگ شناسی با استفاده از نقشه زمین شناسی رقومی شده، با مقیاس 1:250000 و بر اساس نظرات کارشناسی به دو طبقه عمده تقسیم و مساحت تحت پوشش هر واحد در هر حوزه محاسبه شد. تحلیل عاملی و همگن بندی با استفاده از 15 پارامتر انجام و سپس روابط رگرسیونی در سطوح معنی داری کمتر از 1 درصد استخراج شد.اعتبار روابط رگرسیونی با استفاده از آزمون استقلال خطا ها، بررسی نرمال بودن خطا ها و آماره دوربین- واتسون بررسی شد. همچنین میزان دقت مدل های برآوردی و نیز خطای برآوردی آنها بر اساس معیارهای ضریب تعیین، خطای استاندارد و میانگین خطای مطلق بررسی شد. در مجموع میزان خطای برآوردی برای رابطه منطقه همگن یک به میزان 17.97 درصد و برای منطقه همگن دو به میزان 27.81 درصد به دست آمد.

طبقه بندی جهت استخراج کاربری های اراضی همیشه یکی از مهمترین کاربردهای سنجش از دور بوده و به همین دلیل روش های متفاوتی ایجاد شده اند. با گذشت زمان روش های پیشرفته تر و با دقت بالاتری به وجود آمدند که باعث افزایش دقت شده و در استخراج کلاس هایی که از نظر طیفی به هم نزدیک تر بودند بهتر عمل کرده اند. یکی از این روش ها ماشین بردار پشتیبان است که در این تحقیق از این روش برای استخراج کاربری های جنگل، کشاورزی، مرتع و شهر استفاده شده و کرنل های مختلف آن شامل خطی (Linear)، چندجمله ای (Polynomial)، شعاعی (RBF) و حلقوی (Sigmoid) مورد ارزیابی قرار گرفتند تا بهترین کرنل جهت استخراج کاربری های نامبرده مشخص گردد. نتیجه نشان داد بهترین ضریب کاپا و دقت کلی به ترتیب مربوط به پلی نومیال های درجه 5، 6 و 4 و کمترین مربوط به حلقوی یا Sigmoid است. با افزایش درجه پلی نومیال (بجز درجه 2) به ضریب کاپا و دقت کلی افزوده شد. در کل به این نتیجه رسیدیم که با افزایش درجات پلی نومیال مرز بین کلا س ها بهتر تفکیک شد و در قسمت هایی که از نظر طیفی نزدیک به هم بودند موفق تر عمل نمود. همچنین افزایش درجه در پلی نومیال باعث شد با دقت بیشتری مرز بین کلاس ها جدا شوند. همچنین هنگامی که هدف ما طبقه بند بیش از دو کاربری است استفاده از درجات بالاتر پلی نومیال (ترجیحا 5 یا 6) توصیه می شود.

با توجه به اتکاء بخش های کشاورزی، صنعت و شرب در استان همدان به منابع آب زیرزمینی، مدل سازی و پیش بینی نوسانات تراز آب زیرزمینی برای بهره برداری از این منبع یک ضرورت اساسی است. مدل های سری زمانی یکی از روش های قابل استفاده در این زمینه است، که با کاربرد اصولی و صحیح آن ها، در عین سادگی، پیش بینی های کوتاه مدت خوبی را به دست می دهند. بدین منظور داده های خام چاه های مشاهداتی دشت های استان همدان تهیه شدند، که پس از ویرایش و استفاده از چندضلعی تیسن، سری زمانی تراز آب زیرزمینی هر دشت تشکیل شد. آزمون من-کندال وجود روند قطعی در تمام سری های زمانی دشت های استان همدان را نشان داد، که بدین ترتیب لازم شد با کسر جمله روند از سری های زمانی تراز آب زیرزمینی روندزدایی شود. سپس آزمون ریشه واحد برای بررسی مانایی سری های زمانی انجام شد و با توجه به روش باکس-جنکینز، مدل های ARIMA فصلی روی داده های نمونه برازش و مناسب ترین آن ها انتخاب شدند. سپس از مدل های ARIMA فصلی برای پیش بینی 12 ماهه استفاده شد که پیش بینی های خارج از نمونه خوبی را به دست دادند. به طوری که بین همه دشت های تحت مطالعه کمترین ضریب همبستگی پیرسون 0.93 و بیشترین جذر میانگین مربع خطا 0.73 متر برای دشت همدان-بهار به دست آمد. همچنین بهترین پیش بینی 12 ماهه در دشت کبودرآهنگ با مقدار ضریب همبستگی پیرسون 0.99 و جذر میانگین مربع خطا 0.20 متر صورت گرفت.

پدیده ی فرسایش، انتقال رسوب و رسوبگذاری، خسارات زیان بار اقتصادی، فنی و زیست محیطی به وجود می آورد. به طور کلی مقدار رسوب در حال انتقال تابعی از مقدار دبی رودخانه می باشد، ولی معادلات ارائه شده در این ارتباط دارای خطای زیادی می باشند. این تحقیق به منظور ارائه مدل بهینه برآورد بار رسوب معلق در تعدادی از زیر حوزه های حوزه آبخیز کشف رود (شامل ایستگاه های هیدرومتری موشنگ، گلمکان، دولت آباد خرم دره، سراسیاب شاندیز، گلستان جاغرق و حصار دهبار) انجام گرفته است. در این راستا جهت کاهش مقدار خطا در معادله مدل برآورد رسوب معلق (منحنی سنجه رسوب)، اقدام به ارزیابی و مقایسه روش های تلفیقی در قالب تحلیل توابع رگرسیونی مختلف بر اساس کلاسه بندی زمانی داده های دبی و رسوب متناظر آن در یک دوره طولانی مدت 30 ساله گردید. مدل های زمانی مختلف با استفاده از 12 معیار خطاسنجی مورد آزمون قرار گرفتند تا مدل بهینه برآورد بار رسوب معلق انتخاب گردد. نتایج نشان دهنده برتری مدل هیدرولوژیکی در درجه اول و مدل پوشش گیاهی و مدل اقلیمی در درجه های بعدی می باشد. بنابراین مدل هیدرولوژیکی، پوشش گیاهی و اقلیمی به ترتیب با داشتن کمترین میزان خطای برآورد، به عنوان مدل های بهینه برآورد بار رسوب معلق در حوزه های ذکر شده انتخاب گردید. در مقابل مدل سالانه که در آن هیچ گونه کلاسه بندی برای داده های دبی جریان و دبی رسوب متناظر آن صورت نگرفته است به عنوان ناکارآمدترین مدل شناخته شد. به طور کلی میزان خطا در برآورد رسوب در ماه های کم آب و یا ماه های خشک کمتر از ماه های پرآب و یا ماه های مرطوب است. در این ماه ها تاثیر پذیری رسوب معلق از دبی نسبت به سایر عوامل موثر بر انتقال رسوب مشهودتر است. پیشنهاد می شود مشابه این تحقیق در رابطه با تعداد بیشتری حوزه و در شرایط مختلف جغرافیایی انجام شده تا در نهایت بتوان روش های دقیق تری در رابطه با برآورد رسوب معلق با استفاده از منحنی سنجه رسوب ارائه نمود.

تغییرات زمانی دوره های خشک و مرطوب تحت تاثیر تغییرات اقلیمی است و بر دسترسی منابع آب و طرح های مدیریتی تاثیر خواهد گذاشت. در پژوهش حاضر، دوره های خشک و مرطوب در هفت ایستگاه سینوپتیک در غرب ایران (استان کردستان) تحلیل شده است. تعداد ماه های متوالی با مقادیر استاندارد بیش تر یا کم تر از مقدار صفر با استفاده از شاخص استاندارد شده بارش و شاخص استاندارد شده بارش و تبخیر-تعرق به عنوان شاخص های مهم پایش خشکسالی هواشناسی با استفاده از نرم افزار R تعیین شد. خصوصیات دوره های خشک و مرطوب با استفاده از شاخص های SPI و SPEI در مقیاس سه ماهه محاسبه و طبقه بندی شدند. خصوصیات دوره های خشک و مرطوب شامل تعداد دوره های خشک و مرطوب، حداقل و حداکثر شدت خشکسالی، حداکثر و حداقل و میانگین تداوم خشکسالی محاسبه شدند. بر اساس نتایج، شاخص SPEI متوسط شدت بیش تری را برای دوره های خشک و مرطوب در تمام ایستگاه های منطقه مورد مطالعه برآورد نموده است. بر اساس نتایج، مشخص شد که شاخص های SPI و SPEI در تعیین دوره های طولانی خشک و مرطوب تفاوت معنی داری ندارند. مقدار SPEI بالاترین تعداد تغییر بین وقوع دوره های خشک و مرطوب را برآورد می کند که با تغییرات فصلی درجه حرارت و تبخیر و تعرق محاسباتی در ارتباط می باشد. هم چنین ارتباط خوبی بین شاخص ها در شناسایی تعداد ماه های مرطوب وجود ندارد، درحالی که بین تعداد ماه های خشک با استفاده از شاخص های مذکور ارتباط مثبت معنی داری به دست آمد. نتایج نشان داد که نتایج دو شاخص مذکور در تعیین شدت های خشک و مرطوب شدید (حدی) با توجه به ضریب همبستگی غیرمعنی دار، در یک راستا نیستند، به طوری که بر اساس شاخص SPEI تعداد ماه هایی با خشکسالی شدید در ایستگاه های سنندج و بانه، به ترتیب برابر 13 و 5 ماه بوده است. هم چنین در 4 مورد از ایستگاه ها شاخص SPEI حداقل 1 ماه را به عنوان خشکسالی خیلی شدید مشخص نموده است. همبستگی بالا بین شدت دوره های مرطوب با کاربرد SPI و SPEI به دست آمد. مقایسه شاخص SPEI با دیگر روش ها برای درک وقوع و تغییرپذیری وقایع خشک و مرطوب در مناطق اقلیمی مختلف ضروری است.

تبخیر – تعرق یکی از مهم ترین اجزای چرخه هیدرولوژی برای برنامه ریزی سیستم های آبیاری و ارزیابی اثرات هیدرولوژی تغییر اقلیم است. مدل سازی و پیش بینی سری های زمانی تبخیر – تعرق با روش پنمن مانتیث برای ایستگاه سینوپتیک تبریز با استفاده از مدل های ARIMA و SARIMA به عنوان مدل های تصادفی خطی مورد مطالعه قرار گرفت. در این تحقیق، از آمار و اطلاعات ایستگاه تبریز در دوره آماری 2010- 1986 استفاده شد و پس از محاسبه تبخیر – تعرق پتانسیل، از 20 سال اول داده ها برای پیش بینی و 5 سال آخر آنها برای صحت سنجی مدل استفاده شد. محاسبات مربوطه در دو حالت متمایز انجام شد. در حالت اول همه داده ها به عنوان یک سری سالانه در نظر گرفته شدند و مدل مناسب آنها برازش داده شد. در حالت دوم سری های ماهانه به صورت مجزا در طول دوره آماری انتخاب شدند و برای هر یک از آنها، بهترین مدل برازش داده شده انتخاب گردید. نتایج نشان دادکه حالت اول با ضریب تعیین و ریشه میانگین مربعات خطا، به ترتیب 0.964 و 14.85 در مقایسه با حالت دوم با ضریب تعیین و ریشه میانگین مربعات خطا به ترتیب 0.963 و 15.52، تفاوت معنی داری نداشته و علی رغم آنکه روش اول در حدود 0.67 میلی متر در ماه خطای کمتری در بر داشته است، ولی در مجموع نتایج دو روش اختلاف معنی داری را ندارد و هر دو قابل توصیه می باشند. در حالت کلی روش اول به دلیل در بر گرفتن محاسبات کمتر قابل توصیه می باشد.

در این پژوهش، ابتدا حوزه ونک به دلیل حساسیت بالای آن به زمین لغزش انتخاب گردید، سپس با استفاده از نقشه های توپوگرافی، زمین شناسی و عملیات میدانی با استفاده از GPS، نقشه پراکنش زمین لغزش ها به عنوان متغیر وابسته تهیه گردید. از تعداد کل 110 زمین لغزش، 77 زمین لغزش (%70) برای مدل سازی و 33 زمین لغزش (%30) برای اعتبار سنجی مدل مورد استفاده قرار گرفت. سپس لایه های عوامل موثر در زمین لغزش شامل درجه شیب، جهت شیب، شکل شیب، طبقات ارتفاعی، لیتولوژی، کاربری اراضی، فاصله از جاده، فاصله از گسل، فاصله از آبراهه، تراکم آبراهه، شاخص رطوبت توپوگرافی و شاخص پوشش گیاهی تفاضلی نرمال تهیه گردید. رابطه بین زمین لغزش ها و عوامل موثر در زمین لغزش با استفاده از مدل های وزن واقعه و نسبت فراوانی محاسبه گردید.نهایتا، نقشه حساسیت زمین لغزش در پنج کلاس خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد طبقه بندی گردید. جهت اعتبارسنجی، نتایج با زمین لغزش هایی که در مرحله آموزش مدل ها استفاده نشده بود، مقایسه گردید. متعاقبا، منحنی ROC رسم گردیده و مساحت زیر منحنی برای نقشه های حساسیت زمین لغزش محاسبه گردید. نتایج بدست آمده از اعتبارسنجی نشان داد که مقادیر AUC برای مدل های نسبت فراوانی و وزن واقعه به ترتیب 0.734 (%73.4) و 0.623 (%62.3) می باشد. بنابراین، نتایج نشان داد که مدل نسبت فراوانی مناسب تر از مدل وزن واقعه می باشد. نهایتا، اعتبارسنجی تطابق رضایت بخشی را بین نتایج حاصل از نقشه حساسیت و داده های زمین لغزش موجود در منطقه نشان داد.

زمین لغزش به عنوان یکی از بلایای طبیعی، خطراتزیادی به ویژه در مناطق کوهستانی داشته و منجر به خسارت جانی و مالی فراوانی در سرتاسر دنیا می شود. ایران به ویژه در مناطق شمالی و غربی به خاطر شرایط اقلیمی و توپوگرافی، همواره در معرض خطر زمین لغزش می باشد. هدف از این پژوهش، ارزیابی عوامل موثر بر وقوع زمین لغزش و تهیه نقشه حساسیت آن در بخشی از استان گلستان با استفاده از الگوریتم نوین جنگل تصادفی است. در ابتدا موقعیت زمین لغزش ها با استفاده از مطالعات میدانی، گزارش های تاریخی و گوگل ارث مشخص شد. در مجموع 78 زمین لغزش در منطقه شناسایی، که به دو گروه برای مدل سازی (70 درصد) و ارزیابی (30درصد) تقسیم شدند. یازده نقشه از عوامل موثر بر وقوع زمین لغزش شامل جهت شیب، ارتفاع، فاصله از رودخانه، فاصله از گسل، فاصله از جاده، سنگ شناسی، کاربری اراضی، شاخص طول شیب، شکل شیب، بارش و درجه شیب تهیه شد. ارتباط عوامل موثر و نقشه پراکنش زمین لغزش ها و اولویت آن ها با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی بررسی و سپس نقشه حساسیت زمین لغزش در محیط GIS تهیه گردید. اولویت بندی عوامل موثر نشان داد که فاصله از جاده، فاصله از گسل و ارتفاع به ترتیب بیش ترین تاثیر را در منطقه مورد مطالعه داشته اند. نهایتا نقشه حساسیت زمین لغزش تهیه شده با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی به چهار طبقه شامل حساسیت کم (29.18 درصد)، متوسط (33.44 درصد)، زیاد (24.82 درصد) و خیلی زیاد (12.55 درصد) تقسیم شد. برای ارزیابی نقشه تهیه شده از منحنی ROC و تخمین سطح زیرمنحنی از 30 درصد زمین لغزش های استفاده نشده در مدل سازی استفاده گردید. نتایج نشان داد مدل جنگل تصادفی با سطح زیر منحنی 0.706 دقت قابل قبولی برای تهیه نقشه حساسیت زمین لغزش ارائه کرده است.

در طی سال های اخیر، وقوع زمین لغزش در نقاط مختلف و به دلایل گوناگون نظیر تغییر در نوع استفاده از زمین و احداث جاده روبه فزونی یافته است. به این دلیل، بررسی و تحقیق و تفحص در رابطه با این پدیده و ارزیابی عوامل ایجاد و شناسایی مناطق حساس به منظور پیشگیری و جلوگیری از خسارات احتمالی آن امری ضروری می باشد. بدین منظور تحقیق فوق در حوزه آبخیز شمال تهران با مساحت حدود 42.14 کیلومتر مربع به انجام رسیده است. به منظور پهنه بندی خطر زمین لغزش در منطقه مورد نظر با استفاده از دو روش رگرسیون دو متغیره و چند متغیره در ابتدا پس از بررسی های میدانی، 9 عامل شیب، جهت، ارتفاع، فاصله از گسل، سنگ شناسی، فاصله از آبراهه، فاصله از جاده، بارندگی، کاربری اراضی در منطقه به عنوان عوامل موثر در وقوع زمین لغزش ها مورد شناسایی قرار گرفتند و سپس لایه های اطلاعاتی مربوطه در محیط نرم افزاری ArcGIS تهیه و بر اساس هر روش نقشه پهنه بندی خطر زمین لغزش تهیه گردید و برای ارزیابی روش ها با نقشه پراکنش زمین لغزش مقایسه گردیدند. نتایج نشان داد که در روش رگرسیون دو متغیره، وقوع زمین لغزش با معیارهای فاصله از جاده، شیب، فاصله از گسل، طبقات بارندگی و سنگ شناسی رابطه معنی داری دارد که میزان آنها به ترتیب 0.51، 0.31، 0.167، 0.33، 0.10 می باشد. ضریب تبیین بدست آمده در روش چند متغیره برابر با 0.65 بود که تمامی عوامل در سطح 0.99 معنی دار بوده اند.با توجه به آنکه دقت نتایج برای روش دو متغیره 0.89 و برای روش رگرسیون چند متغیره برابر با 0.92 بوده می توان روش رگرسیون چند متغیره را روش مناسب تری تشخیص داد.

برای تولید نیازهای غذایی جمعیت در حال رشد جهان، لازم است بهره وری آب کشاورزی افزایش یابد. بخش عمده این افزایش باید به واسطه سرمایه گذاری های مرتبط با بهبود عملیات های آبیاری و زهکشی در اراضی کشاورزی موجود حاصل شود. هزینه بالای اجرای طرح های زهکشی و محدودیت های مالی، اجرای این طرح ها را با چالش روبرو می کند، لذا به منظور استفاده بهینه از منابع مالی موجود، اولویت بندی مکانی اجرا، امری اجتناب ناپذیر خواهد بود. در این پژوهش اولویت بندی مکانی زهکشی زیرزمینی در محدوده پروژه آبیاری و زهکشی البرز با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی مورد بررسی قرار گرفت. اولویت بندی بر مبنای داده های هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک و فاصله تا سطح ایستابی (عمق سطح ایستابی)، انجام شد. پس از تعیین حدود آستانه برای هر یک از عوامل موثر، مکان یابی انجام و نقشه های پهنه بندی استخراج شد. بعد از ترکیب نقشه های پهنه بندی شده، نقشه اولویت اجرای زهکشی زیرزمینی به دست آمد. برای انجام میان یابی از ابزار آنالیز زمین آمار نرم افزار ArcGIS استفاده شد. با توجه به نتایج، روش کریجینگ نتایج قابل قبولی را در در میان یابی ارایه داد. پس از پهنه بندی موقعیت های با اولویت های مختلف برای زهکشی، مشخص شد مساحتی در حدود 10300 هکتار (حدود 55 % از مجموع اراضی) در اولویت های اول و دوم اجرا قرار گرفت. این اراضی عموما در نیمه شمالی محدوده در نزدیکی دریای خزر بودند. مشکل اصلی در این مناطق شوری، ماندابی بودن اراضی یا تلفیقی از این دو عامل بود. با توجه به تاثیر زهکشی بر بهبود عملکرد برنج به عنوان یکی از اصلی ترین محصولات محدوده مورد مطالعه، اجرای سیستم های زهکشی برای اولویت های بالا توصیه می شود.

مدل بندی پایدار در مدیریت منابع آب نیاز به شناخت ارتباط بین مصارف مختلف آب و نتایج بلند مدت آن از یک سوی و توجه به دسترسی به آب در حال و آینده و تقاضای آن از دیگر سوی دارد. حوزه آبخیز دشت همدان - بهار یکی از مناطق بحرانی استان همدان در سال های اخیر است. در این دشت به علت عدم مدیریت صحیح مصرف آب، سطح آب زیرزمینی به شدت افت کرده است. هدف این پژوهش ارائه مدلی به منظور یافتن حداکثر منافع خالص کشاورزان با توجه به پایداری سفره آب زیرزمینی است. با توجه به اینکه اثر تخلیه آب زیرزمینی درطول زمان انباشته می شود، زمان به عنوان یک متغیر اساسی در حل مساله بهینه سازی آب مطرح است. بنابر این استفاده از مدل های پویا مانند روش کنترل بهینه در این موضوع مناسب است. با استفاده از مدل کنترل بهینه، می توان مسیر بهینه استخراج آب از منابع زیرزمینی را مشخص کرد. در این مدل افزایش هزینه استحصال آب به علت بهره برداری بیشتر بصورت محدودیت وارد جریان مدل سازی شده و آثار درونی سازی این هزینه بر مسیر بهینه استحصال و قیمت تعیین شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که در صورت استفاده بهینه از آب و با در نظر گرفتن حداکثر رفاه کشاورزان، 45 سال زمان لازم است که سطح ایستابی آب از 1716 به 1732 متر افزایش و در سطح بهینه قرار گیرد. در طول این مدت قیمت هر مترمکعب آب از 3200 به 2200 ریال کاهش یافته و برداشت از سفره آب زیرزمینی سالیانه به میزان 1.7 میلیون مترمکعب کاسته می شود. به این ترتیب رعایت حد تعیین شده از یک طرف موجب حفظ و پایداری سفره شده و از طرف دیگر توسعه و ادامه پایدار فعالیت های کشاورزی و افزایش درآمد کشاورزان منطقه را به دنبال خواهد داشت.

با توجه به اهمیت سازندهای لسی که سطح وسیعی از استان گلستان را در بر گرفته است و نقش بسزای آن در تولید رسوب رودخانه گرگان رود، شناخت دقیق تر اشکال فرسایشی لس ها جهت ارائه راهکارهای لازم برای معضل فرسایش و رسوب در آنها بویژه فرسایش خندقی ضروری به نظر می رسد. بنابراین در تحقیق حاضر برای شناخت مکانیزم شکل گیری خندق ها در سازند لسی اقدام به ارائه مدل رگرسیونی از طریق بررسی عوامل موثر زمین محیطی بر رخداد فرسایش خندقی گردیده است. بدین منظور پس از بررسی عکس های هوایی با مقیاس 1:20000 و مطالعات پایه ای از قبیل، اقلیم، زمین شناسی، خاک، پوشش گیاهی، کاربری اراضی، موقعیت مکانی خندق های مورد نظر (منطقه تمر قره قوزی) مشخص و پس از تهیه نقشه واحد کاری در محیط GIS، اقدام به نقشه برداری گردید. همچنین به منظور بررسی تاثیر پوشش گیاهی در شکل گیری فرسایش خندقی نیز اقدام به برداشت تراکم پوشش گیاهی از طریق استقرار پلات های یک متر مربعی (1´1) شده است. در نهایت پس از تعیین و محاسبه ارتباط بین عوامل زمین محیطی با شکل گیری، رشد و گسترش فرسایش خندقی از طریق تجزیه و تحلیل چند متغیره، با استفاده از نرم افزار SPSS، مدل رگرسیونی مناسب برای توسعه فرسایش خندقی حاصل شد. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل داده ها حاکی از آن است که عوامل زمین محیطی از قبیل طبقات ارتفاعی، شیب زمین، جهت دامنه، ارتفاع دامنه، بارندگی سالانه، واحدهای سنگی، تیپ اراضی و تراکم پوشش گیاهی در شکل گیری و گسترش فرسایش خندقی در سازند لسی نقش موثری دارند.

سیل گرفتگی در نتیجه ایجاد نقص و یا ناکارآمدی در سیستم های زهکشی رواناب سطحی از مشکلات اجتناب ناپذیر بسیاری از حوزه های شهری ایران به شمارمی رود. این مقاله نشان می دهد چگونه می توان با استفاده از یک مدل تک بعدی هیدروردینامیکی، گسترش سیلاب در یک شبکه زهکشی رواناب سطحی، متشکل از سیستم زهکش سطحی (خیابان ها به همراه کانال های روباز) و همچنین سیستم زهکش زیر سطحی (لوله ها و مجاری زیر زمینی) به همراه اثر متقابل آنها را شبیه سازی نمود. نتایج حاصل از فرآیند واسنجی و اعتبار سنجی نشان می دهد مدل توانایی قابل قبولی در شبیه سازی شکل کلی هیدروگراف و برآورد حجم جریان و دبی اوج سیلاب ها دارد. مقدار پایین RMSE تاییدی بر قابل پذیرش بودن شکل کلی هیدروگراف شبیه سازی شده توسط مدل است. مقدار مطلق % BIAS کمتر از 20 درصد بوده که نشان می دهد مدل کالیبره شده حجم کل جریان را در حد قابل قبولی پیش بینی نموده است. نتایج این تحقیق استفاده از مدل های هیدرودینامیکی تک بعدی را در شبیه سازی سیلاب در شبکه جمع آوری رواناب سطحی، مورد تاکید قرار می دهد.

پس از سیل های ویرانگر اوایل دهه هفتاد در استان گلستان، عملیات بیومکانیکی فراوانی بمنظور احیاء پوشش گیاهی و اثرگذاری بر میزان رواناب در سرشاخه های گرگانرود انجام شده است بطوریکه ارزیابی نتایج این عملیات ها نیازمند مطالعات وسیعی می باشد. تحقیق حاضر به منظور بررسی اثرات عملیات اصلاح بیومکانیکی بر برخی خصوصیات خاک در دشت کالپوش که از زیرحوزه های رودخانه گرگان رود می باشد، انجام گردید. پس از تهیه نقشه واحدهای کاری، نمونه های خاک (75 نمونه) از یک واحدکاری دارای مناطق عملیاتی (احداث فارو و کاشت آتریپلکس درفاروها به همراه مناطق مابین خطوط فارو) و شاهد برداشت شدند. در هر تیمار (پای بوته های کاشته شده در فاروها، مناطق مابین فاروها که فاقد آتریپلکس بودند و منطقه شاهد) نمونه های خاک از عمق 15-0 سانتی متری و در پنج تکرار از پنج موقعیت شیب (پنجه شیب، پای شیب، شیب پشتی، شانه شیب و قله)، مجموعا 25 تکرار در هر تیمار، برداشت شدند و در آزمایشگاه، برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نمونه های خاک اندازه گیری شد. به منظور تجزیه و تحلیل داده ها از روش تجزیه واریانس و آزمون توکی و نرم افزار SPSS نسخه 18 استفاده شد. نتایج نشان داد که بر اثر عملیات اصلاح بیومکانیکی از یک طرف در تمامی موقعیت های شیب، ظرفیت رطوبت اشباع و پایدارای خاکدانه ها در تیمار پای بوته ها در قیاس با منطقه شاهد بطور معنی داری کاهش یافته و از طرف دیگر درصد ذرات رس افزایش معنی داری یافته است.

مدل های هیدرولوژیکی اغلب شامل پارامترهایی هستند که به طور مستقیم نمی توانند اندازه گیری شوند. تخمین پارامترها توسط روش ها و الگوریتم های مختلف بهینه سازی هم با خطا همراه است. بنابراین تجزیه و تحلیل عدم قطعیت امری ضروری به شمار می آید. در تحقیق حاضر از الگوریتم DREAM-ZS (از الگوریتم های مبتنی بر مونت کارلو زنجیره مارکوف) به منظور بررسی عدم قطعیت پارامترهای مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS در حوزه آبخیز تمر به مساحت 1530 کیلومتر مربع واقع در استان گلستان استفاده شد. به منظور ارزیابی عدم قطعیت 24 پارامتر بکار رفته درمدل HEC-HMS، سه رویداد سیل برای واسنجی و یک رویداد سیل در اعتباریابی استفاده گردید. نتایج حاصل از واسنجی نشان داد که بازه های 95 درصد عدم قطعیت کل، بیشتر داده های مشاهده ای بویژه دبی اوج را در برگرفتند. همچنین علاوه بر عدم قطعیت ناشی از پارامترهای مدل بارش رواناب، منابع دیگر عدم قطعیت مانند ساختار مدل و داده های ورودی هم سهم مهمی در خطای شبیه سازی دارند. با مشاهده مقادیر پایین ضریب تغییرات برای پارامتر CN (شماره منحنی) در تمامی سیلاب ها، این پارامتر به عنوان حساس ترین پارامتر به حساب آمد. هیستوگرام های پسین پارامترها نشان داد که بیشتر پارامترها به خوبی تعیین شده اند و ناحیه کوچکی از توزیع های یکنواخت پیشین را اشغال می کنند. همچنین بهترین شبیه سازی حاصل از اجرای الگوریتم عدم قطعیت DREAM-ZS آشکارا بر شبیه سازی حاصل از الگوریتم جستجوی خودکار نلدر و مید برتری داشت.

پیش بینی دبی اوج سیلاب و حجم رواناب یکی از چالش های مهم در مدیریت حوزه های آبخیز می باشد. پژوهش حاضر با هدف تخمین دبی اوج سیلاب و حجم رواناب به کمک شبکه عصبی مصنوعی و شبکه عصبی-فازی تطبیقی در حوزه آبخیز کسیلیان صورت گرفته است. بدین منظور 15 ویژگی بارندگی برای 60 رگبار از سال 1354 تا 1388 مدنظر قرار گرفت. شاخص های آماری میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب کارایی (CE) و ضریب تبیین (R2) برای ارزیابی کارآیی مدل ها استفاده شدند. نتایج نشان داد که متغیر دبی اوج سیلاب روش شبکه عصبی- فازی تطبیقی با ضریب تبیین 0.95، مجموع میانگین مربعات خطای 1.22 و ضریب کارایی 85 درصد نسبت به شبکه عصبی مصنوعی با ضریب تبیین 0.86، مجموع میانگین مربعات خطای 1.28 و ضریب کارایی 82 درصد عملکرد بهتری داشته است. در متغیر حجم رواناب نیز شبکه عصبی فازی- تطبیقی با ضریب تبیین 0.99، مجموع میانگین مربعات خطای 2369.54 و ضریب کارآیی 99 درصد نسبت به شبکه عصبی مصنوعی ضریب تبیین 0.98، مجموع میانگین مربعات خطای 10282.82 و ضریب کارایی 98 درصد عملکرد بهتری ارئه نمود. با توجه به نتایج آنالیز حساسیت بارش مازاد حساس ترین عامل در تخمین دبی اوج و حجم رواناب شناخته شد.

طراحی، ساخت و ارزیابی شبکه جاده جزء مطالعات امور زیربنایی در حوزه آبخیز می باشد.این مطالعه به منظور ارزیابی وضعیت اتصالات شبکه جاده های موجود درحوزه آبخیز چهل چای استان گلستان، با استفاده ازشاخص های آلفا (a)، بتا (b)، اتا (h)، گاما (g)، تراکم شبکه و تغییر مسیر بر مبنای تئوری گراف انجام گرفته است. ابتدا نقشه شبکه جاده های موجود با استفاده از نقشه های توپوگرافی 1.25000، تصاویر ماهواره ای و برداشت زمینی با GPS تهیه شد. در مرحله بعد مقدار هر کدام از شاخص هابرای شبکه جاده موجود در کاربری های جنگل، غیرجنگل و کل منطقه محاسبه و سپس با یکدیگر و حالت استاندارد مورد مقایسه قرار گرفتند. در کاربری جنگل، غیرجنگل و کل منطقه مقادیر شاخص آلفا به ترتیب برابر 0.79، 0.14 و -0.21، شاخص بتا برابر 0.4، 0.78 و 0.56، شاخص اتا برابر با 1.2، 0.64 و 1.32، شاخص گاما برابر با 0.37، 0.23 و 0.19، شاخص تراکم شبکه برابر با 6.12، 27.53 و 13.12 متر در هکتار و شاخص تغییر مسیر برابر با 0.61، 0.81 و 0.77به دست آمد. نتایج حاصل از مقایسه شاخص ها نشان داد که شبکه جاده در منطقه جنگلی دارای اتصال مناسب بوده، در حالی که در مناطق غیرجنگلی دارای اتصال نامناسب و در کل منطقه دارای اتصال خیلی ضعیف می باشد. همچنین تراکم شبکه جاده در مناطق جنگلی ناکافی بوده و در مناطق غیرجنگلی با وجود افزایش تراکم، مقدار اتصالات کاهش یافته و در کل منطقه سرعت شبکه به دلیل وضعیت توپوگرافی ناهموار، مقدار توسعه شبکه پایین می باشد. نتایج کلی این تحقیق نشان داد با وجود زیاد بودن طول (مقدار) جاده ها و صرف هزینه ها و وارد آمدن خسارت های زیست محیطی، شبکه جاده های موجود نتواسته کارایی لازم را جهت ارتباط بین کاربری های موجود برقرار نماید. لازم است در مطالعات آتیبا در نظر گرفتن اصل ارتباط شبکه، ملاحظات اقتصادی- اجتماعی و زیست محیطی و همچنین برآورد نیاز آبخیز نشینان اصلاحات مفید در خصوص بهبود شبکه جاده موجود انجام گیرد.

تخریب و بهره برداری بیش از حد از منابع طبیعی مهم ترین محدویت توسعه پایدار در بسیاری از کشورهای در حال توسعه است. نگاهی به آمار و ارقام تخریب مراتع، جنگل ها، فرسایش خاک و هدر رفت آب در کشور ما نیز گویای چالش های متعدد در این زمینه است. لذا، این تحقیق با هدف تعیین چالش های موجود مدیریت حوزه های آبخیز کشور انجام شد. جامعه تحقیق، کارشناسان و متخصصان منابع طبیعی در سطح کشور بودند که در زمینه مدیریت حوزه های آبخیز دارای دانش و تجربه کافی بودند. نتایج فن دلفی که طی سه مرحله اجرا شد، بیانگر آن بود که مهم ترین چالش های موجود فراروی مدیریت حوزه های آبخیز کشور عبارتند از تعدد مراکز تصمیم گیری، عدم انسجام برون سازمانی، عدم مشارکت واقعی ذینفعان در طراحی و اجرای پروژه ها و کم رنگ بودن مطالعات اجتماعی-اقتصادی طرح های آبخیزداری که به ترتیب میانگین های بالایی را به خود اختصاص دادند. چالش های استخراج شده بر اساس ماهیت به چند طبقه دسته بندی شدند که شامل چالش های مدیریتی، سیاستگذاری، پژوهش و اطلاع رسانی، مشارکت و عدالت اجتماعی و اقتصادی هستند. به طور کلی، چالش های موجود نشان از نبود مدیریت جامع در حوزه های آبخیز کشور دارد. لذا، اتخاذ رویکرد مدیریت جامع جهت دستیابی به مدیریت پایدار حوزه های آبخیز، اجتناب ناپذیر است.