مهندسی و مدیریت آبخیز
سال:1397 | دوره:10 | شماره:4 |تعداد مقالات:20

فرسایندگی باران اولین نکته قابل توجه در مباحث فرسایش خاک است که نقش مهمی در جدا نمودن ذرات خاک از بستر اصلی خود ایفا می کند. از این رو، بررسی روند عامل فرسایندگی باران در تصمیم گیری و برنامه ریزی به منظور مدیریت منابع آب و خاک ضروری می باشد. حال آن که مطالعات مربوط به جنبه های مختلف آن از جمله روند فرسایندگی و در تعامل با روند بارندگی و شاخص بارش استاندارد شده مورد توجه جدی قرار نگرفته است. بنابراین، پژوهش حاضر با هدف بررسی روند عامل فرسایندگی باران مبتنی بر شاخص فورنیه در 28 ایستگاه در سرتاسر استان خراسان شمالی طی دوره زمانی 1366 تا 1385 با استفاده از آزمون من-کندال صورت پذیرفت. همچنین، به منظور مقایسه و تحلیل جامع تر نتایج، روند زمانی بارندگی و شاخص بارش استاندارد شده نیز بررسی شد. نتایج تحقیق نشان داد که ایستگاه های نوشیروان، فاروج، آیرقایه و غلامان روند کاهشی و دیگر ایستگاه های مورد مطالعه (71/85 درصد ایستگاه های استان) روند افزایشی در شاخص فرسایندگی فورنیه اصلاح شده را داشته اند. نتایج بررسی روند شاخص بارش استاندارد شده و همچنین، بارندگی در خراسان شمالی نشان داد که در اغلب ایستگاه ها (89/28 درصد ایستگاه ها) جز ایستگاه های خرتوت، نوشیروان، فاروج و آیرقایه، روند افزایشی وجود داشته است. همچنین، بیشینه و کمینه مقدار شاخص فرسایندگی فورنیه اصلاح شده در استان با مقدار 70/97 و 33/44 میلی متر به ترتیب مربوط به ایستگاه درکش و آبیاری بجنورد بوده است.

تعیین زمان شروع رواناب و حجم رواناب در مدیریت پاسخ حوزه های آبخیز در برابر بارندگی از متغیرهای کلیدی در مدیریت سامانه آبخیز هستند. از میان عوامل مختلف موثر بر زمان شروع و حجم رواناب، شدت بارندگی یکی از مهمترین عوامل است. در این مطالعه اثر الگو های بارندگی بر متغیرهای زمان شروع، حجم و ضریب رواناب تحت باران شبیه سازی شده در منطقه جنوب شرقی شهرستان نوشهر استان مازندران مورد بررسی قرار گرفت. برای دست یابی به اهداف پژوهش، چهار الگوی بارش و هر الگو با سه تغییر در شدت بارندگی (I: کم-متوسط-زیاد، II: کم-زیاد-کم، III: زیاد-متوسط-کم، IV: زیاد-کم-زیاد) شبیه سازی شد. سپس زمان شروع رواناب، حجم و ضریب رواناب برای هر الگو اندازه گیری شد. برای تعیین ارتباط بین الگوی بارندگی و متغیرهای زمان شروع رواناب، حجم و ضریب رواناب، داده های اندازه گیری ها شده در نرم افزارهای Excel و SPSS23 تحلیل شد. نتایج نشان داد که اختلاف معنی داری (0. 05≥ P) در متغیرهای زمان شروع رواناب، حجم و ضریب رواناب حاصل از الگوی های مختلف شدت بارش وجود داشت. بر اساس تحلیل های آماری در همه الگوهای بارندگی بین میانگین ها اختلاف معنی داری روی زمان شروع، حجم و ضریب رواناب در سطح 99 درصد وجود داشت. همچنین، نتایج نشان داد که الگوی I، بیشترین زمان تا شروع رواناب و الگوی III، بیشترین مقدار حجم و ضریب رواناب را داشت. میانگین زمان شروع رواناب در الگوهای III، II، I و IV به ترتیب 5. 90، 4. 24، 0. 71 و 1. 25 دقیقه بوده است. همچنین، میانگین ضریب رواناب در الگوهای III، II، I و IV به ترتیب 30. 03، 49. 63، 88. 82 و 75. 16 درصد اندازه گیری شد.

بانکت بندی و ایجاد جنگل کاری مصنوعی برای ذخیره سازی کربن در خاک فرایند مؤثری در حذف کربن از اتمسفر است. در تحقیق حاضر به بررسی تغییر کاربری و اثرات آن بر ذخیره کربن در حوضه پاکل از سرشاخه های رودخانه قره چای استان مرکزی پرداخته شده است. در این پژوهش، مرتع به عنوان شاهد و عملیات بانکت بندی و بادام کاری (عملیات بیومکانیک) از نظر ذخیره کربن خاک مقایسه شدند. نمونه برداری به صورت ترانسکت و پلات و به صورت تصادفی-سیستماتیک انجام شد. در امتداد هر ترانسکت به طور تصادفی سه پلات انداخته شد. از هر پلات نمونه های خاک از عمق های 15-0 و 30-15 سانتی-متر، به وزن حدود یک کیلوگرم برداشت شد. خصوصیات شیمیایی و فیزیکی خاک از جمله وزن مخصوص ظاهری خاک، کربن آلی و بافت خاک تعیین شد. نتایج نشان داد که میانگین کل کربن ذخیره شده در خاک عملیات بیومکانیک 33. 65 تن در هکتار است که از این مقدار 30 درصد آن کربن بیوماس هوایی و زیرزمینی، دو درصد آن کربن لاشبرگ و 38. 9 درصد کربن در عمق 15-0 و 29. 1 درصد در عمق 30-15 سانتی متر است. همچنین، مقدار کربن آلی خاک شاهد 30. 16 تن بر هکتار به دست آمده که از این مقدار چهار درصد کربن بیومس هوایی و زیرزمینی، سه درصد کربن لاشبرگ و 62 درصد کربن در عمق 15-0 و 31 درصد در عمق 30-15 سانتی متر است. در نتیجه مشاهده شد عملیات بیومکانیک در ترسیب کربن از شاهد موفق تر عمل کرده است.

در مناطق خشک و نیمه خشک به دلیل کمبود آب های سطحی، آبخوان ها مهمترین منبع برای تامین آب بوده و یکی از راه-حل های مهندسی برای بهره برداری از سیلاب برای بهبود وضعیت منابع آب زیرزمینی، اجرای سامانه های تغذیه مصنوعی بوده، بررسی عملکرد این سامانه ها از لحاظ تغذیه دارای اهمیت است. هدف مطالعه حاضر، ارائه یک چارچوب مدل محور بر مبنای چند شاخص کمی نظیر راندمان تغذیه و نرخ تسکین سیل برای بررسی عملکرد سامانه تغذیه مصنوعی است. با توجه به قابلیتی که مدل های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و نفوذ در بررسی اثر سیلاب بر سامانه های مدیریت تغذیه آبخوان دارا می باشند، از تلفیق این مدل ها در برآورد شاخص ها استفاده شد. در نهایت با تعیین شاخص های یاد شده برای سیلاب هایی با دوره بازگشت مختلف، مقدار متوسط آن ها با استفاده از رابطه امید ریاضی تعیین شد. طبق نتایج حاصل شده، سامانه مورد بررسی (تغذیه مصنوعی امام زاده عبدالله سرخه) از نظر دو شاخص راندمان تغذیه و نرخ تسکین سیل در رخدادهایی با فراوانی وقوع بیش از 0. 2 عملکرد مناسبی داشته است و مقدار متوسط این دو شاخص به ترتیب برابر با 054 و 0. 93 به دست آمده است. با توجه به مدل محور بودن چارچوب پیشنهادی، روش این تحقیق قابلیت کاربرد در موارد مشابه را دارا می باشد.

بررسی رخداد خشکسالی به عنوان حادثه ­ ای محیطی از جایگاه ویژه­ ای در مدیریت منابع­ طبیعی و نیز برنامه­ ریزی­ های مرتبط با مدیریت منابع آبی برخوردار است. در این تحقیق، اقدام به بررسی ویژگی­ های خشکسالی در ایستگاه­ های منتخب سینوپتیکی اردبیل، خوی، ارومیه، تبریز، زنجان، سنندج و سقز در شمال ­ غربی کشور با کاربرد نمایه دهک­ ها شد. ابتدا، پس از بازسازی نواقص آماری ماهانه ایستگاه ­ ها در دوره 38 ساله آماری 2014-1977، سری زمانی بارندگی هر یک از ایستگاه­ ها با کاربرد روش تبدیل باکس-کاکس نرمال سازی شد. سپس، اقدام به محاسبه نمایه دهک­ ها در مقیاس های زمانی مختلف ماهانه، فصلی و سالانه مبتنی بر داده های ماهانه ی بارش نرمال شده ایستگاه ­ ها، در دوره آماری 2014-1977 در محیط نرم افزاری MATLAB و DIP شد. سپس، اقدام به محاسبه ویژگی­ های خشکسالی (شدت، مدت و فراوانی) در هر یک از ایستگاه­ های منتخب سینوپتیک شد. همچنین، در این تحقیق، به منظور آگاهی از روند تغییرات بارش در دوره آماری 38 ساله مورد مطالعه (2014-1977)، اقدام به تعیین روند تغییرات بارش ایستگاه های منتخب در مقیاس ­ های زمانی مختلف در دوره آماری 19 ساله نخست (1995-1977) و مقایسه با روند تغییرات بارش در دوره 38 ساله آماری با کاربرد آزمون روند من-کندال و نیز تعیین تغییرات مقادیر متوسط بارش در دو دوره متوالی 19 ساله آماری (1995-1977 و 2014-1996) شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان دهنده­ کاهش بارش متوسط سالانه کلیه ایستگاه ها در دوره دوم نسبت به دوره مبنا است. همچنین، نتایج نشان­ دهنده رخداد خشکسالی­ های با شدت، مدت و فراوانی مختلف در ایستگاه­ های منتخب سینوپتیکی شمال غربی کشور است. همچنین، نتایج نشان دهنده روند نزولی تغییرات بارش در ایستگاه ­ های سینوپتیک سقز و سنندج در مقیاس زمانی سالانه است. این در­ حالی است که ایستگاه ­ های فاقد روند سقز و زنجان در دوره آماری 1995-1977، دارای روندهای نزولی و صعودی در برخی از مقیاس­ های زمانی در دوره آماری 2014-1977 شده­ اند.

مصالح رودخانه ای یکی از منابع ارزشمند بوده و به علت صرفه اقتصادی و سهولت استحصال، همواره از اهمیت بسیاری در کارهای عمرانی برخوردار می باشند. این موضوع سبب شده که رودخانه ها جدا از تغییرات طبیعی خود، امروزه تحت تأثیر فعالیت های موثر انسان در برداشت بدون ضابطه و بی رویه شن و ماسه، در معرض دگرگونی های ژرفی قرار گیرند. لذا، جایگزینی منابع رودخانه ای با منابع دیگری همچون معادن کوهی می تواند به عنوان یکی از راهکارهای اساسی جهت حفاظت از رودخانه ها در نظر گرفته شود. با توجه به اهمیت این موضوع، در پژوهش حاضر، به ارزیابی پتانسیل تولید رسوب زیرحوضه های منتهی به رودخانه های شهرستان قائن و فردوس با استفاده از تلفیق مدل های ژئومورفولوژیکی و GIS پرداخته شده است. نتایج به دست آمده در حوضه های مورد مطالعه، حاکی از آن است که مدل های ژئومورفولوژیکی از قابلیت بسیار مناسبی جهت شناسائی مناطق مستعد تولید رسوب برخوردار می باشند. طبق محاسبات صورت گرفته با مدل ژئومورفولوژیکی، بخش های جنوبی و جنوب غربی حوضه شهرستان فردوس و بخش های شمالی حوضه شهرستان قائن در استان خراسان جنوبی نیز از پتانسیل مناسبی برای برداشت برخوردار می باشند. همچنین، ارزیابی کیفیت رسوبات نیز حاکی از آن است که عمده مصالح موجود در این مناطق در رده مصالح درشت دانه قرار داشته و نیاز به فرآوری به مراتب کمتری دارند.

از دیرباز مهار سیلاب و تغذیه مصنوعی از مهمترین اهداف مورد نظر در سامانه های پخش سیلاب در مناطق خشک و نیمه خشک بوده است. لذا، تعیین مکان های مناسب جهت اجرای سامانه های پخش سیلاب بر اساس معیارها و شاخص های گوناگون از اهمیت بسیاری برخوردار می باشد. برای نیل به این هدف، استفاده از سامانه های تصمیم گیری چندمعیاره و سامانه اطلاعات جغرافیایی ضروری است. در این تحقیق، هفت عامل درصد شیب، نفوذپذیری سطحی، قابلیت انتقال آب در آبرفت، کیفیت آبرفت، کاربری اراضی، حجم رواناب و ضخامت لایه هوادار به عنوان عوامل مؤثر و معیارهای اصلی در مکان یابی مناطق مستعد پخش سیلاب و تغذیه مصنوعی در محدوده جنوبی دشت کاشان با استفاده از مدل تحلیل سلسله مراتبی به صورت زوجی مقایسه شده و وزن هر کدام محاسبه شد. سپس، این لایه ها در محیط سامانه اطلاعات جفرافیایی طبقه بندی شده و نقشه آن ها تهیه شد. نتایج حاصل از اولویت بندی نشان داد که معیار کاربری اراضی با وزن 0. 39 به عنوان مهمترین معیار در تعیین مکان های مناسب پخش سیلاب تعیین شد. همچنین، نتایج حاصل از ادغام و وزن دهی نقشه ها نشان داد که 70 درصد محدوده مورد مطالعه از نظر پخش سیلاب در طبقه مناسب قرار دارند.

در این تحقیق، نقش مداخلات انسانی به خصوص تغییرات کاربری اراضی در وضعیت هیدروژئومورفولوژیکی رودخانه کر (بالادست سد درودزن-استان فارس) مورد بررسی قرار گرفته است. مراحل انجام تحقیق، در چارچوب روش هایی شامل روش هیدرولوژیکی با استفاده از مدل HEC-HMS به منظور بررسی تأثیر تغییرات کاربری های اراضی بر تغییرات ویژگی های سیلاب و روش ارزیابی وضعیت ژئومورفولوژیکی روزگن به منظور بررسی اثر تغییرات کاربری اراضی بر منابع زیست محیطی و تغییرات ژئومورفولوژیکی رودخانه است. نتایج مطالعات هیدرولوژیکی به وسیله مدل HEC-HMS نشان داد که در بازه زمانی مورد مطالعه، تعداد و مقادیر دبی پیک افزایش یافته، از طرفی زمان تأخیر و زمان تمرکز کاهش پیدا کرده است. این واقعیت از طریق نتایج شبیه سازی برای سال های 1372 و 1392 نشان داد که تغییرات کاربری صورت گرفته سبب افزایش 15 درصدی دبی پیک سیلاب در منطقه شده است و این یافته ها با نتایج سیلاب های مشاهداتی همخوانی دارد. نتایج روش ارزیابی وضعیت ژئومورفولوژیکی روزگن نشان داد که در طی دوره زمانی مورد مطالعه، بیشترین تغییرات هیدرومورفولوژیکی در سطح یک و دو روش روزگن مربوط به بازه های مکانی شماره یک و دو بوده است و پس از آن، به ترتیب بازه های شماره چهار، پنج و سه در اولویت قرار می گیرند. در تمامی بازه های مکانی مورد مطالعه، به علت فرسایش پذیری کرانه ها، تغییرات عرضی و طولی چشم گیری رخ داده است و بیشترین تغییرات به ترتیب مربوط به بازه های مکانی دو، یک، سه، چهار و پنج است. تغییرات عرضی به ترتیب به علت تغییر شیب، رژیم هیدرولوژیکی، بار معلق و بار بستر، تعرض به زمین های محدوده حریم رودخانه و وجود سد بوده است.

سرریز جانبی سازه ای است که در بدنه جانبی کانال قرار می گیرد و برای تخلیه جریان اضافی و انحراف جریان، تنظیم سطح آب در رودخانه ها و شبکه های آبیاری و زهکشی مورد استفاده قرار می گیرد. بنابر مشکلاتی که در تعبیه سرریزهای معمول در مناطق کوهستانی وجود دارد، می توان از سرریزهای کلیدپیانویی به عنوان سرریز جانبی استفاده کرد. همچنین، کانال-های منحنی شکل که معمولا در مناطق کوهستانی وجود دارند، مکان هایی هستند که می توان سرریزهای جانبی کلیدپیانویی را در این مکان ها جانمایی کرد. در این پژوهش، با بررسی آزمایشگاهی بر روی سرریزهای کلیدپیانویی تیپ B، تیپ C و سرریز لبه تیز مستطیلی، عملکرد این سرریز ها در زاویه 30 درجه از قوس مورد بررسی قرار گرفت. از نتایج این تحقیق می توان به یکسان بودن انرژی مخصوص در دو انتهای سرریز کلیدپیانویی با اختلاف اندک برای تیپ C برابر با 0. 272 درصد و برای سرریز تیپ B برابر با 1. 98 درصد در شرایط قوس اشاره کرد. با بررسی و اندازه گیری ضریب تخلیه در این سرریزها، این نتیجه به دست آمد که سرریزهای کلیدپیانویی دارای ضریب تخلیه بیشتری نسبت به سرریزهای معمولی مستطیلی در قوس هستند. همچنین، در بین دو تیپ سرریز مورد مطالعه در این تحقیق، سرریز تیپ B عملکرد بهتری نسبت به سرریز تیپ C دارد.

ذوب برف در حوزه های آبخیز کوهستانی می تواند تأثیر قابل توجهی در تعادل آب و همچنین، در زمان های خاصی از سال مهمترین نقش را در تولید رواناب داشته باشد. در این پژوهش از مدل هیدرولوژیکی توزیعی-مکانی فرایندگرا برای حوزه آبخیز لتیان (زیرحوضه رودک) به بزرگی 431 کیلومتر مربع به منظور درک و استنتاج توزیع مکانی و زمانی وضع متغیرهایی مانند بارش، رواناب، آب معادل برف (SWE) و ذوب برف استفاده شده است. مدل از توزیع مفهوم واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی (HRU) برای اخذ، شناخت و محاسبه تنوع مکانی در حوضه استفاده می کند. مدل برای هر HRU در هریک از واحدهای زمانی پارامترهایی چون تجمع و ذوب برف، رطوبت خاک، تبخیر و تعرق واقعی، قابلیت شارژ مجدد آب های زیرزمینی و تولید رواناب را شبیه سازی می کند. پارامترهای مدل به طور خودکار با استفاده از روش های واسنجی مونت کارلو (Monte-Carlo analysis) و تحول مرکب (SCE-UA) اعتبارسنجی شد. واسنجی با مقایسه مقدار رواناب اندازه گیری شده به مدت 11 سال از اکتبر 1990 تا سپتامبر 2001 در مراحل زمانی ماهانه با استفاده از معیار کارایی (Nash– Sutcliffe efficiency)، ضریب تعیین (R2) و درصد نسبی خطا (Pbias) به عنوان تابع هدف انجام توسعه داده شد. پس از واسنجی، مدل J2000g، رواناب را با NSE=0. 82، و0. 83=R2 و 5. 6-=PBIAS نسبت به رواناب اندازه گیری شده، شبیه سازی کرد. در ادامه واحد برف مدل J2000g توسعه داده شد. برای شش ایستگاه برف سنجی HRUهای مربوطه استخراج و مدل های جداگانه با استفاده از آب معادل برف SWE اندازه گیری شده، کالیبره شد. مقایسه نتایج شبیه سازی (SWE) به صورت مجزا برای معیار (NSE) مقادیر بین 0. 28 تا 68/0 و برای معیار (R² ) بین 0. 53 تا 0. 83 را نشان داد. نتایج به دست آمده از مدل و داده های حوضه کالیبره شده برای تمام ایستگاه های انباشت و ذوب برف بسیار مناسب برآورد شد، در حالی که نتایج مدل برای ایستگاه های برف سنجی حوضه که به طور جداگانه کالیبره شدند، از دقت پایین تری برخوردار بود. نتایج نشان داد که دینامیک های هیدرولوژیکی و فرایندهای برف زیرحوضه های فرعی حوزه آبخیز لتیان می تواند به خوبی با مدل J2000g شبیه سازی شود.

تبخیر به عنوان یکی از پارامترهای طبیعی به علت نقش تعیین کننده ای که در خروج آب از دسترس بشر دارد، همواره مورد توجه کارشناسان و محققین بوده است. در این پژوهش، سعی بر این است تا با به کارگیری مدل شبکه عصبی مصنوعی در برآورد تبخیر از سطح دریاچه سد امیرکبیر، میزان دقت این مدل مورد ارزیابی قرار گیرد. در این راستا، از آمار 18 ساله، از سال 1376 تا 1393 شمسی استفاده شد و پس از انجام آزمون و خطاهای متوالی بهترین ساختار برای محاسبه میزان تبخیر از سطح دریاچه سد امیرکبیر انتخاب شد. به طوری که، این ساختار در لایه اول، چهار و لایه دوم، دارای پنج نورون می باشد که در طی 1000 تکرار برای محاسبه آن، بهترین نتیجه به دست آمد. همچنین، در مقاله حاضر، ضرایب آماری به دست آمده از تحلیل با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی در انتخاب بهترین ساختار مورد توجه قرار گرفت که در این ساختار ضریب همبستگی با مقدار 0. 9365 دارای بیشترین مقدار در بین آزمون های دیگر بوده و مقادیر خطا برای داده های آموزش و آزمایش نیز به ترتیب برابر با 0. 0311 و 0. 0321 می باشد. علاوه بر این، با استفاد از آزمون من-کندال از داده های روزانه 15 ساله، روند کلی داده های مؤثر بر تبخیر مشخص شد. در روش من-کندال، نمودارهای تغییرات دما، سرعت باد و بارش دارای روند معنی داری نبوده و در آن ها 1. 96> Uا> 1. 96-می باشد. در نمودار تغییرات سطح دریاچه در بین سال های 1379 تا 1393، مقدار U از عدد 1. 96 تجاوز کرده است که نشانه افزایشی بودن روند در این دوره می باشد که پس از این سال ها مجدداً روند نزولی حاکم شده است. در روند ماهانه تغییرات تبخیر نیز بین سال های 1379 تا 1393 نمودار U از محدوده 1. 96-خارج شده که نشانه حاکمیت روند منفی در این بازه زمانی می باشد.

برنامه ریزی و مدیریت بهینه منابع آب حوزه های آبخیز نیاز به داده های مختلفی از جمله، جریان پایه و شاخص آن دارد. این پارامتر که متأثر از عوامل مورفومتری، زمین شناسی و هیدرواقلیمی است، همواره یکی از موضوعات مهم در هیدرولوژی بوده است. در این پژوهش ابتدا نقشه اقلیم نمای ایران با استفاده از داده های بارش و دما به روش دو مارتن تهیه شد. سپس، با استفاده از داده های جریان روزانه رودخانه، جریان پایه و شاخص آن، از روش فیلتر رقومی برگشتی دو پارامتری پس از کنترل سری زمانی و آماده سازی اطلاعات در حوضه های انتخابی شش منطقه اقلیمی خشک، نیمه خشک، مرطوب، نیمه مرطوب، بسیار مرطوب و مدیترانه ای استخراج شد. پارامترهای هیدرولوژیکی و اقلیمی حوضه ها محاسبه و برآورد و عوامل فیزیوگرافی در محیط رقومی استخراج شد. تجزیه و تحلیل عاملی برای شناخت عوامل مستقل موثر بر جریان پایه با استفاده از 14 پارامتر در هر منطقه اقلیمی به طور مجزا انجام شد. سپس عوامل موثر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که پارامتر های مورد استفاده بیش از 80 درصد واریانس داده ها را توجیه می کنند. عوامل ذاتی مرتبط با نفوذ و نگهداشت آب در خاک، با وزن بیش از 45 درصد در تمام اقلیم ها در مرتبه اول تأثیرگذاری قرار داشت. شاخص های منحنی تداوم جریان در مناطق اقلیمی، بسیار مرطوب، مرطوب، نیمه مرطوب و نیمه خشک، به ترتیب با درصد وزنی 45، 53، 52 و 53 درصد و در مناطق مدیترانه ای و منطقه خشک پارامتر ظرفیت نگه داشت به ترتیب با درصد وزنی 49 و 58 بیشترین تأثیر گذاری را بر جریان پایه را دارند. همچنین، نتایج نشان داد که وزن عوامل موثر بر جریان پایه، متناسب با نوع اقلیم تغییر می کند.

فرسایش، به علت اثرات فراوان اقتصادی و زیست محیطی همواره دغدغه بزرگی برای کشاورزان، مهندسان و سیاست-گذران به شمار می آید. از آن جایی که شیب یکی از شاخص های مهم در فرایند فرسایش می باشد، پژوهش حاضر با هدف بررسی نقش تندی و جهت شیب بر تغییرات رسوب و حجم رواناب سطحی در حوزه آبخیز گنبد واقع در شهرستان همدان انجام شد. در این حوضه، در سه دامنه جنوبی، شمالی و شرقی سه کرت استاندارد آزمایشی نصب شد. کرت ها در ابعاد 1. 8×24 متر طراحی و در شیب های نسبتا همگن و با مقادیر متفاوت تعبیه شدند. رواناب محتوی رسوب در مخازن ویژه ای جمع آوری و نمونه برداری شدند. در این خصوص، 16 واقعه بارشی مستقل (1389– 1392) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. بررسی اثرهای تندی و جهت شیب و همچنین، اثر متقابل آن ها با استفاده از آزمایش فاکتوریل در نرم افزار SAS 9. 4 انجام شد. نتایج حاکی از معنی داری اثر شیب، جهت آن و همچنین، اثر متقابل آن ها در هنگام وقوع رگبار، در میزان حجم رواناب تولیدی می باشد. بر اساس این نتایج، شیب های کوچک باعث معنی داری عامل تندی شیب شده و تاثیر بیشتری نسبت به مقادیر بزرگ تر، در تولید رواناب داشته است. دلیل این امر، پوشش گیاهی متراکم و همچنین، بیشتر بودن میانگین سرعت نفوذ آب در خاک، در شیب های بزرگ تر می باشد. از طرفی، در تولید رسوب، عامل تندی شیب معنی دار نبوده و جهت شیب نیز فقط در یکی از وقایع بارشی 16 گانه معنی دار بوده است. اثر متقابل آن ها نیز در سه واقعه بارشی معنی-داری را نشان می دهد.

در مناطق واجد خاک های با فرسایش پذیری زیاد که فاقد پوشش گیاهی بوده و یا میزان پوشش گیاهی ناچیز است، سرشت ذاتی سنگ مادر، نقش به سزایی در تولید رواناب و هدررفت خاک بر عهده دارد. این تحقیق، با هدف بررسی اثر نوع لیتولوژی و مواد مادری بر هدررفت خاک با استفاده از دستگاه شبیه ساز باران در حوزه آبخیز سد سنگرد واقع در استان خراسان رضوی انجام شد. برای انجام این پژوهش، ابتدا 11 واحد همگن (واحدهای کاری) بر مبنای نوع لیتولوژی شامل مارن و کنگلومرا و رخساره های فرسایشی شامل سطحی-شیاری، شیاری و شیاری-آبراهه ای در کاربری مرتعی و در شیب مشابه (20 درصد) انتخاب شد. 33 آزمایش در شدت بارش 36 میلی متر در ساعت و به مدت 30 دقیقه با شبیه ساز باران بر روی واحدهای کاری، انجام شد. مقدار رسوب هر یک از آزمایش ها اندازه گیری شد. به منظور بررسی عوامل موثر در تلفات خاک و فرسایش پذیری، نمونه برداری از خاک در لایه صفر تا 15 سانتی متری نیز از مجاور پلات های مورد آزمایش برداشته شد. تحلیل آماری اطلاعات با استفاده از نرم افزار SPSS 22 انجام شد. نتایج نشان داد که لیتولوژی های مورد بررسی از نظر فرسایش و رسوبدهی با یکدیگر تفاوت معنی دار دارند. دو واحد کاری شامل مارن حاوی املاح فراوان واجد فرسایش شیاری-آبراهه ای (Eem-RG) و کنگلومرا واجد فرسایش سطحی-شیاری (Plc-SR) به ترتیب با رسوبدهی 260. 9 و 45. 1 گرم در متر مربع دارای بیشترین و کمترین مقدار رسوبدهی می باشند. برخی از ویژگی های خاک مانند درصد سیلت، رطوبت اولیه خاک، شوری، اسیدیته و نسبت جذب سدیم با میزان فرسایش و رسوبدهی خاک دارای همبستگی مستقیم و عوامل درصد پوشش گیاهی و درصد سنگریزه موجود در سطح خاک و همچنین، درصد ماسه، کربن آلی و درصد آهک فعال خاک با میزان فرسایش و تولید رسوب، همبستگی معکوس نشان می دهند.

در این تحقیق، واگرایی مارن های جنوب استان تهران در ناحیه حسن آباد و جنوب ورامین شامل مارن های محیط خشکی سازند قرمز بالایی واحد M3 و آبرفت مارنی پلیوسن واحد Plm در شیب های پنج، 20 و 40 درصد و در سه شکل فرسایش سطحی، شیاری و خندقی بررسی شدند. بر این اساس، از سازندهای مارنی یاد شده، بر اساس شکل فرسایش غالب، تعداد 20 نمونه تهیه شد. برای دست یابی به هدف های از پیش تعیین شده، آزمایش هایی نظیر دانه بندی، حدود آتربرگ، تحلیل های شیمیایی نظیرکاتیون ها و آنیون ها، SAR، TDS، EC و هیدرومتری دوگانه و پین هول انجام شد. نتایج حاصل از آزمون های هیدرومتری دوگانه بر روی 18 نمونه، فقط سه مورد واگرایی کم را نشان می دهد که شامل مارن های واحد M3 در نمونه دست نخورده برداشت شده از ایستگاه 1 با شکل فرسایش خندقی، نمونه ایستگاه 2 با دامنه با شیب 40 درصد و فرسایش سطحی و ایستگاه 5 با شیب پنج درصد با شکل فرسایش آبراهه ای است. طبق آزمایش پین هول انجام شده، از 17 نمونه تحت بررسی، 12 نمونه غیر واگرا و پنج نمونه با واگرایی کم تا متوسط به دست آمد. در آزمایش پین هول، عمده مارن های با اشکال فرسایش آبراهه ای و برخی از نمونه های با فرسایش خندقی، واگرایی کم تا متوسط نشان دادند. سایر اشکال فرسایش سطحی و شیاری رفتار غیر واگرا نشان دادند. بر اساس خصوصیات شیمیایی کل املاح موجود (TDS) در نمونه و نسبت درصد سدیم (PS)، بیشتر نمونه ها در نمودار شیمیایی کاساگراند در محدوده خاک های واگرا، یک نمونه در مرز واگرایی با شکل فرسایش سطحی و یک نمونه در محدوده خاک های با احتمال 50 درصد واگرایی با شکل فرسایش شیاری قرار می گیرد. در آزمایش شرارد اصلاح شده، به عکس، تمامی نمونه ا غیر واگرا هستند که نتایج آن با هیچ یک از روش های به کار رفته انطباق ندارد و لذا، این طبقه بندی مورد قبول نیست. روش شیمیایی آفریقایی نتیجه بهتری نسبت به سایر روش های شیمیایی نشان داد. در این روش، نیمی از نمونه ها واگرا و نیمی دیگر غیر واگرا طبقه بندی شدند. بر اساس معیار شیمیایی و فیزیکی، پدیده واگرایی در تمامی اشکال فرسایش سطحی، شیاری، خندقی و آبراهه-ای دیده شده است. از این روش، چنین نتیجه می شود که خاک های مارنی تحت تأثیر عوامل فیزیکی و شیمیایی استعداد واگرایی را دارند، حتی اگر در زمان نمونه برداری اشکال فرسایش سطحی و یا شیاری را نشان دهند. به بیان دیگر، در این خاک ها به شرط فراهم شدن سایر شرایط لازم از جمله درجه شیب و میزان تمرکز رواناب، امکان توسعه فرسایش سطحی و شیاری به خندقی و تونلی و یا آبراهه ای فراهم است.

یکی از پدیده های رایج اقلیمی در مناطق خشک و نیمه خشک توفان گرد و غبار است. در ایران نیز یکی از نگرانی های محیط زیست افزایش توفان های گرد و غبار می باشد. روش های مختلفی برای کنترل این پدیده وجود دارد که هر کدام دارای محدودیت هایی هستند. یکی از روش های کنترل و مهار گرد و غبار، استفاده از مالچ یا خاک پوش است. هدف این پژوهش، ارزیابی رفتار خاک پوش های زیستی، شیمیایی و معدنی به عنوان تثبیت کننده منشاء گرد و غبار، در شرایط آزمایشگاهی برای دوره های یک هفته ای و شش ماهه و همچنین، تعیین شرایط بهینه افزایش ماندگاری آن ها در خاک در استان ایلام است. به منظور بررسی اثر این خاک پوش ها در تثبیت گرد و غبار، آزمون های مختلفی از جمله بررسی اثر تنش های نور و دما بر دوام خاکدانه ها، مقاومت فشاری، پایداری خاکدانه و آزمون تونل باد بر هدررفت خاک انجام شد. تعیین مقاومت در برابر فرسایش بادی در شرایط آزمایشگاهی با استفاده از شبیه ساز فرسایش بادی با سرعت 25 متر بر ثانیه به مدت 15 دقیقه (برای هر تیمار) برای دوره های، یک هفته ای و شش ماهه انجام شد. با توجه به نتایج مقاومت فشاری، پایداری خاکدانه ها و تونل باد، سه فرمولاسیون F13، F4 و F15 (ترکیب پلیمر زانتان-کربنات کلسیم، پلیمر پلی ونیل استات-کربنات کلسیم و زانتان-پلی ونیل استات) برای استان ایلام، به عنوان فرمولاسیون های (تیمارهای) بهینه تثبیت منشاء گرد و غبار انتخاب شدند. به طور کلی، برای تثبیت خاک هر منطقه، نیاز به تعیین فرمولاسیون مناسب و متناسب با خصوصیات اقلیمی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک منطقه است.

عوامل مختلفی از جمله شدت بارندگی و شیب بر فرایندهای هیدرولوژیکی همچون نفوذ و رواناب اثر دارند. مطالعه خاک دیم زار به دلیل تخریب شدید و بوم سازگان شکننده از اهمیت زیادی برخوردار است. پژوهش حاضر به منظور بررسی اثر شدت بارندگی و تندی شیب بر نفوذ و رواناب سطحی با استفاده از شبیه ساز باران کامفورست در دیم زارهای منطقه کلاله استان گلستان انجام شد. برای دست یابی به اهداف پژوهش باران هایی به مدت 15 دقیقه و با شدت های 33، 64، 80 و 110 میلی متر در ساعت شبیه سازی شد. سه طبقه شیب شش، 12 و 25 درصد انتخاب شد و در شیب های ذکر شده شبیه سازی باران انجام شد و میزان نفوذ و رواناب سطحی در چهار کرت 25×25 سانتی متر اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش شدت بارندگی و شیب، شدت متوسط نفوذ کاهش و ضریب متوسط رواناب افزایش یافت. اثر شدت بارندگی و شیب به صورت جداگانه و متقابل بر شدت متوسط نفوذ و رواناب سطحی با سطح اعتماد 0. 99 معنی دار تشخیص داده شد. نتایج زیرگروه های شدت بارندگی و شیب با استفاده از آزمون دانکن نشان داد که دو نقطه عطف در پاسخ هیدرولوژیکی کرت یکی در فاصله شدت های بارندگی 64 و 80 میلی متر در ساعت و دیگری در فاصله شیب 12 و 25 درصد قابل تشخیص است. به بیان دیگر در شدت بارندگی بیش از حدود 70 میلی متر در ساعت و شیب بیش از حدود 15 درصد، شدت متوسط نفوذ و ضریب متوسط رواناب سطحی به طور معنی دار به ترتیب کمتر و بیشتر شدند. این نتایج بر مدیریت کاربری اراضی از طریق جلوگیری از تبدیل مراتع به دیم زارها به ویژه در شیب های بیش از 15 درصد و مدیریت زراعی و پوشش زمین به ویژه در شدت های بارندگی بالا (بیش از 70 میلی متر در ساعت) تأکید دارد.

فرسایش آبکندی، مشکلی مهم در مدیریت منابع طبیعی و توسعه پایدار بوده که غالباً با پیامدهای زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی همراه است. بنابراین، پژوهش حاضر با هدف بررسی قابلیت مدل بیشینه آنتروپی برای پیش بینی مکانی استعداد وقوع فرسایش آبکندی در حوزه آبخیز کشکان-پل دختر، واقع بین استان های لرستان و ایلام انجام شد. ابتدا بر اساس بررسی های میدانی و با استفاده از دستگاه GPS، نقشه پراکنش فرسایش آبکندی منطقه مورد مطالعه تهیه شد. همچنین، عوامل مؤثر بر فرسایش آبکندی شامل سنگ شناسی، بافت خاک، کاربری اراضی، تراکم زهکشی، فاصله تا جریان های سطحی، شاخص رطوبت توپوگرافی، ارتفاع، درصد شیب، انحنای سطح و فاصله از جاده انتخاب و نقشه آن ها در سامانه اطلاعات جغرافیایی تهیه شد. در مجموع، موقعیت 65 واقعه فرسایش آبکندی ثبت و این پایگاه داده به صورت تصادفی به دو دسته آبکندهای گروه آموزش مدل (45 واقعه) و آبکندهای گروه اعتبار سنجی مدل (20 واقعه) تقسیم شد. پیش بینی استعداد فرسایش آبکندی و تعیین اهمیت عوامل مؤثر بر وقوع آن بر اساس مدل بیشینه آنتروپی در نرم افزار MAXENT انجام گرفت. در نهایت برای اعتبار سنجی نتایج پیش بینی، از منحنی تشخیص عملکرد نسبی (ROC) استفاده شد. نتایج نشان داد که بخش های مرکزی حوزه آبخیز مورد مطالعه دارای استعداد فرسایش آبکندی بالایی هستند. بر اساس نتایج اعتبارسنجی، نقشه مناطق مستعد فرسایش آبکندی حاصل از مدل بیشینه آنتروپی 90. 7 درصد دقت داشت. همچنین، نتایج اثبات نمود که "بافت خاک"، "تراکم زهکشی"، "سنگ شناسی" و "فاصله از جریان" مهمترین عوامل مؤثر در وقوع فرسایش آبکندی منطقه مورد مطالعه بوده که مقدار شاخص اهمیت آن ها به ترتیب 23، 18، 15. 2 و 15. 1 درصد به دست آمد. این درحالی است که عوامل "ارتفاع"، "فاصله از جاده"، "جهت شیب"، "کاربری اراضی"، "شاخص رطوبت توپوگرافی" و "انحنای سطح" تأثیر کمتری در وقوع فرسایش آبکندی منطقه مورد مطالعه داشتند. بنابراین، پیش بینی دقیق استعداد فرسایش آبکندی با استفاده از مدل بیشینه آنتروپی در مطالعه حاضر مورد تأیید قرار گرفت.

حوزه آبخیز زاینده رود با نقش حیاتی در شرب، زیست بوم، کشاورزی، صنعت و توریسم ایران، با مشکلات خشکسالی روبه رو شده است. بررسی وضعیت پراکنش منطقه ای خشکسالی در طی زمان با استفاده از خوشه بندی داده های خشکسالی بر اساس فاصله اقلیدسی ایستگاه ها می تواند یک رویکرد مدیریتی در جهت کاهش اثرات خطر خشکسالی باشد. در این پژوهش، رویکرد تعیین پراکنش مکانی-زمانی خوشه های ویژگی های خشکسالی حوزه آبخیز، برای بیان تغییرات بر اساس بارش شاخص نمایه استاندارد بارش (SPI) ایستگاه ها بر اساس احتمال بارش برای مقیاس زمانی 12 ماهه به کار رفته است. از آن جا که بیشینه پراکندگی مکانی ایستگاه های منطقه و بیشینه بازه زمانی دوره آماری بلندمدت ممکن و موجود با شروع یکسان مدنظر بود، از آمار سری زمانی بارش مربوط به 26 ایستگاه، طی 12 سال به عنوان داده های مرجع استفاده شد. سپس، شاخص SPI 12 ماهه منتهی به دسامبر برای تحلیل های خوشه بندی شاخص SPI آبخیز تهیه شد. در مرحله بعد، 144 داده سری زمانی بارش به چهار گروه خوشه بندی شدند. در ادامه، تحلیل پهنه بندی بر روی خوشه های داده های حاصل صورت گرفت. سپس، رابطه ارتفاع به عنوان یک عامل شکل زمین موثر در خشکسالی با خوشه های شاخص خشکسالی SPI با استفاده از همبستگی متغیرها بررسی شد. بدین صورت که همبستگی SPI با ارتفاع ایستگاه های هر خوشه بررسی و یک عدد حاصل شد. نتایج نشان داد که داده های خشکسالی 12 ماههSPI همبستگی بالا و منفی با داده های ارتفاع دارند. در ادامه، مساحت هر خوشه و نتایج مقایسه شد. همچنین، نتایج نمودار سری زمانی نوسانات شاخص SPI، خشکسالی بسیار شدید در سال های 2008 و 2009 و خشکسالی شدید در سال 2010 و خشکسالی ملایم در سال های 2003، 2005 و 2013 را نشان داد. نتیجتاً، پایش مکانی-زمانی خوشه های شاخص های خشکسالی به عنوان راه کاری در جهت مدیریت اثرات خطر خشکسالی توصیه می شود.

پخش سیلاب یک روش موثر برای افزایش سطح آب های زیرزمینی، برطرف کردن شرایط بحرانی آب های زیرزمینی و مهار سیلاب نعیم آباد فارس به شمار می آید. مهمترین مرحله در انجام موفقیت آمیز تغذیه مصنوعی، انتخاب محل های تغذیه در منطقه مورد پژوهش می باشد. در این پژوهش، از فناوری GIS و روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) استفاده شده است. عوامل نه گانه زمین، شیب، فاصله از جاده، ارتفاع، ضخامت آبرفت، فاصله از آبراهه، نفوذپذیری سطحی، کاربری اراضی و گسل در این پژوهش مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. هر لایه با استفاده از روش AHP اولویت بندی شده و لایه های مختلف تلفیق شده اند. برای اولویت بندی عوامل نه گانه از نرم افزار expect choices استفاده شده است. نتایج نشان داد که 3. 6 درصد از منطقه نعیم آباد بر اساس روش AHP و فناوری GIS برای اجرای پخش سیلاب مناسب می باشد. در این پژوهش، عوامل هیدرولوژی با وزن 0. 687 بیشترین تأثیر را در بین معیارهای اصلی برای تعیین پهنه های مستعد پخش سیلاب را دارند و از میان زیرمعیارهای این معیار اصلی، نفوذپذیری سطحی با وزن 0. 558 بیشترین تأثیر را دارند، همچنین، زیرمعیار کاربری اراضی دارای وزن 0. 701 بوده که بیشترین وزن در بین زیرمعیارها را داشته است و کمترین وزن در بین زیر معیارها به فاصله از جاده با وزن 0. 106 تعلق گرفت که نشان دهنده کمترین تأثیر در مکان یابی مناطق مناسب برای پخش سیلاب می باشد.