اکوهیدرولوژی
سال:1395 | دوره:3 | شماره:1 |تعداد مقالات:11

پژوهش های صورت گرفته در جهان نشان می دهد که تا سال 2050 بیش از 15 درصد مردم جهان، که اغلبشان در خاورمیانه و آفریقا هستند، بحران و کمبود شدید آب را تجربه خواهند کرد. بحران آبی آینده یکی از پتانسیل های مهم بالقوه برای نزاع و چالش های امنیتی بین المللی است که قابلیت تبدیل شدن به بحران بزرگ بین المللی را دارد. ایران به عنوان کشوری با تنش های آبی فراوان و واقع شده در منطقه ی بحرانی خاورمیانه، با دورنمایی نگران کننده روبه رو ست که در صورت نبود مدیریت صحیح و تنظیم سیاست های داخلی و بین المللی مطلوب برای آینده، با بحران های زیست محیطی، سیاسی، اجتماعی، اقتصادی و حتی نظامی امنیتی در داخل و خارج از مرزهای سیاسی مواجه خواهد شد. ابعاد و پیامدهای این بحران می تواند استقلال و تمامیت ارضی کشور را به چالش بکشاند. از این رو، شناخت این پیامدها و چگونگی مدیریت آنها امری ضروری است. دقیق ترین و بهترین راه شناخت رخدادهای آینده، سناریونویسی است که در این پژوهش با تکیه بر پیش ران های اصلی مسئله ی آب در ایران یعنی: 1. افزایش جمعیت؛ 2. تقاضای روز افزون برای مصرف؛ و 3. تغییرات آب و هوایی که این پیش ران ها با تکیه بر روش دلفی و پنل خبرگان استخراج شده است می توان از چهار سناریوی محتمل سخن به میان آورد. این چهار سناریو عبارت اند از: الف) ایران ناامن می شود، تشدید بحران؛ ب) رفع بحران؛ ج) به تعویق افتادن بحران در کوتاه مدت؛ د) به تعویق افتادن بحران در بلندمدت. با فرض گرفتن هر یک از این سناریوها می توان یک نقشه ی راه دقیق و راهبردی برای مدیریت صحیح و مواجهه ی منطقی با بحران آب برای سال های آتی تهیه کرد و در دستور کار سازمان ها و نهادهای متولی قرار داد.

سرزمین ایران در کمربند خشک و بیابانی جهان قرار دارد. چنین موقعیتی در بسیاری از مناطق کشور از جمله دشت قزوین محدودیت هایی را از نظر اقلیم و آب و هوای مناسب و مساعد کشاورزی به وجود آورده است. در بیان پتانسیل توسعه ی کشاورزی و منابع آب و خاک واژه ی تبخیر و تعرق اهمیت شایان توجهی دارد. روش های مختلفی برای تخمین تبخیر و تعرق وجود دارد؛ اما عملکرد این معادلات در شرایط اقلیمی گوناگون متفاوت است. بر این اساس هدف از پژوهش حاضر بررسی روش های مختلف تجربی و ترکیبی تخمین تبخیر و تعرق پتانسیل در دشت قزوین است. در این راستا با توجه به داده های ایستگاه هواشناسی از 28 روش تجربی و ترکیبی در بازه ی زمانی یک ساله به صورت روزانه استفاده شد. با مرجع قرار دادن داده های لایسی متری و تشت تبخیر، معادله های مختلف ارزیابی شدند. نتایج ارزیابی های آماری نشان داد روش تجربی هارگریوز سامانی از گروه دمایی با 87/0 r = و 34/0 RMSE= و 71/0-MBE = میلی متر در روز بهترین روش برای برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل در دشت قزوین است. همچنین در میان روش های بررسی شده ی ضریب تشت، روش اورنگ در مقیاس زمانی روزانه برآورد مناسبی از داده های لایسی متر داشت. از میان روش های مختلف برآورد تبخیر از سطح آزاد آب با نتایج محاسبه شده ی تشت تبخیر به روش ضریب تشت اورنگ، روش پنمن 1948 دارای بیشترین ضریب همبستگی 70/0 و کمترین خطای استاندارد و کمترین میانگین خطای مطلق به ترتیب به مقدار 65/1 و 6-10×63/8 میلی متر در روز و با میانگین تبخیر 18/10 میلی متر در روز به منزله ی روشی مناسب برای محاسبه ی تبخیر از سطح آزاد آب توصیه می شود.

نخستین گام در هر سیستم مدیریت خشکسالی پایش وضعیت و سیر تکاملی خشکسالی است. این تحقیق روشی جدید برای پایش سیر تکاملی و شدت خشکسالی با شاخص خشکسالی ترکیبی مبتنی بر داده های سنجش از دوری (RCDI) ارائه می دهد. شاخص حاضر بر اساس این واقعیت استوار است که خشکسالی پدیده ای طبیعی است که به وسیله ی ترکیبی از فاکتورهای مختلف از قبیل کمبود در مقدار بارش، تدوام بارندگی های کمتر از متوسط در طولانی مدت، دمای بیش از حد نرمال و خصوصیات مربوط به رطوبت خاک ایجاد می شود. سه منبع داده ی استفاده شده در شاخص RCDI شامل داده های بارندگی، دما و پوشش گیاهی است. در تحقیق حاضر، از داده های سنجش از دوری TRMM و MODIS برای تهیه ی داده های مورد نیاز شاخص RCDI در محدوده ی ایران مرکزی به منظور تهیه ی نقشه ی توزیع مکانی خشکسالی طی دوره ی آماری 2001 2004 استفاده شده است. ارزیابی دقت شاخص خشکسالی ترکیبی مبتنی بر داده های ماهواره ای با استفاده از معیارهای ارزیابی R و RMSE در سطح اطمینان 95 درصد و بر اساس مقایسه با مقادیر رطوبت خاک اندازه گیری شده در50 ایستگاه سینوپتیک انجام گرفته است. نتایج به دست آمده از بررسی معیارهای ارزیابی نشان داد که شدت خشکسالی برآورد شده به وسیله ی شاخص RCDI در انطباق با مقادیر رطوبت خاک اندازه گیری شده به طور متوسط ضریب همبستگی معنا دار (61/0) و کمترین خطای برآوردی (98/1) داشته است. از این رو، شاخص خشکسالی RCDI به خوبی می تواند در سیستم های هشدار سریع خشکسالی استفاده شود.

پهنه بندی کیفیت آب سطحی و روند تغییرات آلودگی با استفاده از اندیکاتورهای بیولوژیک تأثیرات زیست محیطی پنهان را بهتر نشان می دهد و تصمیم گیری های مدیریتی با آگاهی بیشتری به کار گرفته می شود. بنابراین، هدف از این مطالعه بررسی ساختار اجتماعات ماکروبنتوزها به عنوان نشانگرهای زیستی آلودگی در رودخانه ی هراز است. نمونه برداری در 5 ایستگاه و طی 12 ماه (در سال 1391) با 3 تکرار در هر ایستگاه انجام گرفت. برای ارزیابی تنوع زیستی ماکروبنتوزهای منطقه ی مطالعه شده از شاخص سیمپسون استفاده شد که میانگین این پارامتر 25/0 است. به منظور پی بردن به وضعیت اکولوژی منطقه از میزان آلودگی آلی از شاخص HFBI استفاده شد. 2 شاخه، 3 رده، 11 راسته و 16 خانواده از ماکروزئوبنتوزها شناسایی شدند. بیشترین شاخص سیمپسون در ایستگاه شاهد و کمترین در ایستگاه سرخ رود بوده است. روند تغییرات HFBI به سمت ایستگاه های پایین دست در حال افزایش بوده است. کیفیت آب در بالا دست از شاخص 26/4 شامل مقداری آلودگی آلی و در سطح خوب ارزیابی می شود. در پایان مسیر خود به شاخص 26/7 شامل آلودگی آلی شدید و در سطح بسیار ضعیف ارزیابی می شود. پس از بررسی شاخص هیلسنهوف و دیگر شاخص به این نتیجه رسیدیم که میانگین شاخص HFBI دوره ی تحقیق، کیفیت آب رودخانه ی هراز 72/5 را در کلاسه ی کیفی متوسط با آلودگی آلی در حد نسبتاً قابل تشخیص بیان شده است.

یک نیاز حیاتی برای مدیریت رودخانه، درک و پیش بینی فرسایش کناره ای است. بیشتر مدل های موجود؛ فرسایش کناره ای را به طور صریح بررسی نمی کنند. مدل BSTEM از پرکاربرد ترین مدل های استفاده شده در بسیاری از پروژه های مهندسی رودخانه در دنیا ست. داده های مورد نیاز برای این مدل مختص به نیروهای کمی محرک و مقاوم کننده ی کناره ی رودخانه است که فرایندهای هیدرولیک و ژئوتکنیک را که روی بانک وارد می شود کنترل می کنند. داده های مورد نیاز شامل داده های ژئومتری، هیدرولیکی و ژئوتکنیکی است. این داده ها با نمونه برداری، اندازه گیری میدانی و بررسی آزمایشگاهی به دست آمدند. نتایج مدل سازی در مقاطع بررسی شده نشان داد که در مقایسه ی بین مقاطع دارای پوشش و فاقد پوشش تفاوت شایان توجهی از نظر پایداری مشاهده شده است. میزان ضریب ایمنی در مقاطع فاقد پوشش کمتر از 1 بوده است که بیانگر ناپایداری کناره ی رودخانه در این مقاطع است. در میان مقاطع دارای پوشش تنها مقطع 3 در رگبار 4 ضریب ایمنی کمتر از 1 داشته است که از لحاظ میزان پایداری، ناپایدار بوده است. مقایسه ی مقاطع بررسی شده از نظر فاکتور ایمنی نشان داده اند که ناپایدارترین بازه ها به ترتیب مقاطع 5، 6، 8، 7، 3، 1، 4 و 2 بوده است. در مقایسه ی رگبارهای مختلف نیز به ترتیب رگبارهای 4، 2، 1 و 3 بیشترین تأثیر را روی ناپایداری مقاطع نشان داده اند. نتایج آنالیز حساسیت مدل نسبت به پارامترهای ورودی نشان داد که فاکتور ایمنی بیشترین میزان حساسیت را نسبت به ارتفاع جریان، تراز آب و چسبندگی بین ذرات به ترتیب با ضریب تغییرات 55، 17 و 10 درصد داشته است.

یکی از ارکان اساسی مدیریت آب و افزایش بهره وری کشاورزی، استفاده ی بهینه از منابع موجود است. با توجه به تقاضای در حال افزایش محصولات کشاورزی، افزایش بهره وری از منابع کمیاب، ضرورتی انکار ناپذیر است. بهره برداری مطلوب از این منابع، افزون بر تأمین تقاضای جامعه به عنوان یک هدف کلان، می تواند افزایش درآمد بهره برداران را نیز به دنبال داشته باشد. یکی از راهکارهای مناسب برای افزایش بهره وری در بخش کشاورزی، اصلاح الگوی کشت محصولات با توجه به پارامترهای مختلف است. در این تحقیق ابتدا با استفاده از معیارهای اقتصادی، نیاز آبی و دوره ی رشد محصولات، در مدل تصمیم گیری چند معیاره ی TOPSIS، محصولات بهینه انتخاب شده اند. همچنین با ترکیب این نتایج با پارامترهای میزان آب موجود و زمان مشترک دوره ی رشد محصولات، با استفاده از الگوریتم ژنتیک، مساحت بهینه ی کشت تخصیص داده شده به هر محصول مشخص شده است. در ادامه با استفاده از قابلیت های مکانی GIS و پارامترهای مکانی مختلف و ترکیب با اطلاعات بهینه شده، نقشه ی الگوی بهینه ی کشت محصولات تهیه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با استفاده از مدل های استفاده شده و قابلیت های GIS، می توان به الگوی کشت مناسب دست یافت و به طور متوسط حدود 25 درصد افزایش بهره وری و استفاده از منابع موجود داشت.

فرسایش آبکندی با توجه به تخریب شدید اراضی در مناطق خشک و نیمه خشک، یک مشکل بزرگ در مدیریت منابع طبیعی و حفاظت خاک محسوب می شود. بنابراین، تعیین مناطق مستعد فرسایش آبکندی و شناسایی عوامل مؤثر بر آن می تواند به مدیران و تصمیم گیران کمک کند تا خطر وقوع این فرسایش را کاهش دهند. هدف تحقیق حاضر پیش بینی وقوع فرسایش های آبکندی منطقه ی سیمره ی استان لرستان براساس مدل عامل قطعیت و تعیین اهمیت هریک از عوامل محیطی مؤثر بر آن است. در ابتدا نقشه ی رستری متغیرهای مؤثر بر فرسایش آبکندی (ارتفاع، درجه ی شیب، جهت شیب، فاصله از رودخانه، شاخص رطوبت توپوگرافی، شاخص توان جریان، کاربری اراضی، خاک شناسی و سنگ شناسی) در قالب پایگاه داده و سامانه ی اطلاعات جغرافیایی ساخته شد. براساس مطالعات میدانی، 100 موقعیت فرسایش آبکندی ثبت و به صورت تصادفی دو گروه آموزش مدل (70 درصد آبکند ها) و اعتبارسنجی مدل (30 درصد آبکند ها) تقسیم شد. پس از محاسبه ی شاخص های CF و Z مدل عامل قطعیت و واسنجی مدل، نقشه ی پیش بینی مناطق مستعد فرسایش آبکندی با استفاده از نرم افزارهای ArcGIS10. 2 تهیه شد. نقشه ی نهایی براساس روش منحنی مشخصه ی عامل گیرنده (ROC) و داده های آبکندی گروه اعتبارسنجی، ارزیابی و اعتبارسنجی شد. نتایج اعتبارسنجی نقشه ی پیش بینی مناطق مستعد فرسایش آبکندی نشان داد که دقت مدل عامل قطعیت6/85 درصد است. بنابراین، کارایی مدل عامل قطعیت برای پیش بینی مناطق مستعد وقوع فرسایش آبکندی تأیید شد. علاوه بر آن، نتایج آنالیز حساسیت مدل نشان داد که متغیرهای خاک شناسی، سنگ شناسی و شیب زمین بیشترین تأثیر را بر دقت پیش بینی وقوع فرسایش آبکندی دارند.

الگوهای پیوند از دور جزء سازندگان کلان اقلیم در مقیاس های منطقه ای و جهانی هستند. شناخت الگوهای پیوند از دور مؤثر بر بارش حوضه ی آبی کارون بزرگ؛ هدف این پژوهش است. بدین منظور داده های بارش فصلی ایستگاه های موجود در حوضه طی دوره ی آماری (1956 2012) و 12 الگوی پیوند از دور بررسی شده اند. روش انجام کارِ تحلیلِ داده ها با تکنیک های آماری همبستگی و تحلیل مؤلفه های اصلی است. جایگاه نخست در این حوضه با 7/49 درصد بارش در فصل زمستان، فصل پاییز با 9/34 درصد در جایگاه دوم و فصل بهار با 9/14 درصد در جایگاه سوم قرار دارد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که بارش های پاییزه بیشتر از الگوهای نوسانات جنوبی NINO4، NINO1+2، NINO3. 4 و SOI تأثیر می پذیرند. مقادیر منفی ضریب همبستگی بین بارش فصل پاییز و شاخص SOI و واریانس تبیینی بیش از 77 درصد این شاخص نشانگر آن است که میزان بارش های پاییزه تحت تأثیر النینو قرار دارند. تحلیل بارش های زمستانه و بهاره نیز بیانگر تأثیر شاخص الگوی اسکاندیناوی در فاز مثبت (SCAN+) بر بارش ها در این دو فصل است. این شاخص به دلیل استقرار در محدوده ی جغرافیایی اقلیمی سامانه هایی مانند پرفشار دریای سیاه، جبهه ی قطبی و بادهای غربی تا 68 درصد از تغییرات فصل سرد سال را تبیین می کند. بارش های تابستانه ی حوضه عمدتاً تابع عوامل محلی هستند و پدیده های پیوند از دور در آن مؤثر نیستند.

در این تحقیق مدل LAPSUS به عنوان یک مدل برآورد رواناب و فرسایش و رسوب برای نخستین بار در ایران در حوضه ی زوجی کاخک شهرستان گناباد معرفی و اجرا شده است. مدل LAPSUS یک مدل تغییر چشم انداز است که قادر به محاسبه ی حجم رواناب، فرسایش و رسوب طی چهار مرحله محاسبه ی بارش مؤثر، روندیابی جریان سطحی، محاسبه ی ظرفیت حمل رسوب و محاسبه ی میزان حمل رسوب است. ورودی های این مدل شامل مدل رقومی ارتفاع، مقدار بارش، ضریب رواناب، عامل همگرایی، ضرایب ویژه ی دبی و شیب و عامل فرسایندگی و ته نشست است. نتایج نشان داد مدل LAPSUS قادر است حجم رواناب و فرسایش و رسوب روندیابی شده از وقایع را به صورت نقشه های رواناب و فرسایش و رسوب با فرمت رستری به خوبی نمایش دهد. نتایج اعتبارسنجی نیز نشان داد مقدار RMSE نرمال شده برای مقادیر رواناب 5/3 درصد و برای فرسایش 6/2 درصد است. همچنین ضریب تبیین برای داده های رواناب 99 درصد و برای داده های فرسایش 97 درصد است. بر این اساس با توجه به ورودی های در دسترس و محدود، این مدل می تواند به عنوان یک مدل برآورد رواناب، فرسایش و رسوب برای ایران معرفی شود.

برای نیازهای شرب، کشاورزی و صنعت در بیشتر شهرهای ایران از مخازن سدهای در حال بهره برداری استفاده می شود که به دلیل فقدان قانون بهره برداری مناسب و یا متوازن نبودن میزان تقاضا و حجم مخزن، استفاده ی مؤثر از آب ذخیره شده در مخازن صورت نمی گیرد. جریان های آب طبیعی از پدیده های تصادفی است و تصمیم گیری در رابطه با ذخیره و مصرف آن ها باید در فرایندهای چندمرحله ای و با در نظر گرفتن عوامل مؤثر بر افزایش راندمان مصرف، تحلیل شوند. در این پژوهش میزان ذخیره سازی و همچنین بیشینه ی برداشت مطمئن از سد قشلاق واقع در استان کردستان با استفاده از مدل های برنامه ریزی خطی و پویا و برای دوره ی کوتاه یک ساله تعیین شد. این مدل ها با هدف بهینه سازی عملکرد ماهانه ی سد قشلاق که تأمین کننده ی آب شرب شهر سنندج است، اجرا شدند. نتایج نشان داد که توزیع لاگ نرمال دو پارامتری با کمترین خطا می تواند توزیع مقادیر جریان های ماهانه ی ورودی به مخزن را توصیف کند که براساس این مدل مقادیر جریان های ورودی به مخزن با احتمال وقوع 95، 90، 80، 70 و 50 درصد در هر ماه محاسبه شد. دوره های خشک سالی به دست آمده از داده های بارش و نیز داده های جریان ورودی به سد با یکدیگر مطابقت داشت و دوره ی بحرانی 51 ماهه ی خشک سالی برای مدل سازی انتخاب شد. نتایج به دست آمده از بهینه سازی بیشینه ی برداشت و همچنین ذخیره ی مخزن نشان داد که مقادیر به دست آمده از برنامه ریزی خطی در مقایسه با برنامه ریزی پویا تطابق بیشتری با واقعیت دارد.

به منظور ارزیابی گونه های گیاهان آبزی به عنوان موجودات شاخص در پایش اکوسیستم های آبی، هدف از انجام این مطالعه تعیین میزان تجمع فلزات سنگین روی، مس، کادمیوم و سرب در رسوبات، ریشه، ساقه و برگ گیاهان آبزی Phragmites australis، Myriophyllum spicatum وperfoliatus Potamogeton 2 ایستگاه شمالی و جنوبی رودخانه ی دز است. از هر ایستگاه 3 نمونه رسوب سطحی (تا عمق10 سانتی متر) به وزن حدود 700 گرم برداشته و نمونه برداری از اندام های مختلف گیاهان انجام شد. برای سنجش فلزات سنگین از دستگاه جذب اتمی مدل (Perkin Elmer4100) استفاده شد و به منظور حصول اطمینان از درستی نتایج به دست آمده برای داده های بافت گیاهان از ماده ی مرجع 3-DORM استفاده شد. نتایج نشان داد که فلز روی و کادمیوم به ترتیب بیشترین و کمترین تجمع را در رسوب ایستگاه های مطالعه شده داشته و میزان آنها از 33/55 ± 67/270 تا 22/50 ± 33/240 و 09/0 ± 10/1 تا 06/0 ± 60/1 میلی گرم بر کیلوگرم وزن خشک متغیر بود. الگوی تجمع فلزات مطالعه شده به ترتیب روی> مس> سرب> کادمیوم بود. در گیاه حاشیه ای نی بیشترین تجمع فلز روی در ریشه 22/60± 45/300، برای گیاه غوطه ور مریوفایلوم در ساقه 66/20± 43/104 و پوتاموژتون در برگ 44/21 ± 35/122میلی گرم بر کیلوگرم وزن خشک مشاهده شد. نتایج بیانگر این نکته بود که هر سه گیاه پتانسیل جذب فلزات سنگین را داشتند و برای هر عنصر انتخابی عمل کردند و می توان از آنها برای پایش محیط استفاده کرد.