اکوهیدرولوژی
سال:1395 | دوره:3 | شماره:2 |تعداد مقالات:12

کیفیت آب در هر محل منعکس کننده ی اثر عوامل مختلف مانند زمین شناسی، اقلیم و منابع آلاینده ی انسانی است و پایش کیفیت منابع آب اغلب موجب تولید داده های پیچیده ای می شود که حاوی اطلاعات غنی درباره ی رفتار منابع آب هستند و نیاز به روش های مناسبی برای تحلیل و تفسیر دارند. در این مطالعه ارزیابی هیدروژئوشیمیایی منابع آب حوضه ی آبخیز هیو انجام شده است که در غرب شهر هشتگرد قرار دارد. به منظور اندازه گیری کاتیون ها و آنیون های اصلی، در سال های 1393و 1394 از منابع آب سطحی این حوضه نمونه برداری شد و در مجموع 12 نمونه آب جمع آوری و بررسی شده است. کیفیت آب براساس نمودار ویلکوکس برای نمونه های آب در رده ی C2S1 قرار گرفت که به منظور کشاورزی مناسب است. با توجه به نمودار شولر که به منظور تعیین کیفیت کلی آب برای شرب به کار می رود، آب منطقه در رده ی قابل قبول قرار گرفته است و با مقایسه ی نتایج به دست آمده با استانداردهای ایران و جهان، مصرف آن از لحاظ شرب بدون مانع است. با توجه به نمودار پایپر که نشان دهنده ی تیپ هیدروشیمیایی آب است، مشخص شد که منابع آب سطحی حوضه ی آبخیز هیو در رده ی CaSO4 (انیدریت) است که نشان دهنده ی وجود سنگ های تبخیری در این منطقه و CaHCO3 که بیانگر آب های سخت است.

از آنجا که در زمینه ی وضعیت پراکنش عناصر سنگین در آب های زیرزمینی دشت ملکان اطلاعاتی وجود ندارد، این مطالعه با هدف بررسی فلزات سنگین، به خصوص آرسنیک در آب زیرزمینی و تعیین عوامل مهم بر آنومالی آرسنیک این دشت انجام پذیرفت. به همین منظور، نمونه برداری از منابع آب زیرزمینی انجام شد و آنالیزهای هیدروشیمیایی در آزمایشگاه آب شناسی دانشگاه تبریز انجام شد. همچنین برخی عناصر سنگین از قبیل آهن، آلومینیوم، منگنز، آرسنیک و کروم با روش جذب اتمی کوره گرافیتی در آزمایشگاه کنترل کیفی آب فاضلاب تبریز اندازه گیری شدند. در مطالعه ی حاضر روش Random Forest (RF) که یک روش یادگیری مبتنی بر دسته ای از درخت های تصمیم است، برای ارزیابی احتمال آلودگی آرسنیک پیشنهاد شده که تا کنون در این زمینه استفاده نشده است. روش RF نسبت به روش های دیگر مزایایی مانند دقت پیش بینی زیاد، توانایی در یادگیری روابط غیر خطی، توانایی زیاد در تعیین متغیرهای مهم در پیش بینی و ماهیت غیر پارامتری دارد. بر اساس پیش بینی مدل RF، مقدار قابلیت انتقال، نیترات، هدایت هیدرولیکی و وجود شهرها به عنوان تأثیر گذارترین پارامترها در وجود آنومالی آرسنیک شناخته شدند. وجود همبستگی زیاد بین مقادیر نیترات و آرسنیک، به منشأ انسان زاد آنومالی آرسنیک، به خصوص به دلیل نبود شبکه ی فاضلاب ارتباط پیدا می کند. همچنین آلودگی قسمت جنوب شرقی آبخوان را می توان به منشأ زمین زاد ناشی از سولفیدهای آرسنیک درون شکستگی های موجود در مارن های میوسن ربط داد. بر اساس نقشه ی به دست آمده از مدل، 13درصد از وسعت منطقه ی مطالعه شده در محدوده ی آسیب پذیری یا احتمال آلودگی بسیارکم، 53 درصد در محدوده ی آسیب پذیری کم، 21 درصد در محدوده ی آسیب پذیری متوسط، 5/11 درصد در محدوده ی آسیب پذیری زیاد و 5/1 درصد در محدوده ی آسیب پذیری بسیارزیاد نسبت آرسنیک قرار می گیرد.

از بحث های مهم در آب های زیرزمینی، آلودگی آب ناشی از فلزات سنگین است. فلزات سنگین با توجه به ثبات شیمیایی، تجزیه پذیری ضعیف و داشتن قدرت تجمع زیستی در بدن موجودات زنده، به سرعت به آلاینده های سمی تبدیل می شوند. با توجه به آلودگی روزافزون منابع آب قابل بهره برداری و اهمیت پایش مداوم آنها، در این تحقیق غلظت آلومینیوم، آهن، منگنز، کادمیوم و کروم منابع آب زیرزمینی دشت اشنویه و تعیین اندیس اشباع برای آلومینیوم، آهن و منگنز ارزیابی شد. از این رو، در تحقیق حاضر از 15 نمونه آب انتخابی دشت در شهریور 1394 با توزیع یکنواخت نمونه برداری شد، سپس نمونه ها توسط دستگاه جذب اتمی آنالیز شدند. نتایج با استفاده از نرم افزار GIS Arc و در مقایسه با مقادیر استاندارد سازمان بهداشت جهانی ترسیم شد. با استفاده از نرم افزار (PHREEQC) اندیس اشباع نمونه ها محاسبه شد. بررسی ها نشان داد 33/33 درصد از نمونه ها غلظت آلومینیوم بیشتر از حد مجاز سازمان بهداشت جهانی را دارند و در بقیه ی غلظت فلزات کمتر از غلظت استاندارد هستند. غیر از آلومینیوم آلودگی دشت به فلزات سنگین در مرز خطر نیست، ولی به علت عمق کم آب زیرزمینی و فعالیت های شدید کشاورزی به طور قطع در دراز مدت خطرات زیست محیطی زیادی در پی خواهد داشت. بنابراین، باید درباره ی پساب های صنعتی، استفاده از سموم کشاورزی و آب برگشتی کشاورزی اقدامات کنترلی صورت گیرد. توسعه ی صنعتی منطقه باید با در نظر گرفتن خطرات احتمالی ناشی از آلودگی فلزات سنگین با برنامه های کنترلی و پایش مستمر آب های زیرزمینی صورت پذیرد.

تغییر اقلیم یکی از عوامل مهمی است که بخش های مختلف زندگی انسان روی کره ی زمین را تحت تأثیر قرار خواهد داد و تأثیرات زیان باری بر منابع زیست محیطی، اقتصادی اجتماعی و به ویژه منابع آب، با تغییر در بارندگی، مقدار و زمان وقوع رواناب خواهد داشت. یکی از راهکارهای کاهش تأثیرات ناشی از تغییر اقلیم، ارزیابی تأثیرات آن بر بارندگی، دما و رواناب در هر منطقه است. در این تحقیق عدم قطعیت تأثیرات ناشی از تغییر اقلیم بر دما، بارندگی و رواناب در حوضه ی آبخیز سد اکباتان با استفاده از مقایسه ی مدل های HadCM3 MPEH5, وIPCM4 تحت دو سناریوی A2 و B1 برای دوره ی 2045-2065 ارزیابی شده است. بنابراین، ابتدا کارایی مدل LARS-WG برای ریزمقیاس نمایی متغیرهای بارش و دما تعیین و سپس مدل هیدرولوژیکی IHACRES به منظور شبیه سازی رواناب بررسی شد. در نهایت، اطلاعات ماهانه ی بارندگی، دما و رواناب برای دوره ی 2045 2065 نسبت به دوره ی پایه ی 1983 2010 بررسی شدند. نتایج نشان می د هد میزان دمای متوسط سالانه ی دوره ی 2045 2065 طبق سناریوی A2، 12/2 و B1، 12/1 درجه ی سانتی گراد افزایش و میزان بارندگی طبق سناریوی A2، 1/6-و B1، 4/1-درصد کاهش می یابد. همچنین طبق سناریوی A2 میزان رواناب 2/17-درصد و B1، 19/4-درصد کاهش می یابد. با در نظر گرفتن عدم قطعیت مدل های اقلیمی تحت دو سناریوی A2 و B1 مقدار دما ی حوضه افزایش و بارندگی کاهش می یابد و این تغییرات تأثیرات منفی زیادی بر رواناب حوضه خواهد داشت.

هدف مطالعه ی حاضر بررسی میزان تغییرات دبی دو رودخانه ی شاهرود و قزل اوزن در راستای تولید پایدار برنج در استان گیلان است. برای رسیدن به این هدف از 4 آزمون تحلیل روند شامل سن، من کندال، رگرسیون خطی و اس‍ پیرمن استفاده شد. برای انجام این تحقیق از داده های دبی رودخانه به ترتیب 49 و 37 ساله ی رودخانه های قزل اوزن و شاهرود استفاده شد. نتایج به دست آمده از همه ی آزمون ها در دوره های فصلی و سالانه مشابه بود. نتایج همه ی آزمون ها کاهش معنادار دبی رودخانه های قزل اوزن و شاهرود را نشان داد. همچنین برای دوره های ماهیانه از دو آزمون من کندال و اسپیرمن استفاده شد که در این دوره نیز هر دو آزمون نتایج مشابهی نشان دادند که بیانگر کاهش دبی در طول دوره بود. در هر دو رودخانه در طول دوره به طور سالیانه میزان دبی از سال نخست تا سال آخر بررسی شده به میزان 60 درصد کاهش داشته است. ‍ در این مطالعه تغییرات بارندگی و دمایی در استان نیز بررسی شد و نتایج نشان داد میزان بارندگی به طور معناداری کاهش و میزان دما افزایش یافته است. از نتایج این پژوهش می توان در پیش بینی خشکسالی های آتی، برنامه ریزی آبیاری و مدیریت به هم پیوسته ی منابع آب منطقه استفاده کرد.

خشکسالی به عنوان پدیده ا ی اقلیمی تحت تأثیر عوامل گوناگونی است؛ یکی از نمادهای مهم وقوع خشکسالی کاهش میزان بارندگی است. ارزیابی و پایش خشکسالی اهمیت زیادی در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب دارد. با توجه به شرایط اخیر در حوضه ی آبریز دریاچه ی ارومیه و روند خشک شدن بی سابقه ی آن، ارزیابی خشکسالی در این منطقه در حال حاضر ضرورتی انکار ناپذیر به حساب می آید. بدین منظور در تحقیق حاضر با جمع آوری داده های 11 ایستگاه باران سنجی در دشت های مراغه و تبریز در شرق حوضه ی آبریز دریاچه ی ارومیه، به ارزیابی خشکسالی با استفاده از شاخص استاندارد بارش SPI در مقیاس های زمانی 9، 12 و 24 ماهه اقدام شد. سپس، خشکسالی ها با مدل عصبی فازی تطبیقی تخمین زده شد. نتایج این پژوهش نشان داد شدیدترین خشکسالی با شدت 07/4-در ایستگاه بناب در مقیاس زمانی 9 ماهه و در مهر ماه 1363 رخ داده است. طولانی ترین دوره ی خشکسالی در ایستگاه های هروی، سعیدآباد و مراغه و کوتاه ترین دوره ی خشکسالی در ایستگاه های زینجاب، تبریز و لیقوان با کمترین شدت ها رخ دادند. نتایج تخمین خشکسالی ها با مدل عصبی فازی تطبیقی نشان داد مدل ANFIS توانایی مطلوبی در برآورد شاخص خشکسالی در منطقه دارد و بیشترین ضریب تبیین در ایستگاه مراغه (829/0 = r2) برای مقیاس زمانی 24 ماهه و کمترین ضریب تبیین در ایستگاه سعیدآباد (480/0 = r2) برای مقیاس زمانی 9 ماهه با استفاده از مدل ANFIS به دست آمد. نتایج پژوهش نشان داد مدل سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی در تخمین خشکسالی در مقیاس زمانی طولانی مدت دقت زیادی داشته است.

هدف از این تحقیق پهنه بندی خطر فرسایش خندقی با استفاده از مدل دمپستر شفر در حوضه ی آبخیز قرناوه ی استان گلستان است. بدین منظور ابتدا نقشه ی پراکنش پهنه ای خندق های (متغیر وابسته) حوضه ی آبخیز قرناوه با استفاده از بازدید های میدانی و تصاویر ماهواره ای با مقیاس 1: 200000 در محیط ArcGIS تهیه شد. 70 درصد از کل پهنه های خندقی برای تهیه ی نقشه ی پهنه بندی خطر و 30 درصد آن برای اعتبارسنجی مدل در نظر گرفته شد. در گام بعدی 7 لایه ی اطلاعاتی درصد شیب، جهت شیب، انحنای سطح، سنگ شناسی، کاربری اراضی، فاصله از رودخانه، و فاصله از جاده به عنوان عوامل مؤثر (متغیر مستقل) بر ایجاد فرسایش خندقی انتخاب و در نرم افزار ArcGIS رقومی شد. از ترکیب متغیرهای مستقل با متغیر وابسته، مقدار تراکم خندق در هر کلاس عامل محاسبه و نرخ دهی طبقات براساس روابط موجود در مدل دمپستر شفر صورت گرفت. در نهایت، با جمع جبری نقشه های وزنی به دست آمده نقشه ی پهنه بندی خطر فرسایش خندقی به دست آمد. نتایج طبقه بندی مدل نشان داد از کل پهنه های خندقی در نظر گرفته شده برای مرحله ی اعتبارسنجی مدل در حوضه ی آبخیز قرناوه 06/68 درصد در طبقه ی خطر زیاد و بسیارزیاد قرار می گیرند. همچنین نتایج اعتبارسنجی مدل با استفاده از منحنی مشخصه ی عملکرد نسبی و سطح زیر منحنی آن نشان داد مدل دمپستر شفر با دقت 1/96 درصد و انحراف معیار 003/0 برای پهنه بندی خطر فرسایش خندقی منطقه ی مطالعه شده مناسب است.

انتشار روز افزون گازهای گلخانه ای، موجب گرم تر شدن کره ی زمین می شود. پدیده ی گرمایش جهانی و تغییر اقلیم به دست آمده از آن، تأثیرات شایان توجهی بر سامانه های مختلف نظیر منابع آب، کشاورزی و محیط زیست دارد. در این تحقیق اثر تغییر اقلیم بر بیلان و نوسانات آبخوان تحت دو سناریوی مختلف بهره برداری از چاه ها بررسی شد. بدین منظور از نرم افزار GMS برای شبیه سازی تغییرات سطح آب زیرزمینی دشت شهرکرد تحت تأثیر تغییر اقلیم در دوره ی 2015 2029 استفاده شده است. مدل تهیه شده، در دو حالت ماندگار و غیرماندگار واسنجی و صحت سنجی شد. سپس از خروجی مدل HadCM3-A2 برای تولید دما و بارش منطقه در دوره ی 2015 2029 استفاده و این داده ها به وسیله ی نرم افزار LARS-WG برای منطقه ی مطالعاتی ریزمقیاس شدند. به منظور برنامه ریزی بهتر برای آبخوان مطالعه شده، دو سناریوی ادامه ی بهره برداری با 10 و 20 درصد افزایش در دوره ی 2015 2029 در نظر گرفته شد. مطابق نتایج به دست آمده بارندگی سالانه در منطقه ی مطالعه شده در دوره ی 2015 2029 به طور متوسط 12 درصد افزایش و دمای سالانه به طور متوسط 4/0 درجه ی سلسیوس افزایش می یابد. همچنین بر اثر افزایش بهره برداری از چاه ها در دوره ی آتی به میزان 10 و 20 درصد تحت تأثیر تغییر اقلیم، ذخیره ی آبخوان به ترتیب به مقدار 3/6 و 94/10 میلیون متر مکعب کاهش می یابد.

در بیشتر شهرهای ایران برای تأمین نیازهای شرب، کشاورزی و صنعتی از مخازن سدهای در حال بهره برداری استفاده می شود، اما به دلیل نبود قانون بهره برداری مناسب یا متوازن نبودن میزان تقاضا و حجم مخزن (از زمان ساخت تا کنون)، باید دستورات بهره برداری مناسب برحسب شرایط موجود تغییر یابد. بررسی عملکرد حجم ذخیره ی مخزن سد قشلاق از نظر بیشترین برداشت بهینه ی مطمئن برای مصرف کشاورزی و با فرض تأمین 100 درصد آب شرب و تعیین میزان حجم ذخیره، هدف مطالعه ی حاضر است. برای این منظور از روش برنامه ریزی خطی در محیط متلب استفاده شد. دوره ی بحرانی 51 ماه به روش هربست به دست آمد و براساس آن مقدار بهینه ی آب آزاد شده برای تأمین آب کشاورزی در دوره ی آماری (مهر 1366 تا شهریور 1391) 334/1 میلیون مترمکعب به دست آمد. با مقایسه ی پتانسیل مصرفی کشاورزی منطقه و میزان برداشت بهینه ی محاسبه شده مشخص شد که فقط 60 درصد از نیازها برآورده شده و این مقدار نیاز آبیاری ماه های تیر (2/2 میلیون مترمکعب)، مرداد (47/2 میلیون مترمکعب) و شهریور (29/2 میلیون مترمکعب) را تأمین نکرده است. ضریب همبستگی بین مقادیر حجم ذخیره ی ماهانه ی به دست آمده از بهینه سازی و حجم ذخیره ی ماهانه ی واقعی در مخزن 84/0 به دست آمد. نتایج نشان داد بیشترین ذخیره ی ماندگاری در حجم 162 میلیون مترمکعب (که برابر 4/3 حجم مخزن است) با احتمال (50 درصد) رخ می دهد. همچنین از برازش توزیع های آماری بر مقادیر سرریزها طی دوره ی آماری مشخص شد که بهترین توزیع با کمترین خطا، توزیع گامبل است. به طور کلی، نتایج بهینه سازی نشان داد به کارگیری برنامه ریزی خطی می تواند کاربران را در استفاده ی بهینه از منابع آبی برای مصارف کشاورزی و صنعتی کمک کند.

از میان تجربیات مدیریتی شناخته شده برای صیانت از منابع زیستی کمیاب، «پرداخت بهای خدمات اکوسیستمی (PES)»، یکی از ابزارهای سیاستی اثربخش در مدیریت چنین منابعی است و استفاده از آن با اقبالی فزاینده در دنیا روبه رو شده است. به همین دلیل در تحقیق حاضر با تبیین نقش این گونه ابزار سیاستی در تشویق کشاورزان به اصلاح سیستم آبیاری به منظور کاهش فشار به منابع آبی حوضه ی آبخیز سیمینه رود، ارزیابی فنی و اقتصادی اجرای آن انجام شده است. براساس نتایج به دست آمده طرح تشویق کشاورزان به تغییر روش های مرسوم آبیاری در اراضی زراعی تحت تملک خود نخست مقبولیت بسیار زیادی در بین بهره برداران حوضه دارد و 45/91 درصد از بهره برداران، تمایل خود را به استفاده از روش آبیاری تحت فشار ابراز کرده اند. دوم اینکه از نظر فنی و اقتصادی، اجرای چنین طرحی نسبت منفعت به هزینه ای معادل 98/3 دارد و امکان کاهش تقاضای سالانه ای حدود 283 میلیون مترمکعب از منابع آب سیمینه رود برای انجام فعالیت های کشاورزی در اختیار می گذارد. بنابراین، تعمیم برنامه ی تغییر در سیستم آبیاری به تمام زیرحوضه های دریاچه ی ارومیه کارایی بسیار زیادی دارد و می تواند میزان عرضه ی آب مورد نیاز برای اقدامات احیائی دریاچه را به مقدار شایان توجهی افزایش دهد.

تحلیل منطقه ای از مهم ترین روش های برآورد دبی جریان های حداقل در مناطق فاقد آمار است. بررسی ارتباط متغیرهای مؤثر بر خشکسالی هیدرولوژیکی به عنوان مهم ترین راهکار در مقابله و کاهش خسارت های ناشی از آن مطرح است. در این پژوهش از داده های 25 ساله ی 20 ایستگاه آب سنجی واقع در حوضه ی آبخیز کشف رود برای تحلیل جریان های حداقل استفاده شده است. حداقل جریان ایستگاه ها با تداوم های 7 و 15 روزه محاسبه شد و با استفاده از تحلیل فراوانی توزیع آماری لوگ پیرسون تیپ 3 مناسب ترین توزیع تشخیص داده شد. سپس، جریان های حداقل با دوره ی بازگشت های 2، 5، 10، 25، 50 و 100 ساله محاسبه شد. پس از محاسبه ی ویژگی های فیزیکی حوضه های مورد تحقیق با استفاده از تحلیل عاملی، در دو مرحله مؤثرترین پارامترها در تخمین جریان های حداقل شناسایی شدند. سپس با استفاده از تحلیل خوشه ای حوضه های موجود به دو منطقه ی همگن تقسیم و با استفاده از روش رگرسیون چند متغیره ی خطی مدل های منطقه ای استخراج شد. نتایج نشان داد عوامل اول و دوم به ترتیب 1/66 و 2/24 درصد واریانس ها را بیان می کنند. مساحت، شیب متوسط و تراکم زهکشی حوضه ی آبخیز مهم ترین پارامترها در برآورد شاخص های جریان حداقل هستند و به ترتیب در 100، 79 و 79 درصد معادلات معنا دار رگرسیونی در مناطق همگن A و B دخالت دارند. همچنین مدل های ارائه شده برای مناطق همگن در مقایسه با مدل های کل منطقه، با توجه ضریب تبیین بالا و خطای استاندارد کمتر دقت بیشتری دارند.

جمع آوری رواناب برای به حداقل رساندن تلفات و تقویت ذخایر آبی در حوضه های آبخیز استفاده می شود. کشورهایی که مانند برخی مناطق ایران کمبود آب دارند، با توزیع نامناسب بارندگی مواجه اند. با گسترش مصرف منابع آبی، استفاده ی اصولی از رواناب به دست آمده از بارش می تواند در جهت رفع مشکل کمبود آب مؤثر واقع شود. به منظور برآورد رواناب در حوضه های آبخیز روش های تجربی و مدل های ریاضی مختلفی وجود دارد. یکی از این مدل ها، مدل شماره ی منحنی (NRCS-CN) است که در تحقیق حاضر اساس تولید نقشه ی ارتفاع رواناب است. هدف از این تحقیق شناسایی مناطق دارای پتانسیل جمع آوری آب باران (برای تغذیه ی مصنوعی آبخوان به روش حوضچه ی تغذیه و ذخیره ی سطحی به روش بانکت بندی و تراس بندی) در حوضه ی آبخیز سراب صید علی به روش (NRCS-CN) و DSS است. به این صورت که در محیط نرم افزار GIS بعد از تهیه ی نقشه ی رواناب، از 6 لایه ی اطلاعاتی دیگر شامل زمین شناسی، گسل، تراکم آبراهه ها، کاربری اراضی، بافت خاک و شیب و از 2 روش If و WOA به منظور وزن دهی، رتبه دهی و تلفیق 7 لایه ی موجود استفاده شد و از بین نقشه های نهایی به دست آمده از دو روش یادشده، نقشه های با صحت بیشتر انتخاب و با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی – اجتماعی با 3 نقشه ی فاصله از اراضی آبی، اراضی دیم و مناطق مسکونی در قالب سیستم پشتیبانی تصمیم گیری (DSS) تلفیق شدند و نقشه های نهایی با عنوان نقشه ی مناطق مستعد تغذیه ی مصنوعی و نقشه ی مناطق مستعد ذخیره ی سطحی آب باران به دست آمد.