اکوهیدرولوژی
سال:1397 | دوره:5 | شماره:4 |تعداد مقالات:25

هدف از پژوهش حاضر، تخصیص بهینه ی منابع آب مخازن چاه نیمه ی سیستان تحت سه سناریو ی مدیریتی با استفاده از تکنیک فراابتکاری جامعه ی مورچگان است. نتایج تحقیق نشان می دهد بهترین مقدار تابع هدف (حداکثرسازی میزان تأمین آب) با استفاده از الگوریتم یادشده 5/82 میلیون مترمکعب بوده است. همچنین، در سال های اولیه مقدار رهاسازی بهینه ی الگوریتم مورچگان 21 و میزان تقاضا 3/98 میلیون مترمکعب به دست آمده که به مقدار 3/77 میلیون مترمکعب عدم تأمین نیاز وجود داشته است. عملکرد الگوریتم مورچه در سناریوی خط لوله ی دوم آب شرب به زاهدان به تابع هدف بهینه نزدیک تر شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، میانگین مقادیر تابع هدف در سناریوی تثبیت ریزگردها 0593/100 بود، از این رو پس از مدتی رهاسازی برای بخش کشاورزی دیگر امکان پذیر نخواهد بود. نتایج سناریوی توسعه ی سطح زیر کشت بر اساس افق 1404 نشان داد تقاضا در ابتدای دوره کم است و به تدریج با توسعه ی کشاورزی در منطقه، میزان تقاضا افزایش می یابد. از این رو، پیشنهاد می شود با گسترش حقابه ی ایران از افغانستان، بتوان مشکلات و خشکسالی های چند دهه ی اخیر را برطرف کرد.

شناخت دقیق پارامترهای هیدروژئولوژیکی مانند قابلیت انتقال، هدایت هیدرولیکی و ضریب ذخیره یا آبدهی ویژه از جمله پارامترهای مهم برای پیش بینی شرایط آبخوان هستند که عموماً تعیین آنها برای نقاط مختلف آبخوان با هزینه های فراوانی انجام می شود. در سال های اخیر، از مدل های هوش مصنوعی به عنوان جایگزین روش های انطباق منحنی تیپ برای تعیین پارامترهای هیدرودینامیکی آبخوان ها استفاده شده است. بنابراین، در مطالعه ی حاضر نیز برای تعیین پارامترهای هیدرو دینامیکی آبخوان محبوس از منطق فازی سوگنو استفاده شد. ابتدا دقت، قابلیت اطمینان و توانایی تعمیم این مدل فازی از طریق آزمایش آن با داده های افت-زمان واقعی تأیید شد. سپس، نتایج به دست آمده از این مدل با نتایج به دست آمده از روش گرافیکی تایس و شبکه ی عصبی مصنوعی مقایسه شد. مقایسه ی RRMSE مدل شبکه ی عصبی مصنوعی و مدل فازی به منظور تخمین قابلیت انتقال آبخوان و ضریب ذخیره در مرحله ی آزمایش نشان داد مدل فازی، خطا را به ترتیب 21/9 و 66/11 درصد نسبت به شبکه ی عصبی کاهش می دهد. بنابراین، نتایج به دست آمده از روش گرافیکی تایس، شبکه ی عصبی مصنوعی و مدل منطق فازی در مرحله ی صحت سنجی نشان می دهند مدل فازی سوگنو در کنار دو روش یادشده توانایی تعیین پارامترهای آبخوان تحت فشار را دارد. این کارایی نسبی بیشتر منطق فازی سوگنو را می توان در توانایی ذاتی آن در کار با داده ها و پارامترهای دارای عدم قطعیت نسبت به روش گرافیکی تایس و شبکه ی عصبی مصنوعی دانست.

هجوم آب دریا فرایندی گذراست، اما محدودیت های انسانی در برداشت نتایج آزمایشگاهی و عددی موجب شده که به رفتار گذرای این پدیده کمتر توجه شود. در مطالعه ی حاضر، حرکت گوه ی آب شور و ناحیه ی اختلاط در آبخوانی محصور، بر اثر کاهش و افزایش ارتفاع آب شیرین از مرز زمین توسط مدل عددی SUTRA شبیه سازی شد. به منظور برداشت و آنالیز نتایج شبیه سازی شده طی زمان، الگوریتم خودکاری در محیط MATLAB پیاده سازی شد. برای بررسی بیشتر حرکت گوه ی آب شور، تغییرات سه شاخص طول پنجه، مساحت و ارتفاع گوه نسبت به زمان اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد رفتار شاخص مساحت گوه با رفتار شاخص طول پنجه ی گوه در شرایط گذرا مشابه است. در وضعیت هجوم آب دریا، شاخص ارتفاع گوه به مراتب زودتر از دو شاخص دیگر به شرایط دائمی می رسد، در صورتی که در وضعیت برگشت، هر سه شاخص تقریباً به طور هم زمان پایدار می شوند. همچنین، نتایج نشان داد در اوایل مرحله ی برگشت آب دریا، ناحیه ی اختلاط گسترش می یابد، ولی در ادامه دوباره منقبض می شود تا اینکه سرانجام به مقدار اولیه ی خود در ابتدای وضعیت هجوم می رسد. آنالیزهای حساسیت نشان دادند سرعت هجوم یا برگشت آب دریا تأثیری بر ضخامت ناحیه ی اختلاط در شرایط دائمی ندارد.

تخمین دقیق تبخیر تعرق در برنامه ریزی های توسعه ی آبیاری اهمیت ویژه ای دارد. تخمین این پارامتر به صورت پیوسته در مکان و با فواصل زمانی کوتاه، فرصت بسیار باارزشی را برای مدیریت بخش های مختلف شبکه های آبیاری فراهم می آورد. بنابراین، در تحقیق حاضر از داده های لایسیمتر زهکش دار برای صحت سنجی نتایج به دست آمده از تخمین تبخیر-تعرق با استفاده از سه الگوریتم تک منبعی SEBAL، METRIC و SSEB و یک الگوریتم دومنبعی TSEB کمک گرفته شد. به منظور برآورد تبخیر تعرق از تصاویر ماهواره ای سنجنده های MODIS، ETM+ طی سال های 1379 1382 و تصاویر سنجنده ی OLI & TIRS طی سال های 1392-1395 استفاده شد. به دلیل عدم تطابق زمانی تصویربرداری سنجنده ی OLI & TIRS با زمان داده برداری لایسیمتر، نتایج به دست آمده از تصاویر این سنجنده با نتایج روش هارگریوز سامانی (به عنوان روش برتر) ارزیابی شد. نتایج شاخص های آماری از برآوردهای به دست آمده بین الگوریتم های تک منبعی نشان داد الگوریتم SSEB با کمترین میزان جذر میانگین خطا در هر سه سنجنده ی MODIS، ETM+ و OLI& TIRS (میلی متر بر روز 87/0، 41/0 و 92/0RMSE=) و همبستگی زیادی که با داده های لایسیمتری داشت (96/0، 99/0 و 97/0 R=) به عنوان الگوریتم برتر برای تخمین تبخیر تعرق در منطقه ی مطالعه شده است. با توجه به وضوح تصاویر در سنجنده های ETM+ و OLI & TIRS دقت نتایج تخمین تبخیر تعرق در این دو سنجنده پذیرفته است و در نهایت سنجنده ی ETM+ بهترین نتایج را ارائه داد.

نیترات از مهم ترین آلاینده هایی است که بیشتر آبخوان ها، ازجمله آبخوان کرج، از آن آسیب می بینند. از آنجا که روش معمول برای بررسی فرایندهای هیدروژئوشیمیایی در آبخوان، به صورت گرافیکی است، به منظور ارزیابی آلودگی نیترات در داده های کیفی 86 چاه در آبخوان کرج طی سال 2013، از روش های چندمتغیره ی آماری به عنوان یک روش تکمیلی برای درک عوامل مؤثر بر کیفیت آب های زیرزمینی، شناسایی آلودگی و طبقه بندی نمونه های مشابه استفاده شد. به این منظور، از نرم افزار XLSTAT برای مطالعه ی آلودگی نیترات و ارتباط آن با سایر پارامترهای شیمیایی آب و عوامل مؤثر بر آن بهره گرفته شد. تجزیه و تحلیل آماری نشان می دهد خوشه بندی سلسله مراتبی به استخراج سه خوشه منجر شده است. نمونه های دوم و سوم خوشه غلظت بیشتری از نیترات نسبت به گروه نخست دارد. نتایج به دست آمده از تحلیل عوامل اصلی (PCA) همچنین نشان می دهد پارامتر نیترات بیشترین همبستگی با کلر و کمترین همبستگی با سدیم و سولفات را دارد. از سوی دیگر، بر اساس چرخش واریماکس، عوامل اصلی کیفیت آبخوان به دو عامل خلاصه شدند. عامل ژئوژنیک (زمین زاد)، نخستین عاملی است که به علت اثر مواد تشکیل دهنده ی آبخوان به وجود می آید و دومین عامل، یک عامل انسان زاد است که به علت فعالیت های انسانی، به خصوص فاضلاب تشکیل می شود.

کیفیت آب یکی از عوامل مهمی است که باید هنگام ارزیابی توسعه ی مناسب یک منطقه، بررسی شود. آب های زیرزمینی در جایگاه کنونی شهرستان شوش و نیز در تداوم بقای این شهرستان در آینده کارکرد مهمی دارند. با توجه به اینکه تا کنون به پهنه بندی کیفیت منابع زیرزمینی آب شهرستان شوش پرداخته نشده است، در مطالعه ی حاضر به ارزیابی کیفی منابع آب زیرزمینی این شهرستان پرداخته شد. در مطالعه ی حاضر پارامترهای سدیم، کلراید، سولفات، کل جامدات محلول، اسیدیته، منیزیم و کلسیم به عنوان پارامترهای شاخص کیفیت منابع مندرج در کتابرهنمودهای سازمان بهداشت جهانی بررسی شدند. به این منظور، پس از نرمال کردن داده های استفاده شده و رسم واریوگرام مربوط به داده ها، با استفاده از دو روش کریجینگ و معکوس فاصله ی وزنی (IDW) نقشه ی تغییرات مکانی این پارامترها تهیه شد و نتایج دو روش با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داد در همه ی پارامترها صحت روش کریجینگ در برآورد مقادیر بیشتر است. پس از تهیه ی نقشه ی تغییرات مکانی این پارامترها، نقشه ها با هم تلفیق شدند و نقشه ی کیفیت آب زیرزمینی براساس استاندارهای کیفیت آب آشامیدنی تهیه شد. نتایج نشان داد 67/23 درصد از آب های زیرزمینی منطقه ی مطالعه شده در حد مطلوب و 29/15 درصد دارای کیفیت حد مجاز برای آشامیدن است.

محدودیت استفاده از منابع انرژی فسیلی، افزایش نگرانی های زیست محیطی به واسطه ی مصرف بی رویه ی منابع انرژی فسیلی، افزایش جمعیت و مصرف انرژی، تلفات شبکه های برق، راندمان پایین نیروگاه های حرارتی، همگی مباحثی اند که اهمیت بهبود بازدهی انرژی و استفاده از منابع تجدیدپذیر را نشان می دهند. صنعت آب و فاضلاب به واسطه ی در اختیار داشتن امکانات و تسهیلاتی مانند خطوط انتقال آب و مخازن زیرزمینی، پتانسیل بالقوه ی انرژی تجدیدپذیر را دارد. این آمار نه تنها امکان احداث نیروگاه های تجدیدپذیر و بازیابی این انرژی ها را به خوبی فراهم آورده بلکه سبب شده به دلایلی نظیر فناپذیرنبودن انرژی های تجدیدپذیر، کم بودن قیمت تمام شده، بهره برداری از حداقل پتانسیل آبی، مشکلات اجتماعی و زیست محیطی کمتر به منظور کاهش تولید گازهای گلخانه ای، افزایش تعداد مولدهای تولید پراکنده ی مقیاس کوچک، جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی برای تولید برق باشد. از طرفی، اتلاف در شبکه های توزیع برق به عنوان یکی از پارامترهای کلیدی در بهره وری انرژی، اهمیت صنعت آب و فاضلاب را به عنوان یک پتانسیل بزرگ برای تولید انواع منابع انرژی تجدیدپذیر پراکنده نشان می دهد. در مقاله ی حاضر پتانسیل های موجود در صنعت آب و فاضلاب برای تولید پراکنده ی انرژی پاک با تأکید بر مزایای سیستم های میکروهیدروپاور در این صنعت برای شهر تهران بررسی شده است.

خشک سالی خطر پیچیده ای است که سبب برهم خوردن تعادل آبی می شود؛ بنابراین بررسی تغییرات اقلیمی و پیش بینی آنها می تواند در امر مدیریت و برنامه ریزی مربوط به آن تأثیر زیادی داشته باشد. در تحقیق حاضر برای پایش و پیش بینی خشک سالی منطقه ی خوزستان و نیز بررسی عملکرد مدل های ریزمقیاس در این منطقه، ابتدا داده های بارش و دما به صورت روزانه طی دوره ی 1985-2010 از هشت ایستگاه منتخب در منطقه دریافت شد. سپس، نمایه ی خشک سالی دوره ی مشاهداتی به وسیله ی دو شاخص SPI و SPEI محاسبه و نقشه ی پهنه بندی آن ها ترسیم شد. در پژوهش حاضر برای پیش بینی خشک سالی از داده های GCM و مدل HADCM3 تحت دو سناریوی A2 و B1 استفاده شد؛ سپس داده های بزرگ مقیاس GCM با سه مدل SDSM، LARS-WG و شبکه ی عصبی مصنوعی ریزمقیاس شدند. نتایج نشان داد توانایی مدل ریزمقیاس شبکه ی عصبی مصنوعی در شبیه سازی بارش نسبتاً قابل قبول تر از سایر مدل ها ست. نتایج آماره ی من-کندال نشان داد همواره مقادیر پیش بینی شده توسط مدل LARS-WG برای نمایه های SPI و SPEI شیب بیشتری در جهت منفی شدن دارد. با مشاهده ی نقشه ی پهنه بندی نمایه های خشک سالی استان خوزستان می توان چنین استنباط کرد که طی دوره های آتی همواره میانگین مقادیر دو شاخص کاهش یافته است، ولی از نظر مکانی تغییر درخور توجهی نداشته است.

پیش بینی تغییرات تراز آب زیرزمینی در دوره های آتی و امکان برنامه ریزی و مدیریت منابع آب برای بهبود شرایط آبخوان در آینده، بسیار مهم است. در پژوهش حاضر، برای اولین بار با استفاده از الگوریتم انتخابات که یک الگوریتم تکرارشونده است و از انتخابات ریاست جمهوری الهام گرفته و با مجموعه ای از راه حل های شناخته شده به عنوان جمعیت کار می کند، به پیش بینی تراز آب زیرزمینی دشت میاندوآب در استان آذربایجان غربی پرداخته شد و نتایج به دست آمده از این روش با نتایج روش های شبکه ی عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک مقایسه شد. داده های تراز سطح آب دشت میاندوآب، داده های هواشناسی مانند دما، بارش، رطوبت، تبخیر و داده های آب های سطحی در دوره ی آماری 1385 1395 در مقیاس ماهانه برای آموزش و آزمون مدل ها استفاده شد. براساس محاسبه های انجام شده و نتایج به دست آمده از پارامترهای آماری، الگوریتم انتخابات به ترتیب با مقادیر ریشه ی میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب همبستگی (R2) و معیار نش-ساتکلیف (NSE)، 027/0، 93/0 و 74/0 نسبت به دو روش شبکه ی عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک، توانایی درخور توجهی در پیش بینی تراز سطح آب زیرزمینی دارد و نتایج قابل اطمینانی را ارائه می دهد.

ارزیابی آسیب پذیری آب های زیرزمینی تأثیری کلیدی در حفاظت و بهره برداری صحیح از این منابع استراتژیک دارد. روش های گوناگونی برای ارزیابی آسیب پذیری پیشنهاد شده است که متداول ترین آن مدل DRASTIC است. عبارت DRASTIC مخفف هفت پارامتر کنترل کننده ی آلودگی در سیستم هیدروژئولوژیکی است. مشکل اصلی این روش ثابت بودن میزان رتبه و وزن پارامترهای به کاررفته در این مدل است. هدف اصلی پژوهش حاضر اصلاح وزن های اولیه ی مدل با دو روش تحلیل حساسیت تک پارامتری SPSA و روش تحلیل سلسله مراتبی AHP و در نهایت تولید نقشه با استفاده از قابلیت های محیط نرم افزار ArcGIS طبق شرایط منطقه ی مطالعاتی است. دشت یاسوج واقع در جنوب غربی ایران به عنوان منطقه ی مطالعاتی انتخاب شد. با استفاده از شاخص غلظت نیترات 24 حلقه چاه واقع در محدوده ی مطالعاتی و محاسبه ی ضریب همبستگی پیرسون، درجه و میزان ارتباط خطی بین نتایج روش ها با واقعیت موجود در منطقه، محاسبه شد. روش SPSA با تخصیص وزن مؤثر هر پارامتر ورودی در هر پلیگون و مقایسه ی آن با وزن تئوریک اختصاص یافته توسط مدل، بیشترین همبستگی را با نمونه های نیترات منطقه نشان داد. همچنین، در روش AHP بر پایه ی قضاوت کارشناسی، برای هفت پارامتر موجود در مدل براساس اهمیت و کارکردی که در تعیین آسیب پذیری آبخوان داشتند، نسبت های جدیدی به کار گرفته شد و نتایج نسبت به مدل DRASTIC پایه بهبود یافت. نقشه های به دست آمده از تعیین آسیب پذیری پس از اجرا در نهایت می تواند با بررسی منابع آلاینده در سطح زمین برای تعیین حریم کیفی و ارزیابی خطر آلودگی منابع آب زیرزمینی استفاده شود.

دریاچه ی ارومیه واقع در شمال غربی ایران طی دو دهه ی گذشته هر سال حدود 40 سانتی متر افت سطح آب داشته و در حال خشک شدن است که این مسئله به عواقب اجتماعی و زیست محیطی منجر شده است. در تحقیق حاضر شاخص های پایداری زیست محیطی و پایداری کشاورزی با استفاده از معیارهای عملکرد تحت تأثیر تغییر اقلیم و راهبردهای مدیریت آب برای حوضه های آبریز زرینه رود و سیمینه رود، به عنوان بزرگ ترین زیرحوضه ی دریاچه ی ارومیه ارزیابی شد. مدل سازی رفتار هیدرولوژیک این حوضه ها با استفاده از نرم افزار 21WEAP انجام گرفت. برای شبیه سازی تغییرات اقلیمی از مدل ریزمقیاس نمایی LARS-WG استفاده شد. مدل برای سه سناریوی انتشار آینده (2A، B1A و 1B)، طی دوره ی 2015-2040، و پنج سناریوی مدیریت آب: 1. ادامه ی وضع موجود (0S)، 2. تغییر الگوی کشت (1S)، 3. بهبود راندمان انتقال و توزیع (2S)، 4. ترکیب بهبود راندمان انتقال و توزیع با بهبود راندمان کاربرد با استفاده از تکنولوژی های نوین (3S)، و 5. ترکیب تغییر الگوی کشت با بهبود راندمان کل آبیاری (4S) تحلیل شد. نتایج نشان داد بیشترین مقادیر شاخص های پایداری زیست محیطی و پایداری کشاورزی مربوط به سناریوی ترکیب تغییر الگوی کشت با بهبود راندمان کل آبیاری تحت سناریوی انتشار 1B (4S1B) است. تحت این سناریو، مقدار جریان متوسط سالیانه ی ورودی به دریاچه ی ارومیه از حوضه های آبریز زرینه رود و سیمینه رود به ترتیب برابر 1292 و 351 میلیون مترمکعب در سال شده و در نتیجه نیاز زیست محیطی دریاچه از این حوضه ها تأمین خواهد شد.

به کارگیری تصمیم بهینه برای اولویت بندی عملیات اجرایی در پروژه های آبخیزداری برای کاهش خطرات بروز سیل به علت تأثیرپذیری از پارامترهای مختلف، پیچیده و البته مهم و ضروری است. تئوری بازی در به کارگیری تصمیم بهینه برای حل مسائل چندهدفه، کارایی بسیار زیادی دارد. در مطالعه ی حاضر، این روش برای اولویت بندی بر اساس خطر بروز سیل در حوضه ی آبخیز سزار مد نظر قرار گرفت و با استفاده از دو الگوریتم بوردا و چانه زنی در تئوری بازی، مؤثرترین پارامترها در تمامی زیرحوضه ها و نیز بحرانی ترین زیرحوضه ها مشخص شدند. با اجرای روش امتیازدهی بوردا، پارامترهای کاربری مسکونی با امتیاز 5/93، تراکم زهکشی با امتیاز 91 و شیب متوسط و شکل زیرحوضه با امتیاز 5/90 و درنتیجه ی اجرای الگوریتم چانه زنی، مؤثرترین پارامترها در رقابت بین 12 پارامتر در تمامی زیرحوضه ها، پارامترهای شیب متوسط، طول آبراهه ی اصلی و کاربری مراتع بودند که با توجه به اصول حاکم بر این روش، انتخاب پارامترهای یادشده برحسب دویدن تمامی بازیکن ها در همه ی میدان ها ست. درواقع، سه پارامتر نام برده در تمامی زیرحوضه ها سریع تر خودنمایی کردند و به عدد 16 که تعداد زیرحوضه هاست، رسیدند. درنهایت، نقشه های اولویت بندی زیرحوضه های سزار با هر دو روش ارائه شدند که در روش بوردا، زیرحوضه های I، N، G، P و O در اولویت نخست قرار داشته و در روش چانه زنی، G، H، N، I و F در اولویت نخست قرار دارند.

در طبیعت بین آبخوان های ساحلی و بدنه های آبی مانند دریا، دریاچه یا خلیج تبادل جریان آب زیرزمینی وجود دارد و با توجه به ویژگی های پیکره ی آبی بررسی شده، این تبادل می تواند اهمیت زیادی داشته باشد. آبخوان ساحلی بندرگز در محدوده ی خلیج گرگان در شمال ایران واقع شده است و محدوده ی خلیج گرگان به علت شرایط خاص خود اهمیت بسیار زیاد اکولوژیکی و محیط زیستی دارد. در مطالعه ی حاضر تبادل جریان آب زیرزمینی بین آبخوان ساحلی بندرگز و خلیج گرگان با استفاده از مدل ریاضی GMS طی دوره ی 24 ماهه شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد در دوره های کم آبی تراز سطح آب دریا به بیشترین مقدار خود (37/26-متر) و جریان خروجی آب زیرزمینی آبخوان ساحلی بندرگز به خلیج گرگان به کمترین مقدار خود (939/331/1 مترمکعب در ماه) می رسد، در حالی که در دوره ی پُرآبی الگویی معکوس برقرار است. به علاوه، مطالعات زمانی مشاهداتی و برآوردشده ی متغیرهای بررسی شده نشان می دهد دامنه ی تغییرات جریان خروجی آب زیرزمینی از آبخوان ساحلی نسبت به تغییرات تراز سطح آب دریا به مراتب بیشتر است. بر اساس نتایج شبیه سازی می توان نتیجه گرفت که ایجاد یک گرادیان هیدرولیکی تحت تأثیر تغییرات نسبتاً محدود تراز سطح آب دریا، می تواند تأثیر کاملاً معناداری بر تغییرات جریان خروجی آب زیرزمینی از آبخوان ساحلی بندرگز به خلیج گرگان داشته باشد.

در پژوهش حاضر، به منظور بررسی خصوصیات هیدروژئوشیمیایی آب زیرزمینی دشت سیدان فاروق از نتایج به دست آمده از یک دوره آنالیز شیمیایی 12 حلقه چاه طی سال 1395 استفاده شده است. براساس نقشه های پهنه بندی پارامترهای شیمیایی، کیفیت آب در جهت جریان آب زیرزمینی، از سمت شمال غرب به سمت جنوب شرق دشت کاهش می یابد. بررسی سازندهای زمین شناسی منطقه نشان داد کیفیت آب زیرزمینی در مجاورت سازندهای تغذیه کننده ی دشت که بیشتر کربناته اند، مناسب است و به طرف خروجی دشت و در نزدیکی سازند کژدمی و نیز رسوبات رسی-مارنی از کیفیت آن کاسته می شود. بر اساس نمودار استیف تیپ غالب دشت بی کربنات کلسیک است، اگرچه در برخی چاه ها (مانند چاه های 4 و 6) آنیون کلرید غالب می شود. نمودار پایپر آب زیرزمینی دشت فاروق-سیدان نشان دهنده ی پنج رخساره ی هیدروژئوشیمیایی با ترکیب یون های غالب بی کربنات و کلسیم است. بر اساس نمودار گیبس، واکنش آب سنگ منشأ اصلی یون ها و نیز تغییر کیفیت شیمیایی آب زیرزمینی در دشت مطالعه شده است. همچنین، به منظور تعیین منشأ املاح و یون ها در آبخوان مطالعه شده از نسبت های یونی ژئوشیمیایی استفاده شد. نمودارهای ژئوشیمیایی ضمن تأیید فعال بودن واکنش های آب سنگ در آبخوان مطالعه شده، نشان دهندة تأثیر انحلال رسوبات رسی مارنی، فرایند تبادل یونی معکوس و در برخی مناطق تأثیر فعالیت های انسانی بر کیفیت آب زیرزمینی است. از آنجا که در هیچ یک از نمودارهای ترکیبی الگوی خطی دیده نمی شود و پراکندگی نمونه ها بیشتر در دو منطقه است، می توان نتیجه گرفت که حداقل دو منبع تغذیه کننده ی سفره ی آب زیرزمینی وجود دارد.

شبکه های نظارت طولانی مدت آب های زیرزمینی می توانند اطلاعات لازم برای برنامه ریزی و مدیریت منابع آب را فراهم کنند. محدودیت های بودجه در سازمان های مدیریت منابع آب اغلب به معنای کاهش تعداد چاه های مشاهده ای موجود در یک شبکه ی پایش آب زیرزمینی است. به دلیل ملاحظات اقتصادی و کاهش هزینه های پایش، هدف بهینه سازی در پژوهش حاضر، کاهش ایستگاه های پایش است. در پژوهش حاضر از الگوریتم فوق ابتکاری ژنتیک در طراحی شبکه ی بهینه ی پایش سطح آب استفاده شد. هدف از انجام بهینه سازی، تعیین یک ترکیب بهینه از میان شبکه ی اصلی چاه های مشاهده ای بود، به طوری که امکان کمترین خطای اندازه گیری و کمترین فقدان داده و بهترین پراکنش چاه ها فراهم شود. با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک شبکه ی پایش آب زیرزمینی منطقه بهینه سازی شد. از بین 15 حلقه چاه پیزومتری موجود در دشت کوهدشت، 13 حلقه چاه دارای داده بودند. برای انجام تحقیق حاضر از داده های 36 ماه متوالی، یعنی داده های 1392 1394 استفاده شد. با استفاده از الگوریتم ژنتیک شبکه ی پایش آب زیرزمینی از نو طراحی شده و چاه های مد نظر از بین نقاط پتانسیل انتخاب شدند. درنهایت، نتیجه ی مطلوب و بهینه ی مد نظر از بین نتایج به دست آمده از تکرارهای مختلف در الگوریتم ژنتیک انتخاب شد و از بین تعداد کل نقاط پتانسیل، 28 چاه کمترین RMSE یعنی 11/0 و بهترین پراکنش را داشتند. موقعیت چاه های به دست آمده با تعدادی از چاه های موجود نزدیکی داشت. همچنین، نتیجه ی به دست آمده با ضوابط طراحی شبکه ی پایش کمی آب زیرزمینی مطابقت دارد که کارآمدی این روش را نشان می دهد.

شناسایی نوع محصولات کشاورزی به منظور مدیریت بهینه ی منابع آبی با استفاده از سنجش ازدور، با وجود دسترسی کم و مستقیم به زمین های کشاورزی، سبب کاهش چشمگیر هزینه ها در بخش مدیریت کشاورزی و منابع آبی می شود، اما طبقه بندی اراضی کشاورزی به علت شباهت زیاد طیفی محصولات مختلف با استفاده از تصاویر تک زمانه ی چند طیفی دقت چندانی ندارد. یکی از راه های غلبه بر این مشکل، استفاده از سری زمانی داده های ماهواره ای است. هدف از مطالعه ی حاضر، افزایش دقت تفکیک محصولات کشاورزی برای مدیریت بهینه ی منابع آبی با استفاده از سری زمانی داده سنجش ازدور است. در مطالعه ی حاضر پس از انجام پردازش های مربوط به داده های اپتیک، شاخص های مختلف گیاهی و همچنین آلبدو و دمای سطح زمین از داده های سری زمانی اپتیکی محاسبه و با استفاده از مدل TIMESAT پارامترهای کلیدی فنولوژیکی گیاه در قسمتی از دشت میاندوآب استخراج شده است. با توجه به در دسترس بودن اطلاعات و داده های زمینی، وضعیت پوشش گیاهی از قبیل پراکنش و خصوصیات گیاهی بررسی شد. سپس، با استفاده از همه ی این ویژگی ها به کمک الگوریتم طبقه بندی ماشین های بردار پشتیبان، نقشه ی محصولات کشاورزی تولید شد. الگوریتم طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان به دلیل انعطاف پذیری زیاد این الگوریتم برای شرایط و هدف های مختلف با دقت کلی 92 درصد و کاپای 91/0 در صورتی که در فرایند طبقه بندی از ترکیب باندها، شاخص های گیاهی GNDVI و شاخص ALBEDO, LST و استفاده شود، بیشترین دقت را در تفکیک کردن محصولات کشاورزی به همراه داشت.

تبخیر و تعرق از مؤلفه های اصلی بیلان آب هر منطقه و از عوامل کلیدی برای برنامه ریزی صحیح و مناسب به منظور بهبود بازده آب مصرفی در اراضی فاریاب است. تصاویر ماهواره ای به دلیل پوشش مناطق وسیع، به منظور غلبه بر محدودیت های مکانی روش های نقطه ای، کاربرد بهتری برای مطالعات ناحیه ای نسبت به داده های ایستگاه های هواشناسی دارند. بنابراین، هدف از تحقیق حاضر برآورد تبخیر و تعرق واقعی حوضه ی آبریز دریاچه ی ارومیه به کمک الگوریتم سنجش از دور SEBS و تصاویر سنجنده ی AVHR است. ابتدا 248 تصویر از سنجنده ی AVHRR ماهواره ی نوا (NOAA) دریافت و پس از بررسی و ابری نبودن طی دوره ی آماری 1998 2009 استفاده شد. به منظور دقت در برآورد تبخیر و تعرق، محدوده ی مطالعه شده به سه بخش سقز، ارومیه و تبریز تقسیم شد. تبخیر و تعرق واقعی به کمک نقشه ی کاربری برای اراضی کشاورزی مشخص شده و با نیاز خالص آبیاری منطقه مقایسه شد. با محاسبه ی شاخص های ارزیابی مدل برای دشت تبریز، مجذور میانگین مربعات خطا RMSE=10. 89 و ضریب تعیین =0. 79 به دست آمد. نتایج نشان داد روند تغییرات تبخیر و تعرق برآوردشده با مقادیر نیاز خالص آبیاری همخوانی داشته است. همچنین، نتایج دقت خوب مدل SEBS را در برآورد تبخیر و تعرق واقعی برای اراضی کشاورزی در کاربری های مختلف در حوضه ی آبریز دریاچه ی ارومیه نشان داد.

تبخیر فرایندی است که به تغییر سیال از حالت مایع به گاز می انجامد. میزان تبخیر از سطوح آزاد به عواملی همچون دما، سرعت باد، عمق آب و فشار بخار بستگی دارد. بررسی دقیق اطلاعات دریافتی از اداره ی هواشناسی زهک (واقع در جنوب شرقی شهرستان زابل) نشان داد که دما و سرعت باد در این منطقه تأثیرگذارترین عوامل پدیده ی تبخیر هستند و جالب اینکه اصلی ترین عامل آن، سرعت زیاد باد تشخیص داده شد. روش های متعددی برای مقابله با پدیده ی تبخیر وجود دارد که استفاده از پوشش های فیزیکی و بادشکن از آن جمله است. بر اساس تحقیقات پیشین، بهترین جذب نور خورشید برای تولید بیشترین توان در نیمکره ی شمالی به سمت جنوب است. استفاده از صفحات خورشیدی، هم زمان به عنوان پوشش فیزیکی برای کاهش تبخیر و تولید انرژی بسیار بررسی شده است. به منظور مدل سازی میزان جریان عبوری از روی صفحات خورشیدی و زاویه ی قرارگیری افقی و عمودی برای به دست آوردن بهترین کاهش تبخیر، از نرم افزار مدل سازی ANSYS FLUENT16 و از طریق تعیین بهترین زاویه ی افقی و عمودی برای به دست آوردن بهترین بازده خروجی استفاده شد. نتایج نشان می دهد در صورت طراحی صفحات خورشیدی با ابعاد 5/2×5/2 متر تحت زاویه، زاویه ی افقی صفر درجه (جهت شمال غرب، روبه روی مسیر وزش باد) و زاویه ی شیب 60 درجه به میزان کاهش تبخیری معادل 25/90 درصد به دست خواهد آمد. همچنین، بیشترین راندمان تولید انرژی تحت زاویه ی افقی 30 درجه (جهت شمال غرب، روبه روی مسیر وزش باد) و زاویه ی شیب 30 درجه به میزان 45/99 درصد است. با توجه به داده های موجود، بهینه ترین حالت ممکن، زاویه ی افقی 30 درجه (جهت شمال غرب، روبه روی مسیر وزش باد) و زاویه ی شیب 30 درجه به میزان کاهش تبخیری معادل 36/71 درصد و بازده تولید انرژی به میزان 45/99 درصد نسبت به حالت ایده آل است.

بهینه سازی شبکه ی پایش در منابع آب، یک فرایند تصمیم گیری به منظور داشتن بهترین ترکیب برای ایستگاه های موجود است. در تحقیق حاضر از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات PSO به منظور تعیین تعداد و موقعیت بهینه ی چاه های مشاهداتی استفاده شده است. ابتدا، با استفاده از مدل حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان و با پارامتر های ورودی مختصات جغرافیایی، تبخیر، بارندگی دو ماه قبل، تراز سطح زمین و سطح ایستابی یک ماه قبل با تابع کرنل RBF سطح آب زیرزمینی شبیه سازی شد و تعداد 42 چاه مشاهده ای بهینه به دست آمد. سپس، با ارتباط مدل LSSVM و مدل PSO موقعیت مناسب چاه های مشاهده ای تحت دو سناریو تعیین شد. در سناریوی نخست موقعیت تعداد چاه های مشاهده ای ثابت 42 حلقه تعیین شده و در سناریوی دوم تعداد و موقعیت پیزومترها متغیر در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد با توجه به اینکه تابع هدف کمینه سازی اختلاف حد مشاهداتی و حد شبیه سازی است، در سناریوی نخست کمترین میزان اختلاف در تکرار 180 با مقدار تابع هدف 9865/0 ارزیابی شد. نتایج به دست آمده از سناریوی دوم نشان می دهد تعداد چاه های مشاهده ای برابر 28 حلقه به دست آمد که بیان کننده ی کاهش 55 درصدی تعداد پیزومترها نسبت به حالت اولیه است. در هر دو سناریو پراکندگی نقاط در قسمت های جنوبی به علت زیادشدن شیب هیدرولیکی آبخوان بیشتر شده و در قسمت های شمالی کمتر است. در این سناریو کمترین میزان خطا در تکرار 338 با تابع هدف 9145/0 به دست آمد. این بهینه سازی درجه ی اهمیت و برتری سناریوی دوم را نسبت به سناریوی نخست نشان می دهد.

پیامدهای منفی از بین رفتن منابع آب برای حیات انسان و دیگر گونه های زیستی موجب شده تا بررسی اطمینان پذیری حوضه های آبریز برای تأمین این نیاز اساسی ضرورت یابد. از این رو، در پژوهش حاضر برای نخستین بار روش تحلیل ریسک برای شناسایی نقاط آسیب پذیر و ارائه ی یک شاخص جامع در مقیاس حوضه ی آبریز به کار گرفته شد. به این ترتیب، با استفاده از روش تحلیل ریسک درخت خطا رویداد نامطلوب حوضه تعیین شد. سپس، عوامل منجر به وقوع آن شامل مخاطرات طبیعی و تهدیدهای انسانی شناسایی و با کمک دروازه های منطقی، راه های منجر به وقوع شکست در حوضه به کمک روابط علی-معلولی مشخص شدند. این مدل در قالب یک مطالعه ی موردی برای حوضه ی دریاچه ی ارومیه ارائه شد. «ریسک شکست حوضه ی دریاچه ی ارومیه» به عنوان رویداد رأس در ساختار درخت خطا، از وقوع عواملی همچون شکست های کمیت آب، کیفیت آب، اکولوژیکی، اجتماعی و اقتصادی در نظر گرفته شد. احتمال شکست رویداد رأس، بر اساس نتایج به دست آمده از احتمال تجمیع شده توسط دیدگاه های کارشناسان، 57 درصد برآورد شد. به دلیل احتمال زیاد شکست، برای افزایش اطمینان پذیری حوضه، از شاخص بیرنبام برای «اندازه گیری اهمیت» رویدادهای پایه استفاده شد. بر اساس نتایج، به ترتیب سه رویداد «حکمرانی نامناسب»، «پایین بودن سطح آگاهی حوضه نشینان»، و «عدم رهاسازی حقابه ی زیست محیطی» بیشترین سهم را در وقوع رویداد رأس داشتند. درنتیجه، شاخص جامع به دست آمده می تواند به عنوان یک معیار کلی برای بررسی ریسک منابع آب در سایر حوضه های ایران توصیه شود.

رشد فزاینده ی جمعیت طی دهه های اخیر و در پی آن نیاز به مواد غذایی، بشر را بر آن داشته است تا زمین های بیشتری را به منظور کشت و زرع به کار گیرد. این زمین ها به آب نیاز دارند که این امر بیشتر به وسیله ی کنترل آب های جاری رودخانه ها با احداث سدها میسر می شود. یافتن زمین های مناسب برای اهداف کشاورزی به گونه ای که هم دارای شرایط مناسب برای کشت و زرع بوده و هم آب مورد نیاز آن از روش های مختلف نظیر کنترل آب های سطحی (سدسازی) و زیرزمینی (حفر چاه و. . . ) قابل تأمین باشد، همواره مورد توجه کارشناسان بوده است. در پژوهش حاضر امکان سنجی وجود اراضی کشاورزی مناسب در بالادست سد ژاوه ی کردستان بررسی شده است. بر این اساس، با فرض پمپاژ آب با هد های مختلف از ایستگاه پمپاژ موجود در مخزن سد و با درنظرگرفتن فاکتورهای مختلف (شیب زمین، ارتفاع پمپاژ، فاصله و کاربری اراضی)، مکان یابی انجام شده است. با روی هم گذاری نقشه های فاکتور و وزن دهی مناسب به هر یک از آنها در محیط GIS، محدوده های مناسب بر اساس فاکتورهای تعریف شده، به دست آمده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد با افزایش دو برابری ارتفاع پمپاژ، سطح محدوده ی منتخب نیز تقریباً دو برابر می شود، در حالی که با افزایش چهاربرابری ارتفاع پمپاژ، سطح محدوده ی منتخب حدود شش برابر افزایش می یابد. شایان یادآوری است که در مطالعه ی حاضر صحت سنجی محدوده های انتخاب شده با استفاده از تصاویر ماهواره ای انجام شده است.

در چند دهه ی اخیر افزایش دما سبب برهم خوردن تعادل اقلیمی کره ی زمین شده و تغییرات گسترده ای را در اغلب نواحی آن به وجود آورده است که از آن به عنوان تغییر اقلیم یاد می شود. استفاده از مدل های ریزمقیاس نمایی آماری در برآورد نوسانات اقلیمی این امکان را فراهم کرده است تا بتوان داده های آب و هوایی را در مقیاس مکانی و زمانی مناسب تولید کرد. در پژوهش حاضر کارایی مدل LARS – WG برای تولید و شبیه سازی داده های روزانه ی دما، کمینه و بیشینه ی بارش و ساعت آفتابی در شهرستان بروجرد با استفاده از پارامترهای آماری RMSE، R2، MAE و MBE بررسی و ارزیابی شده و تغییرات ناشی از آن در دهه های آینده آشکار شد. نتایج پژوهش حاضر نشان داد مدل HadCM3 توانایی لازم را در تولید داده های روزانه دارد. پس از اطمینان از کارایی مدل، از خروجی مدل استفاده شده و داده های روزانه ی دما، کمینه و بیشینه ی بارش و ساعت آفتابی برای دوره ی پایه (1996 2015) تحت سه سناریوی A1B, A2, B1شبیه سازی شد. نتایج به دست آمده از برآورد مدل HadCM3 برای سناریوهای بررسی شده در دوره های آتی، بیان می کند که میانگین مجموع پارامترهای هواشناسی روند افزایشی داشته است و هر سه سناریو این میزان افزایش را نشان می دهند.

لایه های نازک بلورهای بیسموت وانادیت (BiVO4) با استفاده از روش هیدروترمال روی زیرلایه ی بدون پوشش FTO به منظور کاربرد در صنایع تصفیه ی آب و تولید هیدروژن نشانده شده اند. نمونه ها پس از لایه نشانی در بازه ی دمایی 450 تا 550 درجه ی سانتی گراد پخت شده اند. الگوی بلورشناسی اشعه ی ایکس (XRD) که برای لایه های بیسموت وانادیت آماده شده، تأیید کننده ی ساختار مونوکلینیک این بلور است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بلور، شکل دوهرم های برش داده شده را نشان می دهد که از نظر فوتوالکتروشیمیایی فعال اند. با کنترل و بهینه سازی پارامترهایی همچون دما، مدت لایه نشانی، غلظت محلول پیش ماده و دمای پخت نمونه ها، لایه ای یکنواخت و با چسبندگی زیاد از BiVO4 ایجاد شد. لایه ی بهینه ی BIVO4/FTO در دمای 120 درجه ی سانتی گراد در حداقل زمان (چهار ساعت) با به کارگیری محلولی به غلظت 27 میلی مولار از پیش ماده های بیسموت وانادیت که در pH معادل 2/1 بود، به دست آمد. به عنوان معیاری از عملکرد کریستال های رشد داده شده در واکنش های تولید هیدروژن و واکنش های تجزیه ی آلاینده های آلی آب، اندازه گیری ولتامتری روبش خطی نمونه ها انجام شده و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتیجه ی تست های ولتامتری روبش خطی پاسخ نوری نمونه را به میزان 70 میکروآمپر بر سانتی متر مربع در ولتاژ 1 ولت (در مقایسه با الکترود مرجع Ag/AgCl) برای نمونه های پخت شده در دماهای بیشتر از 500 درجه نشان می دهد. همچنین، یک مدل ساده برای درک بهتر رفتار رشد بلورهای BiVO4 تحت شرایط رشد مختلف پیشنهاد شد.

جلوگیری از تخریب و نابودی منابع طبیعی و زیست بوم در صورتی امکان پذیر خواهد بود که برنامه ریزی اصولی و صحیحی در بهره برداری و نگهداری آن تدوین شود. به این منظور، ذخیره و بهره برداری از رواناب ها توسط عملیات پخش سیلاب در مواقع نزول باران های شدید در سطح وسیع می تواند به افزایش ذخایر آب زیرزمینی و تأمین آب مورد نیاز برای بخش های کشاورزی، شرب و صنعت کمک کند. همچنین، با مهار سیل به عنوان راه کار مدیریتی سیل و منابع آب، به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک، بسیاری از پیامدهای منفی زیست محیطی را می توان کاهش داد. مهم ترین و نخستین گام در انجام طرح پخش سیلاب، مکان یابی مناطق مستعد برای پخش سیلاب و نفوذ آب به داخل سفره های زیرزمینی است. تحقیق حاضر با کاربرد یکی از روش های ارزیابی چندمعیاره (MCDM) به نام ترکیب خطی وزن دار (WLC)، با به کارگیری فناوری GIS و مدل Fuzzy به تعیین مناطق مناسب پخش سیلاب به عنوان هدف اصلی در حوضه ی آبخیز اشتهارد پرداخته است. با بررسی های صورت گرفته سه معیار در سطح اول تصمیم گیری انتخاب شدند که عبارت اند از: منابع آبی و هیدرولوژی، منابع جغرافیایی و منابع اقتصادی و اجتماعی. با توجه به این سه معیار اصلی، 14 لایه ی اطلاعاتی شامل نفوذپذیری، آبدهی، سطح آب زیرزمینی، کیفیت آب، شیب، طبقات ارتفاعی، زمین شناسی، تراکم زهکشی، فاصله از نقاط روستایی، فاصله از نقاط شهری، فاصله از اماکن فرهنگی و مذهبی و فاصله از زیرساخت ها با توجه به اطلاعات قابل دسترس جمع آوری شدند. در نهایت، با تلفیق لایه های اطلاعاتی با روش WLC مناطق مناسب برای پخش سیلاب با درجات متفاوت توان مطلوبیت تعیین شد. نتایج بیان کننده ی آن است که 40/10 درصد مناطق دارای توان زیاد و 06/8 درصد با توان مناسب هستند و در مجموع می توان برای 46/18 درصد از حوضه در اولویت اول برنامه ریزی کرد و در مرحله ی دوم مناطق با توان متوسط برابر با 04/20 درصد از حوضه قابل برنامه ریزی است.

امروزه، پایش کمی و کیفی منابع آب شیرین در مناطق خشک و نیمه خشک از ضروریات هر سیستم مدیریتی، پایش و نظارتی است. وجود متغیرهای کیفی فراوان در استانداردهای بین المللی سبب شده است که مدیران برحسب شرایط اقتصادی و زمانی فقط به اندازه گیری چند متغیر کیفی بپردازند، پس انتخاب این تعداد متغیر برای بررسی استاندارد کیفیت آب اهمیت زیادی دارد. هدف از تحقیق حاضر، تعیین متغیرهای منحصربه فرد و تأثیر گذار بر آلودگی دشت قلعه قاضی استان هرمزگان با استفاده از روش های آماری و زمین آمار است. نتایج تحلیل خوشه نشان داد چاه های بررسی شده در دو خوشه قرار می گیرند که از نظر موقعیت مکانی قابل تفکیک اند. نتایج PCA/FA نشان داد 77/72 درصد از واریانس داده ها در دو فاکتور توجیه می شوند. همچنین، تحلیل مکانی با استفاده از زمین آمار نشان داد میزان تعامل آب و سنگ در عامل نخست بیان کننده ی کارکرد مؤثر سازندهای تبخیری بر آلودگی دشت است. نتایج ANOVA نیز وجود اختلاف معنا دار در غلظت عناصر فاکتور اول و دوم تحلیل عاملی را تأیید کرد. بر این اساس، متغیرهای EC، Cl، SO42، Mg و Na برای بررسی توسط SEM انتخاب شد. نتایج این روش یافته های روش های آماری را تأیید کرد.