پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز
سال:1398 | دوره:10 | شماره:19 |تعداد مقالات:20

در این تحقیق کاربرد شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP) برای پیش بینی تبخیر روزانه در دو ایستگاه سینوپتیک رشت و منجیل واقع در استان گیلان در شمال ایران بررسی گردیده است. ابتدا با استفاده از آزمون گاما مهم ترین ترکیب از پارامترهای هواشناسی برای هر دو ایستگاه شناسایی و مدل سازی براساس ترکیب بهینه صورت گرفت. نتایج مدل شبکه عصبی مصنوعی-آزمون گاما (ANN-GT) با استفاده از معیارهای ارزیابی مدل همچون مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) ضریب همبستگی (CC) و ضریب ناش-ساتکلیف (NS) ارزیابی شده است. نتایج نشان داد که مدل (ANN-GT) برای ایستگاه رشت با ضریب همبستگی 86/0، مجذور میانگین مربعات خطا 95/0، ضریب ناش-ساتکلیف 74/0 و ایستگاه منجیل با ضریب همبستگی 94/0، مجذور میانگین مربعات خطا 58/1، ضریب ناش-ساتکلیف 89/0، دارای عملکرد قابل قبولی در پیش بینی تبخیر روزانه می باشد. برای بررسی عدم قطعیت، درصدی از داده های مشاهده شده که در محدوده باند پیش بینی عدم قطعیت 95 درصد (95PPU) قرارگرفته اند (P-factor) و عرض متوسط باند (d-factor) برای مدل، مدنظر قرار داده شد. بنابر نتایج عدم قطعیت، عرض متوسط باند عدم قطعیت (d-factor) برای ایستگاه رشت (30/0) و برای منجیل (33/0) برآورد شد. این امر حاکی از عدم قطعیت پایین مدل شبکه عصبی مصنوعی-آزمون گاما (ANN-GT) در پیش بینی تبخیر روزانه برای هر دو ایستگاه می باشد. همچنین درصد داده های مشاهداتی در باند (95PPU) برای رشت 25 و برای منجیل 45 درصد به دست آمد. دلیل پایین بودن این مقادیر رامی توان، وجود عدم قطعیت های کوچک در پارامترها ذکر کرد.

مدیریت منابع آب در کشور به دلیل افزایش تقاضا از یک سو و کاهش سرانه آب تجدیدپذیر از سوی دیگر، به ویژه در سال های اخیر با مناقشاتی رو به رو شده است. تئوری بازی ها یکی از روش های علمی جهت حل مناقشات موجود در امر مدیریت می باشد. هدف از پژوهش حاضر، بررسی و ارائه راهکار برای حل مناقشه بخش مصرف پایین دست سد سفیدرود با استفاده از تئوری بازی ها می باشد. برای مدل سازی و تحلیل مناقشه، از مدل گراف GMCR استفاده شد. پس از تعیین بازیکنان (سازمان جهاد کشاورزی، شرکت آب منطقه ای، کشاورزان، استانداری، سازمان محیط زیست) و گزینه های هر یک و وارد کردن آن ها به مدل، 128 حالت در مناقشه به دست آمد که با استفاده از مفاهیم حل غیر همکارانه و با توجه به الویت بندی استراتژی ها، 4 وضعیت برای بازیکنان به عنوان نقاط تعادل، شناسایی شد. پس از تحلیل نهایی نرم افزار، مطلوب ترین حالت در مناقشه از بین نقاط تعادل، حالت 96 به دست آمد که کشاورزان و شرکت آب منطقه ای به ترتیب آبیاری نوبتی و توزیع مناسب آب مورد نیاز را رعایت کرده اند. با توجه به نتایج به دست آمده، حل این مناقشات بدون حکمرانی مؤثر در حوزه آبخیز سفیدرود بزرگ به منظور تشویق راه حل های همکارانه بین بهره برداران و تنبیه متخلفان امکان پذیر نمی باشد.

برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل نقش مهمی در برنامهریزی، طراحی و مدیریت منابع آب، به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک دارد. هدف از تحقیق حاضر، بررسی زمانی روش های مختلف محاسبه تبخیر و تعرق پتانسیل شامل تورنت وایت، بلانی-کریدل و هارگریوز – سامانی و بررسی تغییرات مکانی آن در حوزه آبخیز مهارلو در استان فارس می باشد. بدین منظور از آمار سالانه درجه حرارت در یک دوره آماری 12 ساله (2013-2002) و 12 ایستگاه هواشناسی در حوزه آبخیز مهارلو استفاده گردید. به منظور پهنه بندی تبخیر و تعرق و بررسی تغییرات مکان آن از روش میانیابی عکس مجذور فاصله (IDW) در نرمافزار ArcGIS استفاده گردید. در تحقیق حاضر بهمنظور انتخاب مناسبترین روش برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل بلانی-کریدل، هارگریوز-سامانی، تورنت وایت از شاخصهای آماری میانگین مطلق خطا (MAE) (64/8، 06/12، و 93/9)، میانگین انحراف خطا (MBE) (42/0-، 56/0-، 36/1-) و ریشه دوم میانگین مربعات باقیمانده (RMSE) (49/2، 48/3 و 86/2) استفاده شد. نتایج نشان داد که تغییرات زمانی و مکانی تبخیر و تعرق پتانسیل درروش بلانی-کریدل بیانگر بیشترین میزان تبخیر و تعرق در ایستگاه دوبنه در سال 2009 با مقدار 5/127میلی متر در سال و کم ترین مقدار آن مربوط به ایستگاه کافتر در سال 2006 با مقدار 1/85 میلیمتر در سال می باشد. همچنین بر اساس نتایج هارگریوز-سامانی، بیشترین و کمترین مقدار تبخیر و تعرق به ترتیب مربوط به ایستگاه های جهان آباد بختگان در سال 2009 با مقدار 1/152 میلی متر در سال و ایستگاه کمهر در سال 2003 با مقدار 5/96 میلیمتر در سال می باشد، درحالی که درروش تورنت وایت بیشترین میزان تبخیر و تعرق مربوط به ایستگاه دوبنه در سال 2009 با مقدار 6/103 میلیمتر در سال و کمترین مقدار آن مربوط به ایستگاه کمهر در سال 2011 با مقدار 7/52 میلیمتر در سال برآورد گردید. هم چنین نتایج ارزیابی روش های مختلف برآورد تبخیر و تعرق نشان داد که با توجه به معیار MAE و RMSE روش بلانی-کریدل کمترین میزان خطا (64/8 و 49/2) و با توجه به معیار های MAE و RMSEبیشترین مقدار خطا مربوط به روش هارگریوز-سامانی با مقدار اندازه گیری شده MAE 06/12 و RMSE 48/3 بوده است، که درمجموع روش بلانی-کریدل بهترین روش تبخیر و تعرق پتانسیل به دلیل پایین بودن میزان خطا نسبت به روش های هارگریوز-سامانی و تورنت وایت می باشد.

مدل ارتفاعی رقومی یکی از مهم ترین داده های مورد نیاز در مدل سازی حوزه آبخیز با مدل های هیدرولوژیکی است که دقت مکانی آن تاثیر بسزایی در صحت شبیه سازی فرایندهای هیدرولوژیکی دارد. مطالعات مختلف با مدل پرکاربرد SWAT نشان داده اند که نتایج شبیه سازی این مدل به کیفیت داده های توپوگرافی بسیار حساس است. هدف این مطالعه ارزیابی اثر دقت مکانی سه نوع مدل ارتفاعی رقومی ASTER (دقت مکانی30 متر)، SRTM (دقت مکانی 90 متر) و GTOPO30 (دقت مکانی 1000 متر) بر عدم اطمینان نتایج شبیه سازی دبی و نیترات کل در حوزه آبخیز تالار در استان مازندران می باشد. با کاهش دقت مکانی از 30 به 1000 متر خصوصیات فیزوگرافی حوزه مانند تعداد واحدهای هیدرولوژیکی کاهش ولی میانگین شیب حوزه و میانگین حداقل و حداکثر ارتفاع افزایش می یابد و همچنین ترسیم مسیر آبراهه نیز به شدت متاثر از دقت مکانی DEM می باشد. بهترین نتایج حاصل از واسنجی و صحت سنجی دبی ماهانه در ایستگاه شیرگاه برای مدل ارتفاعی رقومی ASTER حاصل شد. ضریب R2 و NS در دوره واسنجی به ترتیب 71/0 و 68/0 و در دوره صحت سنجی 70/0 و 54/0 بدست آمد. در نهایت با محاسبه ی خطای نسبی نتایج حاصل از شبیه سازی با SRTM وGTOPO30 نسبت به ASTER مشخص شد که با افزایش دقت مکانی از 30 به 90 متر مدل در شبیه سازی دبی و نیترات کل در اکثر ماه ها بیش تخمینی اما با افزایش دقت مکانی از 30 به 1000 متر مدل در شبیه سازی این دو پارامتر در تمامی ماه ها در دوره ی شبیه سازی کم تخمینی داشته است. نتایج پژوهش حاضر نشان داد دقت شبیه سازی دبی و نیترات کل با مدل ارتفاعی رقومی ASTERدارای بالاترین قدرت تفکیک مکانی بهترین شبیه سازی را نسبت به SRTM و GTOPO30 ارئه می کند.

به کارگیری روش های میدانی ژرفاسنجی به منظور برآورد ژرفا و حجم آب در مخازن، مستلزم صرف هزینه و زمان زیادی است. در همین راستا روش های متعدد سنجش از دور مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این پژوهش روشی بر پایه مدل تابش و بازتابش برای برآورد ژرفا و حجم آب با استفاده از تصاویر باندهای حس گر OLI معرفی شد. ابتدا در 27 اردیبهشت 94 با استفاده از قایق و ژرفاسنج صوتی، ژرفای آب آب بندان های مهدشت، سوربن و دشت ناز با فواصل 50 متری اندازه گیری و سپس در روز های 5 خرداد و 14 مرداد 94 و همچنین 8 خرداد، 9 تیر و 2 شهریور 95 مقدار اشل ثبت و ژرفا و حجم های دقیق آب تعیین شد. سپس ضریب تبیین مقادیرسلولی تصاویر و ژرفای اندازه گیری شده محاسبه شد. متوسط مقدار ضریب تبیین برای باندهای 5، 4، 3، 2 و 6 به ترتیب 38/0، 43/0، 48/0، 6/0 و 6/0 بود. باتوجه به نتایج فوق باندهای 2 و 3 حذف و برای بهبود همبستگی به کمک باندهای 4، 5 و 6 شاخص های نسبت باندی و تفاضل نرمال تولید و در ادامه ضریب تبیین ژرفای اندازه گیری شده و شاخص های مذکور محاسبه شد و شاخص IV (تفاضل نرمال باند 4 و 6) با مقدار 62 درصد به عنوان شاخص منتخب معرفی شد. در مجموع ضرایب همبستگی به گونه ای نبود که بتوان از روش سنجش از دور برای تعیین دقیق ژرفای آب در هرکدام از پیکسل ها بهره برد. سپس با استفاده از روش طبقه بندی ژرفایی حجم آب آب بندان ها با استفاده از باندهای مذکور و شاخص منتخب تخمین و در نهایت مقدار ضریب تبیین و خطای نسبی میان حجم برآورد شده و واقعی محاسبه شد. میانگین ضرایب همبستگی حجم حاصل از تصاویر باندهای 2، 3، 4، 5 و 6 به ترتیب 94/0، 93/0، 96/0، 95/0 و 8/0 با میانگین خطای نسبی 3/9، 1/8، 3/8، 8/8 و 9/9 درصد محاسبه شد. متوسط مقدار همبستگی خطی و خطای نسبی حاصل از شاخص IV به ترتیب 96/0 و 7/7 درصد به دست آمد. به این ترتیب برآورد حجم آب مخازن با روش طبقه بندی ژرفایی شاخص منتخب می تواند با خطای کمی جایگزین اندازه گیری میدانی شود.

امروزه با توجه به اهمیت موضوع تغییر اقلیم، بررسی روند داده های اقلیمی و هیدرولوژیکی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هدف از این پژوهش بررسی کارایی روش های مختلف حذف تأثیر خودهمبستگی در بررسی روند پارامترهای دما، بارش و دبی ایستگاه های منتخب در شرق حوزه آبخیز گرگانرود استان گلستان می باشد. به این منظور، علاوه بر استفاده از آزمون من-کندال معمولی، از آزمون های ناپارامتریک MK-PW، MK-TFPW، MK-VCA، MK-SA و MK-HSA برای تحلیل روند استفاده شد. همچنین، برای تعیین شیب خط روند و شناسایی نقاط جهش، به ترتیب از تخمین گر شیب سن و آزمون من-کندال دنباله ای (SQMK) استفاده شد. نتایج نشان داد که مقادیر بارش و دما در تمام ایستگاه ها روند صعودی دارند که این روند برای پارامتر دما در ایستگاه های لزوره و رامیان معنی دار می باشد. همچنین، دبی جریان ایستگاه ارازکوسه روند نزولی معنی دار دارد. استفاده از آزمون های ناپارامتریک باعث کاهش آمارهZ شد. در اکثر ایستگاه ها روش MK-PW کمترین مقدار احتمال معنی داری دارد و این روش به همراه روش های MK-VCA و MK-TFPWعملکرد بهتری داشته و توانستند احتمال خطای نوع اول را کاهش دهند. در ایستگاه هایی که وجود خودهمبستگی مرتبه اول و بالاتر معنی دار تایید نشد، روش های MK-PW و MK-VCA نتایج یکسانی داشتند. روش MK-TFPW به دلیل محاسبه خودهمبستگی بعد از حذف روند، رفتار متفاوتی از خود نشان داد. بررسی نقاط عطف در آزمون من-کندال دنباله ای نشان داد که در ایستگاه های باران سنجی ارازکوسه، رامیان، نوده، تمر و قزاقلی نقطه شروع روند، به ترتیب سال های 2000، 1987، 1988، 2001 و 2001 می باشد که تنها در دو ایستگاه تمر در سال 2005 و قزاقلی در سال های 2005 و 2006 در سطح 5% معنی دار شد. در ایستگاه های دما سنجی، نقطه جهش روند متفاوت می باشد و در تمام این ایستگاه ها زمان افزایش دما در سال 1993 همزمان با نقطه جهش روند کاهش دبی در ایستگاه ارازکوسه است.

پدیده ها و عوارض موجود در طبیعت به رغم پیچیدگی های فراوان دارای نظم و قواعد خاصی است. رفتار و الگوی رودخانه ها نیز به عنوان یکی از پدیده های پیچیده طبیعی، از این امر مستثنی نیست. بسته به شرایط ژئومورفولوژیکی، اقلیمی، توپوگرافی و فرسایشی، آبراهه ها رفتار و الگوی متفاوتی از خود نشان می دهند. یکی از پارامترهایی که می توان با استفاده از آن به پیچیدگی الگوی شکل عوارض و پدیده ها دست یافت، هندسه فراکتال می باشد. هدف از این پژوهش محاسبه و مقایسه بعد فراکتال شبکه های هیدروگرافی در حوزه های آبخیز استان ایلام که ازDEM 50 متر و داده-های SRTM استخراج شدند، که شبکه های هیدروگرافی به دست آمده از داده های SRTMبا دقت بیش از 5 متر با استفاده از تصاویر گوگل ارث ترسیم شده اند. بدین منظور، ابتدا 12 حوزه آبخیز در استان ایلام (اما، تنگ سازبن، دویرج، هلیلان، نظرآباد، چم گز، کُلم، سیاگاو، جعفرآباد، چاویز، جزمان و ورگچ) انتخاب و پس از تعیین واحد های 25 کیلومتر مربع در محدوده هرکدام از حوزه ها و ترسیم و تکمیل الگوهای شبکه زهکشی در محدوده های مورد مطالعه، به کمک نرم افزار فراکتالیز بعد فراکتال آنها محاسبه شد. نتایج به دست آمده نشان داد که محاسبه و مقایسه بعد فراکتال به روش های تصویری در صورتی صحت دارد که عرصه های مورد مقایسه از مساحت یکسانی برخوردار بوده و همچنین، دقت و مقیاس ترسیم شبکه های هیدروگرافی نیز یکسان باشد. از سوی دیگر شبکه زهکشی ترسیم شده از روی گوگل ارث با دقت بیشتر از پنج متر نسبت به شبکه آبراه ه ای متناظر با دقت DEM 50 متر در پلات های 5×5 کیلومتر مربع (25 کیلومتر مربع) از دقت بسیار بالایی برخوردار است. همچنین کمترین مقدار بعد فراکتال قبل از اصلاح شبکه های هیدروگرافی مربوط به حوزه آبخیز اما (042/1) و بیشترین مقدار آن مربوط به حوزه آبخیز تنگ سازبن (424/1) می باشد. در حالیکه پس از اصلاح شبکه های هیدروگرافی و محاسبه بعد فراکتال، کمترین مقدار به دست آمده بعد فراکتال مربوط به حوزه آبخیز چاویز (11/1) و بیشترین مقدار آن مربوط به حوزه آبخیز نظرآباد (49/1) است.

امین جریان زیست محیطی به منظور حفظ تنوع زیستی گونه های گیاهی و جانوری و نیز تأمین نیاز آبی جوامع انسانی در بسیاری از اکوسیستم های رودخانه ای ضروری است. هم چنین تغییرات هیدرولوژیکی ناشی از سد و مشکلات زیست محیطی مربوط به آن باعث برانگیخته شدن نگرانی های زیاد برای هیدرولوژیست ها، اکولوژیست ها و سیاست گذاران شده است. از این رو هدف اصلی این پژوهش، بررسی میزان تغییر مؤلفه های جریان زیست محیطی ناشی از احداث سد سبلان در رودخانه قره سو اردبیل در ایستگاه های ارباب کندی (قبل از سد سبلان) و دوست بیگلو (بعد از سد سبلان) با استفاده از نرم افزار IHA Software 7. 1 در دوره آماری 1393-1384 می باشد. بدین منظور ابتدا مقادیر 34 پارامتر جریان زیست محیطی در هر دو ایستگاه هیدرومتری برآورد گردید. سپس تغییرات پارامترهای مستخرج از دبی جریان زیست محیطی که در پنج گروه جریان های حد پایین، جریان پایین، پالس های جریان بالا، سیلاب کوچک و سیلاب بزرگ مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه نمودار مربوط به پارامترهای حداقل جریان، پیک جریان و سیلاب های کوچک ترسیم گردید. براساس نتایج، فراوانی جریان های حد پایین در ایستگاه دوست بیگلو نسبت به ارباب کندی، افزایش 59 درصدی را نشان می دهد. از طرفی پارامتر پیک جریان در ایستگاه دوست بیگلو روند متعادل تری را نشان می دهد، که دلیل افزایش فراوانی جریان های کم و نیز روند متعادل دبی اوج در ایستگاه بعد از سد سبلان را می توان این گونه تشریح کرد که چون سد سبلان از نوع مخزنی می باشد بنابراین با ذخیره جریان های با دبی بالا باعث متعادل شدن جریان خروجی در مناطق پایین دست سد می شود. پارامترهای دبی اوج، مدت زمان، زمان بندی و فراوانی سیلاب های کوچک در ایستگاه دوست بیگلو نسبت به ارباب کندی به ترتیب کاهش 27، 78، 68 و 17 درصدی داشته است. هم چنین دبی اوج و فراوانی سیلاب های بزرگ در ایستگاه دوست بیگلو روند کاهشی داشته است به طوری که مقادیر این پارامترها در دوست بیگلو نسبت به ارباب کندی به ترتیب 26 و 50 درصد کاهش یافته است که دلیل آن را می توان با اثر تنظیمی سد مخزنی سبلان مرتبط دانست.

فقدان پوشش کامل داده های هیدرولوژی، هیدرولوژیست ها را مجبور به استفاده از روش همگن بندی در تحلیل منطقه ای می کند. در این پژوهش، به منظور انتخاب بهترین روش خوشه بندی سلسله مراتبی در گروه بندی حوضه ها، با استفاده از داده های جریان روزانه رودخانه، جریان پایه و شاخص آن از روش فیلتر رقومی برگشتی دو پارامتره در 43 ایستگاه آب سنجی مربوط به حوضه های درجه چهار استان کرمان، استخراج شد. پارامترهای هیدرولوژیکی و اقلیمی، محاسبه و عوامل فیزیوگرافی در محیط رقومی استخراج شد. با استفاده از روش آزمون تحلیل عاملی از بین 14 پارامتر مؤثر در شاخص جریان پایه، شش عامل ثابت افت منحنی هیدروگراف، بارش متوسط سالانه، تبخیر و تعرق واقعی، نفوذ پذیری، توپوگرافی (شیب و ارتفاع ) و شماره منحنی، به عنوان عوامل مستقل انتخابشدند. همگن بندی حوضه ها با استفاده از عوامل مستقل انتخابی به روش های مختلف سلسله مراتبی شامل: نزدیک ترین همسایه، دورترین همسایه، فاصله از مرکز ثقل و روش وارد، انجام شد. سپس روابط منطقه ای به روش رگرسیون خطی، در سطوح معنی داری کمتر از یک درصد برای گروه های همگن تمام روش ها به دست آمد. ارزیابی صحت و کارایی مدل های برآوردی، به روش های آزمون استقلال خطاها، نرمال بودن توزیع خطاها و هم خطی انجام شد. سپس دقت مدل های استخراج شده با استفاده از ایستگاه های شاهد محاسبه و با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان داد که دقت مدل های استخراج شده در حوضه های همگن انتخاب شده به روش "فاصله از مرکز ثقل" به دلیل حداقل خطای برآورد نسبی به میزان 137/27% برای منطقه یک و 89/36% برای منطقه همگن دو، حداقل خطای برآورد استاندارد و ضریب همبستگی بالا، به عنوان بهترین روش همگن بندی سلسله مراتبی برای برآورد منطقه ای شاخص جریان پایه در منطقه پژوهش تشخیص داده شد.

ارزیابی پروژه های آبخیزداری امروزه از مسائل مهم در برنامه ریزی های آتی مدیریت منابع طبیعی می باشد. با توجه به نبود تجهیزات لازم به منظور پایش و ارزیابی پروژه های آبخیزداری و بررسی تأثیر اقدامات مدیریتی در وضعیت سیلاب و رسوب-دهی حوزه های آبخیز، استفاده از مدل های هیدرولوژیکی جهت شبیه سازی رفتار حوزه در قبل و بعد از اقدامات آبخیزداری ابزاری کارآمد در دستیابی به اهداف می باشد. تحقیق حاضر با هدف ارزیابی تاثیر عملیات آبخیزداری در حوزه هفتان استان مرکزی با استفاده از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS انجام شد. بدین منظور ابتدا با استفاده از داده های بارش و رواناب ثبت شده از دو رویداد اقدام به واسنجی پارامترهای شماره منحنی، زمان تمرکز و تلفات اولیه بارش شد و در نهایت صحت مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. با تعریف مقادیر بارش 6 ساعته با دوره بازگشت های مختلف به عنوان بارش طرح، اقدام به شبیه-سازی سیل قبل و بعد از احداث سازه های اصلاحی در مسیر آبراهه های اصلی شد. بدین منظور زمان تأخیر حوزه برای شبیه سازی سیل بعد از اقدامات آبخیزداری با توجه به تغییرات شیب آبراهه ناشی از تأثیر سازه های اصلاحی تغییر کرد. سرانجام با تعریف درصد خطای دبی اوج به عنوان تابع هدف، به ارزیابی اثر عملیات آبخیزداری بر مشخصه های هیدروگراف سیل پرداخته شد. نتایج نشان داد عملیات آبخیزداری بیشترین تأثیر خود را بر روی وقایع سیلاب های کوچک نشان داده اند. همچنین همزمان با افزایش شدت بارش، تأثیر سازه ها بر کاهش دبی اوج کمتر شده است. با توجه به نتایج سیلاب شبیه سازی شده در خروجی حوزه هفتان مشخص شد که تأثیر عملیات آبخیزداری بر کاهش دبی اوج از 21 تا 83 درصد و بر کاهش حجم سیلاب از 11 تا 79 درصد بوده است که این نتیجه بیانگر تأثیر بیشتر عملیات آبخیزداری بر روی کاهش دبی اوج نسبت به کاهش حجم سیلاب می باشد.

یکی از بلایای طبیعی که با توجه به ساختار زمین شناسی، وضعیت مورفولوژیکی و زلزله خیزی، به وفور در ایران رخ می دهد و به جان و مال مردم خسارت وارد می کند، زمین لغزش است. حوزه آبخیز رودبار الموت در شرق استان قزوین، یک منطقه کوهستانی است که دارای استعداد زیاد در بروز انواع زمین لغزش ها می باشد و به علت فعال بودن آنها، هر ساله نیز شاهد سیر صعودی فراوانی وقوع زمین لغزش بوده و باعث وارد آمدن خسارت به اراضی مرتعی، زمین های زراعی و مناطق مسکونی می گردد. در این پژوهش بررسی زمین لغزش با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) انجام گردیده است. فاکتورهای خاک، زمین شناسی، شیب، جهت شیب، طبقات ارتفاعی، پارامترهای خطی شامل (فاصله از آبراهه، فاصله از گسل، فاصله از جاده)، حساسیت سنگ ها به عوامل فرساینده، بارندگی و کاربری اراضی به عنوان عوامل مؤثر در لغزش انتخاب و با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی با ساختار پرسپترون چند لایه و الگوریتم یادگیری پس انتشار خطا، پهنه بندی خطر زمین لغزش صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که آرایش 1-7-11 با تابع فعال سیگموئید بهترین ساختار برای بررسی پدیده زمین لغزش در منطقه مورد مطالعه می باشد. آموزش و آزمون و اعتبار سنجی مدل به ترتیب با 15، 15و 75 درصد داده ها که به صورت تصادفی انتخاب شده بودند انجام گردید. پس از بهینه شدن ساختار شبکه، اطلاعات استاندارد شده منطقه در اختیار شبکه قرارگرفت. بر اساس نتایج حاصل از پهنه بندی خطر زمین لغزش با مدل شبکه عصبی مصنوعی، به ترتیب 6/2، 7/10، 1/17، 3/64 و 3/5 درصد از مساحت منطقه در کلاس های خطر خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد قرارگرفت. شبکه با نسبت یادگیری 5/0 و تعداد 7 نورون در لایه پنهان دارای کمترین مقدار خطا در آزمایش (RMSe=0. 0321) بود.

بررسی روند رسوب گذاری سطحی خاک در پروژه های تغذیه مصنوعی و پخش سیلاب بر آبخوان که تحت عنوان طرح های آبخوانداری احداث شده اند، می تواند در فرآیند طراحی سازه ها و همچنین مدیریت شبکه مؤثر باشد. مرور منابع نشان می دهد عمده مطالعات در عرصه های پخش سیلاب در شرایطی انجام شده است که شبکه های اجراشده دارای عمر کم یا دفعات سیل گیری محدود هستند. ایستگاه پخش سیلاب بر آبخوان جاجرم در استان خراسان شمالی دارای آمار ثبت شده ی 37 مورد سیل گیری از سال 1376 می باشد. در این تحقیق به منظور بررسی روند رسوبگذاری سطحی و تغییرات بافت خاک در عرصه پخش سیلاب، نمونه ای از رسوبات در کانال آبرسان و 9 نوار پخش برداشت شد. در ادامه و با حفر سه پروفیل خاک در داخل شبکه و یک پروفیل در خارج عرصه (به عنوان شاهد) در سه عمق 0-30، 30-60 و 60-90 سانتی متر نمونه برداری شد. نمونه های رسوبات و خاک به کمک سری الک های استاندارد دانه بندی گردید و ذرات ریزدانه نیز با آزمایش هیدرومتری دانه بندی شد. نتایج نشان می دهد رسوبات وارده به شبکه بافت سیلت و رسی دارند. دانه بندی رسوبات به سمت پایین دست عرصه پخش سیلاب ریزدانه تر می شود البته روند تغییرات در نوارهای 4 تا 9 خیلی کمتر است. نتایج مربوط به پروفیل های خاک نیز نشان می دهد رسوبات ریزدانه عمدتاً در لایه 0 تا 30 سانتی متری سطحی خاک فیلتر شده و بخش کمی از رسوبات به لایه های زیرین نفوذ می کنند. بر اساس نتایج پیشنهاد می شود در طرح های اجرایی، نوارهای اولیه به عنوان رسوبگیر درنظر گرفته شود و ابعاد و فواصل سازه ها متناسب با این شرایط طراحی گردد.

منحنی سنجه رسوب رودخانه ها برای بسیاری از مباحث و محاسبات مهندسی رودخانه مثل لایروبی، طراحی مخازن سدها، طراحی آبگیرهای جانبی و مدیریت برداشت مصالح رودخانه ای یک فاکتور اساسی است. اگرچه این منحنی به کمک داده های اندازه گیری شده همزمان دبی جریان و دبی رسوب توسعه داده می شود اما به دلیل تعداد کم داده های اندازه گیری در زمان وقوع سیل، اعتبار این منحنی در شرایط سیلاب کم است. این خلاء را می توان به کمک یک ابزار ساده و کاربردی مثل مدل های ریاضی شبه دوبعدی تا حدودی برطرف نمود. این مدل ها هم اکنون به عنوان یک راه حل بهینه و کارآمد، کاربرد گسترده ای در مباحث هیدرولیک جریان و رسوب رودخانه ها یافته اند. در این مدل ها، تغییرات سرعت در عرض رودخانه ها به کمک حل عددی معادلات دیفرانسیل ناویر-استوکس و در شرایط جریان ماندگار و یکنواخت شبیه سازی می شود. در پژوهش حاضر با استفاده از مدل ریاضی شبه دوبعدی شیونو و نایت، توزیع عرضی سرعت جریان در رودخانه قره سو در حل ایستگاه هیدرومتری سیاه آب محاسبه شده و سپس به کمک این نتایج و تلفیق آنها با روابط تجربی انتقال رسوب، توزیع عرضی رسوب کل و ظرفیت انتقال رسوب رودخانه تعیین شد. نتایج حاصله نشان دهنده عملکرد مناسب مدل شبه دوبعدی در برآورد توزیع عرضی سرعت جریان با خطای متوسط 7/8 درصد می باشد. همچنین از میان روابط مختلف انتقال رسوب، رابطه انگلوند-هانسن با خطای متوسط 34 درصد، بهترین دقت را در تخمین دبی رسوب رودخانه و استخراج منحنی سنجه رسوب داشته است. روابط تجربی یانگ و ایکرز-وایت به ترتیب با متوسط خطای نسبی 46 و 64 درصد، در رده های بعد قرار دارند. رابطه لارسن نیز با متوسط خطای نسبی 258 درصد، دارای دقت بسیار کمی است.

زمین لغزش در ایران به عنوان یک مخاطره طبیعی، سالانه خسارات جانی و مالی فراوانی را به همراه دارد. لذا انجام مطالعات در این زمینه برای ارائه راه کار های مفید به منظور پیشگیری و کاهش خسارات ناشی از زمین لغزش، امری اجتناب ناپدیر است. بر همین اساس پژوهش حاضر با استفاده از روش آماری رگرسیون لجستیک به اولویت بندی عوامل مؤثر در ایجاد زمین لغزش های به وقوع پیوسته در بخشی از زون زمین شناسی کپه داغ-هزار مسجد در شمال شرق ایران که به دلیل شرایط طبیعی منطقه و اقدامات انسانی، دارای لغزش های بسیاری می باشد، پرداخته است. به همین منظور، پس از اعمال توابع GIS در لایه های اطلاعاتی اولیه، آنالیز رگرسیون لجستیک، روی داده ها صورت گرفت و پس از تعیین عوامل مؤثر، فراوانی زمین لغزش ها در هر طبقه مشخص شد. بر اساس مقادیر جدول آنالیز نوع دوم در رگرسیون لجستیک، از بین همه عوامل انتخاب شده، عامل خاک با کم ترین مقدار نسبت Pr> LR(001/0)، مهم ترین فاکتور در ایجاد زمین لغزش شناخته شد. پس از خاک، عامل ارتفاع، لایه زمین شناسی، شاخص های موقعیت توپوگرافی، توان رودخانه، پوشش گیاهی، شاخص زبری و کاربری اراضی به ترتیب با اختصاص مقادیر احتمال Pr> LR، 002/0، 003/0، 004/0، 032/0، 036/0، 100/0 و 109/0 بیش ترین تأثیر را در وقوع زمین لغزش های منطقه مورد مطالعه ایفا می کنند. هم چنین چهار عامل اولیه در سطح اطمینان 99 درصد و سایر عوامل در سطح اطمینان 95 درصد در وقوع زمین لغزش های منطقه مورد مطالعه مؤثر شناخته شدند.

به دلیل نقش مهم آلودگی غیرنقطه ای در مدیریت منابع آب، در این مطالعه مدل های سری زمانی به منظور پیش بینی پارامترهای کیفی آب و مدل L-THIA (یکی از مدل های آلودگی غیرنقطه ای) به منظور تخمین میزان آلاینده های آب استفاده شد. پژوهش حاضر با هدف مقایسه نتایج مدل L-THIA و مدل های ARIMA در زیرحوزه نمرود واقع در حوزه آبخیز حبله رود انجام شده است. در ابتدا، تغییرات کاربری از سال 1974 تا 2017 بررسی شد که نشان دهنده افزایش اراضی کشاورزی، توسعه شهری و جاده ها بود. سپس با استفاده از مدل L-THIA برای هر دو کاربری، میزان آلاینده ها و حجم رواناب محاسبه شد که رشد زیادی را نشان می داد. در نهایت، با استفاده از مدل های ARIMA، پارامترهای کیفی آب برای سی سال مدل-سازی شد. در بین مدل های ARIMA مدلی با کمترین میزان خطا و معیار سنجش آکائیک (AIC) به عنوان مدل بهینه برای TDS و مجموع کل کاتیون و آنیون انتخاب شد. مدل های مطلوب برایTDS و مجموع کاتیون و آنیون به ترتیب عبارت بودند از: (1، 1، 0)، (2، 1، 1) و (1، 1، 1). در نهایت نمودار روند و سری زمانی برای هر یک از پارامترهای مذکور رسم شد. نمودارهای روند و سری زمانی برای هر سه پارامتر افزایش را نشان داد که بیانگر افزایش میزان آلودگی بود. نتایج این مطالعه حاکی از سودمندی مدل های سری زمانی در مطالعات منابع آب از طریق پیش بینی پارامترهای کیفی آب است.

برآورد صحیح مقدار رسوب معلق نقش مهمی در طراحی بهینه سازه های آبی، مطالعات فرسایش و رسوب و مطالعات کیفی آب دارد. منحنی سنجه رسوب، یک مدل رگرسیونی مرسوم و شناخته شده در این زمینه بوده، بااین حال به دلیل تبدیلات لگاریتمی در واسنجی این مدل، مقادیر برآوردی آن اغلب کمتر از مقدار واقعی است. در پژوهش حاضر، با استفاده از داده های دبی لحظه ای جریان و بار رسوب معلق ایستگاه هیدرومتری بیطاس در رودخانه مهاباد چای، مدل منحنی سنجه رسوب واسنجی و پس ازآن، با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند هدفه با مرتب سازی نامغلوب (NSGA-II)، ضرایب این مدل مجدداً بهینه شد. این الگوریتم یک روال خودکار بوده و می تواند توابع هدف مختلفی را در فرآیند واسنجی به طور هم زمان مورد استفاده قرار دهد. در این رابطه در فرایند واسنجی مدل از چهار تابع هدفRMSE، MAE، NSE و LOGE به طور دوبه دو استفاده گردید که با توجه به نتایج ارزیابی مدل، توابع هدف NSE و LOGEبه عنوان بهترین توابع هدف جهت بهینه سازی مدل انتخاب شدند. همچنین به منظور افزایش قدرت تعمیم دهی مدل ها، از شبکه عصبی بدون ناظر نگاشت خودسازمان ده (SOM) برای خوشه بندی داده ها و تشکیل دو مجموعه داده همگن (مجموعه های واسنجی و ارزیابی) به نسبت 70 و 30 درصد استفاده شد. نتایج نشان داد که استفاده از الگوریتم NSGA-II سبب افزایش کارایی مدل شده به نحوی که نتایج آن، از نتایج دیگر مدل های مرسوم منحنی سنجه رسوب (نظیر منحنی سنجه حد وسط دسته ها، منحنی سنجه های تصحیح شده با ضرایب تصحیحی) بهتر است. در این رابطه، مقدار خطای (RMSE) داده های آزمون در بهترین مدل منحنی سنجه، 65/383 تن در روز محاسبه گردید که با استفاده از الگوریتم NSGA-II به 94/102 تن در روز کاهش یافت. درمجموع، با استفاده از الگوریتم NSGA-II می توان ضرایب مدل منحنی سنجه رسوب را به نحوی بهینه نمود که کارایی آن بیشتر از سایر مدل های سنتی گردد.

آبشکن ها یکی از روش های متداول حفاظت کناره رودخانه ها در برابر فرسایش می باشند. از مسائل مهمی که عملکرد آبشکن ها را مختل می کند آبشستگی اطراف آن هاست. یکی از روش های کاهش آبشستگی آبشکن ها، استفاده از آبشکن محافظ است. در این مطالعه جهت بررسی و تخمین اثر پارامترهای مختلف آبشکن محافظ بر آبشستگی آبشکن های اصلی و یافتن رواﺑ ﻂ ﺻ ﺮ یﺢ ﺑ ﯿ ﻦ ﻣ ﺘ ﻐ ﯿ ﺮ ﻫ ﺎ از روشﻫ ﺎ ی دادهﻣ ﺤ ﻮ ر نظیر روش گروهی مدل سازی داده ها (GMDH) و برنامه ریزی بیان ژن ((GEP ﮐ ﻪ ﻣ ﺤ ﺎ ﺳ ﺒ ﺎ ت را در ﺷ ﺮ ایﻂ ﻏ ﯿ ﺮ دﻗ ﯿ ﻖ اﻧ ﺠ ﺎ م ﻣ ﯽ دﻫ ﻨ ﺪ استفاده شده است. با بهره گیری از نتایج مدل های آزمایشگاهی، پارامترهای مؤثر شامل زاویه آبشکن محافظ (θ )، طول آبشکن محافظ (Lp)، طول آبشکن اصلی (Lf)، فاصله از آبشکن اصلی (X)، شدت جریان (U/Ucr) و عدد فرود ذره (Fd) مورد بررسی قرار گرفتند و از این پارامترها به عنوان متغیرهای ورودی در مدل های موردنظر استفاده گردیده است. نتایج بخش های آموزش و صحت سنجی حاکی از برتری مدل GMDH نسبت به مدل GEP می باشد. به طوری که مقادیرMAE و RMSE در قسمت صحت سنجی در مدل GMDH نسبت به مدل GEP به ترتیب از مقادیر 063/0 و 086/0 به مقدار 045/0 و 061/0 کاهش و مقدار NS نیز از 51/0 در مدل GEP به مقدار 75/0 در مدل GMDH افزایش یافته است. در ادامه با استفاده از مدل های GMDH و GEP و با توجه به فیزیک حاکم بر مسئله روابطی به منظور تخمین میزان کاهش عمق آبشستگی آبشکن اول پیشنهاد گردیده است. همچنین آنالیز حساسیت نشان داد که تأثیرگذارترین پارامتر در کاهش عمق آبشستگی آبشکن اول توسط آبشکن محافظ، نسبت (Lp/Lf) می باشد.

در این مطالعه اثر اقدامات آبخیزداری بر ویژگی های آبنمود سیل با مدل HEC-HMS مورد بررسی قرار گرفته شده است. برای طراحی، واسنجی و اعتبارسنجی مدل اطلاعات حوزه معرف و زوجی کاخک در استان خراسان رضوی تهیه و با بازدیدهای میدانی تکمیل گردید. نتایج آزمون T جفتی و آماره های خطای نسبی، ضریب نش-ساتکلیف و ضریب تبیین برای مقادیر واقعی و شبیه سازی شده نرم افزار HEC-HMS کارایی مدل در شبیه سازی آبنمود سیل حوزه های شاهد و نمونه را تایید کرد. نتایج نشان داد که اقدامات آبخیزداری توانسته است عکس العمل هیدرولوژیکی حوزه و خصوصیات آبنمود سیلاب از جمله ضریب سیلاب، دبی پیک و حجم سیلاب را به ترتیب با Pvalue برابر با 001/0، 027/0 و 026/0 به صورت معنی داری کاهش دهد علاوه بر این عملیات بیولوژیک نسبت به سازه ای، دبی پیک و حجم سیلاب را ه به ترتیب 8/8 و 64/12 درصد بیشتر تعدیل کرده است.

از مهم ترین مسائل در مدیریت حوزه های آبخیز، پیش بینی فرآیندهای هیدرولوژیکی بارش-رواناب می باشد. استفاده از مدل-های جدید در این زمینه می تواند به مدیریت و برنامه ریزی صحیح کمک کند. علاوه بر آن پیش بینی جریان رودخانه، مخصوصاً در شرایط سیلابی، به مسئولان این امکان را خواهد داد که با آمادگی خسارت ناشی از سیل را کاهش دهند. با توجه به اهمیت پیش بینی جریان رودخانه در مدیریت منابع آب روش های مختلفی برای مدل کردن جریان رودخانه ها به کار برده می شوند، تا بتوان با به کارگیری این مدل در مدیریت خشکسالی و سیلاب خسارات ناشی از آن ها را به حداقل ممکن رساند. در این مطالعه برای پیش بینی سری زمانی جریان روزانه ایستگاه آب سنجی سرمو واقع بر رودخانه محمدآباد، مدل نروفازی و هیبرید موجکی-عصبی مورد استفاده قرار گرفت. برای این هدف سری زمانی اصلی به مدت 28 سال به وسیله تبدیل موجکی به سه زیر سری و با موجک مادر دابچیز نوع چهارم انجام شد. مقدار ضریب همبستگی در مدل نروفازی 88/0 و در مدل هیبرید موجکی-عصبی 95/0 به دست آمده است و نیز پارامترهای ارزیابیRMSE، MSE، NS در مدل موجکی-عصبی به-ترتیب 004/0، 043/0 و 91/0 و در مدل نروفازی به ترتیب 32/0، 10/0 و 77/0 بدست آمد. در نهایت نتایج حاصل از تبدیل موجکی-عصبی با نتایج حاصل از نروفازی، مقایسه و ملاحظه شد که روش موجکی-عصبی نسبت به روش نروفازی دقت پیش بینی بالاتری دارد.

از آنجایی که تغییر کاربری اراضی از مسائل مهم و شایع در ایران بخصوص در نواحی شمالی کشور است، دراین پژوهش اثرتغییرکاربری مرتع به زمین زراعی و باغ بر برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک دربخشی از حوزه آبخیز بابلرود واقع در جنوب شهرستان بابل، بخش بندپی شرقی استان مازندران مطالعه شد. بدین منظور از هر کاربری از 2 عمق 20-0 و 40-20 سانتی متری در4 تکرار نمونه برداری شد و تجزیه و تحلیل آماری به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی صورت پذیرفت. نتایج نشان داد درصد میزان شن در کاربری باغ بیشترین مقدار بود. بیشترین مقدار سیلت و رس، به ترتیب در کاربری های مرتع و زراعی مشاهده شد. تغییر کاربری از مرتع به زراعی، موجب افزایش معنی دار جرم مخصوص ظاهری شد و میزان جرم مخصوص ظاهری در لایه زیرین بیشتر از لایه سطحی است و بالاترین درصد تخلخل با مقدار 87/54 درصد در باغ مشاهده شد. بیشترین مقدار پایداری خاکدانه ها (MWD)، در کاربری مرتع و باغ بود. بالاترین میزان ظرفیت نگهداشت آب به مقدار 62/64 درصد در عمق 40-20 سانتی متری مشاهده شد. هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (KS) در کاربری باغ بیشترین مقدار بود. تغییر کاربری موجب تغییر در واکنش خاک(pH) شد به طوری که بیشترین مقدار pH، به میزان 54/7 در کاربری زراعی نسبت به سایر کاربری ها مشاهده شد. همچنین بیشترین میزان هدایت الکتریکی (EC) مربوط به کاربری باغ بوده است. بیشترین کربن آلی (OC) به میزان 47/2 درصد در لایه سطحی کاربری باغ و کمترین آن به میزان 26/0 درصد در لایه زیرسطحی کاربری زراعی مشاهده شد. در مجموع نتایج این پژوهش با توجه به مقایسه برخی شاخص های کیفیتی خاک، حاکی از آن بود که اگر تغییر کاربری اراضی به صورت کاربری زراعی باشد به دلیل شدت عملیات کشاورزی تأثیر منفی معنی داری بر خصوصیات خاک می گذارد.