حوزه آبخیز بابلرود و استان مازندران از جمله مناطقی هستند که در سالیان اخیر حوادث اقلیمی متفاوتی را تجربه کرده اند. بر این اساس لزوم بررسی هرچه بیشتر تأثیر تغییر اقلیم بر رواناب حوزه آبخیز مورد تأکید قرار می گیرد. این کار از طریق مدل های تغییر اقلیم و بارش-رواناب که قادر به شبیه سازی و محاسبه اثر تغییرات اقلیمی بر مؤلفه-های هیدرولوژیک اعم از بارش، دما، تبخیر و تعرق و رواناب هستند انجام می پذیرد. در این تحقیق با استفاده از این روش، داده های مدل گردش عمومی جو HadCm3 با به کارگیری مدل LARS-WG تحت دو سناریوی A2 (بدبینانه)، B1(خوش بینانه) برای دوره های زمانی 2065-2046 و 2099-2080 ریزمقیاس شدند. در مرحله بعد متغیرهای مورد پیش بینی به مدل بارش-رواناب SIMHYD معرفی شدند. در شبیه سازی رواناب روزانه حوزه آبخیز بابلرود در دوره 2011-1982، بهترین دوره واسنجی و صحت سنجی با در نظرگرفتن طول دوره و پارامترهای آماری بهینه و فرآیند آنالیز حساسیت مدل، به منظور به حداقل رساندن خطای شبیه سازی انتخاب شدند. نتایج نشان داد تطبیق معقولی از الگوی تغییرات رواناب بین جریان مشاهده ای و شبیه سازی شده در نمودار مشهود است. به طوری که مقادیر نسبتاً بالای ضرایب تبیین (73/0= ) و ناش-ساتکلیف (53/0= ) در مراحل واسنجی و صحت سنجی، بیانگر کارایی این مدل در شبیه سازی جریان های معمول و کمینه می باشد. همچنین، نتایج نشان دادحدود تغییرات میانگین دبی سالیانه در مدل SIMHYD، 23+ تا 58+ درصد افزایش داشته است که بیشترین افزایش دبی در ماه های اکتبر و نوامبر (حدود مهر و آبان) و بیشترین کاهش در ماه های جولای و آگوست (حدود تیر و مرداد) در سال های آتی می باشد. بر این اساس وضعیت ماه های کم بارش سال به سوی خشکی بیشتر و ماه های پربارش به سوی سیلابی شدن پیش خواهد رفت.

حلقه های گیاهی با اندازه های مختلف توسط گونه هایی از تیره زنبق، گندمیان، اویارسلام و بعضی تیره های دیگر در مناطق نیمه خشک تشکیل می شود. مکانیسم تشکیل حلقه نوعی واکنش به خشکسالی و سازش با شرایط کمبود منابع آب است. تا کنون نقش این گیاهان در نفوذ آب به خاک و تاثیر توسعه این گونه ها در هیدرولوژی حوزه های آبخیز کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش نفوذ تجمعی و شدت نفوذ آب در درون حلقه های گیاهی دو گونه Iris songarica و Scripoides holoschoenus اندازه گیری شد. نفوذ تجمعی و شدت نفوذ در خاک بین حلقه های گیاهی نیز به عنوان محدوده فاقد پوشش (شاهد) نیز اندازه گیری شد. اندازه گیری نفوذ تجمعی و شدت نفوذ به کمک استوانه های زوجی انجام پذیرفت. نفوذپذیری در سه تکرار برای هر گیاه که به طور تصادفی انتخاب گردید، تکرار شد. در خاک بین حلقه ها نیز در سه تکرار مقادیر نفوذ تجمعی و شدت نفوذ به دست آمد. در هر اندازه گیری نفوذ فاصله های زمانی، پنج دقیقه در نظر گرفته شد تا زمانی که نفوذ آب به خاک یا درون حلقه گیاهی ثابت گردید. در بیشتر مدل های برآورد عمق و حجم رواناب سطحی در حوزه آبخیز مانند نرم افزار HEC-HMS از معادله های نفوذ استفاده می شود. دانستن اجزاء معادله های نفوذ گرین - آمپت و هورتون داخل حلقه زنبق، حلقه اویارسلام و در خاک منطقه بدون پوشش، کمک می کند تا از داده های ورودی دقیق تر برای اجراء مدل های هیدرولوژی استفاده کرد. کارایی مدل های گرین - امپت و هورتون در برآورد نفوذ با محاسبه ضریب کارایی ناش - ساتکلیف به دست آمد. نتایج حاصل از آزمون t جفت شده نشان داد؛ بین شدت نفوذ آب و نفوذ تجمعی دو تیمار گونه های با پوشش حلقه ای و خاک بین حلقه ها اختلاف معنی داری وجود دارد (p<0.01). مقادیر نفوذ تجمعی پس از یک ساعت برای زنبق، اویارسلام و خاک لخت به ترتیب 56.5±2.8، 89.5±5.4 و 42.7±1.3 میلی متر به دست آمده است. شدت نفوذ اشباع برای زنبق 39.6±2، آویارسلام 54±2.7 و شاهد 27.6±1.4 میلی متر بر ساعت محاسبه شد. این اختلاف به علت نفوذ بیشتر آب در مرکز حلقه گونه های گیاهی، حاکی از اثر مثبت زیتوده ریشه و بافت های مرده در مرکز حلقه می باشد. کارایی مدل های گرین - امپت و هورتون در برآورد شدت نفوذپذیری در الگوی پوشش حلقه ای و شاهد در حد قابل قبول از نظر شاخص ناش ساتکلیف قرار دارد.

مدل ارزیابی خاک و آب (SWAT) یک مدل پیوسته و نیمه توزیعی می باشد. مدل SWAT قابلیت اتصال به سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) را دارد. این مدل با استفاده از طیف وسیعی از اطلاعات همانند اطلاعات فیزیکی حوضه ها (خاک، کاربری اراضی و شیب) و همچنین، اطلاعات هواشناسی همانند بارندگی، درجه حرارت، باد، رطوبت نسبی و تابش خورشیدی می تواند فرایند های هیدرولوژیکی را در حوزه های آبریز در مقیاس زمانی روزانه، ماهانه و سالانه شبیه سازی کند. شبیه سازی فرایندهای هیدرولوژیکی در حوزه های آبخیز برای پیش بینی اتفاقات آینده در آن حوضه ها و تعیین راهکارهای مقابله با آن ها امری ضروری می باشد. در این پژوهش با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT اقدام به شبیه سازی رواناب خروجی در محدوده بالادست ایستگاه هیدرومتری سنته در حوزه آبخیز دریاچه ارومیه در استان کردستان در ایران با مساحت km25306 شد. شبیه سازی رواناب در یک دوره آماری هفت ساله 2007-2013 انجام شد. پنج سال ابتدایی این دوره 2007-2011 برای واسنجی مدل با استفاده از 21 پارامتر مختلف و دو سال انتهایی آن 2011 و 2012 جهت اعتبارسنجی با استفاده از دو شاخص آماری ضریب ناش ساتکلیف (NSE) و ضریب تعیین (R2) مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به هیدروگراف شبیه سازی شده و مشاهداتی رواناب ماهانه، شاخص های آماری محاسبه شده مدل SWAT در دوره واسنجی و هم در دوره اعتبارسنجی در مقیاس زمانی ماهانه دارای نتایج قابل قبولی در شبیه سازی رواناب می باشد، به طوری که مقادیر ضریب NSE و R2 در دوره واسنجی به ترتیب معادل 78/0 و 82/0 و برای دوره اعتبارسنجی 9/0 و 91/0 محاسبه شد.

مدل ارزیابی خاک و آب (SWAT) یک مدل پیوسته و نیمه توزیعی می باشد که می تواند فرایندهای هیدرولوژیکی را در حوزه های آبخیز در مقیاس های زمانی روزانه، ماهانه و سالانه و با استفاده از طیف وسیعی از اطلاعات همانند اطلاعات فیزیکی حوضه ها (خاک، کاربری اراضی و شیب) و همچنین، اطلاعات هواشناسی همانند بارندگی، درجه حرارت، باد، رطوبت نسبی و تابش خورشیدی و قابلیت اتصال به سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، شبیه سازی کند. در این پژوهش با استفاده مدل هیدرولوژیکی SWAT اقدام به شبیه سازی رواناب در مقیاس زمانی ماهانه در حوضه روانسر سنجابی استان کرمانشاه در کشور ایران با مساحت 1260 کیلومتر مربع شده است. شبیه سازی رواناب در یک دوره آماری نه ساله (2010-2002) انجام شد که هفت سال ابتدایی این دوره (2008-2002) به منظور واسنجی مدل با استفاده از 14 پارامتر مختلف و دو سال انتهایی آن (2010-2009) جهت اعتبار سنجی مدل در نظر گرفته شد. عملکرد مدل در شبیه سازی رواناب در دوره های واسنجی و اعتبارسنجی با استفاده از دو شاخص آماری ضریب ناش ساتکلیف (NSE) و ضریب تعیین (R2) مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به هیدروگراف های شبیه سازی شده و مشاهده ای رواناب ماهانه و همچنین، شاخص های آماری محاسبه شده، مدل SWAT هم در دوره واسنجی و هم در دوره اعتبارسنجی در دوره زمانی ماهیانه دارای نتایج قابل قبولی در شبیه سازی رواناب می باشد، به طوری که مقادیر ضرایب NSE و R2 در دوره واسنجی به ترتیب معادل 0.7 و 0.8 و برای دوره صحت سنجی 0.81 و 0.9 محاسبه شد.

تخمین رسوب در رودخانه ها به منظور کاهش خسارات سیل، یکی از مسائل مهم پیش روی محققان می باشد. بدین منظور آنها تلاش کرده اند تا مدل های هیدرولوژیکی و هیدرولیکی را به منظور پیش بینی رسوب توسعه دهند. در این پژوهش مدل شبکه عصبی مصنوعی بر اساس مدل سه لایه پیش خور با الگوریتم پس انتشار خطا و تابع انتقال غیرخطی تانژانت اکسون برای پیش بینی رسوب معلق در سه ایستگاه هیدرومتری رامیان در حوزه قره چای، تقی آباد در حوزه جعفرآباد و ایستگاه سرمو در حوزه محمدآباد استفاده شد. 80 درصد از داده ها برای آموزش مدل و 20 درصد بقیه نیز جهت آزمون آن استفاده شدند. شاخص های MAE ،RMSE وR2  (ضریب تبیین) برای ارزیابی میزان دقت مدل شبکه عصبی استفاده شدند. نتایج به دست آمده از محاسبه شاخص های آماری نشان دهنده کارآیی مناسب مدل های شبکه عصبی مصنوعی در پیش بینی رسوب معلق با ضریب تبیین بیش از 0.99، مجذور مربعات خطای کمتر از 0.0166 و خطای مطلق متوسط کمتر از 16.54 بود. ضریب ناش - ساتکلیف محاسبه شده بالای 0.95 برای ایستگاه های فوق نیز نشان دهنده دقت بالای مدل شبکه عصبی در برآورد بار معلق بود.

مدل سازی بارش-رواناب یکی از روش های تخمین رواناب و ابزاری مناسب برای مطالعه فرایندهای هیدرولوژیکی، ارزیابی منابع آبی و مدیریت حوزه آبخیز می باشد. اما پیچیدگی و ماهیت غیر خطی فرایند بارش-رواناب و ناشناخته بودن تاثیر عوامل روی یکدیگر و نهایتا روی دبی خروجی حوضه مدل سازی را مشکل تر می کند. لذا، استفاده از روش هایی که علاوه بر پویایی، قابلیت توسعه، ساختار مفهومی و کاربرپسند داشته باشد، ضروری می باشد. از این رو در این مطالعه برای مدل سازی بارش-رواناب از روش های پویایی سیستم در حوضه سد کارده مشهد استفاده شد. مدل ارائه شده شامل شش مخزن است که عبارت از مخزن برف، مخزن تاج پوشش، مخزن سطوح نفوذناپذیر، مخزن خاک سطحی، مخزن خاک زیرسطحی و مخزن آب زیرزمینی می باشند. داده های ورودی مورد نیاز شامل بارندگی و دمای متوسط روزانه است. برای واسنجی مدل از داده های روزانه دبی خروجی حوضه در بازه زمانی سال های 1998 تا 2008 و برای دوره اعتبارسنجی آمار سال 2009 تا 2012 استفاده شد. نتایج تحلیل حساسیت مدل نشان داد که پارامترهای مربوط به دما از حساسیت بیشتر برخوردار بوده و تأثیر قابل ملاحظه ای روی دبی و دبی پیک حوضه دارند. همچنین، مقادیر شبیه سازی شده و مشاهده ای تطابق خوبی دارند و دامنه ضریب ناش-ساتکلیف به دست آمده در دوره اعتبارسنجی بین 0. 67-0. 57 است که نشان دهنده توانایی بالای روش های پویایی سیستم در مدل سازی بارش-رواناب حوضه می باشد.

برای انجام اقدامات آبخیزداری و برنامه ریزی مدیریت بهینه منابع آب بویژه در حوزه های آبخیز کوچک، شناخت روابط هیدرولوژیکی از جمله برآورد سری زمانی مقدار رواناب ماهانه ضروری است. برای بررسی توانایی مدل ریاضی انتخابی بمنظور شبیه سازی عمق رواناب ماهانه، تعداد 7 زیرحوزه در داخل استان زنجان و مجاور آن انتخاب شدند. مساحت زیرحوزه های انتخابی کمتر از 170 کیلومتر مربع و طول دوره آماری داده های آب سنجی قابل قبول آنها 6 الی 27 سال است. برای هریک از زیرحوزه های انتخابی عمق رواناب، عمق بارندگی و تبخیر و تعرق پتانسیل به روش بلانی-کریدل برای ماه های هر سال آبی برآورد گردید. بعضا بدلیل انتقال بخشی از عمق رواناب حاصل از ذوب برف زمستانه به فصل بهار، داده های آب سنجی ماهانه به دو دسته شامل کل سری داده ها و سری داده هایی که حتما نسبت عمق رواناب به عمق بارندگی آنها کوچکتر از یک است، تقسیم شدند. سپس نسبت به تعیین اندازه دو ضریب واسنجی مدل ریاضی بیلان آب انتخابی بر مبنای بیشینه نمودن ضریب ناش-ساتکلیف بعنوان معیار عملکرد مدل برای هر دو دسته داده اقدام شد. نتیجه آنکه در حالت استفاده از بخشی از داده ها، بطور متوسط 10 درصد ضریب ناش-ساتکلیف افزایش پیدا می کند. همچنین از نظر تشکیلات زمین شناسی و واحدهای سنگی نیز زیرحوزه ها به دو خوشه همگن با اختلاف مقدار 0.14 در اندازه ضریب واسنجی تبادل آبی حوزه با بیرون از خود 2 تفکیک می شوند. دقت استفاده از مدل واسنجی شده (GR2M) برای حوزه های کوچک با شرایط اقلیمی نیمه خشک با معیار ارتفاع از سطح دریا و زمین شناسی مشابه بر مبنای دامنه تغییرات توصیه شده ضریب ناش-ساتکلیف، در حد خوب تا متوسط ارزیابی می شود.

برای انجام اقدامات آبخیزداری و برنامه ریزی مدیریت بهینه منابع آب بویژه در حوزه های آبخیز کوچک، شناخت روابط هیدرولوژیک بویژه برآورد سری زمانی عمق رواناب سالانه ضروری است. برای بررسی توانائی مدل ریاضی انتخابی برای شبیه سازی عمق رواناب سالانه به تفکیک هر سال به تعداد 7 زیرحوزه انتخاب شدند. مساحت زیرحوزه های انتخابی کمتر از 170 کیلومتر مربع، طول دوره آماری داده های آبسنجی قابل قبول 6 الی 27 سال و در داخل و مجاور استان زنجان قرار دارند. برای هریک از زیرحوزه های انتخابی عمق رواناب، عمق بارندگی و تبخیر و تعرق پتانسیل به روش (بلانی –کریدل) برای هر سال آبی برآورد گردید. بر اساس داده ها و اطلاعات بدست آمده نسبت به تعیین ضریب واسنجی (تنها پارامتر متغیر) یک مدل ریاضی بیلان آب به نام (GR1A) اقدام شد. معیار بهینه کردن ضریب واسنجی مدل ریاضی انتخابی، بیشینه نمودن ضریب ناش-ساتکلیف بعنوان معیار عملکرد مدل بود. نتیجه آنکه در 4 زیرحوزه درصد ضریب ناش-ساتکلیف بین 63.5 الی 35.4 مورد قبول بوده ولی در 3 زیرحوزه دیگر فاقد اعتبار است. علت عدم اعتبار در سه زیرحوزه ناشی از عدم دقت داده ها بویژه داده های هیدرومتری است. همچنین مقدار ضریب واسنجی مدل مذکور در حوزه های مورد قبول بین 0.11 الی 0.24 قرار دارد.

مدل سازی جریان رودخانه یکی از پیچیده ترین مسایل هیدرولیک به حساب می آید و انجام آن در تمامی پروژه های مهندسی رودخانه ضرورت دارد. تاکنون مدل های متعددی جهت مدل سازی هیدرولیک رودخانه ارایه شده اند که می توانند جریان را به صورت یک، دو و یا سه بعدی شبیه سازی کنند. در این تحقیق با توجه به زمان بر بودن اجرای مدل های دو و سه بعدی از مدل یک بعدی جهت شبیه سازی جریان در رودخانه کارون و در حدفاصل ایستگاه ملاثانی تا فارسیات استفاده شده است. با توجه به ماهیت یک بعدی مدل ریاضی مورد استفاده و عدم دقت مناسب در بعضی از قسمت های رودخانه که ماهیت جریان به صورت دوبعدی می باشد، از تصاویر ماهواره ای و شبیه سازی مقاطع به صورت سه بعدی استفاده گردید. براساس نتایج به دست آمده، نه تنها تفاوت محسوسی در مدت زمان اجرای مدل یک بعدی صورت نگرفته است، بلکه مدل توانسته است با توجه به توپوگرافی تعریف شده، مقادیر پارامترهای هیدرولیکی را در نقاط مختلف رودخانه ارایه دهد. نتایج شبیه سازی جریان در ایستگاه اهواز که به عنوان ایستگاه شاهد انتخاب گردید، نشان می دهد که مدل ارتفاعی به کار رفته در مدل ریاضی باعث افزایش دقت نتایج مدل سازی گردیده است. یکی از موارد مهم در شبیه سازی جریان مربوط به قوس های رودخانه بوده که با استفاده از تکنیک به کار گرفته شده، هیدرولیک جریان در قوس ها با دقت مناسبی شبیه سازی شده است. معیارهای آماری مورد استفاده در این تحقیق از قبیل جذر میانگین مربعات خطا و ضریب ناش-ساتکلیف نشان دهنده دقت قابل قبول مدل ریاضی در شبیه سازی جریان در رودخانه کارون می باشد.