پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز
سال:1395 | دوره:7 | شماره:13 |تعداد مقالات:26

پژوهش حاضر با هدف بررسی تغییرپذیری مکانی تعامل برخی صفات خاک با زمان شروع رواناب در پائین دست حوزه آبخیز جنگلی آموزشی و پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس (کجور) در جنوب شرقی شهرستان نوشهر انجام شد. شبیه سازی باران با استفاده از یک دستگاه شبیه ساز باران پمپی با شدت حدود 1.6 میلی متر بر دقیقه در دو ویژگی توپوگرافی تندی و جهت شیب انجام شد. مدت زمان شروع شبیه سازی باران تا زمان ایجاد رواناب زمان شروع رواناب در نظر گرفته شده و ارتباط آن با صفات خاک شامل درصد مواد آلی، رس، لای، شن، رطوبت پیشین خاک و وزن مخصوص ظاهری خاک مورد ارزیابی قرار گرفتند. بعد از آزمون نرمال بودن داده ها، همگنی واریانس ها و معنی دار شدن آنالیز واریانس داده های به دست آمده، هم بستگی صفات خاک و زمان شروع رواناب از طریق آزمون هم بستگی پیرسون در نرم افزار SPSS18 بررسی شد. نتایج نشان داد که صفات خاک بایک دیگر هم بستگی خوبی داشته، حال آن که در بین صفات خاک مورد ارزیابی در سطح احتمال پنج درصد، تنها مواد آلی علاوه بر ویژگی های توپوگرافی با زمان شروع رواناب دارای هم بستگی مثبت بوده است. بیش ترین زمان شروع رواناب در پلات های 44 درصد غربی در حدود 70 ثانیه با بالاترین درصد مواد آلی (5.9 درصد) اندازه گیری شد. در مجموع نتایج این پژوهش حاکی از آن بود که زمان شروع رواناب نسبت به متغیرهای محیطی حساسیت معنی دار نشان داده است.

بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب در مناطق خشک حایز اهمیت است. در بخش اول این تحقیق از مدل LARS-WG به منظور ریز مقیاس نمایی متغیرهای اقلیمی شامل بارش، تشعشع خورشیدی، دمای حداقل و دمای حداکثر در یک دوره آماری 31 ساله (1392-1362) در حوزه آبخیز قره چای واقع در استان مرکزی استفاده شد. نتایج نشان می دهند که مدل LARS-WG با موفقیت می تواند برای ریز مقیاس نمایی متغیرهای اقلیمی به کار گرفته شود. با به کارگیری سناریوهای مختلف انتشار شامل A1B، A2 و B1 روند کاهشی برای متغیر بارش و روند افزایشی برای متغیر دما در افق های زمانی آتی مشاهد شد. در بخش دوم تحقیق به شبیه سازی رواناب در سطح حوزه در افق های آتی شامل 1400، 1435 و 1470 با استفاده از سامانه استنتاج فازی-عصبی تطبیقی پرداخته شد. سامانه استنتاج فازی عصبی تطبیقی در قالب دو روش افراز شبکه و دسته بندی تفریقی به کار گرفته شد. روش دسته بندی تفریقی عملکرد نسبی بهتری در مقایسه با افراز شبکه در پیش بینی رواناب داشت. هم چنین نتایج به دست آمده نشان می دهد که مقدار حداکثر دبی جریان در افق های 1400، 1435 و 1470 به ترتیب به میزان 14، 27 و 43 درصد در مقایسه داده های تاریخی کاهش خواهد یافت. به نظر می رسد با توجه به وقوع تغییر اقلیم در حوزه و تشدید آن در سال های آتی لازم است راه کارهایی به منظور سازگاری و مقابله با تغییر اقلیم به منظور حفاظت از منابع آب در نظر گرفته شود.

تغییر کاربری اراضی یکی از چالش های عمده در قرن بیست و یکم مطرح خواهد بود و برخی حتی اعتقاد دارند که آثار آن نسبت به پدیده تغییر اقلیم بیش تر است. تغییر کاربری اراضی بر تولید رواناب و سایر مولفه های هیدرولوژیک مثل گیرش، نفوذ و شدت سیل خیزی اثر می گذارد. هدف از این تحقیق بررسی آثار هیدرولوژیک تغییر کاربری اراضی طی 30 سال اخیر در حوزه کسیلیان به مساحت 343.8 کیلومتر مربع می باشد. در این تحقیق از تصاویر سنجنده های MSS، ETM+ و LISSIII به ترتیب مربوط به سال های 1356، 1380 و 1386 برای ارزیابی تغییرات کاربری اراضی حوزه استفاده گردید. نتایج نشان می دهد طی این دوره 251.9 هکتار از سطح جنگل های منطقه کاسته شده و برای ارزیابی اثر این تغییرات بر ویژگی های هیدرولوژیک حوزه از مدل HEC-HMS استفاده گردید. پس از واسنجی و اعتباریابی مدل برای دوره های 1356، 1380 و 1386 مشخص شد که طی این دوره 30 ساله 11.2 مترمکعب بر ثانیه به دبی اوج و 98.8 مترمکعب به حجم رواناب افزوده شده، که نشان دهنده تاثیر کاهش اراضی جنگلی و افزایش مراتع بر دبی اوج و حجم رواناب حوزه است. بنابراین، تغییرات اندک روی کاربری منطقه باعث تغییرات محسوس بر دبی اوج و حجم رواناب حوزه کسیلیان گردید.

فرآیند نفوذ آب به خاک، یکی از مهم ترین اجزای چرخه هیدرولوژی است. از سوی دیگر، اندازه گیری آن دشوار، زمان بر و پرهزینه می باشد. مدل های نفوذپذیری، نقش مهمی را در مدیریت منابع آب به عهده دارند. بنابراین، انواع مختلفی از این مدل ها، با درجات مختلفی از پیچیدگی، برای رسیدن به این هدف، توسعه یافته اند. بدین منظور این تحقیق با هدف تعیین بهترین مدل برآورد نفوذ در کاربری های مرتع، جنگل و زراعت، در حوزه آبخیز کاکاشرف واقع در استان لرستان، انجام شد. در این پژوهش، اندازه گیری نفوذ با استفاده از روش استوانه های مضاعف صورت گرفته و مدل های فیلیپ، هورتون، گرین- آمپت، کوستیاکوف و سازمان حفاظت خاک آمریکا (SCS)، نیز برای تخمین نفوذ مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که در کاربری مرتع، تمام پارامترهای نفوذ (نفوذ تجمعی، سرعت نفوذ نهایی، متوسط سرعت نفوذ و زمان تا لحظه تثبیت نفوذ)، کم تر از کاربری های جنگل و زراعت، بوده است. همچنین در مورد مقایسه مدل ها، در کاربری مرتع، مدل سازمان حفاظت خاک آمریکا، با ضریب کارایی نش- ساتکلیف 0.910 و ضریب تبیین 0.915 و در کاربری های جنگل و زراعت، مدل فیلیپ با ضریب کارایی نش به ترتیب 0.850 و 0.784 به عنوان برترین مدل ها در هرسه کاربری و نیز مدل هورتون، ضعیف ترین مدل در هر سه کاربری انتخاب شد.

یکی از چالش های پیش روی هیدرولوژیست ها یافتن یک روش مناسب برای طبقه بندی هیدرولوژیکی حوزه های آبخیز است. یک روش طبقه بندی مناسب می تواند در بسیاری از شاخه های علم هیدرولوژی مانند مدل سازی موثر واقع گردد. با توجه به پیچیدگی و غیرخطی بودن فرآیندهای هیدرولوژیکی، استفاده از نظریه آشوب که قادر به شناسایی رفتار سیستم های پیچیده می باشد، در طبقه بندی حوزه های آبخیز از سوی برخی محققین مطرح شده است. در این تحقیق امکان استفاده از این مفهوم در طبقه بندی 60 حوزه آبخیز کشور ایران (با استفاده از داده های روزانه رواناب) مورد بررسی قرار گرفته و از بعد محاط سیستم های دینامیکی شاخصی برای طبقه بندی حوزه های آبخیز استفاده شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، می توان براساس معیار بعد محاط، ایستگاه ها را به گروه هایی با بعد زیاد (احتمالاتی)، بعد ماز سوی (قطعی- احتمالاتی) و بعد کم (قطعی) طبقه بندی نمود. نتایج حاکی از آن است که هر چند نوعی شباهت و هموژنی در برخی نواحی و اقلیم ها قابل مشاهده است، اما با توجه به محدوده مکانی یک حوزه آبخیز نمی توان نسبت به تعلق آن حوزه به یک گروه خاص اظهار نظر کرد و بعد محاط می تواند معیاری برای طبقه بندی حوزه های آبخیز مورد استفاده قرار گیرد.

شبیه سازی جریان رودخانه ها، پیش بینی رفتار هیدرولوژیکی حوزه های آبخیز و درک درستی از مولفه های مختلف چرخه هیدرولوژیکی برای برنامه ریزی در برای حفاظت از منابع آبی حائز اهمیت است. از طرف دیگر، نبودن برآورد مناسب رواناب حاصل از بارش در حوزه های آبخیز، مدیریت بهینه منابع آبی به ویژه مدیریت بهره برداری سدها و شبکه آبرسانی را دچار مشکل می نماید. در پژوهش حاضر از مدل SWAT برای شبیه سازی رواناب ماهانه حوزه آبخیز قره سو واقع در استان اردبیل با مساحت 4062 کیلومتر مربع استفاده شد. هدف اصلی این پژوهش، کاربرد و اجرای مدل SWAT در شبیه سازی رواناب ماهانه حوزه آبخیز قره سو و ارزیابی دقت شبیه سازی مدل در مراحل واسنجی و اعتبارسنجی می باشد. آمار رواناب ایستگاه های هیدرومتری سامیان، پل الماس و یامچی در سال های 2003 تا 2010 میلادی (1381 تا 1389 هجری شمسی) برای شبیه سازی جریان مورد استفاده قرار گرفت. آمار سال های 2003 تا 2008 برای واسنجی و آمار سال های 2009 و 2010 برای اعتبارسنجی مدل در نظر گرفته شد. ضرایب تبیین (R2) و نش- ساتکلیف (ENS) برای ارزیابی کارایی مدل استفاده گردید. ضریب R2 در دوره واسنجی 0.70، 0.68 و 0.34 و در دوره اعتبارسنجی 0.82، 0.53 و 0.63 به دست آمد که به ترتیب متعلق به ایستگاه های یامچی، سامیان و پل الماس است. ضریب ENS در دوره واسنجی به ترتیب 0.51، 0.58 و 0.09 و در دوره اعتبارسنجی به ترتیب 0.51، -0.33 و 0.60 به دست آمد. بر اساس نتایج ضرایب ارزیابی، مدل SWAT رواناب ماهانه ایستگاه یامچی را در هر دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی به صورت قابل قبول شبیه سازی کرده است. از دلایل ضعف مدل در شبیه سازی جریان در بعضی از ماه های سال می توان به شبیه سازی ضعیف ذوب برف، ناسازگاری فرضیات مدل در انتقال جریان در لایه های یخ زده و اشباع، تعداد کم داده های جریان و فقدان داده های ورودی لازم برای شبیه سازی آب زیرزمینی اشاره کرد.

کمی کردن تاثیر پروژه های آبخیزداری در سطح حوزه ها، اولین گام در ارزیابی اثربخشی این اقدامات می باشد. مساله مهم در ارزیابی، انتخاب شاخص مناسب برای ارزیابی است که برپایه نوع پروژه، روش ارزیابی، دقت مورد نیاز و داده های در دسترس تعیین می شود. از سال 1375 اجرای طرح های آبخیزداری در حوزه آبخیز گوش و بهره در استان خراسان رضوی، آغاز شده است. در این مطالعه با توجه به اهمیت ارزیابی اثربخشی اقدامات آبخیزداری، از شاخص های دبی اوج سیلاب و حجم جریان استفاده شده است. اطلاعات مورد نیاز این تحقیق شامل موقعیت و مشخصات سازه ها در آبراهه های اصلی و مقاطع روندیابی و اطلاعات پایه، با انجام بازدیدهای میدانی و مطالعات کتابخانه ای جمع آوری شده است. سپس برای کمی کردن تاثیر این اقدامات از شبیه سازی جریان با مدل HEC-HMS استفاده شد. نتایج نشان داد که انجام عملیات بیولوژیکی و مکانیکی باعث کاهش مقدار دبی اوج سیلاب تا 36.21 درصد و کاهش حجم سیلاب تا 34.78 درصد در دوره بازگشت های مختلف می شوند و همچنین با افزایش دوره بازگشت، تاثیر اقدامات آبخیزداری بر دبی اوج و حجم سیلاب کاهش می یابد. با انجام این تحقیق تاثیر اقدامات آبخیزداری بر دبی اوج و حجم سیلاب حوزه آبخیز گوش و بهره مثبت ارزیابی شد.

در این تحقیق مدل هیدرولوژیکی توزیعی- مکانی WetSpa در حوزه دینور با مساحت 1717 کیلومتر مربع واقع در بالادست سد کرخه به کاربرده شد. آمار هیدرومتئورلوژیکی با گام زمانی روزانه و در طول دوره آماری 1383 تا 1389 شامل آمار بارش از نه ایستگاه، آمار دما و تبخیر اندازه گیری شده از چهار ایستگاه، برای ورودی مدل استفاده شدند. هم چنین، ویژگی های مکانی حوزه در قالب سه نقشه، با ابعاد سلولی 100 متر در محیط GIS تهیه شدند. نتایج نشان می دهد که هیدروگراف خروجی طبق هیدروگراف های مشاهداتی در خروجی حوزه به خوبی شبیه سازی شده است و مدل هیدروگراف روزانه را طبق معیارناش- ساتکلیف 66 درصد، با صحت قابل قبولی پیش بینی می نماید. آنالیز حساسیت و عدم قطعیت پارامترهای موثر در شبیه سازی هیدروگراف جریان با استفاده از نرم افزار PEST انجام شد. نتایج آنالیز حساسیت نشان می دهد پارامتر Kg، که شاخه افت هیدروگراف و محاسبه آب زیرزمینی را کنترل می کند دارای بیش ترین حساسیت و پارامترهای kep و kss در رتبه دوم و سوم حساسیت قرار دارند. طبق نتایج آنالیز عدم قطعیت پارامترهای Ki، Kep و Kss، Kg با حدود اطمینان خیلی کم (قطعیت بالا) و پارامترهای krain و kmax با حدود اطمینان بالا (قطعیت کم) شناسایی شدند.

آگاهی از تغییرات دبی رودخانه و به دنبال آن تغییرات پارامترهای کیفیت آب آن می تواند کمک شایانی به مدیریت و برنامه ریزی منابع آب نماید. بررسی دبی پایه به علت این که متاثر از جریان آب زیرزمینی است در مدیریت آب زیست محیطی حائز اهمیت است. لذا در این تحقیق به بررسی روند دبی به خصوص روند دبی پایه و بررسی روند تغییرات پارامترهای کیفی آن پرداخته شده و سپس روند تغییرات آن ها با یک دیگر مقایسه شده است. آزمون ناپارامتری من- کندال، یکی از روش هایی است که برای بررسی روند تغییرات در یک سری زمانی مورد استفاده قرار می گیرد. در این تحقیق آزمون من- کندال برای تعیین روند به کار گرفته شده است. برای جداسازی دبی پایه از داده های دبی روزانه، از نرم افزار Hydro Office استفاده شده است. بعد از جداسازی دبی پایه از داده های دبی روزانه، سری های زمانی سالانه و ماهانه از دبی کل و دبی پایه برای ایستگاه هیدرومتری ارازکوسه تشکیل شده است. هم چنین سری های زمانی سالانه و ماهانه پارامترهای کیفی آب شامل TDS، Ca+2، Mg+2، Na+، SO4+، CL، EC، PH، HCO3، SAR نیز تشکیل شده و سپس آزمون روند روی داده های دبی کل، دبی پایه و پارامترهای کیفی صورت گرفته است. تحلیل های معنی داری روند در سطح پنج درصد حاکی از آن است که میانگین دبی کل، دبی پایه و پارامترهای کیفی به جزء PH در مقیاس سالانه روندی نداشته است، اما در مقیاس ماهانه روندی نوسانی داشته اند.

شبیه سازی فرآیند بارش- رواناب به عنوان مهم ترین گام در مطالعات مهندسی آب و مدیریت منابع آب است. در این تحقیق فرآیند بارش- رواناب ماهانه سیمینه رود در دوره آماری (1390-1377) با استفاده از مدل های ماشین بردار پشتیبان با توابع کرنل پایه شعاعی، چندجمله ای و خطی، مدل شبکه بیزی با الگوریتم یادگیری PC و نیز مدل های متداول شبکه عصبی مصنوعی و برنامه ریزی بیان ژن شبیه سازی شده و نتایج آن ها مورد مقایسه قرار گرفته است. از پارامترهای ضریب هم بستگی، ریشه میانگین مربعات خطا و ضریب نش ساتکلیف برای ارزیابی صحت مدل ها استفاده گردید. نتایج گویای عملکرد قابل قبول هر چهار مدل و برتری مدل برنامه ریزی بیان ژن با بیش ترین ضریب هم بستگی (CC=0.91)، کم ترین ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE=3.1 m3/s) و مقدار ضریب نش ساتکلیف NS=0.82 در مرحله صحت سنجی است.

پیش بینی تراز آب زیرزمینی به منظور مدیریت و برنامه ریزی منابع آب، بسیار مهم است. برای انجام این پیش بینی، از روش های متعددی مانند روش های استوکستیکی، منطق فازی و شبکه عصبی مصنوعی می توان استفاده نمود. در تحقیق حاضر، مدل شبکه عصبی مصنوعی RBF هیبرید برای پیش بینی تراز آب زیرزمینی دشت شاهرود مورد استفاده قرار گرفته است. این هیبرید بودن شبکه باعث افزایش دقت روش نسبت به شبکه RBF پایه می شود. بدین منظور آمار ماهانه تراز ایستابی دشت شاهرود و هم چنین داده های هواشناسی مانند دما، بارندگی، رطوبت و تبخیر، داده های آب های سطحی مانند دبی ورودی و خروجی به دشت شاهرود (دبی ورودی مجن آبشار، دبی ورودی تاش فرحزاد و دبی خروجی قلعه نو) طی یک دوره آماری 1994 تا 2010 استفاده شده است. بررسی داده ها نشان می دهد که برخی از داده ها، هم بسته بوده و دارای الگوی فصلی هستند، این مساله، پیش بینی داده ها را دشوار می کند. بر این اساس، روش ارائه شده در این مقاله شامل مراحل غیرفصلی سازی، نرمال سازی و حذف داده های وابسته است که پیش از این به آن در تحقیقات پرداخته نشده است. سپس از 85 درصد داده ها برای آموزش و از 15 درصد آنها، برای تست مدل استفاده شده است. در نهایت، بررسی نتایج نشان می دهد که مدل شبکه عصبی ارائه شده، تراز آب دشت شاهرود را برای سه سال پیاپی با میانگین مربعات خطای 0.0257 متر برای سال اول، 0.0270 متر در سال دوم و 0.0452 متر در سال سوم می تواند پیش بینی کند. همچنین در صورتی که بارش منطقه در یک سال، 30 درصد کاهش یابد، نتایج پیش بینی مدل مذکور نشان می دهد که تراز آب زیرزمینی 0.7 کاهش می یابد.

با توجه به وسعت کشور ایران و تنوع آب و هوایی در نقاط مختلف آن و تغییرپذیری رژیم بارشی ضرورت دستیابی به روش های نوین محاسبات سیلاب را ایجاد می کند. بدین منظور لازم است کارایی روش های جدید در مقایسه با روش های مرسوم در نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گیرد تا در صورت تطابق مناسب برای نواحی مختلف برای محاسبات سیلاب مورد استفاده قرار گیرد. دو روش مرسوم به دست آوردن پارامترهای آماری محاسبات سیلاب یکی روش گشتاور معمولی و دیگری روش بیشینه درست نمایی وجود دارد که هر دو مورد این روش ها در نرم افزار Hyfa مورد محاسبه قرار می گیرد و از نتایج آن در کشور ما نیز استفاده می شود. روش جدید دیگری که در چندین سال اخیر در دنیا برای محاسبه این پارامترهای آماری مورد استفاده قرار می گیرد، روش گشتاورهای خطی است که توسط کارشناسان برجسته هیدرولوژی در بسیاری از نقاط دنیا کارایی آن مورد ارزیابی قرار گرفته است و توصیه های مفیدی نیز برای استفاده از این روش نوین ارایه شده است. هدف این پژوهش نیز ارزیابی چنین کارایی در حوزه انتخاب شده ای به نام حوزه آبخیز شیخ عثمان شهرستان اشنویه از توابع استان آذربایجان غربی بوده است تا کارایی این روش نوین در این منطقه مورد ارزیابی قرار گرفته و در صورت مناسب بودن استفاده از آن به دیگر مناطق نیز بسط یابد. نتایج این پژوهش نیز نشان می دهد که در پنج ایستگاه انتخاب شده منطقه و با توجه به مقایسه سه روش محاسبه پارامترهای آماری مورد استفاده در دبی حداکثر سیلاب شامل روش گشتاور معمولی، روش بیشینه درست نمایی و روش گشتاور خطی، بهترین روش و توزیع انتخاب شده روش نوین گشتاور خطی و توزیع گمبل بوده است و لذا کارایی این روش برای محاسبه دبی حداکثر لحظه ای سالانه سیلاب با دقت بالاتری را نسبت به روش های مرسوم قبلی نشان می دهد.

مدل سازی فرآیند بارش - رواناب و پیش بینی دبی رودخانه یک اقدام مهم در مدیریت و مهار سیلاب ها، طراحی سازه های آبی در حوزه های آبخیز و مدیریت خشکسالی است. هدف این تحقیق شبیه سازی جریان روزانه در حوزه آبخیز کسیلیان با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و شبکه عصبی- فازی تطبیقی است. روش های هوشمند دارای قابلیت بالایی برای برقراری ارتباط بین داده های ورودی و خروجی می باشند. در این تحقیق از آمار بارش، تبخیر و دما ایستگاه هواشناسی سنگده که ورودی مدل ها و آمار دبی ایستگاه ولیک بن که خروجی مدل ها محسوب می شود طی سال های 1382 تا 1388 استفاده شد. تعداد تاخیرهای لازم برای ورود متغیر های ورودی به شبکه ها با استفاده از نمودار خودهمبستگی جزئی به دست آمد. از بین متغیرهای مختلف در هر دو مدل ساختار بارش و تبخیر با یک روز تاخیر برای مدل بهینه انتخاب شد. سپس نتایج با استفاده از نمایه های RMSE، NSH، MAE و Rmod برای مدل بهینه در هر دو مدل ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که شبکه عصبی- فازی تطبیقی با تابع عضویت زنگوله ای شکل، شعاع تاثیر 0.14 و نمایه های آماری NSH=0.80، RMSE=0.056، MAE=0.11 و Rmod=0.81 نسبت به مدل شبکه عصبی مصنوعی با همان ساختار با الگوریتم آموزشی لونبرگ- مارکوارت، تابع انتقال سیگمویید،14 نرون در لایه مخفی و نمایه های آماری NSH=0.54، RMSE=0.056، MAE=0.14 و Rmod=0.87 در دوره آزمون توانایی بهتری برای مدل سازی بارش - رواناب در حوزه آبخیز کسیلیان دارد.

اگرچه بخش کوچکی از سطح کره زمین را مناطق کوهستانی در بر می گیرد، اما همین مقدار اندک در چشم انداز هیدرولوژیکی حوزه های آبخیز تاثیر شگرفی دارد. با توجه به این که در مناطق خشک و نیمه خشک ایران، بحران آب مقوله ای جدی است، پایش مقادیر برف باریده شده در بخش های کوهستانی این مناطق بسیار حائز اهمیت است. معمولا دست یابی به توزیع مکانی آب معادل برف از راه اطلاعات مشاهده ای و در مقیاسی محدود، صورت می گیرد، این در حالی است که به دلیل محدودیت های میدانی و صعب العبور بودن مناطق کوهستانی، جمع آوری اطلاعات به ویژه در حوزه های بزرگ، دشوار و گاهی غیر ممکن است. بدین ترتیب، توسعه روش هایی که بتواند آب معادل برف را در نقاط فاقد اندازه گیری برآورد نماید و نیز بررسی دامنه کاربرد آن ها، امری ضروری است. در این پژوهش محدوده ای به مساحت 16 هکتار در منطقه سخوید یزد انتخاب و با استفاده از نمونه بردار مدل مونت- رز در 216 نقطه، داده آب معادل برف اندازه گیری شد. سپس به کمک 31 پارامتر ژئومورفومتری حوزه، به ارزیابی کارآیی روش شبکه عصبی مصنوعی در برآورد توزیع مکانی آب معادل برف پرداخته شد و بدین ترتیب، نقشهرقومی آب معادل برف تهیه گردید. نتایج حاصله نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی با ضریب تعیین 0.83 و مجذور میانگین مربعات خطا برابر با 3.55 قادر به پیش بینی آب معادل برف است. همچنین نتایج آنالیز حساسیت شبکه عصبی مصنوعی نشان داد که از بین پارامترهای به کار رفته در پیش بینی آب معادل برف، پارامترهای مقطع طولی انحناء، مقطع عرضی انحناء، انحناء، اثرباد، شیب، شاخص همواری قله، شیب حوزه و شاخص همواری دره، جزء موثرترین عوامل در پیش بینی آب معادل برف هستند.

بخش عمده ای از کشور ایران جزء مناطق خشک و نیمه خشک محسوب می شود و آب عاملی محدودکننده برای فعالیت های انسان در این مناطق به شمار می آید. یکی از راه های برطرف کردن کمبودهای فصلی آب، استفاده از آب های زیرزمینی است. از شیوه های ذخیره سازی و استفاده از آب های زیرزمینی، می توان به سد زیرزمینی اشاره داشت که ازجمله فن هایی است که به کمک آن می توان مدیریت منابع آبی موجود را بهبود بخشیده و بهره وری از این منابع را افزایش داد. در این پژوهش سعی شده تا با تلفیق سیستم اطلاعات جغرافیایی و سامانه های تصمیم گیری چندمعیاره مستعدترین مکان ها برای احداث سدهای زیرزمینی حوزه آبخیز الشتر شناسایی شوند. بدین منظور، ابتدا داده های هشت پارامتر تاثیرگذار شیب، زمین شناسی، کاربری اراضی، واحدهای ژئومورفولوژی، گسل، آبراهه، چاه ها و مناطق مسکونی منطقه مورد مطالعه، در محیط GIS آماده سازی گردید و با استفاده از روش ANP و مقایسه زوجی وزن هر معیار و وزن کلاس های هر لایه در نرم افزار Super Decision محاسبه شد. در مرحله بعد، نواحی دارای محدودیت حذف گردید. سپس با استفاده از توابع تحلیلی GIS کل محدوده برای هر یک از معیارهای تعیین شده پهنه بندی شد در نهایت، با تلفیق نقشه های پهنه بندی شده بر اساس وزن اکتسابی از روش ANP نقشه نهایی در پنج کلاس از بسیار مناسب تا نامناسب تهیه شد. نتایج این پژوهش نشان داد که 15 درصد از مساحت محدوده مورد مطالعه بسیار مناسب، 11 درصد مناسب، 18 درصد نسبتا مناسب، 37 درصد نسبتا نامناسب و 19 درصد نامناسب است.

در اغلب نقاط ایران که دارای اقلیم خشک و نیمه خشک است، مدیریت منابع آب زیرزمینی از اولویت خاصی برخوردار است. یکی از راه های مفید در تامین آب مورد نیاز بخش های مختلف در این مناطق و مقابله با بحران خشکسالی، کمک به افزایش ذخایر آب زیرزمینی است. موضوع اصلی این تحقیق مکان یابی سدهای زیرزمینی در مناطق خشک و نیمه خشک در غرب ایران می باشد. اولین و مهم ترین مرحله در احداث یک سد زیرزمینی شناسایی مکان مناسب برای احداث سد می باشد. در این تحقیق پس از بررسی پیشینه تحقیق و اصلاح برخی اطلاعات پایه، لایه های مختلف با استفاده از تکنیک GIS تلفیق گردید تا بتوان مناطق دارای پتانسیل برای این سازه در منطقه مورد مطالعه را مشخص کرد. این لایه ها شامل گسل، شیب، زمین شناسی، ژئومرفولوژی، بارش، دما و کاربری اراضی هستند. از تصاویر ماهواره ای IRS مربوط به سال 2007 میلادی برای تهیه نقشه های ژئومورفولوژی و کاربری اراضی با مقیاس مشخص و تعیین محل های مناسب سدها بهره گرفته شد. سپس با بازدیدها و پیمایش های متعدد صحرایی و بر اساس نظرات کارشناسی به روش AHP، 14 مکان مناسب برای احداث سد زیرزمینی در این منطقه انتخاب گردید.

در این تحقیق برنامه مدیریت زمین لغزش در دو سناریو عادی و بحرانی در آبخیز چهل چای ارائه و نقشه پراکنش زمین لغزش های منطقه با تفسیر استریوسکوپی عکس های هوایی و بازدیدهای میدانی تهیه شد. امتیاز مدیریت با چهار معیار وزنی مساحت، نوع، شدت خطر و خسارت محاسبه و برنامه مدیریت زمین لغزش نیز در دو سناریوی حالت عادی و بحرانی و در قالب پنج راهبرد مدیریتی: بدون برنامه مدیریتی، سازش با خسارت جزئی، بدون تحمل خسارت، اجتناب از خطر و اقدامات کنترلی ارائه شد. نتایج نشان داد که در سناریوهای حالت عادی و بحرانی به ترتیب 6.67 و 11.8 درصد از سطح این آبخیز به برنامه مدیریتی اقدامات کنترلی نیازمند است و 37 و 12.57 درصد در گزینه بدون برنامه قرار دارد. شاخص کاپا بین نقشه های برنامه مدیریت دو سناریو حدود 0.64 است که نشان از 36% تفاوت بین نقشه های برنامه مدیریت دو سناریو دارد. اجرای برنامه های مدیریت زمین لغزش بر پایه این تحقیق در مقیاس محلی و منطقه ای می تواند مشکلات ناپایداری دامنه را حل کرده و به بهبود فعالیت های مدیریت آبخیز و پایداری توسعه حوزه منجر شود.

وقوع بیش از 400 مورد زمین لغزش در سه دهه اخیر در استان چهارمحال و بختیاری بیان گر حساسیت خاص این سرزمین به عوامل فرسایش می باشد. بخش عمده ای از این ناپایداری ها در دودهه اخیر و روی واحدهای نئوژن و به طور خاص واریزه های دامنه ای و به دنبال دوره های ترسالی و فعالیت های عمرانی به ویژه جاده سازی رخ داده است. برای بررسی نقش ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک عامل زمینه ساز در وقوع لغزش، در دامنه جنوبی منطقه افسرآباد دو آب صمصامی واقع در غرب استان چهارمحال و بختیاری، شش پروفیل در مرز لغزش و محدوده پایدار (شاهد) روی واریزه های دامنه ای کواترنری انتخاب و حفر گردید. پس از تشریح مورفولوژیکی پروفیل ها، نمونه برداری در سه عمق انجام شد. آزمایشات فیزیکی نظیر وزن مخصوص ظاهری و حقیقی، درصد اشباع، بافت و آزمایشات شیمیایی شامل مواد آلی، آهک، گچ و کاتیون های محلول انجام گردید. نتایج نشان داد که کلاس بافت خاک در هر دو تیمار غالبا لومی رسی سیلتی می باشد. نتایج آزمایشات با روش های آماری و نرم افزار SPSS تجزیه و تحلیل شدند. یافته ها نشان دادند که تفاوت معنی داری بین مقادیر رس، ماده آلی، سیلت، Ca2+، Mg2+ و EC بین نمونه های شاهد و لغزش یافته وجود دارد. سیلت رابطه مستقیمی با لغزش دارد به این دلیل که در اثر افزایش سطح آب زیرزمینی، فرسایش زیرسطحی به راحتی موجب شست وشوی سیلت و پدیده رگاب می شود. وجود رس در مقادیر کم تا ماز سوی سبب پایداری خاک دانه و ساختمان خاک شده و مانعی در برای وقوع پدیده رمبش می باشد. مقدار Ca2+ رابطه معکوس با لغزش دارد که این امر می تواند نشانگر نقش چشم گیر این کاتیون در افزایش پایداری ساختمان خاک و افزایش مقاومت برشی و در نهایت استحکام در برابر وقوع گسیختگی های دامنه ای باشد. میزان EC بالاتر در اراضی لغزش یافته موید تاثیر انحلال نمک های Nacl و احتمالا Kcl در اثر بارش های شدید منطقه (حدود 900 میلی متر در سال) و افزایش سطوح آب زیرزمینی می باشد. همه این عوامل که از آن به عنوان عوامل زمینه ساز یاد می کنند می توانند در آینده موجب زمین لغزش های جدیدی گردند. بدین ترتیب، با انجام عملیات اصلاح شیمیایی می توان به تثبیت و پایداری دامنه ها کمک کرد.

در بررسی های مربوط به فرسایش و حفاظت خاک ویژگی های زمین شناسی و لیتولوژیکی حوزه با توجه به تاثیرات آن ها در فرسایش و تولید رسوب از اهمیت خاصی برخوردار است. فرسایش و تولید رسوب به عواملی زیادی مرتبط است که مهم ترین آنها فرسایش پذیری سازندهای زمین شناسی به فرسایش می باشد. در این مطالعه به مقایسه فرسایش پذیری سازندهای دو زیرحوزه رودخانه دویرج استان ایلام و نقش آنها در فرسایش و تولید رسوب پرداخته شده است. در خروجی این زیرحوزه ها میزان رواناب و بار معلق اندازه گیری و سپس با استفاده از معادله نسبت تحویل رسوب، مقدار فرسایش هر زیرحوزه محاسبه گردید. در ادامه برای بررسی میزان فرسایش پذیری سازندهای زمین شناسی از روش فیض نیا استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که حساسیت واحدهای زمین شناسی به فرسایش نقش به سزایی در تولید رسوب دارد به طوری که در این تحقیق میزان حجم رسوب حوزه 1 بیش از 2.5 برابر حوزه 2 می باشد. علت تفاوت این است که در زیرحوزه شماره یک، 92.4 درصد از سازندهای زمین شناسی در طبقه حساس به فرسایش و 7.45 درصد آن در طبقه متوسط به فرسایش قرار دارند، اما در زیرحوزه شماره دو، 65.01 درصد حوزه از سازندهای حساس به فرسایش و 34.99 درصد آن در طبقه متوسط به فرسایش می باشند. در مرحله بعد با استفاده از رابطه تجربی در زیرحوزه یک، سازند گچساران با مساحت 6304 هکتار و فراوانی 82.09 درصد و در زیرحوزه دو، این سازند با مساحت 2166.86 هکتار و فراوانی 49.07 درصد بیش ترین وسعت را دارد. بالا بودن فرسایش و تولید رسوب زیرحوزه 1 نسبت به زیرحوزه 2 به دلیل وجود سازندهای حساس به فرسایش به ویژه سازند گچساران بوده که بیش ترین وسعت حوزه را به خود اختصاص داده است.

تاثیراتی که عوامل زنده و غیرزنده بر حوزه های آبخیز در شرایط طبیعی می گذارند، باعث ایجاد تغییرات مثبت و منفی زیادی در آن می گردند. زمین لغزش ها که عامل فیزیکی است، یکی از تبعات منفی در این حوزه ها محسوب می شوند. از جمله مناطق مستعد در بروز این عامل طبیعی، حوزه آبخیز ماسوله در شمال کشور است. به منظور پهنه بندی خطر زمین لغزش از روش دمپستر- شیفر بر اساس 14 عامل موثر که شامل زمین شناسی، شیب، جهت شیب، ارتفاع، فاصله از گسل، فاصله از جاده، فاصله از رودخانه، فاصله از آغل دام، شاخص قدرت رودخانه، شاخص ترکیب توپوگرافی، وضعیت مرتع، بافت خاک، بارندگی و کاربری اراضی است. نتایج نشان داد، عوامل سازند زمین شناسی و فاصله از آغل نقش مهمی در ایجاد خطر زمین لغزش منطقه داشته اند. چرای بیش از حد، خارج از فصل، زودتر از موعد، خروج دیرهنگام دام و نیز دام مازاد از عوامل زنده مستقیم تاثیرگذار بر وضعیت پوشش گیاهی، نقش توامان ایجاد خطر زمین لغزش را داشته اند. هم چنین یافته ها نشان می دهد ارتباط تنگاتنگی بین وقوع زمین لغزش ها و میزان بارندگی وجود دارد. از طرفی، در نقاطی از منطقه مورد مطالعه که سطح خاک لخت، شدت دام گذاری بالا و میزان بارندگی نیز حداکثر بوده است، زمین لغزش های متعددی به وقوع پیوسته است. نتایج ارزیابی مدل دمپستر- شیفر با استفاده از روش ROC دقت بالایی را برای تحلیل خطر زمین لغزش در منطقه مورد مطالعه نشان داد. لذا توجه به عوامل موثر بر خطر زمین لغزش و آگاهی از وضعیت آن در هر منطقه، ابزاری اثرگذار بر مدیریت جامع حوزه های آبخیز می تواند نقش مهمی ایفا نماید.

برآورد دقیق میزان انتقال بار رسوب در رودخانه ها و مخازن اهمیت زیادی در برنامه ریزی، طراحی، اجرا و نگهداری سازه های آبی دارد. استخراج روابط ریاضی حاکم بر پدیده انتقال رسوبات بسیار پیچیده است. برای شبیه سازی چنین پدیده هایی، می توان از روش های داده محوری مانند روش کنترل گروهی داده ها (GMDH) استفاده کرد که یک رویکرد خودسازماندهی داده بوده و روشی برای شناسایی روابط غیرخطی بین متغیرهای ورودی و خروجی به کار می رود. در پژوهش حاضر، با استفاده از روش فوق مدلی برای پیش بینی نرخ انتقال رسوب در سیستم رودخانه توسعه داده شده است. برای بررسی کارایی مدل ها از داده های دبی روزانه جریان و غلظت بار معلق رسوب دو ایستگاه Rio Valencia no و Quebrada Blanca استفاده شده است. بررسی کارایی مدل ها با استفاده از معیارهای آماری MSE، RB و R2 انجام شده است. مقادیر معیارهای آماری به دست آمده و نیز مقایسه نتایج با سایر الگوریتم ها مانند شبکه های عصبی، نروفازی و برنامه ریزی ژنتیک خطی نشان داد که روش گروهی کنترل داده ها نسبت به سایر روش ها از قابلیت بالاتری برای پیش بینی و شبیه سازی نرخ انتقال رسوب در رودخانه ها برخوردار است.

بی شک یکی از نگرانی های محققین درباره تغییرات قابل توجهی که انتظار می رود در اثر گرمایش زمین سبب تغییر فراوانی و مقدار بارش و درجه حرارت شود. این مطالعه به منظور مقایسه نتایج سه آزمون من-کندال (MK)، من ویتنی (MW) و من-کندال اصلاح شده (MMK) برای آشکارسازی روند تغییرات سالانه و فصلی رژیم دمایی و بارش طی دوره آماری 30 سال (2011- 1982) در هفت ایستگاه شرق حوزه آبخیز گرگان رود انجام شد. در این تحقیق خط روند در داده های نمونه با روش سن تخمین زده شد. نتایج نشان داد که بیش ترین شیب خط روند دمای بیشینه مربوط به بهار، سپس تابستان است و میانه شیب های خطوط روند همه فصول مثبت است. میان آماره های مورد مطالعه، دمای کمینه در منطقه مورد مطالعه تغییرات معنی داری بیش تری مشاهده شد. خط میانه شیب های دمای کمینه و بارش، در همه فصول مثبت است که نشان هنده این است که شیب خط روند این دو پارامتر در اکثر ایستگاه های منطقه افزایشی است. بیش ترین شیب مثبت خط روند بارش فصلی مربوط به فصل تابستان و پس از آن به ترتیب مربوط به فصول زمستان، بهار و پاییز می باشد. نتایج این تحقیق بیانگر کاهش کاهش تعداد روندهای معنی داری بعد از پیش سفید کردن بدون روند در سری های زمانی مورد مطالعه در مقیاس های زمانی مختلف بود.

در این مطالعه با بهره گیری از تجربیات کشاورزان حوزه آبخیز شاهرود، عوامل موثر بر مشارکت آن ها در به کارگیری عملیات حفاظت آب و خاک بررسی شد. برای این منظور، از مدل لاجیت چندگزینه ای (MNL) استفاده شد. داده های مورد نیاز با تکمیل پرسشنامه از 138 کشاورز جمع آوری شد. برای انتخاب کشاورزان نمونه از روش نمونه گیری طبقه ای تصادفی و فرمول کوکران استفاده شد. نتایج نشان داد که تنها 42.7 درصد از کشاورزان حوزه آبخیز شاهرود در حد متوسط عملیات حفاظتی را به کار می گیرند. نتایج الگوی رگرسیونی لاجیت نشان داد که متغیرهای تحصیلات، شیب اراضی، آگاهی از عملیات حفاظتی، درآمد ناخالص سالانه، دریافت کمک های بلاعوض و شرکت در کلاس های ترویجی اثرات مثبت و معنی دار و متغیرهای سن و اشتغال در بخش غیرکشاورزی اثرات منفی و معنی داری بر احتمال مشارکت کشاورزان در به کارگیری اقدامات حفاظت آب و خاک دارند. مدل لاجیت چندگزینه ای در سطح اطمینان بالایی با آماره های آزمون نسبت درست نمایی 30.57 برای اقدامات مکانیکی، 19.68 برای اقدامات غیرمکانیکی و 24.32 برای اقدامات مدیریتی معنی دار شد. بیش ترین ارزش احتمال معادل 0.065 و برای عملیات غیرمکانیکی به دست آمد.

یکی از کارکردهای غیرعلوفه ای پوشش گیاهی مراتع، حفاظت خاک و جلوگیری از فرسایش است. فرسایش آبی دارای تاثیرات مستقیم و غیرمستقیم بر سطح خاک می باشد که همراه با معضلاتی در ابعاد اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی می باشد. بنابراین هدف از تحقیق حاضر برآورد تاثیر مستقیم فرسایش آبی بر کارکرد حفاظت خاک پوشش گیاهان مرتعی و مقایسه ارزش اقتصادی آن و نیز در تراکم مختلف پوشش گیاهی مراتع ییلاقی بلده در شمال ایران بوده است.به این منظور، ارزش حفاظت خاکی با روش کاهش بهره وری علوفه محاسبه شد. چارچوب اولیه مدل تابع زیست- اقتصادی بوده است که با تخمین تابع تولید کاب-داگلاس به روش حداقل مربعات معمولی برازش شد. این الگو مبتنی بر پارامترهای فیزیکو- شیمیایی خاک منطقه و میزان فرسایش بوده است که در تحقیق حاضر تنها تاثیر فرسایش خاک بر عملکرد علوفه معنی دار شد. نتایج حاصله از ارزش گذاری 94978.6 هکتار اراضی مرتعی نشان دهنده آن بود که ارزش کاهش بهره وری علوفه معادل 230084 ریال در هکتار برآورد شد. بیشترین ارزش حفاظت خاکی مربوط به مرتع متراکم (10.86) میلیارد ریال و کمترین ارزش مربوط به مرتع کم تراکم 1.31 میلیارد ریال می باشد. نتایج تحقیق حاضر، لزوم تحقیقات مشابه در عرصه منابع طبیعی و پوشش گیاهی طبیعی را با در نظر گرفتن متغیرهای مستقل از چارچوب اولیه مدل ضروری بنظر می رسد.

کمبود آمار و اطلاعات در زمینه فرسایش خاک و تولید رسوب در بسیاری از حوزه های آبخیز کشور، کاربرد روش های تجربی مناسب برای برآورد فرسایش خاک و تولید رسوب را الزامی می نماید. این تحقیق، با هدف ارزیابی میزان کارایی رابطه جهانی فرسایش خاک USLE و برخی از نسخ آن شامل MUSLE-S، MUSLE-E، MUSLT و AUSLE در شرایط اقلیمی نیمه خشک انجام شده است. محل تحقیق کرت های استاندارد در مراتع مرگسر ایستگاه تحقیقات مدیریت دام و مرتع جاشلوبار در شهرستان مهدی شهر استان سمنان می باشد. برای این منظور کلیه متغیرهای مورد نیاز و ورودی مدل های مذکور در کرت های مورد نظر محاسبه شده است. تخمین حاصل از اجرای مدل ها با رسوب اندازه گیری شده در طی 15 رگبار مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج آزمون مقایسه میانگین ها به روش –t استیودنت نشان داد که بین مدل های MUSLT، MUSLE-E و MUSLE-S و رسوب اندازه گیری شده، اختلاف معنی داری در سطح یک درصد وجود ندارد. همچنین نتایج ارزیابی کارایی مدل ها با روش ناش- ساتکلیف و آماره میانگین نسبی مجذور مربعات خطا (RRMSE) نشان داد که مدل های MUSLT، MUSLE-E و MUSLE-S از کارایی بالاتری نسبت به سایر مدل ها برخوردار می باشند.

رودخانه ها دارای الگوهای متفاوتی از جریان هستند. رودخانه های مستقیم و مئاندری رودخانه های تک مجرایی هستند و رودخانه های شریانی و رودخانه های با مجاری به هم پیوسته (آنابرنچینگ و آناستوموسینگ) رودخانه های با الگوی چند مجرایی هستند. رودخانه گاماسیاب در استان کرمانشاه دارای الگوهای متفاوتی از کانال است. در این مطالعه از روش تاریخی استفاده شده است و با استفاده از عکس های هوایی سال های 1334، 1348، 1382 و تصاویر ماهواره IRS سال 1389 انواع تغییرات پلان فرم بررسی شده است. با انجام عملیات مختصات دار کردن عکس های هوایی در نرم افزار Arc Map بر اساس نقشه های 25000/1 مسیر رودخانه و پشته های ماسه ای داخل رودخانه رقومی، و رودخانه به 12 بازه تقسیم و شاخص شریانی و خمیدگی برای بازه های مختلف محاسبه شده است. نتایج نشان داد که رودخانه در طی 56 سال گذشته تغییرات قابل توجهی داشته است به طوری که در بازه های بالادست به دلیل وقوع اولشن رودخانه از حالت مئاندری به الگوی رودخانه های با مجاری به هم پیوسته تبدیل شده است. اولشن به صورت یک حرکت و جابه جایی سریع قسمتی از مسیر رودخانه روی دشت سیلابی است که باعث ایجاد مجرای جدیدی می شود و شرایط را برای ایجاد الگوی مجاری به هم پیوسته فراهم می کند. بازه های میانی رودخانه از حالت مئاندری خارج و تبدیل به الگوی شریانی شده اند. اما بازه های پایین دست دارای الگوی مئاندری هستند و این بازه ها در طی 56 سال گذشته تغییر الگویی نداشته اند.