مقالات رزومه دکتر مریم حافظ پرست
-
پایش و بررسی سطح آب تالاب ها با استفاده از سنجش ازدور به منظور محافظت از این میراث طبیعی در سال های اخیر موردتوجه بسیاری از کشورها قرارگرفته است و این امر به عنوان اولین قدم برای پی بردن به وجود مشکل و سعی برای حل آن، از اهمیت خاصی برخوردار است. محدوده تالاب هشیلان در نرم افزار 5.6 ENVI، برش زده شد و خطای تصاویر ماهواره ای لندست ازلحاظ رادیومتریکی و اتمسفری برطرف شد. تصویر پیکسل سایز 30 متری به پیکسل سایز 15 متری تبدیل شد تا توان تفکیک مکانی منطقه موردمطالعه ارتقا پیدا کند، سپس به نرمال کردن مقادیر بازتاب سطحی پرداخته شد و برای تعیین مساحت پهنه آبی تالاب در ماه اسفند هرسال طی سال های (2000-2022) از دستور Target Detection Wizard در نرم افزار ENVI 5.6 استفاده شد و شیب فایل خروجی در Arc Map10.8.2 فراخوانی و مساحت پهنه آبی تالاب هشیلان برحسب کیلومترمربع در تاریخ اخذ تصاویر ماهواره محاسبه شد. نتایج حاصل از تفسیر تصاویر ماهواره ای در سال های موردبررسی نشان دهنده این نکته است که در سال های 2005 و 2018 تالاب به ترتیب دارای بیشترین و کمترین میزان سطح خود در دو دهه گذشته بوده که مساحت پهنه آبی آن در این سال ها به ترتیب 3.83 و 0.34 کیلومترمربع است و نتایج نشان داد که در طی 22 ساله گذشته برای ماه مذکور تالاب به میزان 0.79 کیلومترمربع با کاهش سطح آب مواجه شده است. نتایج حاصل از تفسیر تصاویر ماهواره ای طی سال های موردبررسی نشان دهنده کاهش وسعت تالاب هشیلان به ویژه در ناحیه غرب و جنوب غرب تالاب است که می توان دلیل آن را وقوع پدیده های طبیعی مانند خشک شدن تعدادی از چشمه های جوشان براثر خشک سالی و دوره های کم آبی و همچنین اثرات نامطلوب فعالیت های انسانی مانند افزایش دسترسی انسان به تالاب از طریق راه های دسترسی در این ناحیه و همچنین تصرف اراضی تالابی توسط روستاییان و تبدیل کردن آن ها به اراضی کشاورزی و وجود چاه های عمیق در زمین های اطراف و بهره برداری از آب تالاب از طریق کانال کشاورزی، بدون توجه لازم به میزان ورود آب دانست. در این شرایط اکوسیستم تالاب کاملا تغییریافته است و پرندگان آبزی دیگر در این منطقه زندگی نمی کنند. باتوجه به سیر تحولات ناخوشایند تالاب هشیلان، ادامه روند شرایط کنونی می تواند موجودیت و یکپارچگی تالاب هشیلان را با خطر جبران ناپذیری مواجه کند. مدیریت اکوسیستمی تالاب با تدوین یک برنامه مدیریتی به منظور حفظ و احیای ساختار و عملکردهای این اکوسیستم با پایداری طولانی مدت، می تواند راهگشا باشد.
کلید واژگان: تغییرات زیست محیطی, هشیلان, مساحت تالاب, سنجش از دور, GIS}IntroductionThere are two approaches in dealing with environmental changes. The first approach is based on ignoring these changes and continuing the current situation, which will result in further environmental destruction. The second approach is based on identifying these changes from the past to the present and formulating an environmental management plan to control these changes and plan for improving the environmental situation. Wetlands are one of the most important natural habitats in the world and have many values and benefits, especially in energy circulation in the environment. In the last 20 years, the area of many wetlands has decreased due to the increase in industrial and agricultural development and the lack of water in arid and semi-arid regions (Cui et al., 2009). One of the effective tools in the field of wetland area changes is the use of remote sensing technology and satellite data. The use of satellite images, due to their wide spatial coverage, high resolution, low cost, temporal archive, free access to satellite images, and the availability of practical software and spectral indices, has become very important in estimating the area of aquatic zones. Monitoring and assessing the water level of wetlands using remote sensing to protect this natural heritage has become a focus for many countries in recent years, and this is of particular importance as the first step in identifying problems and attempting to solve them. Heshilan wetland plays a significant role in nourishing and increasing the stability of underground waters, preventing floods, and promoting agriculture in the region, as well as providing a unique habitat for native and migratory birds to easily pass winter. The aim of this research is to monitor changes in the water level of Heshilan wetland over a 22-year period using remote sensing and geographic information systems.
MethodologyLandsat satellite images were downloaded from the United States Geological Survey website. After downloading the Landsat satellite images, the Heshilan wetland area was delineated, and the images were radiometrically and atmospherically corrected. To enhance the spatial resolution of the study area, the 30-meter pixel size image was converted to a 15-meter pixel size image for better spatial resolution (the 15-meter resolution provides more accurate information than approximate surface area estimates of wetlands), then we normalized the surface reflectance values. The Target Detection Wizard tool in ENVI 5.6 software was used to determine the aquatic zone area of the wetland in Murch of each year during (2000-2022), and the output file was imported into ArcMap 10.8.2 to calculate the aquatic zone area of Heshilan wetland in square kilometers on the date of image acquisition.
Results and discussionThe results of interpreting satellite images over the years under study indicate that in 2018, the wetland had its lowest surface area in two decades, with an area of 0.34 square kilometers in that year. Additionally, the highest area of the aquatic zone of the wetland occurred in 2005, with an area of 3.83 square kilometers. The results show that over the past 22 years, the wetland has faced a decrease in water level by 0.79 square kilometers for the specific month.
ConclusionsThe research results indicate that analyzing satellite images using remote sensing techniques can effectively show changes in wetland areas over time intervals. The results of interpreting satellite images over the years under study show a reduction in the extent of Heshilan wetland, especially in the western and southwestern regions, which can be attributed to natural phenomena such as drying up some springs due to droughts and periods of low water levels, as well as undesirable effects of human activities such as increased human access to wetlands through access roads in this area, land grabbing by villagers converting them into agricultural lands, deep wells around the wetlands, and utilizing wetland water through agricultural canals without considering proper water inflow. In these conditions, the wetland ecosystem has completely changed, and other aquatic birds no longer live in this area, with many migratory birds moving to tropical regions, depending on their habitats along the migration route. Given the unfavorable trends in Heshilan wetland developments, continuing the current conditions could jeopardize the existence and integrity of Heshilan wetland irreversibly. Ecosystem management of wetlands by developing a management plan to preserve and revitalize the structure and functions of this ecosystem with long-term stability can be a solution.
Keywords: Environmental Changes, Hashilan, Wetland Area, Remote Sensing, GIS} -
شبیه سازی بارش رواناب و تولید هیدروگراف، کاربرد فراوانی در تحلیل رفتار حوضه در مقابل بارش، محاسبه حجم و پیک سیلاب، میزان تلفات و امکان طراحی ابعاد سازه ها دارد. یکی از رایج ترین مدل های شبیه ساز HEC-HMS می باشد. در این پژوهش با هدف آنالیز حساسیت پارامترهای روندیابی هیدروگراف سیل در حوضه آبریز رودخانه مرک، ابتدا با افزونه HEC-GeoHMS در محیط Arc GIS و نقشه DEM منطقه، خصوصیات فیزیوگرافی حوضه ساخته و در مدل HEC-HMS فراخوانی گردید. سپس با وارد نمودن داده های سه رخداد سیلاب و بارش متناظر آن، هیدروگراف محاسباتی ایجاد و جهت واسنجی ابتدا به روش سعی وخطا مدل در محدوده ای مطلوب قرار گرفت که بتوان با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی بهینه سازی را انجام داد. در بهینه سازی با تابع هدف به حداقل رساندن میانگین مجموع مربعات خطا، پارامترهای K و X ماسکینگام که حساسیت ویژه ای در تولید هیدروگراف دارند بهینه و کارایی مدل را در رده عالی قرار داد بطوریکه برای رخداد سیلاب تاریخ آبان 1394 معادل نوامبر2015 و با شرط توقف 50 تکرار (NSE=0.871, PBIAS=25.52, RMSE=0.4, NRMSE=2.63)، در رخداد سیلاب فروردین 1395 معادل مارس2016 (NSE=0.731, PBIAS=28.82, RMSE=0.5, NRMSE=1.01) و در رخداد اسفند 1398 معادل فوریه2020 (NSE=0.834, PBIAS=7.96, RMSE=0.4, NRMSE=0.95) قرار گرفت که نشان از کارایی عالی مدل بعد از بهینه سازی ضرایب ماسکینگام با الگوریتم تکامل تفاضلی(DE) دارد.
کلید واژگان: HEC-Geohms, HEC-HMS, آنالیز حساسیت, ماسکینگام, مرک}Simulation of runoff and hydrograph production is widely used in analyzing the behavior of basin against precipitation, calculating the volume and peak of floods, the amount of losses and the possibility of designing the dimensions of structures. HEC-HMS is one of the most common simulator models In this study, with the aim of analyzing the sensitivity of flood hydrograph routing parameters in the Merk River basin, first, the physiographic characteristics of the basin were constructed with the HEC-GeoHMS plugin in the Arc GIS environment and the DEM map of the area and they were called in the HEC-HMS model. then by entering the three flood event data and its corresponding precipitation, computational hydrograph is created. For calibration, at first by trial and error, the model was placed in a suitable range which can be optimized using differential evolution algorithm. In optimizing the target function to make the average at least of the sum of squares of error, the K and X Muskingum parameters, which are particularly sensitive to hydrograph production, placed the model optimization and its performance in the excellent category so that for the event of November 2015 floods and a stop of 50 iteration (NSE=0.871, PBias=25.52, RMSE=0.4, NRMSE=2.63), for the event of March 2016 floods (NSE=0.731, PBias=28.82, RMSE=0.5, NRMSE=1.01) and in February 2020 (NSE=0.834, PBias=7.96, RMSE=0.4, NRMSE=0.95) which indicate an excellent performance of the model after optimization of the Muskingum coefficients by differential evolution algorithm (DE).
Keywords: HEC-Geohms, HEC-HMS, Merck, Muskingum, Sensitivity Analysis} -
There is a growing demand for solving conflicts among water users and stakeholders under climate change conditions. This study applied ten CMIP5 climate models under the RCP8.5 scenario to simulate Doiraj Reservoir water allocation in Ilam Province. To reduce the uncertainty of climate models, the MOTP method was used by combining different GCM models. To predict reservoir inflow, the IHACRES Rainfall-Runoff model was considered and validated for the 2016 to 2044 time periods. Climate and hydrological indicators were extracted to monitor drought periods in the current and future projections. The WEAP model and the Asymmetric NASH Bargaining Method were used to simulate the water basin system and solve the conflict between stakeholders based on their utility functions, respectively. The results indicated that the rainfall would increase by 17.1 and 11.1% in spring and autumn and decrease by 9.4% in winter in the future projection. Furthermore, the highest temperature and runoff growth rate increased by 1.95°C in September and 6.3% compared to the base period, while demands would be increased by 55.75%. The long-term agricultural deficit are obtained as 10.9 and 10.2% by the WEAP model in the current and future conditions. Finally, the duration curve of reservoir storage showed that 20% of the time, the reservoir storage is empty for the Standard Operation Policy (SOP). By switching to the Nash bargaining policy, not only the minimum storage capacity reached 18 MCM for all the time, but also the effects of climate change would be adapted in the future, and the utility functions of all stakeholders would be satisfied as well.
Keywords: Climate models, CMIP5, Drought, IHACRES, Water resources management, WEAP model} -
علم سنجش ازدور امروزه مورد بررسی بسیاری از دانشمندان و مهندسین قرارگرفته است. داده های ایستگاه های زمینی به صورت نقطه ایست و همچنین در سطح وسیع و مناطق صعب العبور داده های کافی وجود ندارد. اما داده های ماهواره ای برای تمام مناطق قابل استفاده است. در این پژوهش به مقایسه داده های بارش چهار ایستگاه سینوپتیک در حوضه گاماسیاب با داده های بارش ماهواره های CHRIPS, ERA5, PERSIAN_CDR, GPM, GSM, TRMM, TERRAپرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که هرچند ماهواره CHRIPS در معیارهای احتمالاتی شاخص نرخ هشدار اشتباه و انحراف نسبی کمتری داشته است و PERSIAN و GSM احتمال آشکارسازی بالاتری دارند اما با در نظر گرفتن همه معیارها برای ایستگاه هرسین و کنگاور ماهواره TERRAبا معیارهای ضریب همبستگی و ضریب همبستگی پیرسون بالاتر و کمترین معیارهای خطا و معیارهای احتمالاتی بهتر برآورد دقیق تری داشته اند. برای ایستگاه سرآرود و سنقر نیز ماهواره ERA5 بهترین برآورد را داشته است. این ماهواره ماکسیمم بارش را در دو ایستگاه سرآرود و سنقر که به ترتیب7/351 و9/147 میلی متر بوده است را با 49 و 5 درصد کاهش 178 و 155 میلی متر برآورد کرده است.کلید واژگان: بارش ماهواره ای, GPM, GSM, TRMM, TERRA}Remote sensing has been studied by many scientists and engineers today. Ground station data are stationary and there is insufficient data in large areas and difficult areas. But satellite data can be used for all regions. In this study, the precipitation data of four synoptic stations in Gamasiab basin are compared with the precipitation data of CHRIPS, ERA5, PERSIAN_CDR, GPM, GSM, TRMM, TERRA satellites. The results show that although CHRIPS satellite had a lower value of false alarm rate and relative deviation in the probabilistic criteria and PERSIAN and GSM have a higher probability of detection, but considering all the criteria, for Harsin and Kangavar stations, TERRA satellite with higher correlation coefficient and Pierce correlation coefficient and the lower the value in the error criteria and the better probability criteria, had the more accurate the estimate. ERA5 satellite also had the best estimate for Sararud and Songhor stations.This satellite has estimated the maximum precipitation at Sararud and Songhor stations, which was 351.7 and 147.9 mm, respectively, with a decrease of 178 and 155 mm by 49 and 5%, respectively.Keywords: Satellite precipitation, TERRA, TRMM, GSM, GPM}
-
پایش پارامترهای کیفی رودخانه در مدیریت منابع آب سطحی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از روش های موثر در این زمینه تیوری آنتروپی است که در طراحی شبکه پایش کیفی قابلیت بسیار خوبی دارد. در این پژوهش از تیوری آنتروپی گسسته به منظور ارزیابی کیفی در فرکانس های زمانی و مکانی شبکه ایستگاه های هیدرومتری استان کرمانشاه با 16 ایستگاه و دوره آماری مشترک 29ساله استفاده گردید. میزان انتقال اطلاعات را بین هر ایستگاه و تمام ایستگاه های دیگر به طور دوبه دو محاسبه تا پوشش اطلاعاتی بین ایستگاه های شبکه مشخص شود. نتایج نشان داد که ایستگاه باوله در حوزه آبخیز سنقر با بیش ترین مقدار در رتبه دهی آنتروپی مرزی، کارآمدترین ایستگاه شبکه از نظر پتانسیل دادن اطلاعات است. ایستگاه های پیرسلمان، قورباغستان، دو آب مرگ و خرس آباد نیز از نظر پتانسیل گرفتن اطلاعات در وضعیت خوبی بوده، اما ایستگاه توتشامی در وضعیت نامناسبی قرار گرفته است. ایستگاه های پل چهر، بیار، سرپل ذهاب و پل جاده کمیش از نظر پتانسیل دادن اطلاعات وضعیت ضعیفی داشته و ایستگاه های پل چهر، پل جاده کمیش و بیار از نظر شاخص های کیفی مناسب نبوده و پوشش اطلاعاتی متغیرهای کیفی تقریبا در تمامی ایستگاه های حوزه آبخیز ضعیف می باشد. شاخص انتقال اطلاعات در سرتاسر محدوده مطالعه دچار کمبود بوده و لزوم بازنگری در شبکه وجود دارد.
کلید واژگان: آنتروپی گسسته, الگوی کشت, شاخص های کیفی, ایستگاه های هیدرومتری, انتقال اطلاعات}Qualitative Assessment of Hydrometric Station Density Kermanshah Province Using the Discrete EntropyIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:16 Issue: 58, 2022, PP 13 -22Monitoring the quality parameters of the river is very important in the management of surface water resources. One of the effective methods in this field is entropy theory which has a very good capability in designing quality monitoring network. In this research, discrete entropy theory has been studied and monitored in order to qualitatively evaluate the temporal and spatial frequencies of the network of hydrometric stations in Kermanshah province with 16 stations and a 29 years common statistical period. The amount of data transfer between each station and all other stations is calculated in two to determine the information coverage between the network stations. The results showed that Bavleh station on The Gavehrud River in Kermanshah province is the most efficient network station in terms of potential of data giving by getting the highest amount in border entropy ranking. Pirsalman, Ghorbaghestan, Doab-mereg and Khersabad stations were also in good condition in terms of potential for information capture, but Totshami station is in poor condition. Polchehr, Biar, Sarpol-e Zahab and Kamish Road Bridge stations have poor status in terms of potential of giving information, bridge stations, Quantified road bridges and biyar in terms of quality indicators are not suitable and the information coverage of qualitative variables in almost all stations in the field is weak. Information transfer index is deficient throughout the study area and there is a need to revise the network. . In terms of optimal sampling distances, EC variable can maintain the effective quality of this index, considering that it is in a state of severe lack of information transmission (current network situation) up to 50 km distance. Esp index is less sensitive to distance than Ec index and according to data transfer index and distance, the variability of this index is less at distances and distance of 55 km is suitable and for Cl the distance of less than 50 km was obtained for sampling. According to the data transfer index for mg quality variable, there is appropriate information coverage in the network at a distance of 55 km.
Keywords: Discrete Entropy, Crop Pattern, Quality Indexes, Hydrometric Stations, Information Transfer} -
تغییر اقلیم که به معنی تغییرات بلندمدت اقلیمی در یک منطقه است، با افزایش دما و تغییرات الگوی بارش تغییراتی در برآورد تقاضاهای آبی ایجاد کرده است. شبیه سازی منابع و مصارف حوضه ی آبریز سد جامیشان با استفاده از مدل WEAP با الگوهای کشت موجود در منطقه بررسی شد. برای ارزیابی تاثیر تغییر اقلیم بر پارامترهای بارش و دما در این منطقه از خروجی های سناریوی RCP8.5 مدل های HADGEM2_ES و MIROC5 و از سری مدل های CMIP5 استفاده شد. در این پژوهش پارامترهای ماهانه ی دما و بارش سد جامیشان با استفاده از روش عامل تغییر ریزمقیاس و برای دوره آتی تولید شدند. از روش یادگیری ماشینی رگرسیون بردار پشتیبان تصحیح شده با تغییر در پارامترهای موثر برای پیش بینی رواناب در دوره تغییر اقلیم استفاده گردید. نتایج مدل اقلیمی به طور میانگین افزایش دمای 5/0 تا 5/1 درجه سلسیوس را در طول دوره ی آماری نشان می دهد. نتایج بارش شبیه سازی شده نشان می دهد که میانگین بارش ماهیانه با سناریوی8.5 RCP در دوره ی آتی در مدل HADGEM2_ES با افزایش 5 درصدی و در مدل MIROC5 با کاهش 6 درصدی نسبت به دوره ی پایه همراه بوده است. بررسی نتایج پیش بینی دبی با استفاده از مدل SVR حاکی از آن است که رواناب نسبت به دوره ی پایه با کاهش همراه است. به منظور برنامه ریزی و مدیریت منابع آب با استفاده از نرم افزار WEAP به شبیه سازی سد جامیشان پرداخته شد. بدین منظور با درنظر گرفتن سه الگوی کشت متفاوت مقادیر تامین و کمبود برای هر نیاز برآورد گردید. شبیه سازی الگوی کشت های مختلف در WEAP نشان می دهد به طور میانگین تامین برابر با 75 درصد است.کلید واژگان: تغییر اقلیم, CMIP5-WEAP, بارش رواناب, الگوی کشت, ماشین بردار پشتیبان}Today, the effects of climate change and global warming have been proven due to the increase in greenhouse gases in the world. In this research, the monthly values of temperature, precipitation and discharge of Jamishan Dam in the years 1988-2017 have been considered as the base period. Simulation of resources and uses of the jamishan Dam catchment area was investigated using the WEAP model with different cultivation patterns in the area. To evaluate the effect of climate change on precipitation and temperature parameters in this region, RCP8.5 scenario outputs of HADGEM2_ES and MIROC5 models and a series of CMIP5 reporting models were used and the output of these models was downscaled for the region. In this research, change factor method used for downscaling and the monthly temperature and precipitation parameters of Jamishan Dam were produced for the period 2021-2050. In order to study the runoff of the region due to climate change, the SVR model was studied. The results of the climate model show an average temperature increase of 0.5 to 1 ° C. The simulated rainfall results show that the average monthly rainfall under the RCP8.5 scenario in the future period in HADGEM2_ES model increased by 1.3% and in MIROC5 model decreased by 6% compared to the base period. Examination of the results of discharge forecast in SVR method indicates that runoff is associated with a decrease compared to the base period.Simulation of different cultivation patterns in WEAP shows that the average supply is 70% in the SVR method.Keywords: climate change, CMIP5, WEAP, Rainfall-Runoff, Cultivation pattern, Support Vector Machine}
-
پایش آبهای زیرزمینی از دیرباز به عنوان یکی از منابع اصلی تامین آب کشاورزی مورد توجه بوده است. در این راستا برداشت بی رویه از این منبع خدادادی و نیز احداث چاه های غیرمجاز و کمبود بارشها سبب افت سطح آب در بسیاری از آبخوان های کشور شده است. دشت های استان کرمانشاه با داشتن شرایط آب و هوایی خوب و خاک حاصلخیز از قطبهای کشاورزی و باغداری ایران است. از اینرو در این پژوهش داده های چاه های پیزومتری در دوره 1360-1397و داده های ماهواره GRACE با رزولوشن یک درجه در دوره 2002 تا 2020 با روش های JPL,GFZ و CSRبرای بررسی تغییرات سطح آب زیرزمینی آبخوان های استان کرمانشاه استفاده گردید. مقدار رطوبت خاک، آب حاصل از پوشش گیاهی و آب حاصل از ذوب برف با استفاده از ماهوارهGLDAS با وضوح یک درجه از محیط محاسبات ابری گوگل ارث اینجین استخراج گردید. نقشه های پهنه بندی کلیه آبخوان های استان برای سالهای 1395 و 1397 با روش کریجینگ در نرم افزار ARC GIS رسم گردید که نتایج نشان داد تعدادی از آبخوان ها از جمله حسن آباد- شیان و سنجابی و دینه ور در شرایط بحرانی هستند. داده های درازمدت ماهانه و سالانه تراز آب آبخوان ها برای دشتهای مختلف با توجه به مساحت های موثر آنها نیز به روش تیسن محاسبه و نمایش داده شده است. نقشه تغییرات رطوبت خاک، تبخیر-تعرق واقعی، بارش تجمعی استان کرمانشاه توسط ماهوارهTERRA که دارای رزولوشن 04/0 معادل تقریبا 4 کیلومتر در 4 کیلومتر است استخراج گردید که تغییرات این پارامترها را در دسامبر 2019 نشان می دهد. مقادیر تغییرات سطح آب زیرزمینی TWS با کسر مقادیر رطوبت خاک، آب حاصل از پوشش گیاهی و آب حاصل از ذوب برف در مقابل داده های مشاهداتی آبخوان رسم گردید.
کلید واژگان: تغییرات سطح آب زیرزمینی, پهنه بندی, گوگل ارث اینجین, ماهوارهGRACE, ماهوارهGLDAS}Groundwater monitoring has long been considered as one of the main sources of agricultural water supply. . In this regard, indiscriminate harvesting of this God-given resource, as well as the construction of unauthorized wells and lack of rainfall have caused the water level to drop in many aquifers of the country. The plains of Kermanshah province with its good climate and fertile soil are the agricultural and horticultural hubs of Iran. Therefore, in this study, piezometric well data in the period 1360-1397 and GRACE satellite data with a resolution of one degree in the period 2002 to 2020 with JPL, GFZ and CSR methods were used to study the changes in groundwater levels of aquifers in Kermanshah province. The amount of soil moisture was extracted from Google Earth Engine cloud computing environment using GLDAS model with a resolution of one degree. Zoning maps of all aquifers in the province for the years 1395 and 1397 were drawn by kriging method in ARC GIS software. The results showed that a number of aquifers, including Hassanabad-Shian, Sanjabi and Dinehvar are in critical condition. Long-term monthly and annual water level data of aquifers for different plains according to their effective areas have also been calculated and displayed by Thissen method. The map of changes in soil moisture, actual evapotranspiration, and cumulative precipitation in Kermanshah province was extracted by TERRA satellite with a resolution of 0.04 degrees equivalent to 4 km by 4 km, which shows the changes in these parameters in December 2019. The values of TWS groundwater level changes were plotted by subtracting soil moisture values against the aquifer observational data and the changes in groundwater level decreasing trend in Kermanshah province indicate a decrease of -1.5 cm and -3.8 cm in the period 2002 to 2016 by GRACE satellite and observational values respectively While from 2016 to 2020, groundwater level changes have been increasing.
Keywords: changes in groundwater level, GRACE Satellite, GLDAS model, Google Earth Engine, Zoning} -
تغییر اقلیم، گرم تر شدن زمین، و مدیریت نامناسب اندوخته های آب از جمله دشواری هایی است که موجب نگرانی جامعه ی بشری به ویژه در مدیریت آبخیزها شده است. محققان و مهندسان برای جلوگیری از هدر رفت، و بهینه سازی اندوخته های آب در این حوزه ها اقلیم را پیش بینی می کنند. در این پژوهش ایستگاه آران در آبخیز کنگاور برای ارزیابی تغییر بارش، دما، و آورد در آینده با در نظر گرفتن حالت های ممکن اقلیمی گزارش پنجم (CMIP5) در نظر گرفته شده است. با دردست داشتن اطلاعات مشاهده یی در 33 سال از 1983 تا 2015 از روش های برنامه ریزی بیان ژن و درخت تصمیم برای آموزش، آزمون، و پیش بینی داده ها بهره گرفته شد. از میان مدل های گوناگون اقلیمی مدل Fgoals-g2 به دلیل مشابهت بیش تر ویژگی های آماری داده های تاریخی با داده های بارش و دمای منطقه برای پیش بینی در دوره ی 2052- 2020 برگزیده شد. از حالت ممکن Rcp2.6 حالت خوش بینانه، و روش ریزمقیاس گردانی عامل های تغییر، و ورودی های مدل GEP و نرم افزارORANGE برای پیش بینی ویژگی آورد در آینده بهره گرفته شد. بیشینه ی دمای ماهانه به °C 31/18 می رسد. بیشینه ی میانگین بارش ماهانه در دوره ی آینده نسبت به دوره ی پایه حدود 4 % افزایش خواهد یافت، و به 169/51 میلی متر می رسد. مقدار میانگین سالانه ی درازمدت بارش از 423/39 میلی متر به 427/ 15 میلی متر افزایش خواهد یافت. ضریب هم بستگی برای داده های آزمون در روش برنامه ریزی بیان ژن 0/70 بود و مقدار میانگین آورد از m3/s 3/33 به m3/s 3/14 تغییر می کند، که نشان می دهد 71/5 % کاهش خواهد یافت. در روش وایازی درخت تصمیم ضریب هم بستگی 0/995 بود و میانگین آورد 10/3 % افزایش خواهد یافت و به 3/69 متر مکعب بر ثانیه خواهد رسید.
کلید واژگان: اورنج, بارش-روان آب, برنامه ریزی بیان ژن, تغییر اقلیم, مدل های گزارش پنجم}A lack of sufficient water resources, climate change, and especially global warming, is causing apprehension in societies, particularly in watershed managers. Scientists and engineers are forecasting climatic data to prevent the waste of water resources and to optimize their use in watersheds. The Aran Station in the Kangavar Watershed was chosen to predict the trend of temperature, precipitation, and runoff using the CMIP5 climate model. Benefiting from 33 years of data (1983 to 2015), the Gene Expression Programming method (GEPM) and Decision Tree methods were developed to train, test, and predict the river discharge rate. Different climate models were implemented using the historical data of the study area. The Fgoals-g2 was chosen to predict temperature and precipitation data for the 2020-2052 periods. The RCP2.5 climate scenario was used as an optimistic scenario, and the output of the change factor downscaling method was used as an input for the GEP model and the ORANGE Software to find the best prediction of the discharge parameter in the future. The results indicated that the temperature of the next cycle will increase by 13 degrees and the maximum monthly temperature will reach 31.18 degrees centigrade. The maximum monthly precipitation will increase by 4 percent and reach 169.51mm. The longtime yearly mean precipitation will change from 423.39 mm to 427.15 mm. The correlation coefficient of the test data in the GEPM was 0.70. The maximum monthly discharge will decrease 1.84 percent, from 29.31 to 28.77 cubic meters per second (m3s-1). The mean discharge will decrease 5.71 percent, from 3.33 to 3.14 cubic meters per second. The correlation coefficient of the test data in the decision tree regression method, using the ORANGE software was 0.995. The mean discharge will increase by 10 percent and reach 3.69 m3s-1. The maximum yearly discharge will decrease by 6 percent, from 7.62 to 7.12 m3s-1.
Keywords: Gene Expression Programing, Orange, CMIP5 models, rainfall- runoff} -
مدیریت منابع آب عاملی مهم در دستیابی به توسعه پایدار است. با توجه به اهمیت توسعه پایدار، توسعه شاخص های مدیریت پایدار منابع آب با در نظر گرفتن ملاحظات اکوسیستمی اقتصادی و اجتماعی صورت می گیرد. تصمیم گیری یکی از مهم ترین وظایف مدیریت است. یکی از دلایل موفقیت برخی از افراد و سازمان ها اتخاذ تصمیم مناسب است. از این رو ضرورت وجود روش هایی علمی که انسان را در این زمینه یاری کند، کاملا محسوس است. در این مطالعه با استفاده از تصمیم گیری چند معیاره مدیریت منابع آب امکان تصمیم گیری بر اساس برآورد معیارهای زیست محیطی اجتماعی و اقتصادی با محاسبه شاخص های کمی فراهم می شود. هدف از این پژوهش بررسی پایداری حوضه گاماسیاب می باشد. رتبه بندی زیر حوضه ها به وسیله تصمیم گیری چند معیاره (MCDM) به روش های CP، SAW و TOPSIS انجام شد. نتایج نشان داد که پایدار ترین زیر حوضه از لحاظ معیارهای اقتصادی، اجتماعی، زیست محیطی و منابع آب برای حوضه آبریز گاماسیاب در استان کرمانشاه، حوضه آبریز هرسین - بیستون می باشد (به دلیل مطلوبیت در مقدار شاخص های محاسبه شده)، سپس به ترتیب زیر حوضه های میانراهان و سنقر دارای رتبه های 2، 3 را از نظر پایداری به خود اختصاص داده اند. ضعیف ترین زیر حوضه، زیر حوضه های صحنه و کنگاور از نظر معیارهای مورد نظر می باشد.
کلید واژگان: شاخص های پایداری, معیارهای پایداری, حوضه آبریز گاماسیاب, تصمیم گیری چند معیاره}IntroductionWater is a treasure to be passed on to future generations, and it is now clear to the world that human well-being and industrial and agricultural development are all at stake unless the optimal use of water resources as well as integrated environmental planning and management become a key element of plans and investments. Water resources management is a set of various management measures, which is done to optimize the use of water resources and reduce economic, social and environmental damage. Sustainability assessment by indicators is useful for planning, management and educational purposes. Indicators should be easy to use, comprehensive and universal. They must also be accessible, understandable and valuable, revealing and comprehensive. Due to the importance of sustainable development, quantifying this concept of sustainable water resources management indicators is done by considering economic and social ecosystem considerations. The use of multi-criteria decision-making methods in water-related issues has been used by many researchers.
MethodologyThe purpose of this study is to investigate the stability of Gamasiab basin. The study area, Gamasiab catchment is one of the main sub-basins of Karkheh basin. Figure (1) shows the geographical location of the Gamasiab catchment. Figure (2) shows the algorithm of research steps. The studied indicators are as follows: Percentage of normal rainfall index (PNPI): Its basic concept is the ratio of actual rainfall to its normal amount over a period of time, expressed as a percentage and can be calculated on a scale (weekly, monthly, seasonal and annual). Equation (1) shows how to calculate this index. A standard precipitation index (SPI) was provided to monitor and determine droughts. This index is calculated in time scales of 48,24,18,12,9,6,6,3,1 months and one year (Equations 2 and 3). Surface water storage index (SWSI): The purpose of this index is to consider hydrological and meteorological characteristics as a single index (Equations 4 and 5). Standard runoff index (SRI): This index is obtained according to Equation (6). Available water index (WAI) This index includes surface water resources, groundwater and its difference from the needs of all household sectors of the agricultural industry (Equation 7). WEAP model: This model is flexible due to the data structure in a range of highly decomposed to highly aggregated modes. The input to the reservoir can be given to the model both through the hydrological model and as a time series . Integrated management of water resources and consumption was simulated in the WEAP model and its output was used in EXCEL software to calculate ASI, ESI, out-of-reach water supply reliability and fairness in water allocation. Figure (3) shows a schematic of the resources and uses of the Gamasiab catchment area. Reliability Index (REI) Reliability or reliability is the probability with which water allocated to the consumer meets its needs (Equations 8 and 9). Reversibility index (Res) The probability that a system will return to normal after a failure is called reversibility (Equation 10). Vulnerability index (Vul) The most widely used definition is the ratio of the total deficits to the number of steps in which the deficit occurred divided by the total need (Equation 11). Sustainability Index (SI) Sustainability Index Summarizes system performance metrics in an index to facilitate comparison and decision making between different water resources management and planning options (Equation 12). Environmental Indicators: The Agricultural Sustainability Index (ASI) is defined as the sum of the nominal ratio of agricultural demand in the time series. Environmental sustainability (ESI) is defined as the ratio of supply to demand in an environmental measure over time. The Wilcox Index The Wilcox diagram is based on the electrical conductivity (EC) values of water-soluble solutes in different classes. Schuler Index The Schuler Index divides water into six groups: good, acceptable, suitable, bad, drinkable in an emergency, and non-potable. Social indicators: Drinking water supply reliability index in the form of reliability of drinking water transmission links in which the amount of supply to demand is equal to 1. Justice in water allocation index (CV) This index shows the coefficient of variation of supply to demand ratio in all agricultural demands. Economic indicators: Profit to cost ratio (B / C) This index is obtained by dividing the profit on existing costs. The total value of production is obtained by subtracting the total costs of crop production from the gross value (the product of product yield per unit area multiplied by the unit price). Shannon entropy method was used to weight the indices, which can be calculated using relations 13 to 18. TOPSIS, CP and SAW multi-criteria decision-making methods were used to rank the indicators (relationships 19 to 32). Ranking options using different decision-making methods are different. Therefore, the Bordeaux counting method has been used for the final selection of the superior option. In this method, instead of using the evaluation values of each option, only their comparative rank, which is determined by using different methods, is used to minimize uncertainty in them (Equations 33 and 34).
ConclusionIn this study, multi-criteria decision making (MCDM) methods were used to rank the sub-basins of Songor, Sahneh, Kangavar, Harsin-Biston and intermediate in terms of economic, social, environmental and water resources criteria. The results of weighting the indicators by Shannon entropy method showed that the reliability index of drinking supply has the highest weight with 0.29. After that, out of reach water indices and WAI index with weights of 0.188 and 0.186, respectively, have the highest weights. The lowest weights among the indices are related to PNPI index with a value of 0.000053, followed by SWSI index with a value of 0.00018 and then the lowest weight is related to Schuler diagram index with a value of 0.00082. Finally, due to the ranking differences of the above methods, the Bordeaux counting group decision-making method was used for the final ranking. The results of this study using multi-criteria decision making methods including SAW, TOPSIS and CP decision making models showed that the most sustainable sub-basin in terms of economic, social, environmental and water resources for Gamasiab catchment in Kermanshah province is Harsin-Biston catchment (due to the usefulness of the calculated indicators),. The intermediate and Songhar sub-basins, respectively, have the ranks of 2 and 3 in terms of stability. The weakest sub-basins are Sahneh and Kangavar sub-basins in terms of criteria.
Keywords: “sustainability indicators”, “sustainability criteria”, “Gamasiab catchment”, “multi-criteria decision making”} -
امروزه اثرات تغییر اقلیم و گرمایش جهانی به دلیل افزایش گاز های گلخانه ای در جهان به اثبات رسیده است. در این تحقیق مقادیر ماهیانه دما، بارش و دبی سد جامیشان در سال های 2017-1988 به عنوان دوره پایه در نظر گرفته شده است. شبیه سازی منابع و مصارف حوضه آبریز سدجامیشان در مدل WEAP با الگوهای کشت موجود در منطقه مورد بررسی قرار گرفت. از خروجی های سناریو RCP8.5 مدل HADGEM2_ES از سری مدلهای گزارش پنجم CMIP5 استفاده شد و خروجی این مدل برای منطقه مورد نظر ریزمقیاس شد. با استفاده از روش عامل تغییر داده های مدل اقلیمی ریزمقیاس شد و پارامترهای ماهانه دما و بارش سد جامیشان برای دوره ی 2050-2021 تولید گردید.تغییرات رواناب منطقه مورد نظر درمدل های SVM، GEP و IHACRES پیش بینی گردید. نتایج مدل اقلیمی به طور میانگین افزایش دمای 5/1 درجه سلسیوس و افزایش بارش 5 درصد را نشان می دهد. نتایج حاصل از پیش بینی دبی در هر سه مدل حاکی از کاهش رواناب است که بیشترین کاهش رواناب مربوط به SVM با 6/21 درصد و کمترین کاهش رواناب مربوط به IHACRES با 4 درصد می باشد مدل های IHACRES و GEP نسبت به روش SVR از دقت مطلوب تری برخوردار هستند. شبیه سازی منابع و مصارف درالگوهای کشت مختلف در WEAP نشان می دهد بیش ترین تامین برابر با 9/74 درصد در مدل GEP و کمترین تامین برابر با 70 درصد در مدل SVR که به ترتیب مربوط به الگوی کشت یک و الگوی کشت سه می باشد.
کلید واژگان: بارش- رواناب, ماشین بردار پشتیبان, برنامه ریزی بیان ژن, ویپ, الگوی کشت}In this research, monthly temperature, precipitation and discharge values of Jamishan Dam in 1988-2017 have been considered as the base period. Simulation of resources and uses of Dam-d-Gomishan basin in WEAP model with existing cropping patterns in the region was investigated. To evaluate the effect of climate change on precipitation and temperature parameters in this region, the outputs of the RCP8.5 scenario of the HADGEM2_ES models were used from the cmip5 fifth report series and the output of these models was downscaled for the desired area. In this study, using the method of change factor downscaling the climatic model and monthly temperature and precipitation parameters of Jamishan Dam for the period 2021-2050 were generated. In order to investigate the runoff of the area due to climate change, SVM, GEP and IHACRES models were investigated and compared. The results of the climatic model show an average temperature increase of 1.5 °C and an increase in precipitation of 5%. In general, results of discharge forecasting in all three models indicate a decrease in runoff that the highest runoff reduction was related to SVM with 21.6% and the lowest runoff reduction was related to IHACRES with 4%. In this study, IHACRES and GEP models have more favorable accuracy than SVR method. Simulation of different cropping patterns in WEAP shows that the highest supply is equal to 74.9% in GEP model and the lowest supply is equal to 70% in SVR model which is related to cropping pattern 1 and cropping pattern 3, respectively.
Keywords: Rainfall-runoff, Support vector regression, Genetic programming, WEAP, Crop pattern} -
پیش بینی دقیق و صحیح جریان آب های سطحی در برنامه ریزی اصولی و مدیریت صحیح منابع آب نقش بسزایی دارد، برای دست یافتن به این مهم مدل های پیش بینی مختلف که با استفاده از روابط ریاضی بر پایه اطلاعات هیدرولوژی بنا شده اند، می توانند داده های مورد نیاز را با دقت کافی پیش بینی کنند. در این مطالعه از داده های دبی جریان ماهانه ایستگاه هیدرومتری پل چهر در یک دوره آماری 48 ساله (1397شهریور-1350مهر) استفاده شد. دو سناریوی اصلی با و بدون اعمال پیش پردازش (استانداردسازی) با دو رویکرد سری زمانی یا غیرسری زمانی بررسی شد. همچنین از الگوریتم جنگل تصادفی برای بررسی کاهش ابعاد ورودی مدل استفاده شد. در هر سناریو معیارهای ارزیابی مدل تغییرات واریانس، ضریب تبیین و مجذور مربعات خطا محاسبه گردید. در همه حالت ها به ترتیب 80 و 20 درصد داده ها برای آموزش و تست مدل در نظر گرفته شده است. مدل نوشته شده به زبان برنامه نویسی پایتون است. از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی پارامترهای روش رگرسیون بردار پشتیبان استفاده شد. نتایج نشان داد که ابتدا استاندارد سازی سپس درنظر نگرفتن توالی سری زمانی داده ها، کاهش ابعاد ورودی مدل نیز استفاده از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی پارامترهای مدل رگرسیون بردار پشتیبان به ترتیب بیش ترین اثر بر دقت پیش بینی را دارد به طوریکه بالاترین ضریب تبیین برای داده های آموزش برابر 85/0 و برای تست معادل6/0 است. چنانچه عمل استاندارسازی داده ها صورت نگیرد منظور نمودن رویکرد سری زمانی و کاهش ابعاد ورودی مدل منجر به نتایج بهتری در پیش بینی مدل SVR خواهد شد و استفاده از بهینه ساز الگوریتم ژنتیک نسبت به مدل ساده آن تاثیر معنی داری بر بهبود نتایج خواهد داشت.
کلید واژگان: پیش بینی دبی, ماشین بردار پشتیبان, الگوریتم ژنتیک}Accurate and correct prediction of surface water flow plays an important role in the principled planning and proper management of water resources. To achieve this, various prediction models using mathematical relationships based on hydrological information can be used. In this study, monthly discharge of Polechehr hydrometric station for a 48-year has been used (Sep. 2018-October 1971). Two main scenarios with and without pre-processing (standardization), two time series or non-time series approaches were considered. Also, two cases with and without feature selection have been considered by a random forest algorithm. In all cases, 80% and 20% of the data are intended for model training and testing, respectively. The entire coding process is done in the Python programming platform. Genetic algorithm was used to optimize the parameters of the support vector regression method. The results showed that standardization, non-time series approach, reducing the dimensionality of the model input to select and also using genetic algorithm to optimize the parameters of the support vector regression model have the greatest effect on prediction accuracy, respectively. So that the highest coefficient of explanation for training data is 0.85 and for testing is equal to 0.6.If standardization is not applying on the data, adopting a time series approach and feature selection will lead to better results in predicting the SVR model, and also the use of genetic algorithm optimizer compared to the simple model will have a significant effect on improving results.
Keywords: Discharge Forecasting, Genetic Algorithm, Support vector regression} -
تغییر اقلیم بر بیش تر جنبه های زندگی انسان تاثیر گزارده است به طوری که گاه پژوهش تاثیرهای مختلف تغییر اقلیم مهم تر از شناسایی و پژوهش خود تغییر اقلیم است. در این پژوهش با آورد40 ساله ی (2017-1978) رودخانه ی کمیش در مدل WEAP به شبیه سازی آب گیر سد هرسین پرداخته شد. بهینه سازی با هدف کمینه کردن کمبود نیازهای پایین دست سد و اثر حالت های ممکن اقلیمی در مدل LINGO بررسی شد. نتیجه ی کاربرد حالت های ممکن اقلیمی RCP نشان دهنده ی کاهش آورد ورودی آب گیر سد هرسین بود و خروجی دو مدل اقلیمیHADGEM2-ao و FGOALS-G2 افزایش بیشینه ی 5 و کمینه ی °C 3 دما در دوره های آینده است. برپایه ی حالت ممکن RCP8.5 مقدار روان آب پیش بینی شده در دوره های آینده 2059-2020 و 2099-2060 کم تر از روان آب پیش بینی شده با حالت ممکن RCP2.6 است. کاربرد روان آب خروجی با مدل بارش-روان آب با حالت ممکن RCP2.6 و RCP8.5 در مدل WEAP موجب شد شاخص اطمینان پذیری نیازهای پایین دست سد به کم تر از 80% برسد. بیش ترین مقدار شاخص اطمینان پذیری با کاربرد حالت ممکن اقلیمی با مدل HADGEM2-ao با حالت ممکن RCP2.6 در نیاز صنعت است، که در حالت شبیه سازی 77/08% بود، درحالی که در مدل بهینه به 88/42 % افزایش یافت. کم ترین مقدار شاخص اطمینان پذیری در مدل WEAP نیز 32/19% برآورد شد، که در مدل LINGO به 52/71% رسید.کلید واژگان: ایهکرس, حالت ممکن اقلیمی 2, 6 و 8, 5, لینگو, ویپ}The side effects of climate change have affected most aspects of human life; Therefore, the study of the various effects of climate change is more important than the identification of the climate change itself. Using the 40-year discharge (1978-2017) of the using Kamish River in the WEAP model. The reservoir of the Harsin Dam has been simulated the LINGO model, optimization was performed with the aim of minimizing the shortage of the downstream needs and the effects of climatic scenarios. By applying the RCP climate scenarios, the results indicated a decrease in the inflow of the Harsin Reservoir; however, the output of the two climate models HADGEM2-ao and FGOALS-G2 increased the maximum temperature by 5 and at least by 3 degrees Celsius in future periods. According to the RCP8.5 scenario, the volume of runoff predicted in the periods 2020-2059 and 2060-2099, is less than the runoff predicted under the RCP2.6 scenarios. Application of the runoff prediction by the precipitation-runoff model under the RCP2.6 and RCP8.5 scenarios in the WEAP model caused the reliability index of downstream demands to fall below 80%. The highest value of reliability index by applying the climate scenarios using the HADGEM2-ao model under the RCP2.6 scenario is related to the industry demand, which in the simulation mode is equal to 77.08%, while this index in the optimal model is 88.42%. The lowest value of the reliability index in the WEAP model was estimated at 32.19%; it attained 52.71% using the LINGO model.Keywords: IHACRES, LINGO, RCP2.6, 8.5, WEAP}
-
Journal of Applied Research in Water and Wastewater, Volume:8 Issue: 2, Summer- Autumn 2021, PP 88 -97Surface water quality is of particular importance due to its drinking, industrial, and agricultural water sources. Changes in rainfall, temperature and river discharge can affect surface water quality. In this study, the effect of CANESM2, FIO, GFDL, MIROC climate models and weight composition model of CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project) under representative concentration pathways (RCP) of 4.5, 6, 8.5 scenarios on rainfall and temperature were investigated and then monthly discharge of the Aran river in Iran during 2020-2052 and 2053-2085 is predicted using the IHACRES runoff model. Next, the LSTM (Long Short-Term Memory network)-RNN (Recurrent Neural Networks) model were used to predict the total dissolved solids (TDS), sodium adsorption ratio (SAR) for the period 2020-2030. The results showed that the long-term monthly rainfall under the RCP8.5 scenario reported a further decrease compared to the RCP4.5 and RCP6, and the rainfall fluctuations were higher than the other two scenarios. Temperature changes in the second period are higher than the first period, so that in the first period under the scenarios of RCP4.5, RCP6 and RCP8.5 showed respectively 1, 1.5 and 2 degrees Celsius increase, while in the second period, 2, 3 and 4 degrees Celsius is predicted. The average discharge shows by 15.8 % and 20.97 % respectively decrease under the RCP4.5 scenario in the first and second periods, while by 8.51 % and 27.55 % under the RCP6 scenario and 6.38 % and 39.89 % under the RCP8.5 scenario compared to the observed discharge. The mean, maximum, and minimum TDS parameters under RCP4.5 scenario are, respectively, 295, 410, and 263, and 302, 410, and 257 under RCP6 scenario while 292, 410, and 257 mg, for RCP8.5 scenario. These changes are, respectively, 0.42, 0.93 and 0.14 for the SAR parameter in RCP4.5 scenario, and equal to 0.44, 0.94 and 0.1 in scenario 6, while 0.42, 0.93 and 0.15, respectively, for RCP8.5 scenario in Khorramrood river.Keywords: CMIP5 Scenarios, SAR, TDS, Rainfall-runoff, Prediction, LSTM-RNN}
-
آگاهی از کیفیت منابع آب یکی از نیازمندی های مهم در برنامه ریزی و توسعه منابع آب و حفاظت آن هست. رودخانه ها به عنوان اصلی ترین منبع تامین کننده نیاز شرب، کشاورزی و صنعت از اهمیت خاصی برخوردار هستند. در این پژوهش به منظور بررسی اثرات بلندمدت دما و بارش رودخانه خرم رود در شهر کنگاور استان کرمانشاه از خروجی چهار مدل اقلیمی گزارش پنجم (AR5) IPCC، تحت سناریوهای RCP4.5، RCP6 برای دوره پایه (2015-1983) استخراج گردید و با داده های اقلیمی مشاهداتی مقایسه شد. مقادیر روزانه پارامترهای اقلیمی بارش و دمای مدل های برتر برای دوره های آتی 2052-2020 و 2085-2053 با روش ریزمقیاس سازی LARSWG6 در منطقه مطالعاتی تولید شد. به منظور پیش بینی رواناب از مدل شبکه عصبی مصنوعی در نرم افزار نروسلوشن استفاده گردید. پس از کالیبراسیون مدل در دوره پایه 2015 -1983، پیش بینی برای دوره های آتی انجام شد و در ادامه به منظور پیش بینی پارامترهای کیفیت آب رودخانه از مدل رگرسیون بردار پشتیبان در محیط برنامه نویسی پایتون استفاده گردید. نتایج حاکیست مقدار بارش در مدلهای CanESM2 وMIROC-ESM-CHEM افزایش و در بقیه کاهش را نشان می دهد. دما در کلیه مدل ها و سناریوهای اقلیمی افزایش می یابد که بیش ترین مقدار آن معادل32/3 درجه سانتیگراد در دوره دوم آتی در مدل GFDL-CM3 می باشد. مقدار کاهش آبدهی میانگین مدلها و سناریوهای اقلیمی حاصل از خروجی مدل نروسلوشن در دوره دوم نسبت به دوره اول 29/9 درصد می باشد. تغییرات میزان آبدهی بر پارامترهای کیفی رودخانه تاثیرگذاشته بنابراین مقادیر پارامترهای,TDS, EC, CL ,Mg Ca و مجموع آنیونها با توجه به تعداد داده های مشاهداتی مناسب آنها پیش بینی گردید و نتایج نشان داد پارامترهای کیفی در اکثر مدلها در سناریوی RCP6 بیشتر از سناریوی RCP4.5 است و مدل FIO پیش بینی های دقیق تری نسبت به سایر مدل ها داشته است. پیشنهاد می گردد تغییرات پارامترهای کیفی در دوره آتی با مدل های دو بعدی کیفیت آب نیز مدل سازی گردد و با نتایج حاصل از این پژوهش مقایسه گردد.کلید واژگان: پارامترهای کیفی, پیش بینی, دبی, نروسلوشن, LARSWG6, RCP, SVR}Awareness of water resources quality is one of the most important requirements in planning and developing water resources and protecting it. Rivers are of particular importance as the main source of drinking, agriculture and industry needs. In this study, in order to investigate the long-term effects of temperature and precipitation from the output of the four climatic models of the fifth report (AR5) IPCC under RCP4.5, RCP6 scenarios for the base period was extracted and compared with the observational climatic data. Daily values of precipitation climatic parameters and temperature of superior models for future periods 2020-2052 and 2085-2053 were produced by LARSWG6 Downscaling method in the study area. In order to predict runoff, artificial neural network model was used in Neurosolution software. After calibration of the model in the base period of 1983-2015, the prediction was made for future periods and then in order to predict the water quality parameters of the river, the support vector regression model was used in the Python programming environment. The results showed that the amount of precipitation in CanESM2 and MIROC-ESM-CHEM models increased and decreased in the rest. Temperature increases in all models and climatic scenarios with the highest value of 3.32 °C in the next second period in the GFDL-CM3 model. The average reduction of models and climatic scenarios resulting from Neurosolution model output in the second period was 9.29% compared to the first period. Changes in the amount of discharge affected the quality parameters of the river, so the values of parameters, TDS, EC, CL, Mg Ca and the sum of anions were predicted according to the number of appropriate observational data.Keywords: Discharge, Neurosolution, prediction, Quality parameters, RCP, SVR}
-
ارزیابی کارآیی سامانه های پایش منابع آب و تلاش برای بهبود وضعیت مولفه های مختلف این سامانه ها مانند اصلاح فراوانی نمونه برداری متغیرهای کمی و مکان یابی دوباره ی ایستگاه ها اهمیت ویژه یی دارد. دلیل اصلی اهمیت این موضوع هزینه ی زیاد ماهانه ی این سامانه ها است، به طوری که کاهش اطلاعات اضافی در این سامانه ها ممکن است بی آن که اندازه و دقت اطلاعات حاصل را کاهش دهد تاثیر زیادی بر کاهش هزینه های سامانه داشته باشد. از طرف دیگر اگر تعداد ایستگاه ها بهینه نباشد ممکن است داده های جاهای حساس نیز برداشته نشود. در این پژوهش برای ارزیابی کمی شبکه ی ایستگاه های آب سنجی استان کرمانشاه و بررسی دقت اطلاعات ایستگاه ها و تراکم آن ها نظریه ی آنتروپی گسسته به کاربرده شد. چهارده ایستگاه با دوره ی آماری مشترک 30 ساله بررسی شد. نتایج این ارزیابی نشان داد که 3 ایستگاه بحرانی دوآب مرگ، شاه گذر و حیدرآباد در شبکه است که لازم است در آن ها بازنگری شود. از سوی دیگر ایستگاه های پل چهر و پیرسلمان و قورباغستان بیش ترین رتبه ها را گرفت و سه ایستگاه مهم حوضه شناخته شد که باید در شبکه فعال بماند. ایستگاه دو آب مرگ بدترین وضعیت را در شبکه ی پایش دارد و ضروری است که وضعیت آن به دقت بررسی و بازنگری شود. اندازه ی شاخص های S(i) و R(i) در بیش تر ایستگاه ها تقریبا یکسان بود، یعنی هر ایستگاه تقریبا به همان اندازه که اطلاعات به ایستگاه های دیگر می فرستد، سعی در گرفتن اطلاعات از ایستگاه های دیگر دارد.کلید واژگان: ارزیابی, شبکه ی ایستگاه های آب سنجی, نظریه ی آنتروپی}Evaluating the efficiency of water resources monitoring systems and trying to improve the status of various components of these systems, such as modifying the frequency of quantitative variable sampling and relocating stations, is of particular importance. The main reason for the importance of this issue is the significant monthly cost of maintaining these systems; therefore, reducing the redundant and excess information in such systems may have a significant effect on reducing costs without decreasing the value and accuracy of the resulting information. However, if the number of stations is not optimal, the data of sensitive points may be missed. In the discrete entropy theory was used to investigate the accuracy of station information and their density in the region, and to quantitatively evaluate the network of hydrometry stations in the province of Kermanshah. Fourteen stations with a common statistical period of 30 years was evaluated. The results indicate the presence of three critical stations of Doabmarg, Shah Gozar and Hyderabad in the network, which their continued functioning need to be reconsidered. The Pol-e-Chehr, Pirsalman and Ghorbaghistan are the three most important stations in the basin that should remain active in the network, as they have the highest ranking among other stations. Doabmarg Station has the worst condition in the monitoring network and its condition needs to be carefully reviewed and revised. The indexes S (i) R (i) have almost the same values in most stations; each station tries to collect information from other stations as much as it contributes data to other stations.Keywords: Evaluation, Entropy Theory, network of hydrometriy station}
-
Understanding of climate change and its impacts on river discharge has affected the quality and quantity of water and also supplying water requirements for drinking, agriculture and industry. Therefore, prediction of precipitation and temperature by climate models as well as simulation and optimization of their runoff with suitable models are very important. In this study, four climate models of the Fifth Coupled Model Inter comparison Project (CMIP5) and RCP8.5 scenario were used to forecast future precipitation and temperature for the next two periods including 2020-2052 and 2053-2085. Mean Observed Temperature-Precipitation (MOTP) method was used to reduce the uncertainty of climate models and the change factor method was used to downscale the climate data. Then, the Lumped-conceptual Identification of unit Hydrographs and Component flows from Rainfall, Evaporation and Stream flow data (IHACRES) model and multi-layer Artificial Neural Network (ANN) model were employed to estimate the effects of these parameters on the Khorramrood River runoff. The neural network model is written and implemented using Scikit-Learn library and the Python programming language. The comparison of performance of ANN models with different input variables like monthly precipitation, monthly precipitation of previous months, monthly discharge, monthly discharge of previous months, monthly temperature was made to find the best and most efficient network structure. The results showed that the precipitation in Khorramrood River basin based on the weighted combination model decreased by 8.18 % and 9.75 % in the first and the second periods, respectively, while the temperature increased by 1.85 and 4.22 °C, respectively. The discharge parameter in the calibration and validation period in the IHACRES model based on criteria to evaluate the parameters of Root Mean Square Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), The Coefficient of Determination (R), and the Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) performed better than the artificial neural network model. However, due to the small differences of these changes, the predictions were performed for both periods and using both models and the results indicated that future discharge in the IHACRES model decreased by 12.72 % during the first period and by 20.3 % in the second period, while the model of artificial neural network showed decrease rates of 2.12 % and 6.97 %, respectively.Keywords: RCP8.5, Runoff Prediction, IHACRES, MLP, Kermanshah}
-
تعیین تغییرات سطح آب زیرزمینی در کشور ایران که در نواحی خشک و نیمه خشک قرار دارد از اهمیت ویژه ایی برخوردار است. در این راستا استان کرمانشاه با داشتن 950 هزار هکتار زمین کشاورزی و باغ یکی از قطب های کشاورزی کشور است و افت سطح آب در آبخوان های استان به خصوص در قسمت شرقی استان شدید تر است. در این پژوهش با بررسی سطح آب چاه های مشاهداتی آبخوان میانراهان در حوضه جامیشان و نیز پهنه بندی مکانی این تغییرات با استفاده از روش کریجینگ در نرم افزار Arc GIS وضع موجود منطقه بررسی شده است. در ادامه به منظور ارزیابی داده های ماهواره GRACE با مراکز پردازش JPL,GFS,CSR,CRI از کدنویسی در محیط محاسبات ابری گوگل ارث اینجین استفاده شده است. تغییرات ماهانه و سالانه آب معادل مایع (LWE) محاسبه گردید. مقایسه نتایج داده های مراکز پردازش داده مختلف نشان می دهد مرکز پردازش داده JPL با ضریب 66/0 R= بیشترین همبستگی را با داده های مشاهداتی دارد. مقدار رطوبت خاک، آب معادل برف و پوشش گیاهی از مدلGLDAS استخراج شده و با کسر از مقدارTWS استخراج شده از ماهواره GRACE با مقادیر مشاهداتی مقایسه شده است که نشان می دهد روند کاهش سطح آب زیرزمینی با داده های مرکز پردازش JPL معادل 26/2- سانتیمتر است. محاسبات در مقیاس یک درجه مربع انجام شده و واحدها به سانتیمتر بیان شده است.کلید واژگان: آب معادل مایع, آبخوان میانراهان, پهنه بندی کریجینگ, ماهواره GLDAS, ماهواره GRACE}Determining groundwater changes in Iran, which is located in arid and semi-arid regions, is of particular importance. In this regard, Kermanshah province with 950,000 hectares of agricultural land and gardens is one of the agricultural hubs of the country and the water level in the aquifers of the province, especially in the eastern part of the province is more severe. In this study, by examining the water level of the observational wells of Mianrahan aquifer in Jamishan basin and spatial zoning of these changes using Kriging method in GIS software, the current situation of the region has been investigated. In order to evaluate GRACE satellite data with JPL, GFS, CSR, CRI data centers, coding in Google Earth Engine cloud computing environment has been used. Monthly and annual changes of liquid water equivalent (LWE) were calculated. Comparing the results of different data centers show that JPL data center with coefficient of R = 0.66 has the highest correlation with observational data. The amount of soil moisture, snow water equivalent and plant canopy water was extracted from the GLDAS model and subtracted from the amount of TWS extracted from the GRACE satellite and was compared with the observed values, which shows that the trend of decreasing groundwater level is equal to -2.26 cm. Calculations are made on the scale of one square degree and units are expressed in centimeters.Keywords: GLDAS, Grace, Kriging spatial zoning, Liquid water equivalent, Mianrahan Aquifer}
-
تعیین کیفیت آب در مدیریت منابع آب از اهمیت خاصی برخوردار است. امروزه به علت وجود منابع متعدد آلوده کننده منابع آب از کیفیت شیمیایی منابع آبی به شدت کاسته شده است. هدف از این پژوهش طبقه بندی کیفی منابع آبی حوضه آبریز گاماسیاب استان کرمانشاه جهت مصارف شرب و کشاورزی و کیفیت منابع آب های سطحی و زیرزمینی می باشد که از داده های کیفی پنج ایستگاه از سال 97-1358 و تعداد 5 حلقه چاه استفاده شد. داده های کیفی مورد بررسی این پژوهش10 پارامتر شامل: so4، cl، Hco3، ، ، ، TDS، EC ، pH و SAR می باشد. نتایج نشان داد که طبق نمودار ویلکاکس تمام نمونه در محدوده کلاس C2S1 قرار دارند، که نشان دهنده آب با کیفیت خوب برای آبیاری وکشاورزی می باشد. . طبق نمودار پایپر رخساره آب کلسیت و تیپ آب شیرین می باشد. آب رودخانه ها از نظر شرب بر اساس شاخص شولر از لحاظ سختی و بی کربنات در حد قابل قبول و از نظر بقیه پارامتر ها در محدوده خوب قرار دارند. نتایج محاسبه شاخص های WQI و GWQI نشان دهنده کیفیت آب عالی برای آب های سطحی و زیرزمینی این حوضه می باشد.
کلید واژگان: حوضه گاماسیاب, شاخص های کیفی, نمودار پایپر, نمودار شولر, نمودار ویلکاکس}Determining water quality is of particular importance in water resources management. Today, due to the existence of numerous polluting sources of water resources, the chemical quality of water resources has been greatly reduced. The purpose of this study is to qualitatively classify the water resources of Gamasiab catchment area of Kermanshah province for drinking and agricultural uses and the quality of surface and groundwater resources. The qualitative data of five stations from 1358-97 and 5 wells were used. Qualitative data studied in this study are 10 parameters including: So4، cl، Hco3، ، ، TDS، EC ، pH and SAR. The results showed that according to the Wilcox diagram, all samples are in the C2S1 class range, which indicates good quality water for irrigation and agriculture. . According to the piper diagram, the facies is calcite water and fresh water type. River water is acceptable in terms of hardness and bicarbonate based on Schuler index in terms of hardness and in good range in terms of other parameters. The results of calculating WQI and GWQI indices show excellent water quality for surface and groundwater of this basin.
Keywords: “Gamasiab basin”, “Quality Indicators”, “Piper diagram”, “Schoeller Diagram”, “Wilcox Diagram”} -
امروزه اثرات تغییر اقلیم و گرمایش جهانی به دلیل افزایش گاز های گلخانه ای در جهان به اثبات رسیده است. وقوع این شرایط، فرآیند های هیدرولوژیکی مانند بارش و جریان رودخانه ها را که یکی از منابع اصلی تامین کننده آب حوضه است، تحت تاثیر قرار می دهد. در این تحقیق مقادیر ماهانه بارش، دما و دبی سد جامیشان در سال های 2017-1988 به عنوان دوره پایه در نظر گرفته شده است. به دلیل اینکه خروجی مدل های اقلیمی دقت و تفکیک مکانی و زمانی مورد نظر را ندارد، لذا لازم است که خروجی مدل های CMIP5 برای منطقه مورد نظر ریزمقیاس شود. در این پژوهش با استفاده از روش عامل تغییر، داده های دو مدل FLO_ESM و CNRM_CM5 تحت سناریو RCP8.5 ریزمقیاس شده و پارامترهای ماهانه دما و بارش سد جامیشان برای دوره ی 2050-2021 تولید گردید. برای ارزیابی تاثیر تغییر اقلیم بر تغییرات رواناب منطقه مورد نظر به بررسی و مقایسه ی مدل های رگرسیون بردار پشتیبان، برنامه ریزی بیان ژن و آیهکرس با استفاده از زبان برنامه نویسی پایتونپرداخته شد. نتایج مدل های اقلیمی افزایش دمای بین 1/0 تا 4/1 درجه سلسیوس را به ترتیب برای دو مدل FLO_ESM و CNRM_CM5 نشان می دهد. همچنین نتایج بارش شبیه سازی شده نشان می دهد که میانگین درازمدت ماهانه تحت سناریو RCP8.5 در دوره آتی به ترتیب 1/1 و 8/5 درصد نسبت به دوره پایه کاهش داشته است. به طور کلی بررسی نتایج حاصل از پیش بینی دبی در هر سه مدل رگرسیون بردار پشتیبان، برنامه ریزی بیان ژن و آیهکرس حاکی از کاهش رواناب است که بیش ترین کاهش رواناب مربوط به SVM در مدل FLO_ESM با 9/28 درصد و کمترین کاهش رواناب مربوط به GEP در مدل CNRM_CM5 با 1/14 درصد می باشد و در این پژوهش مدل های آیهکرس و بیان ژن نسبت به روش رگرسیون بردار پشتیبان از دقت مطلوب تری برخوردار هستند.
کلید واژگان: تغییر اقلیم, بارش- رواناب, ماشین بردار پشتیبان, برنامه ریزی بیان ژن, آیهکرس}Today, the effects of climate change and global warming have been demonstrated by rising greenhouse gases. Occurrence of these conditions affects hydrological processes such as precipitation and river flow, which is one of the main sources of water for the basin. In this study, the monthly values of precipitation, temperature and inflow of Jamishan Dam during the period of 1988-2017 are considered as the basic period. The output of climate models does not have the desired accuracy and spatial and temporal resolution, so it is necessary to downscale the output of CMIP5 models for the study area. In this study, using Change Factor Method (CFM), the data of two FLO_ESM and CNRM_CM5 models were downscaled under the RCP8.5 scenario and the monthly temperature and precipitation parameters of Jamshan dam were produced for the period 2021-2050. To evaluate the effect of climate change on runoff in the region, SVM, GEP and IHACRES models were studied and compared. The results of climate model indicate an increase in temperature between 0.1 to 1.4 degrees of Celsius for both FLO_ESM and CNRM_CM5 models. Also, the results of simulated precipitation in FLO_ESM and CNRM_CM5 models show that the monthly long-term average under the RCP8.5 scenario in the next period decreased 1.1 and 5.8%, respectively, as compared to the baseline period. In general, the results show a reduction in runoff in all three models (SVM, GEP and IHACRES), which the highest reduction (28.9%) is corresponded to SVM in FLO_ESM model and the lowest reduction (14.1%) is corresponded to GEP in CNRM_CM5 model. In this study, GEP and IHACRES models are more accurate than the SVM model.
Keywords: Climate Change, Rainfall-Runoff, svr, GEP, IHACRES} -
پایداری حوضه های آبریز در برابر بارش های شدید و اجتناب از بروز سیلاب ها به پیش بینی هیدروگراف سیل نیازمند است. یکی از مشکلات اساسی در این زمینه، نبود داده های هیدرولوژی و اقلیمی در اغلب حوضه های آبخیز کشور است. وجود ارتباط بین پارامترهای ژیومورفولوژی و هیدرولوژی، این امکان را فراهم می کند تا در حوضه هایی که از نظر ژیومورفولوژی تشابه وجود دارد، با ایجاد روابط بین این پارامترها، اقدام به پیش بینی سیلاب در حوضه های دارای آمار و تعمیم آن به حوضه های مشابه فاقد آمار نمود. در پژوهش حاضر، بررسی کارایی مدل هیدروگراف واحد لحظه ای ژیومورفولوژی (GIUH) در تهیه هیدروگراف سیلاب و مقایسه عملکرد آن با مدل های اشنایدر،SCS و مثلثی در حوضه مرگ در استان کرمانشاه صورت گرفته است. به منظور اجرای روش های مذکور، اطلاعات بارش و رواناب مربوط به 12 رویداد گردآوری و هیدروگراف مستقیم به دست آمد. با توجه به شاخص های آماری میانگین خطای نسبی (MRE)، مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب بایاس و ضریب ناش-ساتکلیف، مقایسه هیدروگراف های مشاهده ای و برآوردی نشان داد که روشGIUH کارآمد ترین مدل در برآورد دبی اوج بوده و بعد از آن روش های اشنایدر، SCS و مثلثی دارای مراتب بعدی هستند. همچنین بر اساس نتایج به دست آمده، به ترتیب روش های اشنایدر، GIUH، SCS و مثلثی دارای بیشترین کارایی در برآورد زمان اوج هستند. علاوه بر این، نتایج بیانگر بیش برآوردی روش های GIUH، SCS و مثلثی در برآورد دبی اوج و بیش برآوردی روش اشنایدر و کم برآوردی روش GIUH در برآورد زمان اوج می باشد. همچنین روش SCS بهترین حجم سیلاب را برآورد نموده است.
کلید واژگان: حوضه مرگ, زمان اوج, دبی پیک, هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژی}The Relationship between parameters of Geomorphology and hydrology, provides the possibility to watersheds that there are similarities in terms of geomorphology, by creating relationship between these Parameters, attempting to predict floods in watersheds that have data and its generalization to no data watersheds was similar to each other based on geomorphic parameters. In this context, several methods have been proposed. The aim of this study is to investigate the efficiency of geomorphologic instantaneous unit hydrograph (GIUH) in the preparation of flood hydrograph and compare its performance with Snyder, SCS and Triangular unit hydrograph models, in the Mereg catchment, Kermanshah. In order to implement these methods, information relating to 12 rainfall –runoff events were collected and the direct hydrograph was obtained. According to statistical indices, Mean Relative Error (MRE), Root Mean Square Error (RMSE), coefficient of bias and Nash Sutcliffe, compare observed and predicted hydrograph showed that the most efficient model in estimating peak discharge is GIUH method and after it Snyder, SCS and triangle methods have the next, respectively. According to the results, Snyder, GIUH, SCS and Triangular methods are respectively estimated as highest performance at the time to peak. Moreover, the results indicate overestimation of GIUH, SCS and triangular methods in estimating peak flows and overestimated and underestimated of Snyder and GIUH methods in estimating of the time to peak. The SCS method also has the best flood volume estimation.
Keywords: Mereg catchment, Time to peak, Peak discharge, GIUH} -
باتوجه به افزایش جمعیت، کمبود و محدودیت شدید منابع آب در کشور، یکی از گام های اساسی در زمینه ی مدیریت و برنامه ریزی منابع آب بهینه سازی مخازن و تغییر الگوی کشت می باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از دبی (40 ساله) رودخانه کمیش در مدل WEAP به شبیه سازی مخزن سد هرسین که در فاز مطالعاتی قرار دارد پرداخته شد. ابتدا با در نظر گرفتن الگوهای کشت مختلف، مقدار اطمینان پذیری نیازهای شرب، صنعت، کشاورزی و زیست محیطی محاسبه و الگوی کشت مناسب که پایداری بیشتر سیستم را به همراه دارد انتخاب شد. سپس در مدل LINGO بهینه سازیبا هدف حداقل کردن کمبود نیازهای پایین دست سد صورت گرفت. براساس نتایج شبیه سازی، میانگین سالانه ی درصد تامین نیازهای زیست محیطی،اراضی قطره ای باغی، اراضی بارانی زراعی و آبخور از فاضلاب به ترتیب 98/98، 51/87، 79/89 و 63/95 برآورد شد، این مقادیر در مدل بهینه ساز برابر با 100، 99/99، 21/99 و 12/99 بود که نشان می دهد درصد کمبودها کمتر از 1 % می باشد. میانگین حجم سرریز در مدل های شبیه سازی و بهینه سازی 13/7 و 09/4 میلیون مترمکعب در سال محاسبه شد، که نشان داد حالت بهینه نسبت به شبیه سازی کمترین هدررفت آب را داشته است. بنابراین با برنامه ریزی و مدیریت درست می توان تا حد قابل توجهی مقدار کمبودها را بخصوص در زمینه کشاورزی کاهش داد. باتوجه به افزایش جمعیت، کمبود و محدودیت شدید منابع آب در کشور، یکی از گام های اساسی در زمینه ی مدیریت و برنامه ریزی منابع آب بهینه سازی مخازن و تغییر الگوی کشت می باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از دبی (40 ساله) رودخانه کمیش در مدل WEAP به شبیه سازی مخزن سد هرسین که در فاز مطالعاتی قرار دارد پرداخته شد. ابتدا با در نظر گرفتن الگوهای کشت مختلف، مقدار اطمینان پذیری نیازهای شرب، صنعت، کشاورزی و زیست محیطی محاسبه و الگوی کشت مناسب که پایداری بیشتر سیستم را به همراه دارد انتخاب شد. سپس در مدل LINGO بهینه سازیبا هدف حداقل کردن کمبود نیازهای پایین دست سد صورت گرفت. براساس نتایج شبیه سازی، میانگین سالانه ی درصد تامین نیازهای زیست محیطی،اراضی قطره ای باغی، اراضی بارانی زراعی و آبخور از فاضلاب به ترتیب 98/98، 51/87، 79/89 و 63/95 برآورد شد، این مقادیر در مدل بهینه ساز برابر با 100، 99/99، 21/99 و 12/99 بود که نشان می دهد درصد کمبودها کمتر از 1 % می باشد. میانگین حجم سرریز در مدل های شبیه سازی و بهینه سازی 13/7 و 09/4 میلیون مترمکعب در سال محاسبه شد، که نشان داد حالت بهینه نسبت به شبیه سازی کمترین هدررفت آب را داشته است. بنابراین با برنامه ریزی و مدیریت درست می توان تا حد قابل توجهی مقدار کمبودها را بخصوص در زمینه کشاورزی کاهش داد.
کلید واژگان: اطمینان پذیری, بهینه سازی, سد هرسین, ویپ, لینگو}Due to population growth, shortage and severe constraints of water resources in the country, one of the main steps in management and planning of water resources is to optimize reservoirs and change the cultivation pattern. In this study, using 40 years discharge data of Kamish River and WEAP model, Hersin dam reservoir which is uder study, was simulated. Firstly, by considering different cultivated patterns, the reliability of domestic, industrial, agricultural, and environmental requirements were simulated by WEAP model and the proper crop pattern was selected on the basis of greater sustainability of the system. Then, optimization was performed by minimizing the shortages in downstream of the dam using LINGO model. According to the results, the annual average demands of environment, drip-irrigated gardens, sprinkler-irrigated lands and wastewater waterline, were estimated to be 98.98, 87.51, 89.79, and 95.63%, respectively, while these values obtained from the optimization model were 100, 99.99, 99.21, and 99.12%, respectively, which indicates that the percentage of shortcomings is less than 1%. The average overflow volume in simulation and optimization models were 7.31 and 4.09 million m3/year, respectively, which indicates that the optimization model has a lower water lost than the simulation model. Hence, by appropriate planning and management, it is possible to deduct the amount of deficits significantly, especially in the sector of agriculture.
Keywords: reliability, Optimization, Harsin dam, WEAP, LINGO} -
با پیش بینی جریان رودخانه ها علاوه بر مدیریت بهره برداری از منابع آب، می توان حوادث طبیعی نظیر سیل و خشکسالی را نیز پیش بینی و مهار کرد. استفاده از مدل های جدید در این زمینه می تواند به مدیریت و برنامه ریزی صحیح کمک کند. در این مطالعه، به ارزیابی سه مدل به نام های، برنامه ریزی بیان ژن (GEP)، شبکه بیزین (BN) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) پرداخته شده است. داده های مورد استفاده برای این پژوهش، داده های بارش و جریان روزانه رودخانه گاماسیاب نهاوند در یک دوره 10 ساله (1391-1381) می باشد. نتایج نشانگر برتری نسبی مدل برنامه ریزی بیان ژن نسبت به بقیه مدل ها بود و مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) تقریبا عملکرد بهتری نسبت به شبکه بیزین در مدل سازی جریان روزانه رودخانه داشت. علاوه بر این، سرعت اجرای مدل برنامه ریزی بیان ژن نسبت به بقیه مدل ها بیشتر بود و در زمان کوتاهی قادر به ارائه نتایج بود. همچنین، مدل SVM در تخمین مقادیر کمینه پایانی نیز دچار بیش برازش شده است. در نهایت مدل برنامه ریزی بیان ژن با ضریب تبیین 0.9230 و جذر میانگین مربعات 0.5867 در مرحله آموزش و ضریب تبین 0.9025 و جذر میانگین مربعات 0.4936 در مرحله تست، به عنوان مدل برتر انتخاب شد.
کلید واژگان: مدل سازی جریان, مدیریت بهره برداری از منابع آب, مدل BN, مدل GEP, مدل SVM}Having predicted river flow, we can predict and control natural disasters such as flood and drought in addition to managing utilization of water resources. New models in this domain can help correct management and planning. In this study, three models are evaluated: Gene Expression Planning (GEP), Bayesian Network (BN), and Support Vector Machine (SVM). The data used for this research is precipitation data and daily flow of Gamasiab River in Nahavand during 10 years period (1381-1391). Results indicated that the relative superiority of the gene expression planning model to other models and better performance of SVM model in comparison with BN in daily river flow modeling. In addition, implementing gene expression planning model was faster than other models and could provide results in a short time. The SVM model is also more fitted to estimate the final minimum values. Finally, GEP model with coefficient of determination of 0.9230 and root mean square of 0.5867 in the training phase and coefficient of determination of 0.9025 and root mean square of 0.4936 in the test phase was selected as the superior model.
Keywords: BN model, GEP model, Managing utilization of water resources, Stream modeling, SVM model} -
توسعه کشاورزی، صنعتی، عمرانی و خدمات شهری بستگی به میزان آب قابل استفاده دارد. به همین دلیل صنعت آب در زمره صنایع مادر به حساب میآید. با این وجود، در بسیاری از کشور ها، به ویژه کشور های در حال توسعه این صنعت با مشکلاتی چون کمبود آب، آلودگی و افزایش خسارات ناشی از سیل مواجه است. بنابراین در کشور هایی مانند ایران که با کمبود آب مواجه میباشد، توجه به کلیه منابع آبی از اهمیت بالایی برخوردار است. مدیریت یکپارچه منابع آب، یک فرآیند سیستماتیک برای توسعه پایدار، تخصیص و پایش منابع آبی است، که برای اهداف اجتماعی، اقتصادی و زیستمحیطی استفاده میشود. هدف از این تحقیق بررسی امکان احداث سد مخزنی هرسین در فاصله 45 کیلومتری شهر کرمانشاه، بر روی رودخانه بابا زید به منظور مهار و ذخیرهسازی جریان های سطحی و زیر زمینی است. جهت انجام تحقیق مد نظر، شبیه سازی سد هرسین به کمک نرم افزار و ویپ با استفاده از آمار 42 ساله صورت گرفت. همچنین شاخص های پایداری منابع آب با استفاده از خروجی مدل ویپ در محیط اکسل محاسبه گردید. نیاز های آبی مد نظر این حوضه شامل کشاورزی، زیست محیطی، شرب و صنعت است. نتایج نشان داد که مقادیر کمبود سالانه آب شرب حدود 74/1، کشاورزی 2/14، زیست محیطی 04/6، صنعت 4/0 درصد هستند. درصد کمبود سالانه اراضی کشاورزی در بعضی فصول قابل توجه است.
کلید واژگان: بهینه سازی, حوضه گاماسیاب, سد هرسین, شاخص های پایداری, شبیه سازی}Water availability significantly affects development of agriculture, industry and urban services. Thus, the water industry is among the fundamental industries. Yet, most countries, especially developing countries, are suffering from water deficit, water pollution and flood hazards. These problems are more severe in Iran due to improper management of water resources. Integrated water management is a systematic process for sustainable development and water monitoring which considers socioeconomic and environmental needs. The objective of this study was to evaluate the capability of Harsin dam reservoir on Babazaid River, located 45 km east of Kermanshah, Iran for storage of surface water and groundwater recharge. Water productivity and the results of simulation were analyzed through LINGO and WEAP software using 42 years’ data. Water sustainability index was also calculated via the WEP model and Excel while taking into account the water needs of agriculture, environment and urban supply. The results indicated that the annual water deficit for urban supply, agriculture, environment and industry were 1.74, 14.2, 6.04 and 0.4%, respectively. The water need for agriculture sector in summer was considerable.
Keywords: Optimization, Simulation, Sustainable Environment, Harsin Dam} -
سناریوهای واداشت تابشی که اخیرا در ایران مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته حاصل گزارش پنجم (AR5) هیات بین الدول تغییر اقلیم است که میزان تغییرات بارش و دما در دوره آتی را نسبت به دوره پایه نشان می دهد. در این پژوهش ابتدا میزان تغییرات بارش و دما و سپس اثر این پارامترها بر میزان رواناب حوضه سد دویرج در دوره 2016-2044 میلادی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، مقادیر دما و بارش ماهانه مدل های ACCESS1-0 ،BCC-CSM1.1 ،CANESM2 ،BNU-ESM و CSIROK3-5-0 تحت سناریوی RCP8.5 برای منطقه مورد مطالعه تهیه شد. سپس، با روش کوچک مقیاس سازی مکانی و زمانی عامل تغییر (Change factor) این داده ها برای منطقه مطالعاتی محاسبه شدند. با معرفی مقادیر دما، بارندگی و دبی به مدل IHACRES و واسنجی و صحت سنجی مدل، رواناب حوضه در دوره آتی شبیه سازی شد. به منظور تحلیل خشکسالی هیدرولوژیکی، تحلیل فراوانی آبدهی ها و نیز شاخص های SWSI ،SDI ،SRI و روش حد آستانه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان از افزایش 1.29 درجه سانتی گرادی دما نسبت به دوره پایه و افزایش 1.82 درصدی بارندگی دوره 2044-2016 نسبت به دوره مشاهداتی (2015-1987) منطقه دارد. همچنین، رواناب دوره آتی 9.4 درصد نسبت به دوره پایه افزایش داشته است. تحلیل فراوانی رواناب سالانه دوره آتی با دوره بازگشت های 50 و 100 ساله به ترتیب 13.90 و 15.06 مترمکعب بر ثانیه، به دست آمده است. بررسی کمی نمایه های خشکسالی نیز نشان داد که در دوره پایه سال های 1996، 1998 و 2004 از وضعیت بسیار خوبی برخوردار بوده، سال های 2008، 2009، 2011 و 2012 با خشکسالی روبرو بوده اند. همچنین، در دوره آتی 2024، 2025، 2033 و 2035 وضعیت خشکسالی خیلی ضعیف و سال های 2020، 2029، 2037 و 2041 خشکسالی مشهود است. همچنین، بررسی میزان حجم کمبود دوره آتی به روش حد آستانه نشان داد که در حد آستانه 70Q در دوره آماری 2044-2016 در ایستگاه سد دویرج در سال های 2037-2038 و 2040-2041 با حجم کمبود 2.64 میلیون مترمکعب، خشکسالی هیدرولوژیکی به طور محسوس رخ می دهد.کلید واژگان: تحلیل فراوانی, تغییر اقلیم, حد آستانه, شاخص های خشکسالی هیدرولوژیکی, IHACRES}The effect of RCP scenarios that have recently been analyzed in Iran is the results of (AR5) Intergovernmental Committee climate change (IPCC) that indicated the amount of rainfall, temperature in the upcoming period compared to the base period. In this study, changes in precipitation and temperature and the effect of these parameters on the amount of runoff in the period 2016-2044 Doiraj Dam is considered. The amount of monthly temperature and precipitation models ACCESS1-0, BCC-CSM1.1, CANESM2, BNU-ESM, and CSIROK3-5-0 under the scenario RCP8.5 was prepared for the region. Then, Change Factor method of spatial and temporal downscaling is used for the study area. The temperature, precipitation and discharge values were intered to IHACRES model and after calibration and validation, the future runoff was simulated in this period. For hydrological drought analysis, frequency analysis, SWSI, SDI, SRI and threshold indices were calculated. The results showed an increase of 1.29 degrees Celsius of temperature and 1.28 percent in precipitation in 2016-2044 compared to 1987-2015. River flow has also increased by 4.9 percent compared to the baseline. The frequency analysis of annual runoff is obtained in futhure with return periods of 50 and 100 years 13.90 and 15.06 m3s-1 , respectively. Quantitative analysis of drought indices showed that in years 1996, 1998 and 2004 there was no drought and in 2008, 2009, 2011 and 2012 there was drought occurance. Also, in future periods of 2024, 2025, 2033 and 2035 drought conditions are very poor and in years 2020, 2029, 2037 and 2041 drought is evident. Also, checking the volume threshold method with the Q70 threshold showed that in the years 2037-2038 and 2040-2041 significant hydrological drought will happen with the lack of 64.2 million m3.Keywords: RCP scenarios, IHACRES, hydrological drought indices, Frequency analysis, Threshold indices}
-
مجله اکو هیدرولوژی، سال چهارم شماره 4 (زمستان 1396)، صص 1227 -1239پدیده تغییر اقلیم آب و هوایی موجب تکرار حوادث غیرمترقبه نظیر خشکسالی و سیل می شود و خسار ت های بسیاری به زندگی انسان و اکوسیستمهای طبیعی وارد میکند. هدف از این پژوهش، حفظ پایداری حوضه سد دویرج شهرستان دهلران در سناریوهای واداشت تابشی در برابر حوادث تغییر اقلیم است. دوره مشاهداتی در این پژوهش (1987 2015) و دوره آتی (2016 2044) است. به این منظور از ترکیب وزنی پنج مدل گزارش پنجم (AR5) تحت سناریوی rcp8.5 برای ارزیابی تغییرات بارش و دما در دوره آتی استفاده شد. از روش وزن دهی MOTP برای کاهش عدم قطعیت مدلهای GCM استفاده شد و ریزمقیاس سازی به روش عامل تغییر انجام شد. پایش خشکسالی هواشناسی در بازه های ماهانه، فصلی و سالانه با روش زنجیره مارکوف و شاخصهای خشکسالی SIAP، SPI ،Z scoreو BMDI و تحلیل فراوانی محاسبه شد. نتایج بیان کننده افزایش میانگین درازمدت بارش و دمای ماهانه به میزان 14 درصد و 2/1 درجه سانتیگراد نسبت به دوره پایه است. تحلیل عدم قطعیت بارشها با زنجیره مارکوف احتمال وقوع ماه بدون بارش بعد از ماه بدون بارش دیگر در فصول زمستان، بهار و پاییز به ترتیب 56، 63 و 52 درصد است و احتمال وقوع بارش بعد از یک ماه خشک در فصول یادشده به ترتیب 44، 35 و 47 درصد است نیز بیشترین احتمال وقوع ماه های با بارش، مربوط به ماه آوریل است. بر اساس تحلیل نمایه های خشکسالی سال 2017-2018 نسبت به سال 2016-2017 مرطوبتر و در کل دوره آتی سالهای 2024-2025 و 2025-2026 مرطوبترین سالها بر اساس این پژوهش اند. تحلیل فراوانی بارش حوضه سد دویرج بارش با دوره بازگشت 50 سال را 61/727 میلیمتر در یک سال برآورد کرده است.کلید واژگان: تحلیل فراوانی, تغییر اقلیم, زنجیره مارکوف, شاخص های خشکسالی, گزارش پنجم (AR5)}The aim of this study is to preserve the sustainability of the Doiraj watershed in RCP scenarios. The observation and future period in this study is (1987-2015) and (2044-2016). For this purpose, the combined weight of 5 models of Fifth Report (AR5), rcp8.5 scenario, used to assess changes in temperature and precipitation in the coming period. MOTP weighting method to reduce uncertainty of GCM models were used Meteorological drought monitoring in monthly, Seasonal and yearly intervals using Markov chain, frequency analysis and drought indexes SIAP, SPI, Z score and BMDI was calculated. The results showed that long-term average monthly rainfall and temperature at a rate of 14 percent and 2.1 degrees Celsius as compared to the baseline. Markov chain probability of uncertainty precipitation showed, two months without precipitation in winter, spring and autumn, respectively 56, 63 and 52 percent and the chance of precipitation after a month of dry seasons, respectively 44, 35 and 47 percent. Based on the analysis of the indices during the years 2017-2018 than in 2016-2017 wetter and future years in the period 2024-2025 and 2025-2026 wettest years on the basis of this research.Keywords: Meteorological drought, AR5, drought indexes, Markov chain, Frequency analysis}
- این فهرست شامل مطالبی از ایشان است که در سایت مگیران نمایه شده و توسط نویسنده تایید شدهاست.
- مگیران تنها مقالات مجلات ایرانی عضو خود را نمایه میکند. بدیهی است مقالات منتشر شده نگارنده/پژوهشگر در مجلات خارجی، همایشها و مجلاتی که با مگیران همکاری ندارند در این فهرست نیامدهاست.
- اسامی نویسندگان همکار در صورت عضویت در مگیران و تایید مقالات نمایش داده می شود.