به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه

simulation

در نشریات گروه آبخیزداری، بیابان، محیط زیست، مرتع
تکرار جستجوی کلیدواژه simulation در نشریات گروه کشاورزی
  • گلاله غفاری*
    مقدمه و هدف

    غلظت رسوبات معلق، یکی از مهم ترین سنجه های کیفی آب در منابع آب سطحی و یک پدیده آب شناختی مهم است. روش های سنتی پیش بینی مانند منحنی های سنجه رسوب به دلیل در نظر نگرفتن تمام سنجه های موثر، دقت کافی ندارند. در این راستا، مدل های ترکیبی شامل منحنی‏های سنجه رسوب (SRC) و شبکه های عصبی مصنوعی (ANNs) به‏عنوان روشی نوین برای پیش بینی دقیق تر غلظت رسوبات معلق پیشنهاد شده اند. این مدل ها با توانایی یادگیری الگوهای پیچیده و غیرخطی، به‏مراتب عملکرد بهتری در مقایسه با روش های سنتی دارند. این پژوهش با هدف توسعه و کاربرد مدل ترکیبی SRC-ANN برای پیش بینی غلظت رسوبات معلق انجام ‏شد. همچنین، پیش بینی شد این مدل با ترکیب نقاط قوت هر دو روش، دقت پیش بینی را به‏طور قابل‏توجهی افزایش دهد و در مدیریت بهینه منابع آب و عملکرد صحیح سازه های آبی سودمند باشد.

    مواد و روش ‏ها

    در این پژوهش، مدل ترکیبی جدیدی متشکل از منحنی سنجه رسوب و شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی دقیق تر غلظت رسوبات معلق در ایستگاه آب سنجی نارون (افجه) استفاده شد. برای این منظور، از داده های آب دهی جریان و رسوب معلق 222 نمونه در دوره 50 ساله (1350 تا 1400) استفاده شد. همچنین، 14 روش گوناگون شامل 6 مدل منحنی سنجه رسوب، 6 مدل شبکه عصبی مصنوعی و 2 مدل ترکیبی برای شبیه سازی رسوبات معلق به کار گرفته شد و عملکرد هر روش با استفاده از معیارهای آماری مانند ضریب تعیین (R2)، ضریب کارایی (ME) و میانگین درصد خطای نسبی (RME) ارزیابی شد.

    نتایج و بحث

    نتایج نشان داد که در میان روش‏های منحنی سنجه رسوب، دقیق ترین شبیه سازی از وضعیت آب دهی رسوب مشاهده ‏شده در مقایسه با دیگر روش‏ها مربوط به روش میانگین دسته ها با ضریب تعیین (R2) 84/0، ضریب کارایی (ME) 82/0 و میانگین درصد خطای نسبی (RME) 87/211، بود. همچنین، در میان روش‏های شبکه عصبی مصنوعی، دقیق ترین شبیه سازی مربوط به روش CANFIS با ضریب کارایی (ME) 8123/0 و میانگین درصد خطای نسبی (RME) 72/248، بود. سرانجام، به‏منظور بهبود نتایج پیش بینی ها از مدل های ترکیبی 1 و 2 استفاده شد. نتایج نشان داد که بهترین برآورد از رسوب معلق مربوط به روش ترکیبی 1 با ضریب کارایی (ME) 8761/0 و میانگین درصد خطای نسبی (RME) 63/59، بود.در روش نامبرده هم برآورد اندازه های آب دهی های اوج و هم برآورد اندازه های آب دهی های پایه بسیار دقیق بود و به‏عنوان دقیق ترین روش‏ برای پیش بینی رسوبات معلق معرفی شد. این نتایج بیانگر آن بود که با استفاده از مدل ترکیبی 1 می توان دقت پیش بینی ها را به طور قابل ‏توجهی بهبود داد و میان داده های پیش بینی شده و داده های مشاهده ‏شده تناسب بهتری ایجاد کرد.

    نتیجه ‏ گیری و پیشنهادها

    از میان روش ‏های منحنی سنجه رسوب، روش منحنی سنجه رسوب میانگین دسته ها به دلیل در نظر گرفتن توزیع داده ها و انعطاف پذیری، به ‏عنوان بهترین روش برای پیش بینی رسوب معلق معرفی شد. عملکرد شبکه های عصبی مصنوعی نیز در شبیه سازی رسوبات معلق مربوط به آب دهی های پایه و بهنجار خوب بود، اما در پیش بینی رسوبات معلق در شرایط سیلابی ضعیف تر عمل کرد. دقیق ترین روش برای پیش بینی رسوب معلق، مدل ترکیبی 1 معرفی شد که در آن از ترکیب روش های منحنی سنجه و شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. انتخاب روش نامناسب برای پیش بینی رسوبات می تواند منجر به نتایج نادرست شود. همچنین، بررسی تاثیر متغیرهای دیگر افزون بر آب دهی جریان بر رسوب نیز ضروری است. نتایج این پژوهش نشان داد می توان با استفاده از مدل های ترکیبی دقت پیش بینی رسوبات معلق را به ‏طور قابل‏توجهی افزایش داد و از آن به ‏عنوان ابزاری موثر برای مدیریت و پیش بینی رسوبات معلق و بهبود مدیریت منابع آب استفاده کرد. پیشنهاد می شود برای توسعه و بهینه سازی روش های ترکیبی، در ایستگاه‏های آب سنجی به ویژه در آب دهی‏های زیاد و شرایط سیلابی، از امکانات پیشرفته نمونه‏ گیری و تعداد نمونه های بیشتر استفاده شود. همچنین، پیشنهاد می شود مهندسان و مدیران منابع آب از نتایج این پژوهش برای توسعه راهکارهای بهینه برای مدیریت رسوبات معلق، بهره ببرند.

    کلید واژگان: ایستگاه آب سنجی، آب دهی، شبیه سازی، غلظت رسوب، مدل سازی
    Golaleh Ghaffari *
    Introduction and Goal

    The concentration of suspended sediments is one of the most important water quality indicators in surface water resources and a significant hydrological phenomenon. However, traditional methods, such as sediment rating curves (SRCs), lack accuracy due to not considering all effective parameters. In this context, hybrid models that include SRCs and artificial neural networks (ANNs) have emerged as a promising approach for enhancing SSC prediction accuracy. These models, with their ability to use complex nonlinear patterns, outperform traditional methods. This study aims to develop and implement an SRC-ANN hybrid model for SSC prediction. The proposed model is predicted to significantly improve prediction accuracy by combining the strengths of both methods, aiding in optimal water resource management and the proper functioning of hydraulic structures.

    Materials and Methods

    This research introduces a novel hybrid model that integrates sediment rating curves (SRCs) and artificial neural networks (ANNs) was used for a more accuracy prediction of suspended sediment in the Naroun (Afejeh) hydrometric station. For this purpose, data from 222 sample of flow discharge and suspended sediment over a 50-years period (1971 to 2021) were used. Additionally, 14 different were employed, including 6 sediment rating curve methods, 6 artificial neural network methods and 2 hybrid methods, to simulate suspended sediment. The performance of each method was evaluated using statistical criteria such as coefficient of determination (R2), efficiency coefficient (ME), and mean relative error percentage (RME).

    Results and discussion

    The results showed that among the sediment rating curve methods, the most accurate simulation of the observed sediment discharge conditions compared to other methods was related to the midpoint method, with a coefficient of determination (R2) of 0.840, a modeling efficiency (ME) of 0.820, and a mean relative error (RME) of 0.211%. Also, among the artificial neural network methods, the most accurate simulation was related to the CANFIS method, with a modeling efficiency (ME) of 0.8123 and a mean relative error (RME) of 0.248. Finally, to improve the prediction results, hybrid models 1 and 2 were used. The results showed that he best estimate of suspended sediment was related to hybrid method 1, with a modeling efficiency (ME) of 0.8761 and a mean relative error (RME) of 0.06359%. In the mentioned method, both the estimation of peak flow discharge and the estimation of base flow discharge were very accurate, and it was introduced as the most accurate method for predicting suspended sediments. These results highlight the potential of using hybrid model 1 to significantly improve prediction accuracy and to better fit the observed data.

    Conclusion and Suggestions

    Among the sediment rating curve methods, the mean category sediment rating curve method was identified as the best approach for predicting suspended sediment due to its consideration of data distribution and flexibility. The performance of artificial neural networks (ANNs) in simulating sediment for base and normal flows was good, but were weaker in predicting sediment during flood events. The most accurate method for suspended sediment prediction is the Hybrid model 1, which use a MSM and ANN methods. Improper selection of a sediment prediction method can lead to inaccurate results. Also, it is essential to examine the impact of other variables beyond flow discharge on sediment. The results of this research showed that it is possible to significantly increase the accuracy of suspended sediment prediction using hybrid models, and that these models can be utilized as an effective tool for managing and predicting suspended sediments, as well as improving water resource management. It is recommended to use advanced sampling facilities and a larger number of samples at hydrometric stations, especially in high-flow and flood conditions, for the development and optimization of hybrid methods. Additionally, it is suggested that engineers and water resource managers utilize the findings of this research to develop optimal strategies for suspended sediment management.

    Keywords: Discharge, Hydrometric Station, Modeling, Sediment Concentration, Simulation
  • شکوفه داودی، حیدر غفاری*، احمد فرخیان فیروزی
    مقدمه

    امروزه فرسایش خاک به عنوان یکی از بزرگ ترین مشکلات زیست محیطی و اجتماعی-اقتصادی معاصر شناخته شده است. زیرا بر کشاورزی، منابع طبیعی، محیط زیست و اقتصاد اجتماعی تاثیر می گذارد. هرچند که در کشورهای مختلف برای معکوس کردن اثرات نامطلوب فرسایش خاک اقدامات موثری در مقیاس وسیع انجام شده، اما همچنان نرخ فرسایش خاک در مقیاس جهانی بسیار نگران کننده است. به عنوان مثال، برآورد شده است که سالانه در مقیاس جهانی نزدیک به 75 میلیارد تن خاک سطحی در اثر فرسایش از بین می رود. نتایج مطالعات در ایران نیز حکایت از نرخ بالای فرسایش خاک دارند. اندازه گیری ها و برآورد نشان می دهد که مقدار فرسایش آبی در ایران بین 1 تا 4 میلیارد تن در سال می باشد. لذا، تلاش ها برای کاهش فرسایش خاک باید بیش از پیش ادامه داشته باشد. در این راستا، تعیین کمیت و هم چنین شناسایی توزیع مکانی مناطق تلفات خاک و رسوبات برای ارائه اطلاعات به روز برای سیاست گذاران و کارشناسان جهت ابداع راهبردهای موثر حفاظت آب و خاک و کاهش پیامدهای نامطلوب فرسایش بسیار ضروری است. در این خصوص، استان خوزستان به دلیل میزبانی از چندین رودخانه بزرگ کشور از جمله کارون، کرخه، دز و جراحی-زهره و همچنین حساسیت زیاد خاک های این مناطق به فرسایش از جایگاه خاصی در مطالعات فرسایش و مدیریت رسوب برخوردار است.

    مواد و روش ها

    منطقه مورد مطالعه در پژوهش حاضر، حوزه آبخیز رودزرد با مختصات در جنوب غربی ایران و شرق استان خوزستان قرار دارد که از جنوب به شهرستان رامهرمز و از شمال به شهرستان ایذه منتهی می شود. متوسط سالانه بارندگی حوزه آبخیز مطالعاتی 500 میلی متر و دبی متوسط سالانه آن معادل 69/3 مترمکعب بر ثانیه گزارش شده است. جنگل، مرتع و کشاورزی کاربری های اصلی در منطقه هستند که به ترتیب 35، 30 و 35 درصد حوزه آبخیز را اشغال کرده اند. به منظور انجام پژوهش حاضر، داده های بارندگی از ایستگاه های داخل و خارج حوزه طی یک دوره زمانی 15 ساله (2005 تا 2019) به صورت روزانه از اداره کل هواشناسی استان خوزستان تهیه شد. همچنین داده های رواناب و رسوب ایستگاه های هیدرومتری از سازمان کل آب و برق خوزستان تهیه شد. داده های مدل رقومی ارتفاع 30 متر و تصاویر ماهواره ای لندست 7 نیز از سایت سازمان زمین شناسی ایالات متحده آمریکا بدست آمد. در این راستا، از تصاویر ماهواره ای برای محاسبه عامل پوشش گیاهی استفاده شد. همچنین اطلاعات خاک شناسی از طریق نمونه برداری و مطالعات قبلی گردآوری و استفاده شد. در نهایت مقدار فرسایش در حوزه آبخیز مورد مطالعه توسط مدل RUSLE محاسبه شد. مقدار رسوب و نسبت تحویل رسوب نیز با استفاده از مدل SEDD برآورد شد.

    نتایج و بحث

    عامل فرسایندگی باران و عامل توپوگرافی به ترتیب با میانگین 1/10 (مگاژول در میلی متر بر هکتار در ساعت در سال) و 3/9 موثرترین عوامل تاثیرگذار بر فرسایش خاک هستند. فاکتور فرسایش پذیری خاک بین 023/0و 034/0 با میانگین 028/0 تعیین شد. فاکتور پوشش گیاهی نیز بین 14/0 تا 27/0 با میانگین 19/0 متغیر بود. در نهایت بر اساس عوامل پنج گانه میانگین سالانه فرسایش خاک در منطقه بر اساس مدل RUSLE 2/7 تن در هکتار در سال به دست آمد. آنالیز نتایج نشان داد که بیشترین مقدار فرسایش خاک در مناطق جنگلی با شیب تند بدست آمد و مراتع و اراضی کشاورزی به ترتیب در رتبه دوم و سوم فرسایش قرار گرفتند. علت زیاد بودن نرخ فرسایش در مناطق جنگلی شیب بالای 50 درصد در این مناطق است. بر اساس منحنی سنجه رسوب، میانگین سالانه تولید رسوب کل حوزه برابر با 210000 تن در سال محاسبه شد که با در نظر گرفتن مساحت حوزه، معادل 45/2 تن در هکتار در سال است. میانگین نسبت تحویل رسوب حوزه نیز بر اساس متوسط فرسایش و رسوب، برابر با 34 درصد برآورد شده است. همچنین نتایج مدل SEDD نشان داد که نسبت تحویل رسوب در کل حوزه بین 0 و 99/0 متغیر بود و بیشترین مقدار آن در ارتباط با نواحی مجاور آبراهه ها بدست آمد. بررسی های بیشتر نشان داد که بیشترین نسبت تحویل رسوب مربوط به اراضی جنگلی و مراتع است. زیرا این دو کاربری عمدتا در اراضی شیبدار قرار دارند. در مقابل کمترین نسبت تحویل رسوب به دلیل شیب کم به اراضی زراعی مربوط بود.

    نتیجه گیری

    نتایج پژوهش حاضر نشان داد که استفاده از مدل های شبیه ساز با ورودی های اندک و سهل الوصول مانند مدل RUSLE و SEDD کارایی قابل قبولی در برآورد مقدار فرسایش و رسوب به ویژه در حوزه های بزرگ که با محدودیت و کمبود داده مواجه هستند، داشته باشد. در همین راستا، عامل پستی و بلندی مهمترین عامل فرسایش و انتقال رسوب در حوزه آبخیز مورد مطالعه تشخیص داده شد، به طوری که بیشترین نرخ فرسایش و رسوب در اراضی جنگلی با شیب بالای 50 درصد بدست آمد و کم ترین میزان فرسایش نیز مربوط به اراضی زراعی با شیب کم بوده است. در همین راستا، اگرچه استفاده از مدل های تجربی برآورد فرسایش و رسوب مانند RUSLE و SEDD به منظور ارزیابی فرسایش خاک و رسوب در حوزه های آبخیز رایج است، اما دقت نتایج به دست آمده از آن ها اغلب به دلیل عدم وجود داده های واقعی فرسایش و رسوب در اکثر حوزه های آبخیز کشور مبهم است.  از این رو، پیشنهاد می شود دقت و اعتبار نتایج مدل  SEDD به عنوان مدلی با ورودی های کم و قابل دسترس در چندین حوزه آبخیز در نقاط مختلف کشور به ویژه حوزه های آبخیز معرف که دارای بانک داده ای مناسبی هستند و یا از طریق روش های دیگر مانند سزیم 137 بررسی و مورد استفاده قرار گیرند.

    کلید واژگان: شبیه سازی، نسبت تحویل رسوب، منحنی سنجه رسوب
    Shekoufeh Davoudi, Heidar Ghafari*, Ahmad Farrokhian Firouzi
    Introduction

    Today, soil erosion is recognized as one of the major contemporary environmental and socio-economic problems. Because it affects agriculture, natural resources, environment and social economy. Although effective measures have been taken in different countries to reverse the adverse effects of soil erosion on a large scale, the rate of soil erosion on a global scale is still very worrying. For example, it has been estimated that approximately 75 billion tons of surface soil are lost annually on a global scale as a result of erosion. The results of studies in Iran also indicate a high rate of soil erosion. The available evidence indicates that the quantity of water erosion in Iran ranges between 1 and 4 billion tons per year. Therefore, efforts to reduce soil erosion should be continued more than before. In this regard, it is very necessary to quantify and identify the spatial distribution of soil and sediment loss areas to provide up-to-date information for policy makers and experts to devise effective strategies for water and soil protection and reduce the adverse consequences of soil erosion.

    Materials and Methods

    The study area of Rudzard watershed is located in the southwest of Iran and the east of Khuzestan province, which leads to Ramhormoz city in the south and Izeh city in the north. The average annual rainfall of the area is 500 mm, with an annual average discharge of 3.69 cubic meters per second. The region is primarily utilized for forest, pasture, and agricultural activities, which collectively occupy 35%, 30%, and 35% of the total area, respectively. Rainfall data from stations inside and outside the basin during a period of 15 years (2005 to 2019) on a daily basis from the General Directorate of Meteorology of Khuzestan Province and runoff and sediment data from hydrometric stations from the General Organization of Water and Electricity of Khuzestan which was prepared. The data of the 30-meter elevation digital model and Landsat 7 satellite images were obtained from the website of the United States Geological Survey. The satellite images were used to calculate the vegetation factor. Soil science information was also collected through sampling and previous studies. Finally, the amount of erosion was calculated using the RUSLE model. Sediment volume and sediment delivery rate were also estimated using the SEDD model.

    Results and Discussion

    Rainfall erosivity and topography are the most important factors influencing soil erosion with an average of 10.1 (MJ mm ha-1 h-1 y-1) and 9.3, respectively. The soil erodibility factor varied between 0.023 and 0.034 with an average of 0.028. The vegetation factor also varied between 0.14 and 0.27 with an average of 0.19. Finally, based on these five factors, the annual average of soil erosion in the region was found to be 7.2 tons per hectare per year based on the RUSLE model. The analysis of the results showed that the highest amount of soil erosion was obtained in the forest areas with steep slopes, and the second and third highest amount was obtained in the pasture and agricultural areas, respectively. The reason for the high erosion rate in the forest areas is the slope of more than 50% in these areas. Based on the average of categories method, the average annual sediment production of the whole area was calculated as 210,000 tons per year, which is equivalent to 2.45 tons per hectare per year, considering the area of the area. The average sediment delivery ratio of the basin was estimated to be 34% based on the average erosion and sedimentation. The results of the SEDD model also showed that the sediment delivery ratio in the whole area varied between 0 and 0.99, and its highest value was obtained in the areas adjacent to waterways. Further investigation showed that the highest sediment delivery ratio was associated with forest and pasture land. This is because these two land uses are mainly located in sloping areas. On the other hand, the lowest ratio of sediment delivery was related to agricultural lands due to the low slope.

    Conclusion

    The results showed that the use of simulator models with small and easily accessible inputs, such as RUSLE and SEDD models, has an acceptable efficiency in estimating the amount of erosion and sedimentation, especially in large areas limited by lack of data. Elevation and slope factors were found to be the most important erosion and sediment transfer factors in this area, such that the highest erosion and sedimentation rates were obtained on forest lands with slopes greater than 50%, and the lowest erosion was associated with agricultural lands with low slopes. Although the use of experimental models such as RUSLE and SEDD to evaluate soil erosion and sedimentation in watersheds is common, the accuracy of the results obtained from them is often due to the lack of real data of erosion and sedimentation in most watersheds of the country. Therefore, it is suggested that the accuracy and validity of the results of the SEDD model as a model with low and accessible inputs in several watersheds, especially representative watersheds that have an appropriate database or through the method such as cesium 137 should be investigated.

    Keywords: Simulation, Sediment Delivery Ratio, Sediment Rating Curve
  • Hamidreza Babaali *, Ebrahim Nohani, Reza Dehghani
    In recent years, the indiscriminate extraction of underground water has caused a sharp drop in the level of underground water; which has resulted in dangers such as land subsidence. Therefore, it is important to reliably predict the level of underground water for the management of these resources. In this research, in order to simulate the underground water level of Khorramabad plain, the performance of hybrid models of support vector regression-wavelet, support vector regression-bat, support vector regression-gray wolf for four piezometric wells using parameters of temperature, precipitation and withdrawal from aquifers during the period The statistics of 1382-1402 were examined. The criteria of correlation coefficient, root mean square error, average absolute value of error and Nash Sutcliffe coefficient were used to evaluate and compare the performance of the models. The results showed that the combined structure provides better performance than other structures in all investigated models. Also, the results showed that the support vector-wavelet regression model has a favorable ability compared to other models.
    Keywords: Decline Of Water Resources, Khorramabad, Simulation, Hybrid Model
  • هایده بیانی، علی باقری*، داود اکبری نودهی، ولی الله کریمی
    مقدمه و هدف

    تغییر کاربری/پوشش زمین در یک منطقه معین نتیجه مسائل زیست محیطی و اجتماعی- اقتصادی و همچنین فعالیت های انسانی در طول زمان و مکان است. افزایش و کاهش در رشد جمعیت در سیستم، اقلیم، توسعه مالی و عناصر فیزیکی مانند مناظر، وضعیت درجه و نوع خاک همگی بر تغییرات پوشش زمین کاربری (LULC) تاثیر دارند. بررسی پژوهش های صورت گرفته و مستند در خصوص تاثیر تغییرکاربری اراضی بر پاسخ هیدرولوژیک حوضه آبخیز، بیانگر آن است که تحقیقات زیادی در این زمینه در سطح ایران و جهان صورت گرفته است. اما تاکنون در زمینه تاثیر الگوی سیمای سرزمین و روند شاخصه‎های آن مشاهده نشده است.در این مطالعه با در نظرگرفتن یک دوره زمانی 20 ساله در حوزه تجن با استفاده از مدل SWAT تحت سناریوهای تداوم روند تغییرات کاربری اراضی، فرایندهای تغییر سیمای سرزمین و نیز سناریوهای مدیریتی، رواناب حوزه آبخیز تجن بررسی شد. هم چنین با بررسی ارتباط پارامترهای جریان با سنجه‎های سیمای سرزمین امکانات بالقوه استفاده از سنجه‎های سیمای سرزمین در مدیریت رواناب حوزه آبخیز را موردتوجه قرار دهد.

    مواد و روش ها

    منطقه مورد مطالعاتی حوضه رودخانه تجن (حدود 4000 کیلومتر مربع) است که توسط کوه‎های البرز در جنوب و دریای خزر در شمال احاطه شده و در استان مازندران واقع شده است. با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT شاخص جریان هیدرولوژیکی محیطی بررسی شد. مدل SWAT یک مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیع شده و پیوسته است که برای مدیران منابع آب ایجاد شده است تا با در نظر گرفتن تاثیر شیوه های مدیریتی مختلف بر جریان رودخانه و آلودگی غیر نقطه ای، مناسب ترین استراتژی یا راه حل را انتخاب کنند. سپس در ادامه با بهره‎گیری از نقشه های کاربری اراضی منطقه تحت دوره زمانی 1991، 1995، 2000، 2010 ،2016 ،2020 از نظر تغییرات سیمای سرزمین، میزان شدت جریان حوزه مورد بررسی قرار گرفت. دوره‎های واسنجی و صحت سنجی باتوجه به موجود بودن آمار ایستگاه هیدرومتری واقع بر رودخانه تجن به‎ترتیب 2012-1997 و 2018-2013 انتخاب شده اند.

    یافته ها

    نتایج شبیه‎سازی نشان داد که مدل SWAT قابلیت شبیه سازی خوبی را در برآورد جریان ایستگاه های هیدرومتری کردخیل، پرویج، ریگ چشمه، ورند، واستان، گرم رود، کرچای و علی‎آباد دارد. شاخص های EFC که به جریان های کم ماهانه، جریان های بسیار کم، پالس های جریان بالا، سیل های کوچک و سیل های بزرگ تقسیم می شوند نیز در این مطالعه در نظر گرفته شدند زیرا این اطلاعات برای حفظ یکپارچگی اکولوژیکی رودخانه بسیار مهم است. اولین گروه EFC جریان کم ماهانه جریان سطحی را نشان می دهد، بنابراین هرگونه تغییر در این پارامترها می تواند با در دسترس بودن جریان سطحی مرتبط باشد. اساسا، کاهش جزئی در جریان کم ماهانه را می توان در ماه های آوریل، می و اکتبر تا دسامبر 0.2٪ تا 1.1٪ براساس پیش بینی میانگین مجموعه در مقابل، جریان های کم ماهانه از جولای تا سپتامبر، درنظر گرفت. پیش بینی می شود در سطح اطمینان 95 درصد به‎میزان قابل‎توجهی بین 4/3 تا 9/4 درصد افزایش یابد. در حالت کلی فرایند جریان با استفاده از SWAT OUTPUT WIEVER برآورد شد. پس از بررسی و قابلیت مدل در تاثیر کاربری اراضی و تاثیر آن بر میزان رواناب، نتایج نشان داد که میزان رواناب در پوشش سرزمین افزایش خواهد یافت ، لذا ضروری است استراتژی هایی جهت مدیریت روانآب رودخانه صورت گیرد. دلیل پایین بودن نتایج در یکسری ایستگاه ها به‎خاطر کمبود تعداد ایستگاه باران سنج و سینوپتیک در مناطق برای ثبت بارش شدید در مقیاس روزانه با پوشش فضایی بهتر بود.

    نتیجه گیری

    در مطالعه حاضر، مدل سازی SWAT و آنالیز تغییرات سرزمین به عنوان ابزارهای برنامه ریزی نو جهت بررسی پویایی سرزمین در حوزه آبخیز تجن از سال 1990 تا 2020 بررسی گردید. نتایج آنالیز تغییرات طی سال های 2020-1990، کاهش جنگل را به‎میزان 1211 هکتار نشان داد. بیشترین جنگل زدایی در حاشیه اراضی کشاورزی قبلی به علت دسترسی بهتر مشاهده گردید. به علاوه افزایش رشد جمعیت ، استفاده چوب جنگل به عنوان سوخت ، ساخت و ساز و تعمیر خانه های روستائیان دلایل دیگر جنگل زدایی در منطقه مورد مطالعه است. از دیگر دلایل تخریب اراضی جنگلی را می توان به چرای دام مرتبط دانست . مشابه سایر مطالعات مدل سازی ، نتایج ارائه شده در این تحقیق شامل محدودیت های ذاتی مختلف می باشند و عدم قطعیت مدل سازی به علت کاربرد شبیه سازی جریان پوشش سرزمین در مدل هیدرولوژی چند برابر شد. این مطالعه به وضوح اثرات شرایط تغییر پوشش گیاهی در حوزه آبخیز تجن را در چند بازه پیش بینی کرد. اگرچه ، کاهش در دسترس بودن آب در اواخر بهار و تابستان می تواند میزان آب جهت آبیاری در پایین دست حوزه را به خطر اندازد، مگر اینکه مدیریت مناسب آب و ذخیره آن همراه با استفاده و مدیریت بهتر رواناب اجرا شود. نتایج این مطالعه به ‎ویژه اهمیت پوشش سرزمین که می تواند اثر اندک، کاهش و یا افزایش بر کمیت آب داشته باشد را تایید کرد. همچنین این مطالعه اطلاعات ارزشمند و مهمی را که برای تصمیم سازان به منظور طراحی سناریوهای سازگار منطبق با اصول توسعه پایدار است، فراهم می کند. در نهایت، نتایج این مطالعه به ‎ویژه اهمیت پوشش سرزمین که می تواند اثر اندک، کاهش یا افزایش بر کمیت آب داشته باشد را تایید کرد. همچنین این مطالعه اطلاعات ارزشمند و مهمی را برای تصمیم سازان به‎منظور طراحی سناریوهای سازگار منطبق با اصول توسعه پایدار که هدف آن مدیریت جریان است را فراهم می ‎کند.

    کلید واژگان: سناریو، سیمای سرزمین، شبیه سازی، مدیریت جریان
    Hayede Bayani, Ali Bagheri*, Davod Akbari Nodehi, Valiollah Karimi
    Background

    Land use/land cover (LULC) change in a specific area results from environmental and socioeconomic issues, as well as human activities over time and space. Increases and decreases in population growth in the system, climate, financial development, and physical elements, such as landscapes, soil grade, and type all influence LULC changes. The examination of conducted and documented research regarding the impact of land use change on the hydrological response of a watershed indicates that numerous studies have focused on this field both in Iran and globally. However, the effect of the pattern of landscape and the trend of its characteristics has not been observed to date. In this study, the processes of changing the landscape of the land,  management scenarios, and the runoff of the Tajan watershed were investigated taking into account a 20-year period in the basin using the SWAT model under the scenarios of the continuation of land use changes. The relationship between flow and topography parameters was examined to take into consideration the potential possibilities of using topography parameters in watershed management.

    Methods

    The study area is the Tajan River basin (about 4000 km2) surrounded by the Alborz Mountains in the south and the Caspian Sea in the north, located in Mazandaran Province. The environmental hydrological flow index was investigated using the SWAT hydrological model, which is a semi-distributed, continuous hydrological model developed for water resource managers to select the most appropriate strategy or solution by considering the impact of various management practices on river flow and non-point source pollution. Then, the flow intensity of the area was investigated using the land use maps of the region under the periods 1991, 1995, 2000, 2010, 2016, and 2020 in terms of the changes in the landscape. Calibration and validation periods were selected based on the availability of hydro-metric station statistics located on the Tajan River for the years 1997-2012 and 2013-2018, respectively.

    Results

    The simulation results showed good simulation capability of the SWAT model in estimating the flow of Kordakhail, Parvij, Rigcheshmeh, Varand, Vastan, Garmrood, Karchai, and Aliabad hydrometric stations. EFC indicators, which are categorized into low monthly flows, very low flows, high flow pulses, small floods, and large floods, were also considered in this study because they are crucial for maintaining the ecological integrity of the river. The first EFC group, low monthly flow, represents surface flow, indicating that changes in these parameters could be associated with the availability of surface flow. Essentially, a minor decrease in low monthly flow can be observed in April, May, and October to December, ranging from 0.2% to 1.1% based on the average forecast of the ensemble. Conversely, low monthly flows from July to September are expected to increase significantly by 4.3% to 9.4% at a 95% confidence level. Overall, the flow process was estimated using the SWAT OUTPUT VIEWER. After examining the capability of the model for the effect of its effect on the amount of runoff, the results showed that the amount of runoff will increase in the land LULC, it is necessary to develop strategies for the river runoff management. The reason for the low results at some stations was the lack of a sufficient number of the rain gauge and synoptic stations in the areas to record heavy rainfall on a daily scale with better spatial coverage.

    Conclusion

    In the present study, the SWAT modeling and land change analysis were investigated as new planning tools to investigate land dynamics in the Tajen watershed from 1990 to 2020. The results of the analysis of changes during the years 1990-2020 showed the reduction of forests by 1211 hectares. The most deforestation was observed in the margins of former agricultural lands due to better access. In addition to the increase in population growth, the use of forest wood as fuel and the construction and repair of villagers' houses are other reasons for deforestation in the study area. The destruction of forest lands can also be attributed to livestock grazing. Similar to other modeling studies, the results presented in this research include various inherent limitations, and the modeling uncertainty was multiplied due to the application of land cover flow simulation in the hydrology model. This study clearly predicted the effects of vegetation change conditions in the Tajen watershed in several intervals. However, the decrease in water availability in late spring and summer can jeopardize the amount of water for irrigation downstream the basin, unless proper water management and storage is implemented along with better use and management of runoff. The results of this study especially confirm the importance of land cover, which can have a small effect, decrease, or increase the amount of water. Moreover, this study provides valuable and important information for decision-makers to design compatible scenarios in accordance with the principles of sustainable development, which aims to manage the flow. Finally, the results of this study especially confirm the importance of land cover, which can have a small, decreasing, or increasing effect on water quantity.

    Keywords: Face Of Land, Flow Management, Scenario, Simulation
  • شهلا پایمزد*، فاطمه حامدی

    حوضه های آبریز به موازات رخداد پدیده خشکسالی به دو روش عرضه و تقاضامحور مدیریت می شوند. در یک سامانه مدیریتی، پرداختن به اجزا و متغیرهای بازخوردی و تاثیر سامانه از تمام پارامترها، نقش تعیین کننده ای در تصمیم های آینده دارد. تحقیق حاضر شبیه سازی جریان خروجی از سد و نیز شبیه سازی خشکسالی در حوضه قروه دهگلان را که دیدگاهی تقاضامحور داشته، به صورت دینامیکی، طی سال های 1370 تا 1401 انجام داد. مدل اولیه با متوسط ارقام RMSE، MAE و R2 به ترتیب معادل 144/0، 140/0 و 989/0 تایید گردید؛ سپس در سطوح  شدید و بسیار شدید خشکسالی دینامیکی شبیه سازی شد. نتایج با توجه به اولویت تقاضا در منطقه نشان داد که در ایستگاه سنگ سیاه کمبود جریان، منجر به خشکسالی (MCM 006/0) با تداوم بالا (172 روز) و در ایستگاه گلبلاغ خشکسالی با تداوم 216 روزه در کمبود MCM 122/0 طی سال 1392 ثبت شده است. ایستگاه سورال نیز دارای شرایطی مشابه بوده است؛ اما درخصوص ایستگاه شادی آباد، که ارقام دبی تمایز و تفاوت قابل ملاحظه ای را ثبت نکرده اند، ماکزیمم تداوم خشکسالی (215 روز) با ماکزیمم کمبود جریان منجر (MCM 73/0) در سال 1393 رخ داده است. ایستگاه های حسن خان و دهگلان که تحت تاثیر سدهای بالادست خود قرار دارند، قبل از سطح 75% به خشکسالی شدید رسیده، به گونه ای که ایستگاه دهگلان در سطح خشکسالی 22% با رقم دبی MCM 032/0 و ایستگاه حسن خان در سطح 28% با دبی معادل MCM 22/0 خشکسالی را تجربه نموده اند. درنهایت نتایج نشان داد سطحی که منطقه قابلیت تحمل آن را دارد، به طور متوسط سطح خشکسالی 25% است.

    کلید واژگان: آستانه تحمل خشکسالی، تقاضا، خشکسالی، شبیه سازی
    Shahla Paimozd *, Fatemeh Hamedi
    Introduction

    Surface water scarcity and overexploitation of water have brought about a serious crisis in the contemporary age. Therefore, if the factors contributing to such a crisis remain unexplored and proper management is not implemented, water resource systems will face more severe problems. On the other hand, as complex systems possess their own specific elements, their analysis requires a kind of simulation that interconnects all components and phenomena within and outside the system using a specific boundary, helping to obtain more realistic results. Moreover, unlike linear thinking, the variables of a system are governed by causal relationships in dynamic thinking, indicating that changing one componential element of the system affects other components. However, the review of the related literature reveals that the majority of studies already conducted on drought have applied a linear perspective, and only a few studies have followed a dynamic approach. Moreover, it could be argued that no study has investigated the influence of long-term hydrological droughts on water resource systems with hydraulic structures on a daily scale. Therefore, when dams are constructed on water currents, it is necessary to investigate and simulate hydrological drought and the consequent changes made in downstream. This study used a dynamic perspective to simulate hydrological drought from 1991 to 2022 in the Qhorveh Dehgolan watershed in Kurdistan, Iran, on a daily basis, using the Vensim software. 

    Materials and Methods

    The study area included the Qhorveh Dehgolan sub-basins in Kurdistan province. The study simulated the daily dam outflow and the hydrological drought using the data regarding the river flow statistics, crop types, cultivated area, cropping patterns, irrigation requirements, precipitation, and hydrograph network from 1991 to 2022. As one of the most commonly used methods for analyzing hydrological droughts, the sequence theory, which was also applied in the current study, determines the drought index threshold, according to which the daily flow rates below the specified threshold indicate the occurrence of drought. However, there are instances where, for a short period, the flow rate exceeds the threshold level, leading to the classification of the drought period into smaller, dependent droughts. The problem mostly occurs in studies carried out on a daily basis, where small droughts with shorter durations are also counted as severe droughts. The problem can be solved by aggregating such small droughts.As the Internal Criterion method exhibits greater accuracy than other similar approaches used for aggregating small droughts, the current study used both sequence theory and the Internal Criterion method.  The primary advantage of the current research model lies in its multidimensionality, obviating the need to separately obtain the feedback and variables for all stations. This characteristic allows for the introduction of equations, feedback, and all variables for a single station without necessitating the expansion of equations and other factors to accommodate multiple stations. Another advantage of the model is that it uses feedback mechanisms to determine the drought tolerance level at each station, indicating that the model initially calculates sequences and volumes at various drought levels using the data collected from stream gauging stations. Then, through feedback loops to flow-dependent variables at each station, the model adjusts the relevant figures within permissible limits to ensure that flow rates approach the minimum flow over the statistical period without reaching zero. Accordingly, based on a long-term time series of flow rates for each station and the related dependent variables, the drought tolerance level for each station was determined, considering the fact that drought conditions at any given station do not necessarily conform to a specific level. 

    Results

    While the precipitation trend was not decreasing throughout the study period, drought has significantly increased in terms of frequency and intensity during certain years. The precipitation trend in the region indicated an increase in the 1999–2001 period, concurrently accompanied by severe drought conditions, substantiating that an external factor has brought about such drought. The construction of dams and the declining outflow volumes in proportion to the entire period have affected both the slope of the flow duration curve and the drought conditions. Therefore, on a daily scale, the flow rate and its variations determine the intensity and severity of drought events. Accordingly, when flow rates are similar, droughts occur over longer durations in less severe intensity, whereas sudden changes in flow rates result in droughts with shorter durations but greater severity. For instance, at Sang Siah station, the minimum drought intensity (0.0006 MCM) with a long duration (172 days) was recorded in 2013. Similarly, at Gol Bolagh station, a drought lasting 216 days with an intensity of 0.122 MCM was recorded in 2013. However, at Shadi Abad station, which did not exhibit significantly distinct or varying flow rates, the maximum drought duration (215 days) coincided with the maximum drought intensity (0.73 MCM) in 2014. The same was true for Delbaran station, where the maximum number of dry days was recorded in 2014 (305 days), with a corresponding maximum intensity being 0.46 MCM.

     Discussion and Conclusion

    This study carried out simulations in a dynamic environment, finding that according to the dam outflow rates when river flows exhibited minimal fluctuations, droughts were characterized by higher frequencies and less severe intensity. On the other hand, when flows were higher with significant variations in peak values, drought showed greater intensity and lasted for shorter periods. It can be concluded that analyzing the trend of changes made in the flow rate as a result of constructs built in the region and investigating the precipitation variations are required for investigating hydrological droughts that may occur over the dams’ inflow rates and simulating the discharge rates. This is consistent with the results found in some other studies (Hamedi and Paimozd, 2023; Alishahi Chegeni et al., 2023). The similarity of the behavior of the stations near the newly constructed dams was also notable. The Sural, Sang Siah, and Gol Bolag dams were constructed and filled in the region in 2011 and 2013, respectively, coinciding with the recorded drought events, which also resulted in rivalry over water harvesting and the development of farmlands. Hassan Khan and Dehgolan stations recorded completely different flow duration curves throughout the period. Therefore, severe and very severe drought levels in these stations will have a lower threshold compared to other stations. In this study, a simulation was designed to calculate the tolerable drought level of the station, which was achieved by employing feedback loops and flow duration curves to assess the severity of drought conditions, particularly when flow rates were low and severe drought events occurred at levels beyond those officially declared. Hassan Khan and Dehgolan stations, which were under the influence of their upstream dams, showed severe droughts in lower values than the declared average drought tolerance threshold of 25%.

    Keywords: Demand, Drought, Drought Tolerance Threshold, Simulation
  • مهرنوش پارسا*، حسین بارانی، افشین سلطانی، عبدالرضا بهره مند، حسن قلیچ نیا
    تغییر اقلیم، از بزرگ ترین چالش هایی است که بشر در قرن بیست ویک با آن مواجه بوده است چراکه می تواند اثرات شدیدی بر منابع آب، کشاورزی، انرژی و حتی زیست اقلیم انسان داشته باشد. هدف از این مطالعه بررسی تغییرات پارامترهای اقلیمی در چهار سایت پلور، رینه، کنگرچال و پشتکوه استان مازندران با استفاده از مدل های گردش عمومی جو می باشد. داده های مدل های IPSL-CM5A-MR و CSIRO-MK36 تحت سناریوهای RCP4/5 و RCP8/5 گزارش پنجم برای ارزیابی تاثیر تغییرات اقلیمی با ریزگردان آماری LARS WG ریزمقیاس شده اند. پس از انجام واسنجی، صحت سنجی و مدل سازی داده ها در دو ایستگاه (آبعلی و کیاسر) کارایی مدل ها ازنظر مقدار انطباق داده های مشاهده شده با مقدار شبیه سازی شده با استفاده از شاخص RMSE، R2، MAE ارزیابی گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که مدل های IPSL-CM5A-MR و CSIRO-MK36 نتایج قابل قبولی به دست می دهند در  ایستگاه آبعلی مقدار بارندگی در دوره پایه 08/542 میلی متر می باشد تحت سناریوهای RCP4/5 و RCP8/5 در هر دو مدل IPSL-CM5A-MR و CSIRO-MK36 در آینده بین سال های (2060-2021) به میزان 0/97- 0/91 درصد افزایش خواهد داشت. میانگین دمای حداکثر 2/2-1/7 سانتی گراد و دمای حداقل 1/88-1/56 سانتی گراد نسبت به دوره پایه افزایش خواهد داشت. در ایستگاه کیاسر نیز مقدار بارندگی در دوره پایه 528/46 میلی متر می باشد که تحت سناریوهای RCP4/5 و RCP8/5 در هر دو مدل در آینده بین سال های (2060-2021) به میزان 0/96- 0/87 درصد افزایش خواهد داشت. میانگین دمای حداکثر 2/18-1/72 سانتی گراد و دمای حداقل 1/82-1/62 سانتی گراد نسبت به دوره پایه افزایش خواهد داشت.
    کلید واژگان: تغییر اقلیم، گردش عمومی جو، روند، مدل سازی، استان مازندران
    Mehrnoush Parsa *, Hossein Barani, Afshin Soltani, Abdolreza Bahremand, Hassan Ghelichnia
    Climate change is one of the biggest challenges that humanity has faced in the 21st century, because it can have severe effects on water resources, agriculture, energy, and even human bioclimate. The purpose of this study is to investigate the changes of climatic parameters in four sites of Plour, Rineh, Kangarchal and Poshtkoh in Mazandaran province using general atmospheric circulation models. For this purpose, the data of IPSL-CM5A-MR and CSIRO-MK36 models under RCP4/5 and RCP8/5 scenarios have been scaled with LARS WG statistical micro-rotator to evaluate the impact of climate change. After carrying out calibration, verification and modeling of data in two stations (Abali and Kiasar), the effectiveness of the models in terms of the amount of compliance of the observed data with the simulated value using the RMSE index, R2, MAE was evaluated. The obtained results showed that IPSL-CM5A-MR and CSIRO-MK36 models obtain acceptable results. Considering that in Abali station, the amount of rainfall in the base period is 542.08 mm under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios in both IPSL-CM5A-MR and CSIRO-MK36 models in the future between (2021-2060) will increase by 0.91-0.97 percent. The average maximum temperature will increase by 1.7-2.2 centigrade and minimum temperature by 1.56-1.88 centigrade compared to the base period. Accordingly, the amount of rainfall in the base period in Kiasar station is 528.46 mm, which under the scenarios of RCP4.5 and RCP8.5 in both models in the future between the years (2021-2060) is 96. 0-87% will increase. The average maximum temperature will increase by 1.72-18.2 centigrade and the minimum temperature will increase by 1.62-1.82 centigrade compared to the base period.
    Keywords: Climate Change, Global Circulation Model, Trend, Simulation, Mazandaran
  • محمدجواد مهدی زاده*، حمید محمدی، سامان ضیایی، علی آذره

    تغییرات آب و هوایی تاثیر قابل توجهی بر تولید جهانی محصولات کشاورزی داشته است. مطالعه تاثیر تغییرات اقلیمی بر تولید محصولات کشاورزی برای اتخاذ تصمیمات پیشگیرانه جهت بهبود کشاورزی بسیار مهم است. هدف پژوهش حاضر شبیه سازی الگوی کشت محصولات کشاورزی دشت جیرفت تحت تاثیر سناریوهای مختلف اقلیمی است. بدین منظور در آغاز با استفاده از تحلیل های رگرسیونی اثر متغیرهای اقلیمی دما و بارش بر عملکرد محصولات پیاز و سیب زمینی در دوره 1401-1370 بررسی شد. علت انتخاب این دو محصول آن است که سطح زیرکشت بالایی را به خود اختصاص می دهند و در دو کشت بهاره و پاییزه انجام می شود. آن گاه با استفاده از مدل گردش عمومی HasGEM3 تغییرپذیرهای اقلیم دشت جیرفت تحت سناریوهای سری 5/8، 5/4، 6/2 RCP موجود در جدیدترین گزارش هیئت بین دولی تغییر اقلیم (گزارش پنجم) برای دوره های (2045-2011)، (2065-2046)، (2079-2066) و (2099-2080) پیش بینی شد. در پایان با به کارگیری رهیافت برنامه ریزی ریاضی مثبت الگوی کشت منطقه شبیه سازی و اثرگذاری های تغییر اقلیم بر الگوی کشت در دوره های یاد شده بررسی شد. نتایج نشان داد پارامترهای اقلیمی دما و بارش تاثیر معنی داری بر عملکرد محصولات منتخب دارد. هم چنین با اعمال پیش بینی تغییرپذیری های اقلیم در مدل الگوی کشت همه محصولات منتخب در دوره های (2045-2011)، (2065-2046)، (2079-2066) و (2099-2080) بر اساس پیش بینی های مدل HasGEM3 تحت تاثیر سناریوهای مختلف اقلیمی قرار می گیرند. با در نظر گرفتن اثرگذاری های تغییر اقلیم و بهبود بهره وری محصولات کشاورزی از اثرگذاری های سوء این پدیده کاست. نتایج این تحقیق می تواند در برنامه ریزی کشاورزی و توسعه اقتصادی شهرستان جیرفت سودمند باشد.

    کلید واژگان: تغییر اقلیم، مدل گردش عمومی، شبیه سازی، کشاورزی، جیرفت
    Mohammadjavad Mehdizadeh*, Hamid Mohammadi, Saman Ziaee, Ali Azareh

    Climate change has had a significant impact on the global production of agricultural products. Studying the impact of climate change on the production of agricultural products is very important for making preventive decisions to improve agriculture. The aim of the current research is to simulate the cultivation pattern of Jiroft plain agricultural products under the influence of different climate scenarios. For this purpose, at the beginning, the effect of temperature and precipitation climatic variables on the yield of onion and potato crops in the period 1991-2022 was investigated using regression analysis. The reason for choosing these two crops is that they occupy a high area under cultivation and are cultivated in spring and autumn. Then, using HasGEM3 general circulation model, the climate variables of Jiroft plain under RCP 8/5, 4/5, 6/2 series scenarios available in the latest report of the International Panel on Climate Change (5th report) for the periods (2011-2045) , (2046-2065), (2066-2079) and (2080-2099) were predicted. In the end, by applying the positive mathematical programming approach, the cultivation pattern of the region was simulated and the effects of climate change on the cultivation pattern in the mentioned periods were investigated. The results showed that the climatic parameters of temperature and precipitation have a significant effect on the performance of selected products. Also, by applying the forecast of climate variability in the cultivation pattern model of all selected crops in the periods (2011-2045), (2046-2065), (2066-2079) and (2080-2099) based on The noses of the HasGEM3 model are affected by different climate scenarios. Considering the effects of climate change and improving the productivity of agricultural products, it is one of the bad effects of this phenomenon. The results of this research can be useful in agricultural planning and economic development of Jiroft city.

    Keywords: Climate Changes, General Circulation Of The Atmosphere, Simulation, Agriculture, Jiroft
  • Hamidreza Babaali *, Reza Dehghani
    Today, the rainfall-runoff process is one of the most important and complex hydrological phenomena in the management of surface water resources to take appropriate measures in the event of floods and droughts. In order to simulate this process, a proper understanding of the behavior of the basin can play an effective role in model selection and time saving related to simulation. Therefore, to simulate the runoff process of Karkheh catchment located in Iran, statistical models and artificial intelligence approaches including Multivariate Linear Regression (MLR), Artificial Neural Network (ANN), Support Vector Regression (SVR) and Support Vector Regression-Wavelet (WSVR) were used on a daily time scale during the statistical period of 2010-2020. To evaluate the simulation performance, statistical indices including coefficient of determination (R2), Root Mean Square Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), Nash-Sutcliffe Efficiency coefficient (NSE), and bias percentage (PBIAS) were employed. The results illustrated that the studied models had better performance in composite structures. Moreover, artificial intelligence models have less error and better performance than statistical models. The results demonstrated that the Wavelet support vector regression model had greater accuracy and less error than other models. Overall, according to the outcomes, the use of hybrid artificial intelligence models is effective in the runoff process and can be considered as a suitable and rapid solution in water resources management.
    Keywords: Simulation, Artificial Intelligence, Karkheh, Water Resources Management
  • محمدجواد مهدی زاده راینی*، حمید محمدی، سامان ضیایی، علی آذره

    ارزش و ضرورت اقلیم به عنوان یکی از عامل های زیستی انسان هرگز به اندازه امروز در مسائل بزرگ و توسعه یافته اقتصادی و اجتماعی بیان نشده است و در حال حاضر همچنین تعداد زیادی از تصمیم گیران مسائل کلان اقتصادی و اجتماعی مخصوصا در کشور ایران بسیار موثر هستند. در جهان کنونی تعداد زیادی از صاحب نظران مسائل سیاسی، اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی تغییر اقلیم را یکی از مهم ترین و تاثیرگذارترین معضلات در عرصه ها و مراحل مختلف زندگی انسان قلمداد می کنند و پیش بینی می کنند که این موضوع به صورت فزاینده ای مشکلات مختلفی را به همراه خواهد داشت. تغییرات آب و هوایی تاثیر قابل توجهی بر تولید جهانی محصولات کشاورزی داشته است. بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر تولید محصولات کشاورزی برای اتخاذ تصمیمات پیشگیرانه برای بهبود کشاورزی بسیار مهم است. هدف پژوهش حاضر شبیه سازی الگوی کشت محصولات کشاورزی شهرستان جیرفت تحت تاثیر سناریوهای مختلف اقلیمی است. بدین منظور در آغاز با استفاده از روش های رگرسیونی تاثیر متغیرهای اقلیمی دما و بارندگی بر عملکرد محصولات منتخب در دوه 2022-1991 (1401-1370) بررسی شد. آنگاه با استفاده از مدل گردش عمومی HadCM3 تغییرپذیرهای اقلیم شهرستان جیرفت برای دوره های 2045-2011 (1423-1389)، 2065-2046 (1443-1424)، 2079-2066 (1457-1444) و 2099-2080 (1477-1458) پیش بینی شد. در پایان با به کارگیری رهیافت برنامه ریزی ریاضی مثبت الگوی کشت منطقه شبیه سازی و اثرگذاری های تغییر اقلیم بر الگوی کشت در دوره های یادشده بررسی شد. نتایج نشان داد متغیرهای اقلیمی دما و بارش تاثیر معنی داری بر عملکرد محصولات منتخب دارد. هم چنین با اعمال پیش بینی تغییرپذیری های اقلیم در مدل الگوی کشت همه محصولات منتخب در دوره های 2045-2011، 2065-2046، 2079-2066 و 2099-2080 بر اساس پیش بینی های مدل HadCM3 تحت تاثیر سناریوهای مختلف اقلیمی قرار می گیرند. با در نظر گرفتن تاثیرهای تغییر اقلیم و بهبود بهره وری محصولات کشاورزی می توان از اثرگذاری های سوء این پدیده فروکاست. نتایج پژوهش حاضر می تواند در برنامه ریزی کشاورزی و توسعه اقتصادی شهرستان جیرفت به کارگرفته شود.

    کلید واژگان: برنامه ریزی ریاضی، دما، بارش، شبیه سازی، الگوی کشت
    Mohammadjavad Mehdizadehrayeni *, Hamid Mohammadi, Saman Ziaee, Ali Azareh
    Introduction

    Many human civilizations have collapsed due to the climate. Historical and geographical evidence demonstrates that the majority of significant and stable civilizations were established in specific geographical-climatic areas with suitable biological conditions. Human civilizations have faced serious damages and collapses due to unfavorable climatic conditions. The existence of most human civilizations can be attributed to climatic conditions, with historical and geographic evidence, especially the special environmental condition of the world in the current situation. Countries that deal with biological, economic, social, and even political issues may not give special importance to this issue. The climate conditions around the world are constantly changing, and there will be severe problems in different dimensions in the not-too-distant future. Their existence could even be threatened by economic problems they will face. The world's population increase and energy demand in today's industrial world also result in damage to the planet's climate and atmosphere, as well as the effects of natural disasters. The human burden has not been spared and has been affected by many fundamental changes, of which the phenomenon of climate change is one of the clear examples. The most important indicators of climate change are temperature and precipitation. The change of each of these factors causes climate variability, which also has consequences on people's lives. The increase in greenhouse gases and suspended particles in the atmosphere, along with variations in the earth's surface, are among the most apparent consequences, and the damage caused by the world's industrial activities and human societies in the past two centuries. Different economic sectors, such as agriculture, industry, tourism, water, and health, are affected by this phenomenon. Based on what has been stated, it can be concluded that climate change will definitely occur in Iran. The agricultural sector will face significant challenges due to the occurrence of such things, given the climatic situation, hydrological characteristics, and limitations of the country's agricultural sector. It has created a unique climatic situation in Iran due to its location. The high-pressure rule in the subtropical zone causes the total amount of precipitation in Iran to be low.

    Material and Methods

    The LARS-WG model is a model that is utilized for exponential micro-scale GCM models. This model is a great choice for generating random weather data, which can be used to generate rainfall, radiation, and maximum and minimum daily temperatures at a station for both current and future climate. In order to model meteorological variables, the LARS-WG model uses a complex statistical distribution. Modeling is based on the length of dry and wet periods, daily precipitation and radiation series, and semi-empirical distribution. Climatic parameters such as minimum temperature, maximum temperature, precipitation, and solar radiation are inputs for the LARS-WG model, which are all in the daily time frame. In this model, temperature is not taken into account when modeling radiation, and the sundial can be utilized instead. From the semi-empirical distribution of the rainfall for the month in question, and without taking into account the wet series or the amount of precipitation from the previous day, the amount of precipitation for one day is calculated. In this model, the temperature is estimated using Fourier series. The daily minimum and maximum temperatures are modeled as random processes using the average and standard deviation of the daily standards, which depend on whether the day is wet or dry. The mean and standard deviation of the seasonal temperature are simulated using the third-order Fourier series. Residue values are determined by subtracting the average values from the observed values, and the minimum and maximum data are utilized in time autocorrelation analysis. Minimum temperature, maximum temperature, precipitation, and radiation are the outputs of this model. LARS-WG model data generation involves three stages: calibrating, evaluating, and creating meteorological data. In the next step, using LARS-WG models under RCP 2.6, 4.5, and 8.5 scenarios and the micro-scale exponential LARS-WG generating model of Jiroft City climate changes during the planting period of each crop in the periods of 2011-2045, 2065-2046, 2066-2079 and 2080-2099. In the final stage, a positive mathematical programming model was utilized to investigate the impact of climate change scenarios on Jiroft City's planting patterns using predicted climate change results. The cultivation pattern of Jiroft city today and the predicted effects of climate change parameters during the periods 2011-2045, 2046-2065, 2066-2079, and 2080-2099 are examined in this section. The current cultivation pattern will be discussed in the previous step. A positive mathematical programming model and GAMS25 software have been employed in this regard. Separate information about the area under cultivation, production, and performance of selected agricultural products, as well as the consumption of inputs, for the agricultural year 2021-2022 is presented in the table.

    Results and Discussion

    The results indicate that the performance of selected products is significantly affected by the climatic parameters of temperature and precipitation. Also, by applying the forecast of climate variability in the cultivation pattern model of all selected crops in the periods 2011-2045, 2046-2065, 2066-2079 and 2080-2099 based on the noses of the HadCM3 model are affected by different climate scenarios. The improvement of agricultural productivity and climate change are both negative effects of this phenomenon. The findings of this investigation can be advantageous for agricultural planning and economic development in Hamadan province.

    Keywords: Mathematical Programming, Temperature, Precipitation, Simulation, Crop Cultivation
  • حسین شیرانی، انیس اسدی، سمیه صدر*، علی اصغر بسالت پور، عیسی اسفندیار پور
    مقدمه

    مدلSWAT، یک ابزار مناسب برای شبیه سازی فرایندهای هیدرولوژیکی است. این مدل به ورودی های زیادی نیاز دارند که غالبا به صورت مستقیم قابل اندازه گیری نیستند و یکی از اصلی ترین منابع عدم قطعیت در این مدل ها محسوب می شود. فرایند واسنجی می تواند با تعدیل و تطبیق این ورودی ها موجب کاهش عدم قطعیت در نتایج مدل شود. پژوهش ها نشان دادند که واسنجی یک مدل هیدرولوژیکی با استفاده از الگوریتم های متداول واسنجی خودکار رزومه، دقت مناسبی در پیش بینی متغیرهای هیدرولوژیکی در دوره اعتبار سنجی به وجود نخواهد آورد. لذا، به منظور واسنجی مدل SWAT از الگوریتم PSO استفاده شد. از آنجا که هیچ قانون ریاضی و منطقی برای تعیین بهترین ترکیب پارامترهای الگوریتم PSO وجود ندارد و این ترکیب ها به اساس آزمون و خطا و از میان ترکیب های بسیار متنوع انتخاب می شوند، لذا، روش های مبتنی بر آزمون و خطا بسیار وقت گیر و گاهی غیر ممکن است. در این پژوهش، از روش تاگوچی برای تعیین بهترین ترکیب حاصل از پارامترهای الگوریتم PSO مورد استفاده قرار گرفت.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش، قابلیت استفاده از مدل SWAT برای شبیه سازی رواناب ماهانه در حوزه آبخیز جوانمردی، از زیرحوضه های اصلی حوزه آبخیز لردگان با مساحت 380 کیلومتر مربع بررسی شد. در این پژوهش، پارامترهای الگوریتم PSO شامل تعداد شبیه سازی (A)، تعداد تکرار (B)، وزن محاسبه سرعت (C) و پارامتر حرکت (D)، در چهار سطح تعریف شدند. سپس این پارامترها، مطابق آزمایش های موجود در آرایه متعامد L16 (با استفاده از روش طراحی آزمایش های تاگوچی)، طراحی و اجرا شدند. مقیاس عملکردی مورد استفاده برای ارزیابی الگوریتم ها، RPD (درصد انحراف نسبی) انتخاب شد. با توجه به ماهیت متغیر پاسخ در این پژوهش، برای تحلیل نتایج آزمایش تاگوچی از شاخص S/N "هر چه کمتر، بهتر" استفاده شد. مرحله انتخاب آرایه ها و محاسبات در نرم افزار Minitab 16 انجام گرفت.

    نتایج و بحث:

    در مرحله تحلیل حساسیت که پیش از واسنجی مدل انجام شد، از میان 28 پارامتر مورد بررسی در این پژوهش، مدل نسبت به تغییرات 22 پارامتر حساسیت نشان داده و به عنوان متغیرهای اثرگذار بر شبیه سازی رواناب در حوزه آبخیز جوانمردی مشخص شدند. نتایج نشان داد که پارامتر عدد منحنی راواناب (CN)، مهمترین عامل و پارامترهای جرم مخصوص ظاهری خاک در حالت مرطوب (SOL_BD) و متوسط آب قابل استفاده به وسیله گیاه (SOL_AWC) به ترتیب در زمره مهمترین عوامل کنترل کننده دبی جریان در حوضه مطالعاتی هستند. بر اساس نتایج شبیه سازی شده به وسیله الگوریتم PSO مشخص شد که مدل SWAT دقت قابل قبولی برای برآورد رواناب ماهانه در منطقه مورد مطالعه دارد. به طوری که در مرحله واسنجی شاخص های r-factor و p-factor به ترتیب 1.23 و 0.88 و ضرایب تبیین و نش- ساتکلیف نیز به ترتیب برابر 0.77 و 0.75 بودند. در مرحله اعتبارسنجی نیز شاخص های r-factor و p-factor به ترتیب 1.31 و 0.84 و ضرایب تبیین و نش- ساتکلیف نیز به ترتیب برابر 0.72 و 0.73 بودند. در این پژوهش، بهترین ترکیب حاصل از کاربرد روش تاگوچی برای پارامتر های تعداد شبیه سازی، تعداد تکرار، وزن محاسبه سرعت و پارامترهای مناسب در الگوریتم PSO به ترتیب 40، 100، 0.2 و 0.15 (A4B4C4D3) تعیین شد.

    نتیجه گیری

    نتایج گویای این است که مدل SWAT، دقت قابل قبولی برای برآورد رواناب ماهانه در حوزه آبخیز جوانمردی داشته، روش PSO الگوریتم موثری در واسنجی و تعیین عدم قطعیت مدل در این حوضه بوده است. همچنین، استفاده از روش طراحی آزمایش ها تاگوچی، راهی مناسب برای تعیین بهترین ترکیب پارامترهای الگوریتم PSO برای محققانی است که از این روش برای بهینه سازی مدل SWAT استفاده می کنند.

    کلید واژگان: الگوریتم ازدحام ذرات، عدم قطعیت، شبیه سازی، حوزه آبخیز جوانمردی
    Hossain Shirani, Anis Asadi, Somayeh Sadr *, AliAsghar Besalatpour, Isa Esfandiarpoor
    Introduction

    SWAT model is a suitable tool for simulating hydrological processes. This model requires many inputs that often cannot be measured directly and is considered one of the main sources of uncertainty in these models. The recalibration process can reduce the uncertainty in the model results by adjusting and adapting these inputs. The researches showed that calibrating a hydrological model by using the common automatic CV calibrating algorithms will not provide proper accuracy in the prediction of hydrological variables during the validation period, so PSO algorithm was used to calibrate the SWAT model. Since there is no mathematical and logical rule to determine the best combination of PSO algorithm parameters and these combinations are selected based on trial and error and among many different combinations, therefore trial and error based methods are very time-consuming and sometimes impossible. In this research, Taguchi method was used to determine the best combination of PSO algorithm parameters.

    Materials and methods

    In this research, the ability to use the SWAT model to simulate monthly runoff in the Javanmardi Watershed, one of the main sub-basins of the Lordegan Watershed with an area of 380 square kilometers, was investigated. In this study, the PSO algorithm parameters, including the number of simulations (A), the number of repetitions (B), the speed calculation weight (C) and the movement parameter (D), were defined in four levels. Then, these parameters were designed and implemented according to the experiments in the L16 orthogonal array (using the Taguchi experiments design method). The performance scale used to evaluate the algorithms was RPD (Relative Percentage Deviation). Considering the variable nature of the response in this study, the S/N index "the lower the better" was used to analyze the Taguchi test results. The selection of arrays and calculations were done in Minitab 16 software.

    Results and discussion

    In the sensitivity analysis stage, which was performed before the model recalibration, among the 28 parameters studied in this research, the model showed sensitivity to the changes of 22 parameters, and they were identified as variables influencing the simulation of runoff in Javanmardi Watershed. The results showed that the parameter of the runoff curve number (CN) is the most important factor and the parameters of soil apparent density in the wet state (SOL_BD) and average water usable by the plant (SOL_AWC) are among the most important factors controlling the flow rate in the study basin, respectively. Based on the results simulated by the PSO algorithm, it was found that the SWAT model has an acceptable accuracy for estimating the monthly runoff in the study area. So, in the recalibration phase, the r-factor and p-factor indices were 1.23 and 0.88, respectively, and the explanatory and Nash-Sutcliffe coefficients were 0.77 and 0.75, respectively. In the validation stage, the r-factor and p-factor indexes were 1.31 and 0.84, respectively and the explanatory and Nash-Sutcliffe coefficients were 0.72 and 0.73, respectively. In this study, the best combination resulting from the application of Taguchi method for the parameters of the number of simulations, the number of repetitions, the speed calculation weight and the appropriate parameters in the PSO algorithm were determined as 40, 100, 0.2 and 0.15 respectively (A4B4C4D3).

    Conclusion

    The results show that the SWAT model has an acceptable accuracy for estimating the monthly runoff in the Jawanmardi Watershed, and the PSO method is an effective algorithm in calibrating and determining the uncertainty of the model in this basin, and the use of the Taguchi test design method is a suitable way to determine the best combination of PSO algorithm parameters is for researchers who use this method to optimize the SWAT model.

    Keywords: Javanmardi watershed, particle swarm algorithm, simulation, Uncertainty
  • عباس بختیاری فر، محمد الباجی*، مونا گلابی، سعید برومند نسب، علی شاهنظری
    مقدمه و هدف

    در سال های اخیر، استفاده از مدل SWAT به عنوان ابزاری متداول برای شبیه سازی دبی جریان، تولید رسوب و ارزیابی سناریوهای مختلف برای کاهش تولید رسوب و رواناب مورد استفاده قرار گرفته است. پژوهش حاضر نیز با هدف ارزیابی تغییرات رواناب و رسوب تحت تاثیر کاهش آب آبیاری استفاده از مدل SWAT در شبکه آبیاری و زهکشی رودخانه دز صورت گرفته است.  

    مواد و روش

    واسنجی و اعتبارسنجی مدل برای شبیه سازی رواناب (ایستگاه های شوشتر، عرب اسد، پل شاوور، حرمله و بامدژ) و رسوب (ایستگاه های شوشتر، پل شاوور، حرمله و بامدژ) با استفاده از داده های آماری سال های 1995 تا 2012 میلادی و 2013 تا 2017 میلادی انجام شد. نتایج شبیه سازی نیز با استفاده از ضرایب R2 و NSE مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس سناریوهای 10، 20 و 30 درصد کاهش آب آبیاری برای ارزیابی تاثیر آن ها بر رواناب و رسوب منطقه مورد مطالعه به مدل معرفی شد.

    یافته ها

    نتایج حاصل از ارزیابی مدل با استفاده از ضرایب R2 و NSE نشان دهنده عملکرد مناسب مدل در شبیه سازی پارامترهای مذکور می‎باشد. نتایج حاصل از ارزیابی سناریوهای کاهش 10، 20 و 30 درصدی آب آبیاری نشان می دهد، که اعمال سناریو 10 درصد کم ترین تاثیر را بر میزان رسوب داشته است. از طرفی اعمال سناریو 30 درصد کاهش آب آبیاری موجب افزایش رواناب (60-30 درصد) به دلیل کاهش برداشت از رواناب برای مصارف آبیاری و به تبع آن افزایش میزان رسوب (50-20 درصد) شبکه آبیاری و زهکشی رودخانه دز می شود. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که افزایش میزان رواناب حوضه به خصوص در فصول پرآب موجب افزایش فرسایش و بالتبع آن افزایش رسوب در حوضه شده است. بنابراین می توان بیان نمود که زمان اعمال سناریو و ویژگی های خاک منطقه موثرترین مولفه بر میزان رواناب و رسوب حوضه می‎باشند.

    نتیجه گیری

    مطابق نتایج به دست آمده با توجه به تاثیر رواناب بر فرسایش و میزان رسوب موجود در یک حوضه استفاده از روش های کنترل و کاهش رواناب نظیر عملیات آبخیزداری، سازه های مهار و ذخیره رواناب و استفاده از روش های نوین آبیاری برای جلوگیری از کاهش فرسایش خاک امری ضروری می باشد. چرا که روش های سنتی آبیاری علاوه بر تلفات آب، موجب کاهش حاصل خیزی خاک و افزایش رسوب در زه آب خروجی اراضی کشاورزی می شوند. در اراضی که به روش های سنتی آبیاری می شوند، در بعضی مواقع مقدار آب مصرفی بیش تر از ظرفیت نفوذ خاک می باشد. که این امر موجب فرسایش لایه سطحی خاک توسط رواناب تاشی از تجمع آب می شود. بنابراین رویکرد های مدیریت زراعی در حوضه های مستعد فرسایش خاک بایستی برروی روش های نوین آبیاری با حداقل خروجی رواناب و زه آب متمرکز گردد.

    کلید واژگان: سناریو مدیریتی، شبیه سازی، فرآیند هیدرولوژیکی، فرسایش، منابع آب
    Abbas Bakhtiarifar, Mohammad Albaji*, Mona Golabi, Saeid Boroomand Nasab, Ali Shahnazari
    Introduction and Objective

    In recent years, the use of SWAT model has been used as a common tool for simulating flow rate, sediment production and evaluating different scenarios to reduce sediment production and runoff. The current research also aims to evaluate the changes in runoff and sediment under the influence of irrigation water reduction, using the SWAT model in the irrigation and drainage network of Dez River.

    Material and Methods

    Recalibration and validation of the model for simulating runoff (Shoshtar, Arab Asad, Shavor Bridge, Harmeleh and Bamdej stations) and sedimentation (Shoshtar, Shavor Bridge, Harmaleh and Bamdezh stations) using statistical data from 1995 to 2012 and 2013 It was done until 2017. The simulation results were also evaluated using R2 and NSE coefficients. Then the scenarios of 10, 20 and 30% reduction of irrigation water were introduced to the model to evaluate their effect on runoff and sedimentation of the study area.

    Results

    The results of model evaluation using R2 and NSE coefficients indicate the appropriate performance of the model in simulating the mentioned parameters. The results of the evaluation of scenarios of 10, 20 and 30 percent reduction of irrigation water show that applying the 10 percent scenario had the least impact on the amount of sedimentation. On the other hand, applying the scenario of 30% reduction of irrigation water will increase the runoff (30-60%) due to the reduction of the collection of runoffs for irrigation purposes and consequently the increase of the amount of sediment (20-50%) in the irrigation and drainage network of Dez River. The obtained results indicate that the increase in the amount of runoff in the basin, especially in the rainy season, has caused an increase in erosion and consequently an increase in sediment in the basin. Therefore, it can be stated that the time of applying the scenario and the characteristics of the soil in the area are the most effective components on the amount of runoff and sediment in the basin.

    Conclusion

    According to the results obtained, according to the effect of runoff on erosion and the amount of sediment in a watershed, it is necessary to use methods to control and reduce runoff, such as watershed operations, structures to contain and store runoff, and use modern irrigation methods to prevent soil erosion. Because traditional irrigation methods, in addition to water losses, cause a decrease in soil fertility and an increase in sediment in the drains of agricultural lands. In lands that are irrigated by traditional methods, sometimes the amount of water used is more than the infiltration capacity of the soil. This causes erosion of the surface layer of the soil by the runoff from water accumulation. Therefore, agricultural management approaches in basins prone to soil erosion should be focused on modern irrigation methods with minimum runoff and drainage output.

    Keywords: Erosion, Hydrological Process, Management Scenario, Simulation, Water Resources
  • رضا آشوری، سید سجاد مهدی زاده*، هومن حاجی کندی، سعید جمالی، صمد امامقلی زاده
    مقدمه و هدف

    بهره برداری بی رویه از آب های زیرزمینی در دشت دامغان موجب شده است که ضمن کاهش تراز سطح آب زیرزمینی و از بین رفتن بخشی از آبخوان و کاهش آبدهی ویژه سفره آب زیرزمینی مشکلات عدیده ای مانند فرونشست زمین در منطقه ایجاد گردد. لذا جهت کنترل برداشت از سفره آب زیرزمینی و در نتیجه کاهش افت سطح آب زیرزمینی مدل سازی ریاضی دشت دامغان جهت مدیریت بهینه بهره برداری و ارایه الگوی کشت بهینه به منظور صرفه جویی در مصرف آب با محوریت کنترل سطح آب زیرزمینی و محدود نمودن فرونشست زمین انجام گرفت.

    مواد و روش ها

    در این تحقیق ابتدا آبخوان دشت دامغان با استفاده از مدل ریاضیMODFLOW شبیه سازی گردید. سپس با در نظر گرفتن سناریوهای مختلف بهره برداری از آبخوان، با استفاده از الگوریتم ژنتیک NSGAII به بهینه سازی بهره برداری چندهدفه از منابع آب و مدیریت بهینه عرضه و تقاضای آب در بخش کشاورزی پرداخته شد. نتایج مدل بر اساس پارامترهای آماری خطا جهت پیش بینی سطح تراز آب زمینی مورد ارزیابی قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج این تحقیق نشان داد که مدل ریاضی MODFLOW توانسته است سطح آب زیرزمینی دشت مورد مطالعه را در شرایط پایدار و غیر پایدار در مراحل واسنجی و صحت‎سنجی به خوبی شبیه سازی کند. همچنین نتایج حاصل از الگوریتم شبیه سازی - بهینه سازی نشان داد که می‎توان با تغییر الگوی کشت و همچنین با تغییر نوع سیستم آبیاری از سنتی به آبیاری نوین و درنتیجه افزایش راندمان آبیاری (90 درصد)، مقدار میانگین افت تراز سطح آب زیرزمینی دشت مورد مطالعه را از 0/49 متر در شرایط موجود به 0/07 متر در شرایط بهینه کاهش داد. این امر موجب جبران میزان کسری مخزن از 31/90 به 5/1 میلیون مترمکعب در سال خواهد گردید.

    نتیجه گیری

    استفاده از راهکارهای مدیریتی مانند تغییر الگوی کشت، افزایش راندمان آبیاری و همچنین با کنترل آب های سطحی و تزریق آن به آب زیرزمینی می توان روند کاهش سطح آب زیرزمینی را در دشت مورد مطالعه به طور کامل مهار کرد و تامین نیاز آبی دشت را به صورت 100 درصد تامین نمود.

    کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، الگوی کشت بهینه، بهینه سازی چندهدفه، تراز سطح آب زیرزمینی، شبیه سازی
    Reza Ashouri, Sajad Mahdizadeh*, Homan Hajikandi, Saeid Jamali, Samad Emamgholizadeh
    Introduction and Objective

    Excessive exploitation of groundwater in Damghan plain has caused many problems such as land subsidence in the study area, along with the reduction of the groundwater level and the loss of a part of the aquifer and the reduction of the specific yield of aquifer. Therefore, in order to control the withdrawal from the aquifer and as a result to reduce the drop in the groundwater level in that plain, it was investigated. For this purpose, in this research, the mathematical modeling of Damghan Plain was done for the optimal management of exploitation and providing the optimal cultivation pattern in order to save water consumption with the focus on controlling the groundwater level and limiting land subsidence.

    Material and Methods

    In this research, Damghan plain aquifer was first simulated using MODFLOW mathematical model. Then, taking into account different scenarios of aquifer exploitation, using the NSGAII genetic algorithm, optimization of multi-objective exploitation of water resources and optimal management of water supply and demand in the agricultural sector was done. The results of the model were evaluated based on statistical error parameters to predict the ground water level.

    Results

    The results of this research showed that the MODFLOW numerical model was able to simulate the groundwater level of the studied plain well in steady and unsteady conditions in the calibration and validation stages. Also, the results of the simulation-optimization algorithm showed that by changing the cultivation pattern and also by changing the type of irrigation system from traditional to modern irrigation and as a result of increasing the irrigation efficiency (90 percent), the average drop of the groundwater level of the plain can be reduced. It reduced the groundwater level of the study area from 0.49 m in existing conditions to 0.07 m in optimal conditions. This will compensate the deficit of the aquifer from 31.90 to 5.1 million cubic meters per year.

    Conclusion

    Using management strategies such as changing the cultivation pattern, increasing irrigation efficiency, and also by controlling surface water and injecting it into groundwater, the process of reducing the groundwater level in the studied plain can be completely controlled and provided 100% of the water needs of the plain.

    Keywords: Genetic algorithm, Groundwater level, Multi-objective optimization, Optimal cultivation pattern, Simulation
  • عاطفه دستگردی*، هادی معماریان، محسن پوررضا بیلندی، مهدی مکاری، امیرحسین آقاخانی افشار

    تغییر اقلیم بر وقایع حدی از جمله سیلاب و خشک سالی اثر می گذارد. این پژوهش در حوزه آبخیز شهرستان کاشمر در استان خراسان رضوی انجام شد و از خروجی مدل های گردش عمومی جو از سری مدل های CMIP5 به منظور بررسی عملکرد و صحت سنجی این مدل ها در پیش بینی پارامتر های اقلیمی بارش، دمای متوسط، دمای بیشینه و دمای کمینه در بازه زمانی (2005-1989) استفاده شد. انتخاب مدل برتر با استفاده از شاخص های ارزیابی ضریب تبیین، مجذور میانگین مربعات خطا، میانگین مطلق خطا، ضریب همبستگی، میانگین مربعات خطا صورت گرفت. در نهایت روش ریزمقیاس نمایی BCSD برای سه دوره زمانی آینده نزدیک (2038-2020)، آینده میانی (2069-2039) و آینده دور (2100-2070) در مدل IPSL-CM5A-MR و سناریو های انتشار آینده (RCP2.6، RCP4.5، RCP6، RCP8.5) مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی روند تغییرات مولفه های بارندگی و دمای ماهانه، فصلی، سالانه و کل دوره، از آزمون آماره من-کندال استفاده شد. نتایج شاخص های ارزیابی مدل، برای چهار مدل اقلیمی حاکی از عملکرد مدل IPSL-CM5A-MR در شبیه سازی بارش و دما با ضریب همبستگی بالا و کم بودن نسبی شاخص های خطا در مقایسه با سایر مدل هاست. نتایج بررسی روند بارندگی نشان داد که در آینده دور بارندگی کاملا کاهشی بوده و دارای بیش ترین کاهش در سناریوی RCP8.5 به مقدار 12/41- میلی متر است. میزان دمای متوسط نیز در تمام ماه ها افزایشی بوده و بیش ترین افزایش دمای متوسط در آینده دور و سناریوی RCP8.5 و برابر 58/7 درجه سانتی گراد در سپتامبر است. میزان دمای کمینه و دمای بیشینه در تمام ماه ها افزایش می یابد و بیش ترین افزایش دمای کمینه در آینده دور و سناریوی RCP8.5 به میزان 35/8 درجه سانتی گراد در سپتامبر و بیش ترین افزایش دمای بیشینه در آینده دور و سناریوی RCP8.5 به میزان 09/7 درجه سانتی گراد در مارس است.

    کلید واژگان: آزمون من-کندال، خشکسالی، ریز مقیاس نمایی، شبیه سازی، کاشمر، متغیرهای آب و هوایی، مدل های گردش عمومی جو
    Atefeh Dastgerdi*, Hadi Memarian, Mohsen Pourreza Bilondi, Mahdi Mokari, Amirhosein Aghakhani Afshar

    Climate change affects extreme events such as floods and droughts. This research was conducted in the watershed of Kashmar City in Khorasan Razavi province and the output of general circulation models from the CMIP5 model series was used to check the performance and validity of these models in predicting the climatic parameters of precipitation, average temperature, maximum temperature, and minimum temperature during the period 1989-2005. The best model was selected using the evaluation indices of the determination coefficient, the root means squared error, the absolute mean error, the correlation coefficient, and the mean squared error. Finally, the BCSD method was employed to downscale the data for three time periods near future (2020-2038), middle future (2039-2069), and far future (2070-2100) under the IPSL-CM5A-MR model and future emission scenarios (RCP2.6, RCP4. 5, RCP6, RCP8.5). The Mann-Kendall statistic test was used in order to investigate the trend of changes in monthly, seasonal, and annual rainfall and temperature variables. The results of the model evaluation indices for four climate models indicated the highest performance of the IPSL-CM5A-MR model in simulating precipitation and temperature with a high correlation coefficient and relatively low error indices compared to other models. The results of the investigation of the rainfall trend showed that in the far future, the rainfall component will be completely decreasing and it will have the largest decrease under the RCP8.5 scenario with a value of -41.12 mm. The average temperature is also increasing in all months and the maximum increase in the average temperature in the far future under the RCP8.5 scenario is 7.58 °C. The amount of minimum temperature and maximum temperature increases in all months, and the maximum increase of minimum temperature in the far future interval under the RCP8.5 scenario is 8.35 °C. Furthermore, the maximum increase in the maximum temperature in the far future interval under the RCP8.5 scenario is 7.09 °C.

    Keywords: Climate variables, Downscaling, Drought, General circulation models, Kashmar, Mann-Kendall test, Simulation
  • احسان حامدی، جواد چزگی *، حمزه نور

    پوشش گیاهی مرتعی به صورت طبیعی مانند چتری بر روی زمین گسترده شده و حافظ آب، خاک و موجودات زنده است. تغییرات پوشش گیاهی باعث بهبود و یا خسارات جبران ناپذیری به منابع آب و خاک می شود. اطلاع از اثر تغییرات پوشش گیاهی بر مولفه های هیدرولوژیک آبخیز شامل دبی و رسوب پیش نیاز هرگونه برنامه ریزی مدیریتی در مقیاس آبخیز است. در این تحقیق برای بررسی تاثیر تغییرات پوشش گیاهی بر رواناب و رسوب در حوزه آبخیز رودخانه سرباز استان سیستان و بلوچستان از مدل هیدرولوژیکی SWAT و سناریوسازی بهبود وضعیت مرتع از ضعیف به متوسط استفاده شد. پس از تلفیق نقشه ها 97 واحد پاسخ هیدرولوژیک و 21 زیرحوضه به دست آمد. پس از آماده سازی داده های ورودی، مدل برای یک دوره 23 ساله از سال 1999تا 2021 واسنجی و صحت سنجی گردید. ابتدا مدل برای زمان حال و براساس داده های پایه اجرا گردید و در ادامه، سناریوی بهبود وضعیت مرتع اعمال گردید. نتایج آنالیز حساسیت نشان داده پارامترهای آلفا در جریان برگشتی و شماره منحنی بیشترین تاثیر را در واسنجی و صحت سنجی شبیه سازی داشته اند. نتایج به دست آمده از واسنجی رواناب با ضریب نش-ساتکلیف 76/0 و ضریب تبیین 86/0 و برای رسوب به ترتیب 53/0 و 58/0 به دست آمد که برای رواناب در طبقه خوب و برای رسوب قابل قبول است. با اعمال سناریو بهبود پوشش مراتع از ضعیف به متوسط موجب کاهش بسیاری از پیک های اوج رواناب شده است. دبی سیل از 18 متر مکعب در ثانیه در ماه 75 به 8 متر مکعب شده است؛ درکل میزان میانگین رواناب و رسوب به ترتیب در این تحقیق 88/46 و 53/15 درصد کاهش یافته و نشان از کارایی این سناریو برای کاهش رواناب و رسوب است. 

    کلید واژگان: شبیه سازی، وضعیت مرتع، دبی، رسوب، شهرستان سرباز
    Ehsan Hamedi, Javad Chezgi *, Hamzeh Noor
    Background and objectives

    Protecting water, soil, and organisms, rangeland vegetation is naturally spread over the earth like an umbrella. On the other hand, vegetation changes either cause an improvement or irreparable damage to water and soil resources. Therefore, knowing the effect of vegetation changes on hydrological components of the watershed, including base and peak flow, is a prerequisite for any management planning at the watershed scale. However, the issue takes on particular significance in arid and semi-arid areas, where there is no sufficient quantitative data and the land cover and land use classes are widely dispersed. Therefore, this study sought to calibrate and validate a model for simulating runoff and sediment in the Sarbaz watershed using the soil and water assessment tools (SWAT). What follows presents a scenario concerning the simulation of the influence of improving rangeland vegetation on hydrological components of the Sarbaz basin using a recalibrated and validated model.

    Methodology

     This study used the SWAT hydrological model to investigate the effect of vegetation changes on discharge and sedimentation in the Sarbaz River watershed located in Sistan and Baluchistan province, enacting the scenario of improving rangeland conditions from poor to moderate. To this end, HRU was obtained from the combination of land use, soil, and slope class maps. Then, surface runoff, sediment, and chemical elements were calculated for each HRU, each sub-basin, and the watershed, respectively. On the other hand, ninety-seven hydrological response units were obtained based on digital height lines of 21 sub-basins after combining three maps. Then, following the preparation of the intended parameters and input data, the model was calibrated for 17 years from 1999 to 2016, and validated over a five-year period from 2017 to 2021. Finally, the model was implemented for the present time based on preliminary data, and then the scenario of improving the pasture conditions from poor to moderate was enacted to determine the influence of vegetation on runoff and sediment.

    Results

     The sensitivity analysis revealed that the alpha parameters in the return flow (v_ALPHA_BF) and the initial curve number of American soil conservation (CN-SCS) for medium humidity conditions exerted the greatest influence on the calibration and validation of the simulation. The results obtained from runoff calibration were found to be 0.76 Nash-Satkif coefficient and 0.86 explanation coefficient, and 0.53 and 0.58 for sediment, respectively, indicating acceptable rates for runoff (on a good floor) and sedimentation. Moreover, the results of the scenario concerning the improvement of pasture conditions from poor to moderate suggested a 46% and 15% reduction in the flood volume and total sediment, respectively, indicating the great influence of vegetation increase on Sarbaz River’s stability.

    Conclusion

    Preserving rangeland plants requires the protection of water and soil, and ultimately maintaining the balance of an ecosystem. However, quantifying the influence of vegetation on runoff and sediment requires modeling and simulation. Accordingly, the current study used water and soil assessment models to construct its intended scenarios. The area of poor pastures in the study area covers nearly 81% of the region. It should be noted that the status of the pastures could be improved through appropriate grazing methods such as modification and flooding, making the flow continue in dry periods and thus reducing the flood damage in the study area.
    Generally, this study found that the average amount of surface runoff was decreased by 46.88%, indicating the effectiveness of the enacted scenario in reducing flood discharge. Moreover, the peaks of sediment in the diagram were decreased. Also, the average sediment was found to have decreased by 15.53% at the outlet of the basin, suggesting a significant reduction of sediment in the basin. Therefore, it could be argued that the scenario enacted in the current study worked well and that relevant organizations, especially the General Directorate of Natural Resources and Watershed Management of Sistan and Baluchistan province may play it out in the study area. Such a change could be made with suitable methods to improve the conditions of the pasture, including modification and flooding, leading to the continuation of the discharge flow in dry periods and the reduction in flood damage and loss of water and soil in the study area.

    Keywords: Simulation, Rangeland Conditions, Scenario Construction, Discharge, Sediment, Sarbaz City
  • Mehdi Moameri *, Pashmineh Mohammadnezhad, Ardavan Ghorbani, Farid Dadjuo, Vadood Mahammadi

    Aboveground Net Primary Production (ANPP) is one of the most important characteristics of rangeland ecosystems that is involved in important issues such as carbon balance. The aim of this study was to model the ANPP of Plant Functional Types (PFTs) and total ANPP with topographic factors in Siahpoush and Ganjgah rangelands of Ardabil province, Iran. Sampling was performed in one square meter plots in three elevation classes, three sloping classes and six geographical directions by clipping and weighing method. ANOVA was used to investigate the relationship between ANPP and topographic factor and ANPP maps were modeled in ArcGIS software using the extracted regression relationships. Results showed that the shrubs ANPP has a significant relationship with elevation. The highest ANPP of grasses and total ANPP which were 1008.27 and 1650.00 kg/ha, respectively were observed in the middle elevation (2107-1877 m). The shrubs ANPP was directly related to the slope and 209.86 kg/ha was estimated at slopes higher than 30%, but the ANPP of grasses and forbs decreased with increasing slope. The highest ANPP of Shrubs (266.25 kg/ha) in the northwest, forbs (458.51 kg/ha) in the eastern direction, grasses (853.44 kg/ha) and total ANPP (1447.00 kg/ha) were observed in the southwest direction. Topographic indices including Topographic Wetness Index (TWI), Stream Power Index (SPI) and Plan Curvature Index (PCI) had no significant effect on variation of ANPP. Assessing the accuracy of the modeled maps was acceptable. These results can provide basic information for estimating ANPP to support rangeland management and balance supply and demand with rangeland products.

    Keywords: Aboveground net primary production, Plant functional types, Slope, Elevation, Simulation
  • فاطمه حیدری چناری، رامین فضل اولی*، اسماعیل نیکزاد تهرانی
    مقدمه و هدف

    سیل یکی از اصلی ترین بلایای طبیعی است که در سال های اخیر مناطق مختلف کشور را تحت تاثیر قرار داده و موجب خسارات فراوانی شده است. دانشمندان همواره روش های مختلفی در جهت شناخت بزرگی و زمان وقوع سیل و برآورد ارتفاع رواناب ابداع کرده اند. مدل های بارش رواناب از جمله ابزارهای کاربرد و توانمند در دستیابی به خصوصیات سیلاب می باشند. هدف از انجام این پژوهش، واسنجی و اعتبارسنجی مدل HEC-HMS و همچنین شبیه سازی سیل به صورت تک واقعه در حوزه آبخیز تجن بوده است.

    مواد و روش

    در این پژوهش ابتدا متغیرهای بارش و دما وارد مدل شد، سپس مدل براساس 3 واقعه منفرد واسنجی و پارامترهای آن محاسبه شد، همچنین پارامترهای شماره منحنی (CN) و سطوح نفوذناپذیر، در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) تجزیه و تحلیل و در نهایت براساس یک واقعه منفرد دیگر، اعتبارسنجی مدل انجام شد و صحت و دقت آن برآورد گردید. هیدروگراف های ایجاد شده از سناریوهای پارامترهای مدل تنظیم یافته، با هیدروگراف مدل مشاهداتی ایستگاه کردخیل مورد مقایسه قرار گرفت.

    یافته ها:

     نتایج واسنجی براساس وقایع انتخابی نشان داد که داده های شبیه سازی شده با داده های مشاهده ای، همبستگی بالایی دارد (R>0.9). همچنین نتایج اعتبارسنجی با استفاده از آزمون ضریب همبستگی و t استیودنت نشان داد که ضریب همبستگی دبی مشاهداتی و شبیه سازی برابر 0/9 می باشد که معنی داری قابل ملاحظه ای را نشان می دهند. آنالیز حساسیت مدل به منظور تعیین مقدار دقیق یک پارامتر حساس به ازای تغییرات افزایش و کاهش 20 درصدی پارامترها انجام شد. نتایج آنالیز حساسیت مدل نشان داد پارامتر شماره منحنی و مقدار تلفات اولیه دارای حساسیت بالایی می باشند به طوری که در بازه 20- تا 20+ درصد تغییر پارامتر شماره منحنی و تلفات اولیه به ترتیب، مقدار حساسیت مدل از 2/33- تا 7/15 و از 0/79 تا 0/73- تغییر می کند. از سوی دیگر نتایج شبیه سازی مدل نشان داد که بهترین تابع هدف برای برآورد دبی اوج سیلاب درصد خطای دبی اوج (Percent Error Peak) می باشد که مدل با اختلاف 0/8 درصد دبی اوج را در ایستگاه کردخیل پیش بینی نمود. همچنین تابع هدف درصد خطای حجم جریان Percent Error Volume  به عنوان بهترین برآورد کننده حجم سیلاب با اختلاف صفر، تعیین شد.

    نتیجه‎‎ گیری:

     به طور کلی نتایج نشان داد که به کارگیری سیستم مدل هیدرولوژیکی به همراه سیستم اطلاعات جغرافیایی، برای تبدیل بارش به رواناب، شبیه سازی سیلاب و پیش بینی دبی اوج و حجم سیلاب بسیار کارآمد است و نتایج به دست آمده قابل استناد می باشند. بنابراین می توان از مدل های نهایی در مدیریت حوزه های آبخیز استفاده نمود.

    کلید واژگان: بارش-رواناب، سیل، شبیه سازی، وقایع منفرد، HEC-HMS
    Fatemeh Heidari Chenari, Ramin Fazloula*, Esmaeil Nikzad Tehrani
    Introduction and Objective

    Flood is one of the main natural disasters that has affected different regions of the country in recent years and caused a lot of damage. Scientists have always invented different methods to know the magnitude and time of flood and to estimate the height of runoff. Rainfall-runoff models are among the useful and powerful tools in achieving flood characteristics. The purpose of this research is to calibrate and validate the HEC-HMS model as well as to simulate floods as a single event in Tajan basin.

    Material and Methods

    In this study, firstly the variables of precipitation and temperature were entered into the model, then the model was calibrated based on 3 single events and its parameters were calculated. Also, the parameters of curve number (CN) and impermeable surfaces were analyzed in Geographic Information System (GIS) environment and finally based on another single event the model was validated and its accuracy was estimated. The hydrographs generated from the scenarios of the adjusted model parameters were compared with the observed hydrographs of Kordkheil station.

    Results

    Calibration results showed that the simulated data has a high correlation with the observed data (R>0.9). Also, the validation results using the correlation coefficient test and Student's t test showed that the correlation coefficient of the observation and simulation discharge is equal to 0.9, which shows an acceptable significance. Sensitivity analysis of the model was performed to determine the exact value of a sensitive parameter in exchange for changes of increase and decrease of parameters by 20%. The results of the sensitivity analysis of the model showed that the parameter of the curve number and the amount of initial losses are highly sensitive, so that in the range of -20 to +20% change of the parameter of the curve number and the initial losses, respectively, the sensitivity of the model varied from -2.33 to 7.15 and from 0.79 to -0.73. On the other hand, the model simulation results showed that the best objective function for estimating flood peak flow is Percent Error Peak, which the model predicted with a difference of 0.8% peak flow at Kordkheil station. Also, the objective function of the Percent Error Volume as the best estimator for estimated the flood volume with a difference of 0.

    Conclusion

    In general, the results of the study showed that the use of the hydrological model system using the geographic information system, rainfall–runoff modelling, flood simulation and predict the peak flow and flood volume, was very efficient and the obtained results are citable. Therefore, the tested models can be used in watershed management.

    Keywords: Flood, HEC-HMS, Rainfall-Runoff, Simulation, Single Events
  • رقیه جهدی*

    کمی سازی پویایی تغییر کاربری اراضی در مقابله با چالش های محیط زیستی و اجتماعی-اقتصادی مانند تغییرات اقلیمی سال های اخیر، حیاتی است. در این مطالعه تغییرات کاربری اراضی شهرستان سیاهکل در استان گیلان در سال های 1380 و 1401 و پیش بینی تغییر در سال 1422 بررسی شد. داده های چندزمانی لندست 7- ETM+و لندست 8-OLI مربوط به سال های 1380 و 1401 تجزیه و تحلیل شد. برای استخراج داده های کاربری اراضی، طبقه بندی رقومی پیکسل مبنا با استفاده از الگوریتم ISODATA با شاخص کاپای بالای 97/0 برای تصاویر لندست اعمال شد. علاوه بر این، افزونه MOLUSCE در نرم افزار QGIS برای مدل سازی تغییر کاربری اراضی در سال های 1401-1380، تولید ماتریس احتمال انتقال و شناسایی آینده کاربری اراضی برای سال 1422 با استفاده از شبیه سازی اتوماتای سلولی بکار گرفته شد. طی سال های 1401-1380، نتایج نشان داد که سطوح تحت پوشش مناطق کشاورزی، اراضی لخت، اراضی ساخته شده، جنگل کاری، درختچه زار و اراضی جنگلی با نرخ رشد به ترتیب حدود 31، 39، 67، 88، 20 و 5 درصد، افزایش یافته است. سطح تحت پوشش جنگل، علف زار و نواحی آبی به ترتیب حدود 22، 16 و 18 درصد کاهش یافته است. چمن زارهای کوهستانی تغییر قابل توجهی نداشت. از نظر کاربری اراضی پیش بینی شده نیز نتیجه نشان دهنده نوسانات تغییر کاربری اراضی، به ویژه برای اراضی ساخته شده است که در طول زمان افزایش ثابتی را نشان می دهد. شواهدی از گسترش جنگل کاری ها مشاهده شد، اما کاهش مداوم جنگل های طبیعی می تواند تاثیر منفی بر محیط طبیعی و الگوهای سیمای سرزمین منطقه ای داشته باشد. در نتیجه گیری کلی، نتایج پایش و مدل سازی تغییرات کاربری اراضی می تواند به عنوان هشداری برای مدیران، سیاست گزاران و برنامه ریزان تلقی شود. هم چنین توصیه می شود از داده های بیش تری برای تجزیه و تحلیل آثار تغییرات کاربری اراضی بر الگوهای سیمای سرزمین در مطالعات آینده استفاده شود.

    کلید واژگان: سیاهکل، پویایی تغییرات کاربری اراضی، شبیه سازی، MOLUSCE، الگوی سیمای سرزمین
    Roghayeh Jahdi*

    Quantifying land use change dynamics is critical in tackling environmental and socio-economic challenges such as climate change in recent years. This study takes Siahkal County in Guilan Province as the research subject and analyzes the land use changes in two different years: 2000 and 2021, and predicts the change in 2031. We carried out land use change analysis using LANDSAT-7 ETM+ and LANDSAT-8 OLI multitemporal data pertaining to the years 2000 and 2021. For land use data extraction, a pixel-based digital classification using an ISODATA algorithm with a high Kappa index of 0.97 was applied to Landsat images. In addition, the MOLUSCE plugin in QGIS software was used to model land use change for 2000-2021, produce a transition probability matrix, and detect the future of land use for 2042 by using Cellular Automata Simulation. During 2000-2021, the result showed that the areas under agricultural areas, bare, built-up, plantation, shrubland, and woodland classes are found to increase with growth rates of about 31%, 39%, 67%, 88%, 20%, and 5%, respectively. The area under forest, grassland, and water bodies is found to decrease with decrease rates of about 22%, 16%, and 18%, respectively. Mountainous meadows did not change significantly. In terms of projected land use, the result also indicates fluctuations in land use change, especially for built-up land, showing a steady increase over time. We saw evidence of the local expansion of forest plantations, but the continuous decrease of natural forests may negatively impact the natural environment and landscape patterns regionally. In conclusion, the results of monitoring and modeling land use changes can be seen as a warning to managers, policy-makers, and planners. It is also advisable to use more data to analyze the impacts of land use changes on landscape patterns in future studies.

    Keywords: Siahkal, Land use change dynamic, Simulation, MOLUSCE, landscape pattern
  • الهام رفیعی ساردویی*
    زمین لغزش یکی از روی دادهای طبیعی مهم است که هر ساله موجب زیان های مالی و تخریب اندوخته های طبیعی می شود. منطقه ی رابر در سرآب آبخیز هلیل رود به دلیل بودن سازندهای با خاک رس در آن آماده ی زمین لغزش است، و این موجب وارد شدن اندازه های زیادی از مواد معلق به سد صفا در منطقه ی رابر شده است. هدف از این پژوهش پهنه بندی این روی داد زیست محیطی با مدل های شبکه ی عصبی پیچشی، تابع شاهد قطعی، و ماشین بردار پشتیبان در رابر است. عامل های ارتفاع، شیب، فاصله از گسل، زمین شناسی، کاربری زمین، نوع خاک، پوشش گیاهی، فاصله از رود، و بارندگی به کار برده شد. نقشه ی پراکنش زمین لغزش ها در جایگاه متغیر وابسته با داده های سازمان زمین شناسی و بازدیدهای میدانی با بهره گیری از جی پی اس تهیه شد. از 70 زمین لغزش، 49 زمین لغزش (70%) برای شبیه سازی و 21 زمین لغزش (30%) برای اعتبارسنجی مدل به کار برده شد. نتیجه ی اعتبارسنجی مدل ها با منحنی ROC نشان داد که اندازه های سطح زیر منحنی برای مدل های شبکه ی عصبی پیچشی، ماشین بردار پشتیبان، و تابع شاهد قطعی به ترتیب 0/987، 0/958 و 0/899 است. به طور کلی، نتیجه ها هم خوانی رضایت بخشی میان داده های زمین لغزش در منطقه و نقشه های حساسیت زمین لغزش نشان داد، و کارکرد مدل یادگیری عمیق شبکه ی عصبی پیچشی بیش تر از دو مدل دیگر بود. نقشه ی حساسیت زمین لغزش در چهار رده با حساسیت کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد رده بندی شد. بر پایه ی نتیجه ی خروجی هر سه مدل بخش های مرکزی، جنوب شرقی و جنوب غربی منطقه در خطر زیاد و خیلی زیاد زمین لغزش است. انجام طرح های مناسب مانند دیوارهای حایل، جلوگیری از نفوذ آب، زه کشی مناسب، و کاشت پوشش گیاهی متناسب با محیط در دامنه های آماده ی لغزش ممکن است برای جلوگیری از این روی داد و مهار آن مناسب باشد.
    کلید واژگان: تابع شاهد قطعی، سامانه ی اطلاعات جغرافیایی، شبکه ی عصبی پیچشی، شبیه سازی، ماشین بردار پشتیبان
    Elham Rafiei Sardooi *
    Landslide, as one of the most important natural hazards, causes financial losses and destruction of natural resources, every year. Rabar area, located upstream of Halilrood watershed, is prone to landslides due to the presence of marl formations and hence, a high amount of sediment has entered the Safa reservoir in Rabar city. Therefore, the purpose of this study is to zone this environmental hazard using convolutional neural network (CNN), support vector machine (SVM) and evidential belief function (EBF) models in Rabor region. To achieve this purpose, the parameters of altitude, slope, and distance from the fault, geology, land use, soil type, Normalized Difference Vegetation Index, and distance from the river were used. Then, using the data of the Geological Survey of Iran and field observations using GPS, a landslide distribution map was prepared as a dependent variable. There were 70 landslides, 49 (70%) of which were used for simulating and 21 (30%) for model validation. The results obtained from the validation of the models using the ROC showed that the AUC values for CNN, SVM and EBF models were 0.987, 0.958 and 0.899, respectively. Overall, the results showed a satisfactory correlation between the landslide data available in the area and the landslide susceptibility maps and the deep learning model of  the convolutional neural network had a higher performance compared with the other two models. Finally, the landslide susceptibility map was classified into four classes: low, medium, high, and very high susceptibility. According to the results of all models; the central, southeastern, and southwestern parts of the study area have a high and very high landslide risk. Carrying out appropriate designs such as retaining walls, preventing water infiltration, appropriate drainage, planting vegetation suitable for the environment, and landslide-prone slopes and etc can be appropriate in preventing and controlling this hazard.
    Keywords: convolutional neural network, Evidence Belief Function, Geographic Information System, simulation, Support Vector Machine
  • مسعود برزعلی، مژگان عظیمی*، محمد عبدالحسینی، عبدالرحیم لطفی

    خدمات متنوعی که به طور مستقیم و غیرمستقیم از محیط طبیعی به دست می آید، به عنوان خدمات زیست بوم مطرح می شوند. منظور از این خدمات، برقراری ارتباط با رفاه انسانی در چهار طبقه خدمات فراهم سازی، حمایتی، تنظیمی و فرهنگی است. این مطالعه با هدف بررسی نقش اکوسیستم مرتعی حوزه آبخیز اترک از منظر پتانسیل نگه داشت رسوب براساس کارکرد کاهش میزان ازدست رفتن اراضی و حفظ حاصلخیزی خاک با استفاده از بسته نرم افزاری نگهداری رسوب در مدل InVEST انجام شد. این مدل برای محاسبه کنترل فرسایش، از معادله جهانی ویراست شده هدر رفت خاک (RUSLE) استفاده می کند و میزان نگهداری رسوب بر اساس نسبت توان حمل رسوب تخمین زده می شود. بر این اساس، اطلاعات ورودی مورد نیاز مدل شامل جدول زیست فیزیکی و نقشه های مدل رقومی ارتفاع، فرسایندگی باران، فرسایش پذیری خاک، پوشش گیاهی و کاربری اراضی با نرم افزار ArcGIS 10.4 تهیه و در قالب نقشه های رستری به مدل وارد شد. نتایج این پژوهش نشان داد که در بین کاربری های مورد مطالعه، جنگل با 1418 تن بر کیلومترمربع و مراتع خوب با میزان 1217 تن بر کیلومترمربع، بیش ترین میزان پتانسیل نگه داشت رسوب را داشتند و کم ترین مقدار مربوط به زمین های بایر، مناطق مسکونی و مراتع فقیر با میزان 52 تا 119 تن بر کیلومترمربع بود. از نظر صحت سنجی مکان یابی، نتایج این مدل با نقاط کنترل در حوزه آبخیز اترک مقایسه شد که نشان داد، بیش ترین میزان حفظ نگه داشت رسوب در شرق و جنوب شرقی بوده است. همچنین در مرکز و غرب حوزه، عواملی مانند کاهش پوشش گیاهی و نوع خاک در تشدید فرسایش این حوضه نقش داشته اند. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند در برنامه های آمایش سرزمین و تصمیم گیری مناسب برای مدیریت مراتع مفید باشد.

    کلید واژگان: پوشش گیاهی، کاربری اراضی، پتانسیل نگه داشت رسوب، شبیه سازی
    Masoud Barzali, Mojgansadat Azimi *, Mohammad Abdolhosseini, Abdolrahim Lotfi

    The various services that we obtain directly and indirectly from the natural environment are referred to as ecosystem services. The purpose of these services is to communicate with human welfare in four categories of services: provision, support, regulation and culture. The purpose of this study was to investigate the supply of soil conservation services at different land uses and also to compare their amount. InVEST model was used for this research. To calculate soil retention, this model estimates soil erosion potential using the Modified Soil Erosion Equation (RUSLE) and sediment retention rate based on sediment delivery ratio. Therefore, the required input information of the model including biophysical table and maps of digital elevation model, rain erosion, soil erodibility, vegetation and land use were prepared with the help of ArcGIS 10.4 software and entered into the model in the form of raster maps. The results of this study showed that among different land uses, forests and rangeland with good and average condition had the highest soil conservation and the lowest amount was related to barren lands, residential areas and poor pastures. The results also showed that the highest rate of soil conservation occurs in the east and southeast and upstream of the basin and factors such as reduced vegetation and soil type have contributed to the intensification of erosion in this area. The results of this research can be useful in land management programs and appropriate decision making for rangeland management.

    Keywords: vegetation, land use, sediment retention, simulation
  • ابراهیم شهبازبیگی، بهروز یعقوبی*، سعید شعبانلو
    مقدمه و هدف

    تخمین و پیش  بینی الگوی بارش در نواحی مختلف جهان به ویژه در نواحی خشک و نیمه خشک کره زمین مانند کشور ایران از اهمیت بسزایی برخوردار است. علاوه بر آن روش   های عددی مختلف مانند روش های هوش مصنوعی به دلیل دقت و سرعت بالا توانایی شبیه  سازی پدیده بارش و موضوعات مشابه را دارد. استفاده از این روش ها نقش بسزایی در صرفه جویی در زمان و هزینه  ها در مطالعات میدانی و آزمایشگاهی دارد. بنابراین، روز به روز به کاربرد و محبوبیت تکنیک  های متنوع هوش مصنوعی برای تخمین و شبیه  سازی مسایل متفاوت مانند بارندگی افزوده می  شود. هدف از این مطالعه تخمین بارش دراز مدت شهر رشت توسط یک مدل ترکیبی ANFIS و تبدیل موجک می باشد.

    مواد و روش ها

    در این مطالعه، بارش شهر رشت در یک بازه زمانی دراز مدت 62 ساله از سال 1956 تا 2017 توسط یک مدل ترکیبی بهینه یافته هوش مصنوعی شبیه سازی شد. به عبارت دیگر، برای بهبود عملکرد مدل ANFIS از تبدیل موجک بهره گرفته شد و مدل ترکیبی WANFIS تعریف گردید. در ابتدا، با استفاده از تابع خود همبستگی تاخیرهای موثر داده های سری های زمانی شناسایی شدند. سپس با استفاده از این تاخیرها، برای هر یک از مدل های ANFIS و WANFIS هشت مدل توسعه داده شد. لازم به ذکر است که برای آموزش مدل های هوش مصنوعی از داده های 42 سال و برای آزمون آنها از داده های 20 سال استفاده گردید. در ادامه، بهینه ترین تعداد توابع عضویت مدل ANFIS برابر با دو انتخاب شد.

    یافته ها

    نتایج مدل های ANFIS 1 تا ANFIS 8 مورد بررسی قرار گرفتند. سپس اعضای مختلف خانواده موجک برای بهینه سازی مدل ANFIS مورد ارزیابی قرار گرفتند. به بیان دیگر، demy به عنوان بهترین عضو خانواده موجک برای بهبود عملکرد مدل ANFIS معرفی گردید. مقایسه مدل های ANFIS و WANFIS نشان داد که تبدیل موجک عملکرد مدل ANFIS را به شکل قابل ملاحظه ای افزایش داد. سپس نتایج مدل های ترکیبی WANFIS تجزیه و تحلیل شدند که مدل WANFIS 8 به عنوان مدل برتر معرفی شد. این مدل مقادیر بارندگی را با دقت قابل قبولی تخمین زد. به عنوان مثال، مقادیر R، MARE و RMSE برای مدل برتر به ترتیب مساوی با 0/961، 0/855 و 24/510 میلی متر محاسبه شدند.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد که تاخیرهای شماره (t-1)، (t-2)، (t-3) و (t-12) موثرترین تاخیرها برای تخمین بارش درازمدت شهر رشت توسط مدل ترکیبی WANFIS بودند.

    کلید واژگان: بارش دراز مدت، بهینه سازی، تبدیل موجک، شبیه سازی، شهر رشت، ANFIS
    Ebrahim Shahbazbeygy, Behrouz Yaghoubi*, Saeid Shabanlou
    Introduction and Objective

    Estimation and forecasting of precipitation pattern in different parts of the world, especially in arid and semi-arid regions such as Iran is very important. In addition, various numerical methods such as artificial intelligence methods due to high accuracy and speed have the ability to simulate the phenomenon of precipitation and similar subjects. The use of these techniques plays an important role in saving time and costs in field and laboratory studies. Therefore, the application and popularity of various artificial intelligence techniques to estimate and simulate different issues such as rainfall is increasing day by day. The purpose of this study is to estimate the long-term rainfall in Rasht by a hybrid ANFIS and wavelet transform model.

    Material and Methods

    In this study, long-term rainfall of Rasht city was simulated using an optimum artificial intelligence model for a 62 years period from 1956 to 2017. In other words, the wavelet transform was utilized to enhance the performance of the ANFIS model and hybrid WANFIS (Wavelet-ANFIS) model was defined. Firstly, the effective lags of time series data were detected through the autocorrelation function (ACF). Then, using the lags, eight models were developed for each ANFIS and WANFIS model. It should be noted that 42 years data was applied for training and 20 years data to test the artificial intelligence models. Next, the number of optimal membership functions of ANFIS model was selected equal to two.

    Results

    results of ANFIS 1 to ANFIS 8 were evaluated. Additionally, different mother wavelets were examined to optimize the ANFIS model. This means that the demy was introduced as the best mother wavelet for increasing the performance of the ANFIS model. The comparison between ANFIS and WANFIS models signified that the wavelet transform enhanced the performance of the ANFIS model. Also, results of the hybrid WANFIS models were analyzed, indicating that WANFIS 8 was the superior model. The model estimated the rainfall with an acceptable accuracy. For instance, the R, MARE and RMSE for the superior model were computed 0.961, 0.855 and 24.510, respectively. Additionally, the values of VAF and NSC for this model were respectively estimated as 92.273 and 0.913.

    Conclusion

    Results showed that (t-1), (t-2), (t-3) and (t-12) were identified as the most influenced lags for estimation of long-term rainfall of Rasht city using the hybrid WANFIS model.

    Keywords: ANFIS, Long-term rainfall, Optimization, Rasht city, Simulation, Wavelet transform
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال