فهرست مطالب

تحقیقات منابع آب ایران - سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 34، زمستان 1394)

مجله تحقیقات منابع آب ایران
سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 34، زمستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1395/01/19
  • تعداد عناوین: 14
|
  • مقالات علمی- پژوهشی
  • عباس عباسی، مجید دلاور، سعید مرید صفحات 1-16
    رودخانه زرینه رود از مهمترین رودخانه های حوضه ی آبریز دریاچه ارومیه است. از آنجا که بخش کشاورزی در این منطقه از اهمیت زیادی برخوردار می باشد و همچنین در سال های اخیر فشار زیادی بر منابع آب این حوضه وارد آمده که در نتیجه ی آن دریاچه ارومیه با مشکلات عدیده زیست محیطی روبرو شده است، لذا ارزیابی تخصیص بهینه ی آب محصولات زراعی به خصوص در شرایط خشکسالی می تواند تاثیر بسزایی بر بهره وری بهتر از آب در سطح حوضه داشته باشد. در مطالعه ی حاضر تلاش شده است با پیش بینی جریان در یک سال آینده از روش ماشین بردار پشتیبان (SVM) و تاکید بر راهکارهای مدیریتی پیشنهاد شده در طرح مدیریت ریسک خشکسالی دریاچه ارومیه و بهره گیری از مدل تخصیص بهینه ی بخش کشاورزی که هسته ی اصلی آن شبیه سازی عملکرد گیاهی بر اساس روابط جدید و قدیم فائو می باشد، بهترین شیوه های تخصیص آب و زمین تعیین گردد. نتایج نشان داد که هر کدام از این روش ها ترکیب متفاوتی از تخصیص و سطوح کشت بهینه را ارائه می دهند که براساس آن، روش FAO-2009 نسبت به روش FAO-1979 در کلیه ی سطوح خشکسالی افزایش درآمد و بهره وری را به همراه داشته است. همچنین روش SVM برای پیش بینی جریان در دو سناریوی خشکسالی که یکی تامین نیاز زیست محیطی دریاچه به صورت کامل تحت هر شرایط و دیگری کاهش آن بر مبنای وضعیت خشکسالی می باشد، از همبستگی بالای 90 درصد برخوردار بوده و تلفیق آن با مدل تخصیص قابلیت برنامه ریزی و اعمال اقدامات مدیریتی متناسب با شرایط پیش آمده را به همراه دارد که این مجموعه می تواند در قالب یک سیستم تصمیم یار در مدیریت حوضه مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: عملکرد گیاهی، روابط فائو، تخصیص آب، سطح خشکسالی، ماشین بردار پشتیبان، رودخانه زرینه رود
  • محمود محمد رضاپور طبری، محسن مزک ماری صفحات 17-30
    از جمله دستورالعمل های مدیریت صحیح منابع آب، طراحی بهینه مقاطع کانال های انتقال آب است. طراحی مقطع کانال با کمترین میزان تلفات آب شامل کمینه کردن میزان نشت و تبخیر از کانال تحت شرایط جریان یکنواخت در کانال می باشد. تا کنون طراحی بهینه مقاطع کانال بر اساس روابطی با خطای بالای در تخمین میزان نشت بوده که می بایست مورد بازنگری قرار گیرد. در این تحقیق به کمک بسته نرم افزاریSEEP/W، میزان نشت در کانال برای حالت های مختلف مدلسازی و پس از آن مناسب ترین مدل نرم بین داده های ورودی و خروجی استخراج خواهد شد. این مدل با سایر روابط تجربی مقایسه و ضمن تایید صحت دقت بالای تخمین نشت توسط آن، از آن به عنوان روشی دقیق تر در فرآیند بهینه سازی با هدف کمینه کردن تلفات آب از کانال مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج مطالعه در قالب نمودارهایی بی بعد ارائه می شود که امکان طراحی ساده ابعاد کانال را فراهم می نماید. مقایسه نتایج مطالعه حاضر با سایر تحقیقات مشابه، نشان دهنده تغییرات قابل ملاحظه ابعاد بهینه کانال بین تحقیق حاضر با سایر تحقیقات به دلیل استفاده از روش پیشنهادی تخمین نشت می باشد.
    کلیدواژگان: ابعاد بهینه، کانال، تلفات آب، نشت، بهینه سازی
  • فرهاد فرسادنیا، سعیده زحمتی، بیژن قهرمان، علیرضا مقدم نیا صفحات 31-42
    تبخیر-تعرق از اجزاء اصلی چرخه هیدرولوژی است و در تعیین نیاز آبی گیاه، مطالعات بیلان آبی و مدیریت منابع آب نقش مهمی دارد. تاکنون روش های مستقیم و غیر مستقیم متعددی برای برآورد تبخیر- تعرق گیاه مرجع ارائه شده است، اما هر یک از این روش ها دارای محدودیت هایی هستند. به عنوان مثال، از محدودیت های روش های اندازه گیری مستقیم می توان به عدم دقت وسایل اندازه گیری و مسائل مربوط به مقیاس اشاره کرد، در حالیکه روش های غیر مستقیم نظیر معادله پنمن-مانتیث، به پارامترهای اقلیمی روزانه زیادی نیاز دارند. در این تحقیق سعی گردید از روش نگاشت خود-سامان به عنوان یک روش شبکه عصبی مصنوعی غیر نظارت شونده در پیش بینی تبخیر-تعرق با حداقل پارامترهای هواشناسی به عنوان ورودی، استفاده گردد. براساس شاخص های ارزیابی خوشه بندی فازی، مقادیر ETo در مشهد به دو خوشه با تبخیر-تعرق کم و زیاد تقسیم شد که با اقلیم منطقه مطابقت نشان داد. همچنین به منظور ارزیابی کارایی مدل ارائه شده از معیارهای آماری شامل (ریشه میانگین مربعات خطا، ضریب تعیین ومعیار ناش-ساتکلیف) استفاده گردید و نتایج حاصله با برآوردهای حاصل از مدل های تجربی مقایسه گردید. نتایج حاصله نشان داد که حتی ساده ترین مدل نگاشت خود-سامان با ترکیب متوسط دمای هوا و حداکثر ساعات آفتابی به عنوان ورودی نیز خطای کمتری نسبت به معادلات تجربی دارد.
    کلیدواژگان: نگاشت خود، سامان، معادله فائو، پنمن، مانتیث، تبخیر، تعرق گیاه مرجع، دشت مشهد
  • محمدرضا علیزاده، محمدرضا نیکو، غلامرضا رخشندرو صفحات 43-56
    در دهه های اخیر استفاده از مدل های رفع اختلاف در زمینه مدیریت منابع آب از جمله آب های زیرزمینی به عنوان راه حلی مناسب برای لحاظ تضاد ها و تعاملات بین ذی نفعان درگیر و در نتیجه رسیدن به راه حل های بهینه قابل اجرا، رواج چشمگیری داشته است. در این تحقیق، با استفاده از تلفیق مدل های شبیه ساز - بهینه سازی بهره برداری از منابع آب زیرزمینی و مدل های چانه زنی بازگشتی، ضمن توجه به مطلوبیت های طرف های درگیر و معیارهای اجتماعی از جمله عدالت، بهترین سیاست های تخصیص تعیین شده است. برای تعیین منحنی تعامل بین اهداف متضاد، مدل بهینه ساز چند هدفه NSGA-II با فرامدل شبیه ساز M5P که با سری اطلاعات ورودی-خروجی حاصله از اجرای مکرر مدل MODFLOW آموزش و صحت سنجی شده، تلفیق گردید. از روش مونت کارلو برای تولید پایگاه داده جهت آموزش و صحت سنجی فرامدل به ازای مقادیر مختلف پمپاژ استفاده شد. به دلیل ماهیت چندهدفه بودن مساله حاضر، مدل های چانه زنی بازگشتی برای انتخاب نقطه مورد توافق روی منحنی تعامل بین اهداف به کار رفته است. کارآیی ساختار پیشنهادی با استفاده از اطلاعات آبخوان دشت داریان در استان فارس، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان می دهد اعمال سیاست بهینه تخصیص حاصل از مدل چانه زنی بازگشتی با هم آرایی موجب کاهش %54 برداشت از آبخوان و افزایش 2/4 متری سطح تراز آبخوان می شود.
    کلیدواژگان: مدیریت منابع آب، چانه زنی بازگشتی، مدل بهینه سازی چندهدفه NSGA، II، فرامدل شبیه ساز M5P، MODFLOW
  • علیرضا دانشی، مهدی وفاخواه، مصطفی پناهی صفحات 57-68
    با توجه به خشک شدن دریاچه اورمیه، هم اینک راهکارهای متعددی در دست بررسی و تدوین هستند. بدون تردید، کاهش تقاضای آب در بخش کشاورزی از طریق برنامه هایی همچون «تغییر الگوی کشت» را باید از جمله راهکارهای جدی تلقی کرد که تحقق آن، نیازمند انجام ارزیابی اقتصادی ابعاد و پیامدهای مربوط به اجرای چنین برنامه ای است. در پژوهش حاضر، تلاش شده تا در قالب ابزار سیاستی «پرداخت بهای خدمات اکوسیستمی» (PES)، نتایج ارزیابی فنی و اقتصادی راهکار تغییر الگوی کشت در یکی از زیرحوضه های دریاچه اورمیه، مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند. برای این منظور، پس از استخراج نقشه کاربری اراضی و شناسایی عرصه های مورد نظر، اقدام به جمع آوری اطلاعات موردنیاز برای ارزیابی برنامه PES با استفاده از تکنیک تلفیقی مصاحبه-پرسش نامه گردیده است. طی عملیات میدانی، تعداد 398 فقره پرسش نامه تکمیل و از میان سازوکارهای قابل پیشنهاد در قالب برنامه PES، پرداخت به کشاورزان به منظور تغییر الگوی کشت با استفاده از سه نوع گونه روغنی کلزا، سویا و گلرنگ جهت تصحیح مدیریت منابع آبی در حوضه آبریز سیمینه رود مطرح شده و نتایج حاصله، از نظر اقتصادی، مورد ارزیابی واقع شده اند. نتایج این تحقیق نشان داد که فقط پیشنهاد تغییر الگوی کشت برای استفاده از گونه گلرنگ از توجیه اقتصادی و فنی لازم برخوردار است.
    کلیدواژگان: دریاچه اورمیه، PES، نیاز آبی، ارزش گذاری اقتصادی، تغییر الگوی کشت
  • مجید منتصری، جواد حیدری صفحات 69-84
    مدل های تولید داده مصنوعی به عنوان ابزار مناسبی جهت پیش بینی و تولید سری های زمانی جانشین یا یک سری بسیار طولانی مدت در مطالعات منابع آب شناخته شده و این مدل ها به طور وسیعی در سراسر دنیا توسط محققین مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. این مدل ها برای تولید داده های مصنوعی سالیانه، ماهیانه و روزانه بارندگی یا جریان رودخانه ای در طی دهه های اخیر توسعه داده شده اند. در این میان مدل های تولید داده مصنوعی ماهیانه به دلیل استفاده در مطالعات مهم و اساسی سیستم های منابع آب از جمله سیستم مخازن ذخیره، پایش خشکسالی و غیره دارای اهمیت خاصی بوده و استفاده از آنها تحلیل دقیقتر از رفتار عملکرد واقعی چنین سیستم هایی را فراهم می کند. از طرف دیگر، پایه نظری مدل های استوکاستیک مختلف تولید داده های ماهیانه متفاوت بوده و این امر می تواند اثر قابل توجهی در عملکرد آنها داشته باشد. لذا انتخاب یک مدل مناسب تر در مطالعه و تحلیل دقیق و درست یک سیستم منابع آب یکی از دغدغه های مهم متخصصین منابع آب می باشد. در این مطالعه با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو، عملکرد چهار تیپ ازمدل غیرپارامتریک Bootstrap و مدل های پارامتریک Valencia-Schaake، Thomas-Fiering و Fragment در تولید داده های ماهیانه مصنوعی مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور داده های جریان ماهیانه 47 ساله سه رودخانه نازلوچای، شهرچای و باراندوزچای واقع در استان آذربایجان غربی درشمال غرب ایران مورد استفاده قرار گرفته و 1000 سری زمانی مصنوعی جریان های ماهیانه 47 ساله برای هر سه رودخانه مذکور به ازاء هر کدام از مدل های هفتگانه مورد مطالعه، تولید و مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج مطالعه نشان داد که مدل توزیعی Valencia-Schaake دارای عملکرد بسیار مطلوب نسبت به سایر مدل ها به ازاء تمامی آماره های مطرح ارزیابی است.
    کلیدواژگان: مدل استوکاستیک، مدل غیر پارامتریک، مدل پارامتریک، Bootstrap، Valencia and Schaake، Fragment، Thomas، Fiering، سیستم هیدرولوژیک، سیستم ذخیره، سری های زمانی مصنوعی
  • محمدحسن حبیبی، عطاالله ندیری، اصغر اصغری مقدم صفحات 85-99
    استفاده از روش های هوشمند تکاملی و مدل های ترکیبی برای پیش بینی زمانی مکانی نوسانات سطح آب زیرزمینی در دهه های اخیر بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفته است. الگوریتم ژنتیک و نروفازی از روش های جدید پیش بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی هستند که برای پیش بینی مسائل پیچیده و غیرخطی می توانند به صورت منفرد و ترکیبی به کار روند. در این پژوهش، از روش های فوق برای مطالعه آبخوان دشت هادیشهر که به دلیل برداشت بی رویه از آب های زیرزمینی، سطح آب زیرزمینی آن افت شدیدی پیدا کرده است؛ استفاده شد. دشت هادیشهر در شمال غرب استان آذربایجان شرقی واقع شده و بخشی از محدوده مطالعاتی جلفا دوزال است. به منظور یافتن راهکارهایی مفید برای پیش بینی زمانی مکانی سطح آب زیرزمینی، از روش های هوش مصنوعی مانند نروفازی و برنامه ریزی ژنتیک و ترکیب بهترین مدل آن ها با روش های زمین آماری استفاده شد. بارش و تبخیر در گام زمانی t0 و سطح آب زیرزمینی در گام زمانی t0-1 ورودی های مدل های نروفازی و برنامه ریزی ژنتیک بودند. نتایج نشان داد دقت مدل برنامه ریزی ژنتیک بیشتر از مدل نروفازی است به طوری که RMSE میانگین برای پیزومتر های منتخب در مرحله آزمایش در مدل برنامه ریزی ژنتیک 19 سانتی متر و در مدل نروفازی 23 سانتی متر به دست آمد. لذا مدل برنامه ریزی ژنتیک برای ترکیب با مدل زمین آماری (کریجینگ) استفاده شد و در نهایت مدل ترکیبی کریجینگ ژنتیک برای پیش بینی زمانی مکانی به دست آمد؛ و نتایج شبیه سازی شده به کل دشت و مناطق فاقد شبکه پایش سطح آب زیرزمینی بسط داده شد.
    کلیدواژگان: سطح آب زیرزمینی، دشت هادیشهر، برنامه ریزی ژنتیک، نروفازی، زمین آمار
  • مژگان کرمی، عبدالله اردشیر، کوروش بهزادیان صفحات 100-112
    توسعه شهرنشینی و درنتیجه کاهش سطوح نفوذناپذیری سبب افزایش خطرپذیری سیلاب و آلودگی بیشتر آب های پذیرنده می شود. این مقاله مدیریت خطرپذیری سیلاب شهری را با هدف کاهش آبگرفتگی و تخلیه آلاینده ها در آب های پذیرنده با به کارگیری دو روش های متداول و نوین ارائه می نماید. روش های متداول شامل افزایش ابعاد کانال های شبکه، کاهش ضریب زبری آن ها و روش های نوین شامل اجرای سیستم ماند بیولوژیکی، روسازی نفوذپذیر، ترانشه های نفوذ و حوضچه های نگهداشت در شبکه جمع آوری آب های سطحی می باشد. مدل بهینه سازی چندهدفه با استفاده از الگوریتم ژنتیک چندهدفه توسعه یافته که با مدل شبیه سازی شبکه جمع آوری آب های سطحی توسط نرم افزار SWMM ترکیب می شود. اهداف مدل بهینه سازی حداقل نمودن سه معیار هزینه اقتصادی، خطرپذیری آبگرفتگی سیلاب و آلودگی محتمل آب های پذیرنده است. در کنترل بار آلودگی، آلاینده های TSS، TN و TP مدنظر قرار گرفت. کاربرد روش پیشنهادی بر روی مطالعه موردی شبکه جمع آوری آب های سطحی شهر گلستان تشریح شد. نتایج نشان می دهد بکاری گیری ترکیب بهینه هر دو رویکرد متداول و نوین، منجر به کاهش قابل ملاحظه و موثر خطرپذیری آبگرفتگی و تخلیه آلاینده ها در آب های پذیرنده می شود. نتایج رویه بهینه نشان می دهد کنترل بهینه خطرپذیری آبگرفتگی رابطه معکوس با میزان کنترل بهینه تخلیه آلاینده ها در آب های پذیرنده دارد.
    کلیدواژگان: مدیریت سیلاب، شبکه جمع آوری آب های سطحی شهری، خطرپذیری، بهینه سازی
  • مژگان یعقوبی، علیرضا مساح بوانی صفحات 113-120
    تحقیق حاضر تاثیر پدیده تغییراقلیم بر رواناب حوضه رودخانه اعظم هرات ، در دوره 2030-2015 میلادی با لحاظ نمودن خطای مربوط به پارامترهای تنظیم مدل بارش-رواناب و عدم قطعیت دو مدل بارش-رواناب IHACRES و HEC-HMS ، سناریوهای اقلیمی A1B، A2 و B1 حاصل از مدل های AOGCM و دو مدل ریزمقیاس نمایی آماری LARS-WG و SDSM بررسی می کند. ابتدا ضمن واسنجی و صحت سنجی مدل های بارش-رواناب، به آنالیز حساسیت پارامترهای این مدل ها پرداخته شد. در ادامه با ریزگردانی داده های اقلیمی 15 مدل AOGCM و سه سناریو اقلیمی توسط LARS-WG و معرفی هر یک از آن ها به مدل های بارش-رواناب محدوده تغییرات رواناب منطقه در دوره مذکور مشخص گردید. نتایج نشان داد دمای منطقه در دوره آتی افزایشی تا 5/1 درجه سلسیوس خواهد داشت و میزان بارش و توزیع زمانی آن تغییر می کند. طبق هر سه سناریوی انتشار و مدل های هیدرولوژیکی، رواناب در ماه های ژانویه و دسامبر افزایش و در ماه مارس، اکتبر و نوامبر کاهش می یابد. نتایج نشان داد که عدم قطعیت مربوط به مدل های هیدرولوژیکی در اکثر ماه ها بسیار بالاتر از مدل های AOGCM و سناریوهای انتشار گازهای گلخانه ای است که دلیل آن وجود پارامترهای حساس در ساختار مدل های بارش-رواناب است. برای بررسی عدم قطعیت روش های ریزمقیاس نمایی، داده های اقلیمی مدل HadCM3-A2 با دو مدل LARS-WG و SDSM ریزمقیاس شد. نتایج نشان داد، عدم قطعیت مدل های هیدرولوژیکی بسیار بزرگتر از روش های ریزمقیاس نمایی و عدم قطعیت مدل های AOGCM بزرگتر از سناریوهای انتشار گازهای گلخانه ای است.
    کلیدواژگان: تغییراقلیم، رواناب، مدل های هیدرولوژیکی، عدم قطعیت، ریزمقیاس نمایی آماری
  • بهرام بختیاری، علیرضا محبی دهاقانی، کورش قادری صفحات 131-144
    تخمین صحیح و دقیق تبخیر-تعرق تاثیر بسزایی در مدیریت و برنامه ریزی صحیح منابع آب به ویژه در مناطق نیمه خشک و خشک دارد. روش های متعددی برای برآورد تبخیر-تعرق توسط محققان ارائه شده است. از جمله این روش ها می توان به انواع معادلات تجربی و روش های داده محور اشاره کرد. در این مطالعه از سه روش داده محور شبکه های تطبیقی مبتنی بر سیستم استنتاج فازی (ANFIS)، مدل درختی (M5) و ماشین های بردار پشتیبان (SVM) و پنج معادله تجربی برای تخمین تبخیر-تعرق روزانه در هشت اقلیم نیمه خشک ایران استفاده شده است. برای این منظور از داده های هواشناسی حداکثر و حداقل دما، رطوبت نسبی، سرعت باد و ساعات آفتابی و 11 ترکیب مختلف این متغیرها بین سال های 1980 تا 2009 به عنوان ورودی به روش های داده محور برای مدل سازی تبخیر-تعرق بهره گرفته شد که 80% داده ها برای آموزش و 20% آن ها برای آزمون مدل ها استفاده شد. سپس نتایج حاصله با مقادیر به دست آمده از معادله استاندارد پنمن- مانتیث فائو 56 مقایسه شدند. عملکرد روش های مورد نظر با استفاده از شاخص های آماری میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین (R2) و شاخص توافق (d) مورد بررسی قرار گرفت. روش های ماشین بردار پشتیبان و شبکه تطبیقی مبتنی بر سیستم استنتاج فازی در نه ترکیب متغیرهای هواشناسی بهترین عملکرد را با RMSE بین 24/0 تا 55/1 میلی متر بر روز ارائه دادند. RMSE معادلات تجربی در دامنه بین 71/0 تا 96/5 میلی متر بر روز متغیر بودند و از میان آن ها معادلات بلانی- کریدل و مک گاینس-بردنه در غالب ایستگاه ها بالاترین دقت را داشتند. همچنین روشM5 نسبت به دو روش ANFIS و SVM در مواجهه با ورودی های مختلف در اقلیم های مطالعاتی عملکرد پایین تری را از خود نشان داد.
    کلیدواژگان: تبخیر، تعرق مرجع روزانه، معادلات تجربی، اقلیم نیمه خشک، ANFIS، SVM، M5
  • ریحانه مرید، سهیل ایگدری، مجید دلاور صفحات 145-158
    اقلیم می تواند اثرات قابل توجهی بر زندگی موجودات زنده و محیط زیست داشته باشد. لذا پیش بینی وضعیت و ارزیابی اثرات آن به منظور کاهش آسیب پذیری و مقابله با آن از اهمیت بسزایی برخوردار است. پیکره های آبی اولین منابع تحت تاثیر این پدیده خواهند بود و در این بین رودخانه ها به عنوان شریان های حیاتی اکوسیستم ها مورد توجه اند. این تحقیق تلاش دارد تا اثر پدیده تغییر اقلیم را بر روی یکی از سیستم های آبی جنوب البرز (رودخانه کردان) ارزیابی و چگونگی تغییر شاخص مطلوبیت زیستگاه آبزیان را در طولی از رودخانه به اندازه 2 کیلومتر بررسی نماید. بدین منظور ابتدا، شرایط تغییر اقلیم در منطقه با استفاده از خروجی های مدل گردش عمومی HadCM3 و با در نظر گرفتن دو سناریو A2 وB1 برای دوره پایه (1985-2010) و دوره های 30 ساله آتی( 2011-2040، 2041-2070 و 2071-2099) بررسی گردید. همچنین به منظور بررسی اثرات تغییر اقلیم بر دما و جریان رودخانه از مدل SWATاستفاده گردید. نتایج حاکی از آن بود که تحت شرایط تغییر اقلیم و در 3 دوره 30 ساله جریان رودخانه روندی رو به کاهش خواهد داشت، تا جایی که دبی از 3/3 مترمکعب بر ثانیه در دوره پایه به 66/2 در سناریو A2 و 8/2 در سناریو B1 خواهد رسید. همچنین تغییر اقلیم باعث ایجاد تغییر در شاخص مطلوبیت زیستگاه (HSI) گونه سگ ماهی جویباری (Oxynemacheilus bergianus) و همچنین توزیع مکانی مطلوبیت زیستگاهی این گونه در رودخانه دارد. بررسی منحنی فراوانی تجربی مقادیر HSI نیز حاکی از کاهش 20 تا 25 درصدی شاخص مطلوبیت زیستگاهی معادل 4/0 تا 6/0، در دوره 2071-2099 می باشد.
    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، شاخص مطلوبیت زیستگاه (HSI)، گونه سگ ماهی جویباری، رودخانه کردان
  • جواد صمدی صفحات 159-171
    هدف از این تحقیق استفاده از پارامترهای فیزیکی و شیمیایی (DO، pH، NO3-، PO4-3، TDS، TSI) و شاخص کیفیت آب IRWQI جهت ارزیابی آلودگی و تاثیر مکانی – زمانی کاربری اراضی بر کیفیت آب تالاب چغاخور می باشد. جهت نمونه برداری و سنجش این پارامترها ابتدا 12 ایستگاه نمونه برداری به صورت غیرتصادفی و سیستماتیک انتخاب شدند. در ابتدا بر اساس میانگین سطح و عمق پارامترهای کیفی و با استفاده از توابع درون یابی در محیط GIS، مدل شاخص IRWQI تهیه گردید. سپس از ضریب همبستگی پیرسونی شاخص کیفیت آب با مجاورت ایستگاه های نمونه برداری از زه آبهای کاربری اراضی با استفاده از روش بافر سازی جهت تعیین تاثیر کاربری اراضی استفاده گردید. نتایج نشان داد که شاخص IRWQI با ضریب همبستگی 78/0 و پارامترهای PO4-3، NO3- و TDS به ترتیب با ضرایب همبستگی جزئی 82/0-، 64/0- و 62/0 ناشی از آلودگی زه آب های کاربری های کشاورزی و مسکونی در نیمه جنوبی و غربی تالاب است. همچنین نتایج تاثیر مکانی - زمانی کاربری اراضی با استفاده از روش های آماری و GIS نشان داد که در فصل بهار و ابتدای پاییز با ضرایب همبستگی 70/0 و 59/0 بیشترین تاثیر و تابستان با ضریب همبستگی کمتر از 1/0، کمترین تاثیر بر کیفیت آب تالاب چغاخور ایجاد می شود. بیشترین میزان تروفی و بدترین وضعیت کیفی در دمای oC5/10-5/13 سطح آب در نیمه ابتدایی ماه های بهار و پاییز با وضعیت متوسط تا نسبتا خوب 50 تا 61 به دلیل افزایش فعالیتهای کشاورزی، سیلابها و بارندگی های فصلی و بهترین آن در دما های بیشتر از oC5/19 و کمتر از oC6 سطح آب در فصول تابستان و نیمه ابتدایی زمستان با وضعیت خوب 70 تا 82 به دلیل کاهش فعالیت های کشاورزی، سیلاب ها و زه آبهای ناشی از بارندگی های فصلی است.
    کلیدواژگان: کاربری اراضی، تالاب چغاخور، ضریب همبستگی، ناحیه بافر، شاخص کیفیت آب (IRWQI)
  • زینب ملایی، حمید مدنی، علیرضا فرید حسینی، کامران داوری صفحات 172-181
    خطر های ناشی از سیل بر روی مخروط افکنه با پتانسیل تغییر مکان آبراهه در سرتاسر عرض مخروط افکنه ادغام شده و باعث خسارات فراوانی می گردد. این تغییر مکان جداشدگی (avulsion) نامیده می شود. با توجه به اینکه جریان بر روی مخروط افکنه ها دو بعدی می باشد از یک مدل دو بعدی بنام FLO-2D برای شناسایی نواحی با پتانسیل جداشدگی جریان در این پژوهش استفاده گردیده است. این پژوهش بر روی دو مخروط افکنه یکی (فریزی) در شمال شرقی و دیگری(سرباز) در جنوب شرقی ایران صورت گرفته است. با استفاده از این مدل جریان بر اساس دبی 100 و 500 ساله شبیه سازی شد، سپس با استفاده از تصاویر هوایی اخیر از مخروط افکنه با پلات کردن نتایج این مدل روی این عکس های هوایی ، نواحی که پتانسیل جداشدگی جریان دارند شناسایی گردید. برخی از این جداشدگی ها بیشتر در نواحی رخ داده اند که تاکنون احتمال خطر سیل در آنها وجود نداشته است، در حالی که نتایج نشان از وقوع جداشدگی های بزرگی بر روی آنها را می دهد. بنابراین استفاده از این روش می تواند به شناسایی نواحی با ریسک جداشدگی کمک کند و خسارات احتمالی ناشی از آن را کاهش دهد.
    کلیدواژگان: جداشدگی جریان، مخروط افکنه، مدل FLO، 2D
  • یادداشت فنی
  • الهه پورفرح آبادی، مجید خلقی صفحات 182-186
    امروزه تکنیک های مدرن بر اساس مدل های زمین آمار برای به دست آوردن غلظت نیترات آب زیرزمینی در نقاط نامعلوم و تعیین نقاط جدید نمونه برداری به کار گرفته شده است. در این تحقیق، از مدل های کوکریجینگ و نروفازی، جهت ارزیابی تغییرات مکانی غلظت نیترات در آبخوان کرج استفاده گردیده است. تخمین غلظت نیترات با استفاده از مدل های مذکور بر اساس نمونه های حاصل از 179 حلقه چاه آب شرب در آبخوان کرج انجام پذیرفته است. بدین منظور، مقادیر غلظت نیترات در سال 1384 به عنوان متغیر اولیه و مقادیر غلظت نیترات در سال های 1379 تا 1383 به عنوان متغیر های کمکی مدل کوکریجینگ و متغیرهای ورودی به مدل نروفازی در نظر گرفته شده اند. نتایج این تحقیق نشان می دهد، پنج مدل نروفازی تهیه شده جهت پیش بینی غلظت نیترات سال 1384، در مقایسه با مدل های کوکریجینگ از کارایی و دقت بیشتری برخوردار است. همچنین از بین مدل های نروفازی بررسی شده، مدلی که غلظت نیترات سال 1383 را به عنوان متغیر ورودی در نظر گرفته است از شاخص های ارزیابی بالاتری نسبت به دیگر مدل های نروفازی برخوردار بوده است.
    کلیدواژگان: غلظت نیترات، کوکریجینگ، نروفازی، آبخوان کرج
|
  • A. Abbasi, M. Delavar, S. Morid Pages 1-16
    Zarrineh-Rood is one of the most important rivers of Urmia lake basin. Since, agricultural sector plays a key role in this region, and also in recent year the water resources in this basin is faced with a lot of pressure that lead to many environmental problems in urmia lake. so the evaluation of efficient water allocation to the agricultural crops, especially in drought conditions may have a noticeable impact on the water productivity on the basin. In the current study, attempt to determine the best solution for water and land allocation by developing an operational decision support system using prediction of flow during the next year by support vector machine(SVM) and also an agricultural water allocation model that is based on the old and new FAO crop response to water equations. The results show that each of these methods proposes a different composition of optimal allocation and Cultivated area. Also the FAO-2009 method in comparison to FAO-1979, has led to a higher income and productivity at all levels of drought conditions. In addition, SVM prediction results show an over-90% correlation for flow prediction in both supply all of the Urmia lake water requirement and reduction of lake water allocation based on drought condition. So and holistic model with linking prediction model and water allocation model is so suitable for water resources planning and also for applying management scenario in deferent future conditions. This package can be used as an decision support system for basin water resources management.
    Keywords: Crop performance, FAO's relations, Water allocation, Drought level, Support vector machine, Zarrineh, Rood river
  • M. Mohammad Rezapour Tabari, M. Mazak Mari Pages 17-30
    The optimal design of water conveyance canal sections is one of the guidelines in management of water resources. Design of canal section with minimum loss of water is to consider minimizing seepage and evaporation under uniform flow condition. So far, the optimal design of canal sections was based on inaccurate estimates of seepage rate which needs to be revised. In this study, the seepage from a canal in miscellenouse conditions was modeled using SEEP/W software. The accurate soft model between input and output data was then extracted. Comparing the extracted soft model with other empirical equation, indicate the high accuracy of the selected soft model. This model were then used in optimization process with the aim of minimizing the canal water loss. The results are presented in terms of dimensionless graphs which made a simple design of canal dimensions possible. Comparing the results with other similar studies indicated the significant changes in optimal canal dimension.
    Keywords: Optimal dimension, Canal, Water loss, Seepage, Optimization
  • Farhad Farsadnia, Saiedeh Zahmati, Bijan Ghahreman, Alireza Moghaddam Nia Pages 31-42
    Evapotranspiration is the main component of hydrologic cycle and has an important role in crop water requirement estimations, water balances studies, and water resource management. There are a lot of direct and indirect methods to estimate reference crop evapotranspiration, but each has some limitations. For example, limitations that can be mentioned for direct measuring are the insufficient precision in measuring devices and the scale problems. An indirect method like Penman-Monteith on the other hand needs a lot of daily climatic parameters. This research tried to use self-organizing maps as an unsupervised artificial neural network method to predict evapotranspiration by minimum meteorological data input. Based on fuzzy clustering indices, evapotranspiration values in the study area, Mashhad plain, are divided into two clusters with low and high ETo coincided with the climate of the area. Also, in order to validate the model, statistical indices containing root mean square error, determination coefficient, and Nash–Sutcliffe model efficiency coefficient are used and the results are compared with the experimental models output. The results showed that even the simplest SOM model which employs mean temperature and maximum sunshine duration as input have less errors compared to the experimental equations.
    Keywords: Self, organizing map, FAO, Penman, Monteith equation, Crop reference evapotranspiration, Mashhad plain
  • M.R. Alizadeh, M.R. Nikoo, Gh.R. Rakhshandehrou Pages 43-56
    In last few decades conflict-resolution models are being increasingly used in water resource management for cases such as the groundwater problems as an appropriate approach to consider the oppositions and trade-offs between the stakeholders involved in the conflict and to reach to an applicable optimal resolution. In this paper, by integrating simulation-optimization models of groundwater exploitation and bargaining methods, the optimal allocation scenarios are derived taking into account the preferences of the stakeholders and social criteria such as justice. Trade-off Pareto front between the rival objectives was computed through linking the NSGA-II multi-objective optimization model and M5P meta model which was trained and validated based on MODFLOW simulation results. Monte-Carlo method was used to develop a database for training and validating meta models for different allocation scenarios. Considering multi-objective nature of the problem, the best solutions on Pareto fronts were selected using fallback bargaining models. The effectiveness of the proposed methodology was verified in a case study performed on Daryan aquifer, Fars province, Iran. Results indicated that the total groundwater withdrawal after applying the optimal scenarios of allocation was reduced approximately 56% which resulted in the mean water level uplift of 4.2 meters in the aquifer.
    Keywords: Water resources management, Fallback bargaining, NSGA, II optimization model, M5P simulation meta model, MODFLOW
  • A. Daneshi, M. Vafakhah, M. Panahi Pages 57-68
    Due to the drying up issue of Urmia Lake, currently several options are under review. Decreasing water demand in agricultural sector through programs like “change in cropping patterns” may undoubtedly be considered as a notable option which requires an economic assessment of further implications of it. In the present research, based on Payment for Ecosystem Services (PES) policy tool, we attempted to analyze the results of a technical and economic assessment of likely changes in cropping pattern in a sub-basin of Urmia Lake. For this purpose, first a GIS based land use map was prepared and the suitable areas was identified. Then all information required for assessing the PES scheme were collected according to an Interview-Questionnaire mixed technique. During the field survey phase, 398 questionnaires were completed by farmers in Siminehrud sub-basin. Among various options of PES, payment to farmers to encourage them to change the cropping pattern using three oily plant species (soya, canola and safflower) has been proposed. Then the results have been analyzed in terms of economic impacts. The findings of this study showed that only changing the crop pattern to consider safflower is economically feasible and also technically efficient.
    Keywords: Urmia Lake, PES, Water requirement, Economic valuation, Crop pattern change
  • M. Montaseri, J. Heydari Pages 69-84
    Synthetic data generation models have been recognized as useful tools to predict and generate alternative time series or long-term series throughout the studies conducted in the domain of water resources management. Accordingly, these models have widely been used by different researchers across the world. In the recent decades, these models have been developed to generate annual, monthly, and daily rainfall or river flow data. Among the synthetic data generated, monthly data are of great importance since they are used in the critical and important studies in the field of water resource systems, such as storage tanks and drought monitoring. Accordingly, the utilization of the monthly synthetic data models leads to more detailed analyses about the real performance of such systems. On the other hand, the theoretical basis of different stochastic models is the generation of diverse monthly data and the performance of these models can remarkably be affected by this fact. Therefore, one can argue that selecting an appropriate model is one of the major concerns of water resources experts. As such, this study made use of the Monte Carlo simulation method to compare and assess the performance of four types of non-parametric Bootstrap models as well as parametric models of Valencia-Schaake, Thomas-Fiering, and Fragment in monthly synthetic data generation. To do this, the monthly flow data of Nazluchay, Shaharchay, and Barandozchay rivers, located at the Western Azerbaijan province in the North West of Iran, were analyzed over a 47-year period. Then, 1000 synthetic time series of monthly flows for these rivers were generated and used for each of the desired seven models over a 47-year period thereof. The results indicated that, compared to other models, the Valencia-Schaake distribution model had a very high performance in terms of all well-known assessment statistical indicators.
    Keywords: Synthetic data generation, Non, parametric models, Parametric models, Bootstrap, Valencia, Schaake, Fragment, Thomas, Fiering, Hydrological system, Storage systems, Synthetic time series
  • M.H. Habibi, A.A. Nadiri, A. Asghari Moghaddam Pages 85-99
    In recent decades, the application of intelligent evolutionary methods and hybrid models for forecasting groundwater spatiotemporal fluctuations were more focused by researchers. Genetic algorithm and Neuro-Fuzzy are new methods which are applicable in single and hybrid forms for forecasting in complex and nonlinear problems. In this research, aforementioned methods were applied to study the Hadishahr plain aquifer. The Hadishahr plain is located in the north of East Azerbaijan province and it is a part of Julfa–Duzal study area. This aquifer suffers from groundwater level declination due to groundwater withdrawal increase. To achieve practical ways for spatio-temporal groundwater level forecasting, the artificial intelligence methods such as neuro–fuzzy (NF), genetic programming (GP) and combination their best model with geostatistical methods were used. Precipitation and evaporation in t0 time step and groundwater table in t0-1 time step were the inputs to the Neuro-Fuzzy and Genetic Programming. The results showed that the average RMSE of selective piezometers for genetic programming and neuro-fuzzy were 19 and 23 centimeter in the test step, respectively. Then, genetic programming was used to present a hybrid model in combination with the geostatistical model (kriging). Finally, the hybrid model “genetic - kriging” were applied to predict the spatiotemporal prediction of the groundwater level. The simulated results were extended to the whole plain and the area with no groundwater level monitoring network.
    Keywords: Groundwater level, Hadishahr Plain, Neuro, Fuzzy, Genetic programming, Geostatistics
  • M. Karami, A. Ardeshir, K. Behzadian Pages 100-112
    Urbanisation by decreasing in pervious areas would result in increase in the risk of flood inundation and cause more discharge of pollutants into receiving water bodies. This paper presents the management of urban flood hazard in terms of inundation and pollutants discharge into receiving water bodies using a combination of the conventional and novel techniques. Conventional techniques include increasing the dimension of conduits as well as decreasing their roughness. Novel techniques on the other hand include bio-retention systems, pervious pavements, infiltration trenches, and detention ponds in urban drainage networks. In this study the multi-objective optimization model is developed using multi-objective genetic algorithm coupled with a simulation model of urban drainage system using SWMM software. The objectives are to minimize the economic cost, the inundation flood hazard, and the expected pollution reaching the receiving waters. Pollution control consider pollutants of TSS, TN, and TP. The suggested methodology was applied to a case study for the urban drainage system of Golestan city in Tehran Province. Results indicated that applying the optimal methods can considerably decrease the expected flood and pollutants. Results of Pareto front showed that indirect relation exists between the solutions of optimal control of expected inundation and the optimal control of expected pollutants in receiving water bodies.
    Keywords: Flood management, Urban drainage networks, Hazard, Optimisation
  • M. Yaghobi, A. Massah Bavani Pages 113-120
    Present study assess the impact of climate change on the AZAM-HARAT River basin runoff in the 2015-2030 period considering the sources of uncertainty in adjustment of model parameters for two rainfall-runoff models of IHACRES and HEC-HMS, as well as A1B, A2 and B1 greenhouse gasses emission scenarios of AOGCM models, and LARS-WG and SDSM downscaling models. First in calibration and verification of rainfall-runoff models, sensitivity analysis of the model parameters was done. Then the climatic variables of 15 AOGCM models and climatic scenario were downscaled using LARS-WG model and these data were introduced to each of the hydrological models to determine the runoff variation ranges. Results showed that the temperature in the future period will increase about 1.5 ̊C and also the amount and distribution of the rainfall will vary greatly. These variations in rainfall will result in changes in the runoff. The results showed that the uncertainty related to hydrological models in some months is higher than AOGCM models and greenhouse gases emission scenarios which is due to the critical parameters in the structure of the hydrological models. To assess downscaling uncertainty, data of HadCM3-A2 model were downscaled using LARS-WG and SDSM models. The results showed that the uncertainty of hydrological models is much greater than that in the downscaling methods. It is also shown that the uncertainties in the AOGCM models are larger than greenhouse gases emissions scenarios.
    Keywords: Climate change, Runoff, Hydrological models, Uncertainty, Statistical downscaling
  • B. Bakhtiari, A. Mohebbi Dehaghani, K. Qaderi Pages 131-144
    Accurate estimation of evapotranspiration has a great influence on water resources management and planning, especially in arid and semi-arid areas. Different methods have been presented by researchers for evapotranspiration estimation. These include a variety of empirical equations and data-driven methods. In this study to estimate the daily reference evapotranspiration at eight semi-arid climates in Iran, three methods based on the adaptive network-based fuzzy inference system (ANFIS), support vector machines (SVM), and model tree (M5) as well as five empirical equation were used. Meteorological data including maximum and minimum temperatures, relative humidity, wind speed, and the sunshine hours were used. Eleven different combinations of these variables have been used as input variables in data-driven methods for evapotranspiration modeling for the period of 1980 to 2009. Eighty percent of the data were used for the training and twenty percent were used to test the models. The results were compared with those of the standard Penman-Monteith FAO-56 equation. Performance of the methods was evaluated using statistical indices of mean square of error (RMSE), coefficient of determination (R2), and index of agreement (d). Support vector machines and adaptive networks based on fuzzy inference system methods presented best performance with RMSE between 0.24~1.55 (mm.day-1) in nine combination of meteorological variables. RMSE of empirical equations varied between 0.71~5.96 (mm day-1). Blaney-Criddle and McGunness-Bordne equation presented the highest accuracy in most stations. M5 model has a lower performance compared to ANFIS and SVM methods in the studied climates.
    Keywords: Daily reference evapotranspiration, Empirical equations, Semi, arid climates, ANFIS, SVM, M5
  • R. Morid, S. Igderi, M. Delavar Pages 145-158
    Climate change has significant impacts on living organisms and the environment. Therefore, it is important to predict and assess its impacts in order to reduce vulnerability and also to confront to climate change. Water resources will be the first resources to be affected by climate change and the rivers are considered as vital ecosystems in this situation. So assessing the impacts of the climate change on animal and plant species status in the rivers can provide a projection of the ecosystem. This study attempted to evaluate the effect of climate change on one of the southern Alborz water systems, Kordan River, and to estimate the changes in the aquatic Habitat Suitability Index (HIS) along a two-kilometer reach of the river. In this regard the future climate change in the region was first projected using HadCM3 general circulation model in three 30-year periods of 2011-2040, 2041-2070, and 2071-2099 considering A2 and B1 scenarios. Also the SWAT model was used to simulate effects of climate change on the river flow and the water temperature. Results showed that the changes in temperature and precipitation would have a decreasing effect on the river flow and the water temperature during the future periods; the average flow would decrease from 3.3 cms in the base period to 2.66 and 2.8 cms in A2 and B1 scenarios, respectively. Also it is indicated that the climate change has a significant impact on habitat suitability index for Oxynemacheilus bergianus. Assessing the rational distribution curve would also declare a 20 to 25 decrease in the HSI equaling 0.4 to 0.6 in the period of 2071 to 2099.
    Keywords: Climate change, Habitat Suitability Index, Kordan River, Oxynemacheilus bergianus
  • J. Samadi Pages 159-171
    Purpose of this study is to use the physicochemical parameters (DO, pH, NO3-, PO4-3, TDS, and TSI) and water quality index of IRWQI to assess the pollution and spatiotemporal impact of land use on water quality in Chaghakhor wetland in Chaharmahal-o-Bakhtiari province, Iran. Twelve stations were selected for the sampling and measurement based on a systematic non-random method. At first, index model of IRWQI was prepared in GIS environment based on average of surface and depth of qualitative parameters by interpolation functions. Results demonstrated that IRWQI index with the Pearson correlation coefficient of 0.78 and the parameters of PO4-3, NO3- and TDS with the partial correlation coefficients of -0.82, -0.64, and 0.62, respectively were caused by the sewage pollution of farmlands and residential area in the south and the west half of the wetland. Also using the GIS based spatiotemporal impacts of the land use using statistical methods showed that the highest impact on the water quality of Coghakhor Wetland is created in spring and early autumn with correlation coefficients of 0.70 and 0.59. The lowest impact is reached in the summer with correlation coefficient of less than 0.1. Maximum trophic state and the worst quality status is resulted for the surface water temperature of 10.5 to 13.5 °C and in the first half of autumn and spring. The status was shown as moderate to fairly good with values of 50 to 61 for this condition which is due to the increased agricultural activities, floods, and seasonal rainfalls. The best quality is reported for water surface temperatures of either more than 19.5 °C or less than 6 °C in the summer and the first half of winter. The Status for this condition was 70 to 82 which is due to the decreased agricultural activities, floods, and the drainage resulted from the seasonal rainfalls.
    Keywords: Land use, Choghakhor Wetland, Correlation coefficient, Buffer zone, Water quality index (IRWQI)
  • Z. Mollaei, H. Madani, A.R. Faridhosseini, K. Davary Pages 172-181
    The risk of flood incorporated with the potential of channel shift across the width of alluvial fans may cause substantial damages. This shift is called avulsion. The earlier methods of determining avulsion on alluvial fans (such as FAN mathematical model) were received negative criticism and did not give accurate results. Given that flow on alluvial fans is two-dimensional, FLO-2D model was used in this research to identify the areas with avulsion potential. The avulsion phenomenon was studied on two alluvial fans in Iran; one in the North-east (Ferizi) and one in the south-east (Sarbaz). Using this model, flow was simulated based on 100 and 500-year discharges. Then areas with avulsion potential were identified by plotting the results of the model on the recent aerial photographs of the alluvial fans. Results showed that massive evulsions had happened in the areas with no expectation of such phenomenon. Thus, using this method can help to identify areas with avulsion risk and reduce the potential damages caused by it.
    Keywords: Alluvial fan, FLO, 2D model
  • E. Poorfarahabadi, M. Kholghi Pages 182-186
    Recently, new techniques based on geostatistical methods have been used to estimate groundwater nitrate concentrations in unmeasured areas as well as to determine new sampling locations. In this study the Cokriging and Anfis models have been developed in interpolation step for nitrate parameter spatiovariation in Karaj aquifer. Nitrate concentrations have been estimated annually using samples derived from 179 drinking water wells. For this purpose, values of nitrate concentration in 1384 (2005) have been considered as the initial values. Nitrate concentration in 1379 to 1383 (200-2004) have been applied as the covariate for cokriging model and as the input parameters for neuro fuzzy model. The comparison between cokriging and Anfis results showed that in five neuro fuzzy models, the error function are less than the cokrihging model, especially for the data of 2004.
    Keywords: Nitrate concentration, Cokriging, Neurofuzzy, Karaj aquifer