فهرست مطالب
مجله اکو هیدرولوژی
سال هفتم شماره 3 (پاییز 1399)
- تاریخ انتشار: 1399/07/01
- تعداد عناوین: 20
-
-
صفحات 563-581
استفاده از دادههای ماهوارهای برای برآورد سریع رطوبت خاک و تعیین عوامل محیطی موثر بر آن، در سالهای اخیر توسعه یافته است. هدف از پژوهش حاضر، بررسی تاثیر خصوصیات بیوفیزیکی و توپوگرافی سطح بر توزیع مکانی رطوبت خاک در تابستان بود. به این منظور، رطوبت خاک در 148 نقطه در حوضه آبخیز بالخلیچای در استان اردبیل اندازهگیری شد و از روش مثلثی مبتنی بر سنجش از دور بر مبنای مدل رقومی ارتفاع ASTER، نقشه پوشش زمین و دادههای اقلیمی برای مدلسازی رطوبت خاک استفاده شد. خصوصیات بیوفیزیکی سطح از جمله نمناکی، سبزینگی، روشنایی، و دمای سطح زمین و متغیرهای توپوگرافی (زاویه محلی فرود خورشید، ارتفاع، درجه و جهت شیب) محاسبه شدند. خطای مدل در ماههای مختلف با استفاده از آمارههای خطا تعیین شد. بر اساس نتایج، مقدار میانگین رطوبت خاک در منطقه در ماه های تیر، مرداد و شهریور بهترتیب 67/4، 22/6 و 66/4 درصد حجمی بود. ضریب تبیین (R2) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) بین رطوبت خاک برآوردی و اندازهگیری شده در شهریورماه کمترین مقدار (بهترتیب 78/0 و 44/1) را داشت. قویترین رابطه خطی بین رطوبت خاک و متغیرهای بیوفیزیکی (توپوگرافی) در تیرماه (بهترتیب با R2و RMSE برابر با 53/0 و 29/0) بود. با افزایش دمای سطح و روشنایی، رطوبت خاک کاهش یافت. با این حال، افزایش مقدار سبزینگی، نمناکی، ارتفاع و زاویه محلی فرود خورشید سبب افزایش مقدار رطوبت خاک شد. نتایج پژوهش حاضر نشان داد از مدل مثلثی میتوان برای بررسی توزیع مکانی رطوبت خاک با استفاده از خصوصیات بیوفیزیکی و توپوگرافی سطح بهره گرفت. استفاده از نتایج پژوهش حاضر میتواند در بهبود دقت مدلسازی رطوبت برای استفاده در کاربردهای مختلف از جمله مدیریت آبیاری، پیشبینی رواناب و کشاورزی دقیق بسیار مفید باشد.
کلیدواژگان: خصوصیات بیوفیزیکی، دمای سطح زمین، زاویه محلی فرود خورشید، لندست 8، ویژگیهای توپوگرافی -
صفحات 583-593بخشهای زیادی از ایران با بحران آب مواجه شدهاند. با توجه به اینکه حدود 85 درصد از منابع آب سطحی و زیرزمینی کشور در بخش کشاورزی مصرف میشود، مدیریت آب در این بخش برای کاهش مصرف آب ضروری است. حفظ محیط زیست، منابع آب و تولیدات کشاورزی از مهمترین اهداف اکوهیدرولوژی است. ردپای آب و تجارت آب مجازی مفاهیمی هستند که اخیرا برای مدیریت منابع آب و در اکوهیدرولوژی استفاده میشوند. بیشتر مطالعات صورتگرفته از این مفاهیم درباره محصولات زراعی است و در مورد محصولات باغی مطالعات اندکی وجود دارد. مطالعه حاضر، به برآورد اجزای ردپای آب در گردوی فاریاب با کمک شاخص ردپای آب برای دوره آماری 1387 تا 1396 در 27 استان در سطح ایران پرداخته است. نتایج نشان داد به طور متوسط ردپای آب در محصول گردو 42/6 مترمکعب بر کیلوگرم است که سهم آب آبی، سبز و خاکستری بهترتیب 90، 3 و 7 درصد است. بیشترین و کمترین ردپای آب مربوط به استانهای یزد و مازندران با مقدار 11/14 و 94/1 مترمکعب بر کیلوگرم است. همچنین، متوسط حجم کل ردپای آب در محصول گردوی فاریاب 1493 میلیون مترمکعب در سال است، که حدود 94 درصد از کل حجم ردپای آب در تولید گردوی کشور یعنی معادل 1403 میلیون مترمکعب در سال به صورت تجارت آب مجازی از کشور صادر میشود.کلیدواژگان: تجارت آب مجازی، ردپای آب، گردو، مقیاس استانی، مقیاس ملی
-
صفحات 595-607احداث سدها بهعنوان یکی از روشهای مدیریت منابع آب، از جمله مهمترین ساختارهای دستساز انسانی در طول رودخانه هستند که میتوانند تغییرات عمده هیدرولوژیک در رژیم رودخانه و در نهایت، در کل حوضه زهکشی و در تنظیم جریانهای سطحی را پدید آورند. بنابراین، ارزیابی کمی تغییرات هیدرولوژیکی بر اثر فعالیتهای انسان از جمله ساخت سد مورد نیاز است. از اینرو، هدف پژوهش حاضر، بررسی آماری شاخصهای تغییرات هیدرولوژیکی (IHA) تحت تاثیر سدهای گلستان و وشمگیر در دورههای قبل و بعد از احداث این سدها با استفاده از نرمافزار IHA نسخه 1/7 است. به این منظور، ایستگاههای هیدرومتری گنبد و قزاقلی در پاییندست سد گلستان برای بررسی تاثیر احداث سد گلستان و ایستگاه هیدرومتری آققلا بهمنظور بررسی تاثیر احداث سد وشمگیر در نظر گرفته شد. همچنین، بهمنظور بررسی وضعیت تغییر اقلیم در منطقه مطالعهشده، وجود روند در مقادیر متغیرهای اقلیمی بارش، دما و تبخیر و تعرق با استفاده آزمون من-کندال و شیب سن در سطح اطمینان یک و پنج درصد ارزیابی شد. سپس، تغییرات 33 شاخص هیدرولوژیکی در پنج گروه اصلی (مقدار، تداوم، زمانبندی، فراوانی و میزان تغییرات) قبل و بعد از احداث سدهای گلستان و وشمگیر با رویکرد محدوده تغییرپذیری (RVA) محاسبه شد. با توجه به نتایج آزمون روند، تغییر در متغیرهای اقلیمی اغلب بهصورت افزایش بارش و دما و کاهش تبخیر و تعرق بوده است. براساس شاخصهای گروه نخست (مقدار) میتوان این گونه نتیجه گرفت که مقدار متوسط دبی ماهانه جریان رودخانه در دوره بعد از احداث سد گلستان نسبت به دوره قبل از احداث سد، در ایستگاههای هیدرومتری گنبد و قزاقلی کاهش داشته است، در حالی که مقدار متوسط دبی ماهانه جریان رودخانه بعد از احداث سد وشمگیر از ماه مارس تا ژوین کاهشی بوده و در باقی ماهها افزایشی بوده است. در مورد شاخصهای گروه دوم (مقدار دبیهای حداقل و حداکثر)، میتوان بیان کرد که همه شاخصهای جریان بهجز شاخصهای حداقل جریان سه، هفت و 30 روزه و شاخصهای حداکثر جریان یک، سه و هفت روزه در ایستگاه هیدرومتری گنبد و بهجز شاخصهای حداقل جریان یک و سه روزه و شاخص حداکثر جریان سهروزه در ایستگاه هیدرومتری قزاقلی در دوره بعد از احداث سد گلستان کاهش یافته، در حالی که شاخصهای حداکثر جریان یک، سه و هفت روزه در ایستگاه هیدرومتری آققلا در دوره بعد از احداث سد وشمگیر افزایش یافته است. در نهایت، میتوان نتیجه گرفت که تغییر رژیم جریان میتواند تهدیدهای مهمی برای گونههای گیاهی و جانوری (آبزیان و حیات وحش) ایجاد کند و به آثار محیط زیستی نامطلوب منجر شود. درخور یادآوری است که تغییر در شاخصهای هیدرولوژیکی جریان بیشتر تحت تاثیر احداث سد بوده و نیز تغییر متغیرهای اقلیمی نیز در این خصوص تاثیرگذار بوده است و تفکیک آثار آن نیازمند مطالعات بیشتری است.کلیدواژگان: آب مورد نیاز محیط زیستی، رژیم جریان، روند، شاخصهای تغییرات هیدرولوژیکی، متغیرهای اقلیمی
-
صفحات 609-618
تحلیل جریان غیر ماندگار با استفاده از روشهای روندیابی هیدرولیکی و هیدرولوژیکی صورت میگیرد. روشهای روندیابی هیدرولوژیکی در عین حال که دقت مناسبی دارند، نسبت به روشهای روندیابی هیدرولیکی بسیار سادهتر و کمهزینهترند و برای محاسبات روندیابی سیلاب، فقط به دادههای مربوط به هیدروگراف (تغییرات دبی نسبت به زمان) ثبت شده در ایستگاههای هیدرومتری بالادست و پاییندست محدوده مطالعه شده نیاز دارند. در پژوهش حاضر، به بررسی تاثیر سیل مبنا روی دقت روندیابی سیل در رودخانه کارون با استفاده از روشهای روندیابی هیدرولوژیکی شامل روش ماسکینگام خطی، مقادیر اجرایی، کانوکس و آت – کین اصلاح شده، پرداخته شده است. به بیانی، با استفاده از الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات (PSO) و دادههای 4 سیل مشاهداتی که در ایستگاههای هیدرومتری ملاثانی (بالادست) و اهواز (پاییندست) رودخانه کارون ثبت شده است، برای هر سیل، بهصورت جداگانه پارامترهای روش ماسکینگام خطی (X, K,) بهینهیابی شده و برای محاسبه هیدروگراف خروجی تمامی سیلها استفاده شده است. نتایج بیانگر آن است که به دلیل تاثیر وسعت سیلگیری رودخانه ها روی پارامترهای یادشده، چنانچه دامنه تغییرات دبی ورودی سیل مبنا به دامنه تغییرات دبی ورودی سیل محاسباتی نزدیک تر باشد، دقت روشهای روندیابی هیدرولوژیکی در برآورد هیدروگراف خروجی افزایش مییابد.
کلیدواژگان: رودخانه کارون، روندیابی سیلاب، روندیابی هیدرولوژیکی، سیل مبنا، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) -
صفحات 619-633مدل سازی دبی رودخانه در مدیریت منابع آب و مدیریت ریسک از اهمیت بالایی برخوردار است. این امر در مناطق کوهستانی اهمیت بیشتری پیدا میکند زیرا بیشتر جمعیتهای پاییندست منطقه، وابستگی زیادی به کشاورزی و فعالیتهای تجاری مانند تولید برق دارند. در این زمینه، در سالهای اخیر، مدلهای یادگیری ماشینی به دلیل دقت بالا در پیشبینی از طریق یادگیری به-صورت جعبه سیاه مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند. از این رو در مطالعه حاضر، یک رویکرد ترکیبی برای پیشبینی دبی متوسط ماهیانه رودخانه کارون پیشنهاد شده است. این روش از ترکیب شبکههای عصبیLSTM و GRU استفاده مینماید. شبکه LSTM یک شبکه عصبی یادگیری عمیق میباشد که توانایی اضافه کردن مفهموم زمان به مدلسازی را دارد؛ از این رو در پژوهش حاضر به دلیل ماهیت سری زمانی دادهها این روش مورد توجه قرار گرفته است. این شبکه به دلیل داشتن دروازههای زیاد، بسیار کند عمل می کند که برای جبران سرعت این روش از لایههای GRU که نمونهای دیگر از شبکههای یادگیری عمیق میباشند استفاده می-شود. برای پیشبینی دبی متوسط ماهیانه رودخانه کارون از دادههای آماری ایستگاه ملاثانی برای دوره 21 ساله از 1 فروردین 1374 تا 29 اسفند 1394 استفاده شده و مدلسازی براساس پنج ترکیب ورودی با مقادیر دبی رودخانه با تاخیر یک ماهه انجام شده است. رویکرد پیشنهادی با سایر روشهای موجود نظیر ماشین بردار پشتیبان، سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی و مدل رگرسیون خطی چندگانه مورد مقایسه قرار گرفت که نتایج نشان دهندهی بالا بودن دقت رویکرد پیشنهادی نسبت به سایر روشهای مورد مقایسه میباشد.کلیدواژگان: پیش بینی، دبی ماهیانه، روش ماشین بردار پشتیبان، روش GRU-LSTM، رودخانۀ کارون
-
صفحات 635-646
بهمنظور مدیریت صحیح آب در بخش کشاورزی، بهبود مدیریت بهرهبرداری سامانههای توزیع آب کشاورزی و ارزیابی آنها ضروری است. در تحقیق حاضر برای تحقق هدف یادشده، از مدلهای سیستم استنتاج فازی (FIS)، شبکه عصبی (ANN) و سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی (ANFIS)، برای توسعه مدل هوشمند ارزیابی کفایت تحویل آب در یک کانال آبیاری، با در نظر گرفتن عدم قطعیتهای موجود در فرایند بهرهبرداری استفاده شد. بهمنظور توسعه و بررسی چگونگی عملکرد مدلهای توسعه داده شده، کانال اصلی شبکه آبیاری رودشت در استان اصفهان که با مشکل نوسان های شدید جریان ورودی روبهرو است، به عنوان مطالعه موردی انتخاب شد. از مدل شبیه ساز هیدرودینامیکی HEC-RAS، برای تولید اطلاعات مورد نیاز آموزش و صحت سنجی مدلهای یادشده استفاده شد. نتایج نشان داد براساس شاخص آماری MAPE، ساختارهای منتخب در دو مدل ANN و ANFIS در تخمین شاخص کفایت تحویل آب کشاورزی نسبت به مدل FIS، به ترتیب به مقدار 07/57، 68/56 درصد بهبود یافته است. بررسی نتایج نشان داد مدلهای توسعه داده شده هوشمند نسبت به روشهای مرسوم ارزیابی (مدلهای هیدرودینامیکی و شاخصهای ارزیابی) نهتنها زمانبر نبوده بلکه با در نظر گرفتن عدم قطعیت، نتایج دقیقی را ارایه میدهند. همچنین، مدلهای ANN و ANFIS نسبت به FIS عملکرد بهتری داشتند، بنابراین قابلیت استفاده برای سایر سامانههای توزیع آب کشاورزی را نیز دارند.
کلیدواژگان: توزیع آب کشاورزی، کفایت تحویل، FIS، ANN و ANFIS -
صفحات 647-662پایش و پهنهبندی سیلاب کارکرد زیادی در کاهش خسارتهای ناشی از آن دارد. هدف از مقاله حاضر، بررسی خطر سیل فروردین 1398 خوزستان با استفاده از دادههای لندست-8 است. ابتدا پیشپردازش تصاویر در نرمافزار ENVI 5.3 انجام شد. سپس، برای پایش سیل فروردین 1398 از شاخصهای MNDWI و NDWI استفاده شد. پس از آن، نقشه پهنه خطر سیل در نرمافزار ArcGIS10.4 تهیه شد. نتایج نشان میدهد بخشهای جنوب و جنوب غربی از وضعیت خیلی شدید و بخشهای مرکزی و جنوب شرقی از وضعیت شدید خطر سیل برخوردارند که از مستعدترین نواحی سیلگیر در استان هستند. همچنین، پایش نقشههای سیل در استان خوزستان نشان میدهد که یک انطباق کامل بین نقشه پهنهبندی سیل و سیل اخیر وجود دارد. بهطوری که با بررسی نقشهها مشخص شد که سیل اخیر بیشتر در بخشهای غرب، جنوب و جنوب غربی اتفاق افتاده است. بررسی مکانی نواحی سیلابی نشان میدهد شهرهای هویزه، دشت آزادگان، اهواز، خرمشهر، بندر ماهشهر، آبادان و بهخصوص شادگان بیشتر از دیگر شهرها دچار سیل شدهاند. در این میان، شهر شادگان بر اساس شاخصهای MNDWI و NDWI بهترتیب 191349 و 174813 هکتار از اراضی آن تحت تاثیر سیل بوده است که بیشترین میزان نسبت به دیگر شهرهای استان را نشان میدهد. بهطور کلی، با توجه به نتایج، استفاده از دادههای سنجشازدور و شاخصهای MNDWI و NDWI برای پایش سیل و همچنین، استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی به منظور پهنهبندی نواحی خطر سیلاب در مطالعات مرتبط پیشنهاد میشود.کلیدواژگان: سنجش از دور، MNDWI، NDWI، GIS
-
صفحات 663-674بهرغم ضرورت پیشبینی رژیم جریان در رودخانهها بهخصوص در شرایط خشکسالی هیدرولوژیک، پیشرفت چندانی در این زمینه به وجود نیامده است و همچنان برای پیشبینی جریان، از سری زمانی دبی و یا شاخصهای بدون بعد استفاده میشود. در مطالعه پیش رو، پیشبینی شرایط هیدرولوژیک جریان در رودخانه براساس وضعیت حوضه از نظر بارندگی با استفاده از مفاهیم زنجیره مارکوف صورت گرفته است و برای مطالعه موردی از حوضه تالاب انزلی با 9 ایستگاه هواشناسی و 20 ایستگاه هیدرومتری طی سالهای آماری 1364 تا 1394 استفاده شده است. برای پیشبینی وضعیت هیدرولوژیک رودخانهها بعد از مشاهده هر حالت هواشناسی از نظر بارش در حوضه، از ماتریس احتمال انتقال دوبعدی مارکوف استفاده شد. وجه مشخصه ماتریس احتمال انتقال دوبعدی نسبت به آنچه تا کنون مرسوم بوده است، استفاده از دو فاز مختلف جریان رطوبت در پروسه هیدرومتیورولوژیکی در کنار هم است، به گونهای که ستونهای ماتریس معرف حالت هواشناسی و سطرهای آن، معرف شرایط هیدرولوژیک هستند. ارزیابی شرایط حوضه انزلی نشان داد با احتمال بیش از 50 درصد وضعیت حوضه از نظر هواشناسی و هیدرولوژیک در هر ماه یکسان است. براساس نتایج بهدستآمده از ماتریس دوبعدی احتمال انتقال، پیشبینی میشود در صورتی که حوضه از نظر هواشناسی در شرایط نرمال، مرطوب و خشک باشد، وضعیت جریان در رودخانهها در ماه بعد با احتمال بهترتیب 80، 50 و 40 درصد در شرایط یادشده خواهد بود. براساس نتایج بهدستآمده با محاسبه امید ریاضی دبیهای متناظر با شرایط هیدرولوژیک پیشبینیشده براساس وضعیت هواشناسی گام قبل، میزان جریان محتمل در حوضه پیشبینی میشود.کلیدواژگان: پیشبینی جریان، زنجیرۀ مارکوف دوبعدی، فاز هواشناسی، فاز هیدرولوژیک
-
صفحات 675-690محدودیت منابع آبی همواره از موانع اصلی توسعه بخش کشاورزی بهعنوان بستر اصلی نیل به خودکفایی مواد غذایی مطرح بوده است. یکی از کاربردهای مهم تصاویر سنجش از دور، در حوزه فعالیتهای کشاورزی است. در تحقیق حاضر از تصاویر ماهواره سنتینل 2 برای تفکیک محصولات کشاورزی در محدوده شهرستان ارومیه بهصورت روشهای مبتنی بر ورودیهای چندزمانی استفاده شده است. به دلیل تغییرات طیفی محصولات طی دوره رشد، بهکارگیری تصاویر چندزمانی مطابق با تقویم زراعی محصولات، نقش مهمی در تفکیک این محصولات ایفا میکند. در این طبقهبندی تمامی ورودیها دارای تاثیر یکسان در طبقهبندی در نظر گرفته میشوند که این امر خلاف واقعیت است. بنابراین، به منظور افزایش دقت طبقهبندی و بهبود نتایج، به هر یک از ورودیهای چندزمانی، وزن مناسبی باید اختصاص یابد که در پژوهش حاضر انتخاب وزنهای بهینه برای تمام ورودیها با بهرهگیری از الگوریتم ژنتیک مورد توجه قرار گرفته است. بهینه کردن طبقهبندی تصاویر ماهوارهای به روش کمترین فاصله توسط الگوریتم ژنتیک به دو حالت انجام یافته است؛ در حالت نخست تاثیر تعداد نرونهای لایه میانی و انتخاب پارامترهای بهینه برای شبکه عصبی و در حالت دوم، تاثیر ترتیب معرفی نمونههای آزمایشی بررسی شده است. در حالت نخست تعداد 4 تا 20 نرون برای لایه میانی و مقداری بین صفر و یک برای میزان آموزش و ضریب مومنتوم انتخاب و ارزیابی شده و در حالت دوم ترتیبهای مختلفی از معرفی نمونههای آموزشی ارزیابی شدهاند. نتایج نشان داد بهینه شدن ترتیب معرفی نمونههای آموزشی، موجب افزایش 5/4 درصدی در دقت محاسبات شده است. بنابراین، ترتیب معرفی نمونههای آزمایشی در مقایسه با سایر پارامترها، بیشترین تاثیر را در همگرایی شبکه و حصول به نتایج بهینه داشته است. همچنین، مقایسه دو طبقهبندی استاندارد و بهینهشده، نشان داد مقدار کاپا از 86 درصد در حالت استاندارد به مقدار 5/90 درصد در حالتی که ورودیها به صورت بهینه وزندهی شدهاند، افزایش یافته است.کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، بهینهسازی، تصاویر سنجش از دور، شبکۀ عصبی مصنوعی، طبقهبندی
-
صفحات 691-706
دمای هوا و بارندگی، کمیت و کیفیت تولیدات محصولات کشاورزی را تحت تاثیر قرار میدهد، بنابراین برآورد و بررسی تغییرات مکانی-زمانی آن اهمیت دارد. در بسیاری از مناطق کشور به دلیل تراکم کم ایستگاههای اندازهگیری و یا دوره آماری کوتاه ایستگاههای جدید، اطلاعات زمانی و مکانی محدودی در دسترس است. پژوهش حاضر با هدف امکان سنجی استفاده از دادههای پایگاهها هواشناسی شبکهبندی شده CRU، AgMERRA، AgCFSR و GPCC-CRUدر برآورد عملکرد و نیاز آبی گیاه گندم و مقایسه آن با مقادیر برآوردشده با اطلاعات ایستگاه سینوپتیک قزوین است.به این منظور، اطلاعات اقلیمی ماهانه ایستگاه سینوپتیک قزوین از سال 1980 تا 2010 و اطلاعات اقلیمی پایگاههای یادشده به سه روش استفاده از نزدیکترین نقطه به ایستگاه سینوپتیک (K1)، استفاده از میانگین چهار نقطه نزدیک ایستگاه سینوپتیک (K4) و استفاده از میانگین هشت نقطه نزدیک ایستگاه سینوپتیک (K8) استخراج شد. کیفیت دادههای این پایگاهها با استفاده از چهار شاخص آماری ( RMSE،NRMSE، ME) به صورت غیر مستقیم (با استفاده از خروجیهای مدل گیاهی AquaCrop) ارزیابی شد. در برآورد نیاز آبی گیاه گندم، پایگاه اطلاعاتی GPCC-CR با چهار (K4) و یک (K1) نقطه همسایگی بهترین عملکرد را در قیاس با سایر گزینهها داشت. برآورد عملکرد گندم با استفاده از دادههای AgMERRA در دو حالت K1 و K4 بیشترین میزان همبستگی با دادههای ایستگاه سینوپتیک را نشان داد. نتایج نشان میدهدبرای برآورد عملکرد محصولات زراعی میتوان از اطلاعات پایگاههای اطلاعاتی هواشناسی شبکهبندی شده با دقت مناسب استفاده کرد. اما در خصوص برآورد نیاز آبی فقط پایگاه اطلاعاتی GPCC-CRUدقت قابل قبولی داشته است.
کلیدواژگان: دشت قزوین، مدل AquaCrop، CRU، AgMERRA، AgCFSR و GPCC -
صفحات 707-718بررسی تغییرات دبی رودخانه در مدیریت منابع آب و طراحی شبکه های آبیاری و زهکشی امری بسیار مهم است. در تحقیق حاضر، روند تغییرات دبی ماهانه، فصلی و سالانه حوضه آبخیز کرخه با استفاده از آزمون های ناپارامتری من کندال، سن و تحلیل رگرسیونی ارزیابی شد. به این منظور، از داده های دبی در یازده ایستگاه آب سنجی حوضه یادشده طی دوره 1990 تا 2018 استفاده شد. نتایج تحقیق پیش رو نشان داد دبی سالانه در همه این ایستگاه ها به جز سراب سید علی، روند نزولی داشته است. مقادیر این دبی در ایستگاه های حمیدیه، پای پل، پل زال، پلدختر، آفرینه، چم انجیر، نورآباد، دوآب مرک، کاکارضا و پلچهر به ترتیب 48، 33، 16، 5، 15، 4، 4/0، 4/1، 6/2 و 13 مترمکعب کاهش یافته، در حالی که در ایستگاه سراب سید علی به میزان 4/0 مترمکعب افزایش یافته است. بر اساس یافته های تحقیق، به کارگیری دو روش ناپارامتری من کندال و سن در تحلیل روند سری های دبی ماهانه، فصلی و سالانه نشان داده است که کارایی این دو آزمون در بیشتر اوقات شبیه به هم بوده و در مواقعی که فراوانی داده های تکراری زیاد باشد، روش سن می تواند جواب واقع گرایانه تری نسبت به روش من کندال به دست دهد. نتایج پژوهش حاضر می تواند در پیشبینی خشکسالیهای آتی، برنامه ریزی و مدیریت منابع آب منطقه به کار رود.کلیدواژگان: آزمون پارامتری، حوضه آبخیز کرخه، روش من کندال، روش سن، روش تحلیل رگرسیون، روند دبی
-
صفحات 719-729از روشهای سنجش از دور ماهوارهای به ویژه ماهواره TRMM برای برآورد بارش حوضههای آبخیز با ایستگاه بارانسنجی اندک و پراکنده استفاده میشود. به منظور اعتبارسنجی باید دادههای بارش ماهواره TRMM با دادههای بارش مشاهداتی مقایسه شوند. به همین منظور، در تحقیق حاضر ابتدا با استفاده از چهار روش آماری آزمونهای همگنی نرمال استاندارد، دامنه بیوشند، پتیت و نسبت ون نیومن، کیفیت دادههای بارش ایستگاههای بارانسنجی حوضه آبخیز گرگانرود بررسی شد تا برآورد صحیحی از دقت و کارایی ماهواره TRMM داشته باشیم. پس از استخراج نتایج آزمونهای همگنی و بررسی دقیقتر از طریق مقایسه با دادههای ایستگاههای مجاور، یک ایستگاه مشکوک به دلیل مطابقت نداشتن با دادههای ایستگاههای مجاور از روند تحقیق حذف شد. سپس، به منظور بررسی کارایی ماهواره TRMM در برآورد بارش ماهانه از طریق مقایسه آن با دادههای بارش مشاهداتی از معیارهای آماری Bias، RMSE، R2 و NSE استفاده شد. نتایج نشان داد مقدار R2 برای تمامی ایستگاههای بارانسنجی واقع در حوضه آبخیز گرگانرود بین 31/0 تا 75/0 است. RMSE بین 85/15 تا 82/56 به دست آمد. ایستگاههای بارانسنجی که در حوضه آبخیز گرگانرود واقع شدهاند، مقدار NSE بین 82/0- تا 66/0 دارند. شاخص آماری Bias بین 74/55- تا 01/69 است. همچنین، مقدار R2، RMSE، NSE و Bias برای کل حوضه آبخیز گرگانرود به ترتیب 79/0، 94/20، 57/0 و 13/28- به دست آمد. نتایج ارزیابی دقت و کارایی ماهواره TRMM در برآورد بارش ماهانه نشان داد کارایی خوبی در برآورد بارش منطقه مطالعه شده دارد و برای مناطق بدون ایستگاه بسیار ارزشمند است.کلیدواژگان: آزمونهای همگنی، اعتبارسنجی، برآورد بارش، حوضه آبخیز گرگانرود، ماهواره TRMM
-
صفحات 731-741در پژوهش حاضر سعی شده است تا ارزیابی مناسبی از وضعیت سیلخیزی و خطرپذیری سیل برای حوضه تجن ارایه شود. به این منظور، با تهیه نقشههای پهنهبندی خطر سیل و تحلیل حساسیت سیلخیزی برای حوضه، مناطق مستعد شناسایی و میزان خطرپذیری برای حوضه سنجش شده است. به این منظور، از مدل تلفیقی مبتنی بر تحلیل سلسله مراتبی و منطق فازی (F-AHP) به منظور اولویتبندی، شناسایی عوامل موثر بر رخداد سیل (شامل عوامل زمینشناسی، اقلیمی و انسانی و...) و همچنین، تعیین میزان تاثیر هر یک از شاخصهای ارزیابی سیل (شامل سرعت جریان، عمق جریان، متوسط بارش، تبخیر، شیب، الگوی زهکشی، دشت سیلابی، شبکه راهها و پوشش زمین) بهره گرفته شده است. این اطلاعات بعد از ارزیابی محاسباتی فازی در MATLAB به محیط GIS انتقال یافته و نقشههای شاخص فازیسازی شده/ غیرفازیسازی شده منطقه تهیه شده است. هدف از این کار، افزایش دقت و همچنین به کارگیری تلفیقی مدل فازی است. این نقشهها برای شناسایی مناطق حساس سیل (نقشه خطرپذیری) و پهنهبندی مخاطره (در 5 گروه پرخطر تا کم خطر) به کار برده شده است. با توجه به نتایج حاصل از سنجش خطرپذیری در حوضه تجن مشخص شده است که مهم ترین تمرکز مناطق حساس سیل در محدوده رودخانه اصلی نسبت به سایر بخشها و در محدوده دلتای رودخانه در مصب است. همچنین، با توجه به الگوی زهکشی منطقه به خصوص در بخش شرقی حوضه، مشخص شده است که این مناطق نیز از حساسیت زیاد سیلخیزی برخوردار بوده که با توجه به ساختار زهکشیها میتوان بیان کرد که تاثیر رخداد به صورت فعالیتهای زمینشناسی است.کلیدواژگان: ارزیابی خطر سیل، تحلیل سلسله مراتبی، حوضه تجن، سیستم اطلاعات مکانی، منطق فازی
-
صفحات 743-756هر رودخانه ظرفیت پذیرش آلایندههای ورودی و خودپالایی آن را تا حدود معینی دارد، بنابراین بررسی کیفیت آب رودخانهها و آگاهی از روند تغییرات توان خودپالایی، از اهمیت زیادی برخوردار است. آب های خروجی فعالیتهای معدن کاری مس سونگون واقع در شمال غرب ایران که در آبراهه ها و رودخانهها جریان مییابد، منجر به افزایش بار فلزات سنگین در رودخانهها میشود. به این منظور، در محدوده معدن مس سونگون در 9 ایستگاه از رودخانههای سونگونچای، پخیرچای، ارغنهچای، میانکافه و ایلگینه نمونه برداری انجام گرفت و پارامترهای pH، EC، TDS، TSS و غلظت فلزات سنگین آنالیز شد. شاخص فلزی و شاخص آلودگی فلز سنگین HPI برای بررسی آلودگی فلزات سنگین استفاده شد. میزان کاهش آلایندهها طی مسیر رودخانه و همبستگی این تغییرات با pH که از مهم ترین عوامل موثر در خودپالایی رودخانه است، بررسی شد. همچنین، رابطه بین غلظت آلایندهها در رودخانه با غلظت عناصر سنگین در خاک و رسوب منطقه مقایسه شد و مشخص شد که پراکندگی غلظت عناصر سنگین در آب با رسوب مرتبط است و تحت تاثیر تغییرات pH قرار دارد و افزایش pH در نتیجه واکنش آب با سنگهای آهکی در بستر رودخانه موجب افزایش توان خودپالایی رودخانه می شود و با دور شدن از معدن، غلظت آلایندهها روند کاهشی دارد.کلیدواژگان: خودپالایی، فلزات سنگین، معدن مس سونگون، TSS، TDS
-
صفحات 757-773سیستم های آبی، سیستم جفتشده طبیعی- انسانی است که تعاملات غیرقابل پیشبینی، پویا و بازخوردهای متعدد با بخشهای مختلف از جمله غذا، انرژی و اقلیم دارد. شناخت تعاملات بین بخشهای مختلف با منابع آب و همچنین، درک فرابخشی بودن حکمرانی آن، نیازمند اتخاذ رویکردی کلگرایانه است. رویکرد «همبست»، رویکردی نوین و کلگرایانه برای مواجهه با درهمتنیدگیهای آب-غذا-انرژی است. این رویکرد در مناسبات و تعاملات هیدروپلیتیکی آبهای فرامرزی کارکرد بسیاری دارد، زیرا منابع مشترک مورد مناقشه را از کانون توجهات خارج میکند و میتواند دامنه وسیعتری برای همکاری به وجود آورد. همبست، نوعی رویکرد مناسب برای مواجهه با رقابتها و مناقشات آبهای فرامرزی است، زیرا اتخاذ رویکرد همبست به منافعسازی بین کشورهای ساحلی میانجامد و به کارگیری آن فرصتی برای تولید کالا یا خدمات تخصصی در هر کشور و چانهزنی بیشتر خواهد بود. از این رو، تبیین کارکرد رویکرد همبست در حکمرانی و مناسبات آبهای فرامرزی و سیاست گذاریهای مرتبط با حوزه نوین دیپلماسی آب ضروری است. بر این اساس، مقاله حاضر با ماهیت بنیادی- نظری و روش توصیفی-تحلیلی می کوشد کارکرد رویکرد همبست را در حکمرانی سیستمهای آبی به طور عام و حکمرانی مناسبات آبهای فرامرزی به طور خاص بررسی کند. همچنین، تفاوتهای کلیدی این رویکرد با رویکرد مدیریت یکپارچه منابع آب، با هدف برجستهسازی کاربرد متفاوت آن دو با یکدیگر مقایسه و ارایه میشوند. برای تبیین بهتر کارایی این رویکرد، کارکرد آن در دو حوضه آبریز براهماپوترا در جنوب آسیا و دریاچه آرال در آسیای مرکزی تحلیل میشود. در نهایت، نشان داده خواهد شد که چگونه استفاده از رویکرد همبست «آب-انرژی-محیط زیست» تعاملات پایداری برای دو کشور هند و بوتان در حوضه آبریز براهماپوترا ایجاد کرده است و چگونه عدم تبعیت از رویکرد همبست «آب-غذا-انرژی» برای کشورهای حوضه دریاچه آرال هزینههای اقتصادی و آسیبهای زیستمحیطی در پی داشته است.کلیدواژگان: آبهای فرامرزی، دیپلماسی آب، مدیریت یکپارچه منابع آب، همبست آب-غذا-انرژی، هیدروپلیتیک
-
صفحات 775-790ساخت غیراصولی سدها سبب عدم تعادل بین منابع آب و پایداری محیط میشود. بنابراین، در ساخت سدها به عنوان یکی از روشهای تامین آب، رعایت اصول و معیارهای توسعه پایدار اهمیت زیادی دارد. در تحقیق حاضر اولویت محل ساخت سد کندوله در استان کرمانشاه با استفاده از تکنیکهای مختلف مدل تصمیمگیری چندمعیاره جبرانی شامل وزندهی ساده، برنامه ریزی توافقی و تحلیل سلسله مراتبی بررسی شد. به اینمنظور، پس از تعیین معیارهای مناسب به کمک مطالعات و دیدگاه های کارشناسان، برای تعیین وزن معیارها از تصمیمگیری گروهی با اندازهگیری میزان توافق تصمیمگیران استفاده شد. سپس، چهار گزینه پیشنهادی برای سد کندوله بر اساس معیارهای فنی، اقتصادی، اجتماعی، زیست محیطی و زیرمعیارهای مربوطه رتبهبندی شده و نتایج با هم مقایسه شد. علاوه بر تعیین ساختگاه برتر، 17 زیرمعیار برای انتخاب این ساختگاه نیز رتبهبندی شد. در انتها، با آنالیز حساسیت مدلها رتبهبندی نهایی گزینهها ارزیابی شد. بر اساس دیدگاه های کارشناسان معیار اقتصادی بیشترین اهمیت را در انتخاب ساختگاه دارد. همچنین، نتایج نشان داد رتبهبندی گزینهها در مدل تحلیل سلسله مراتبی مشابه دو روش دیگر است. به این صورت که در کلیه مدلها گزینه چهارم به عنوان بهترین گزینه معرفی شد و گزینههای سوم، اول و دوم به ترتیب در رتبههای بعدی قرار گرفتند. همچنین، نتایج تحلیل حساسیت مدلها نشان داد رتبهبندی نهایی گزینهها بر اثر تغییر وزن بیشتر معیارها تغییر نمیکند. تحقیق حاضر یک رویکرد معتبر و به صرفه برای تصمیمگیران به منظور شناسایی گزینه برتر ساختگاه سد برای رسیدن به اهداف توسعه پایدار را فراهم میسازد.کلیدواژگان: برنامه ریزی توافقی، تحلیل سلسله مراتبی، تصمیم گیری چندمعیاره، ساختگاه سد، وزندهی ساده
-
صفحات 791-799دیر زمانی است که انسان برای تداوم یا بهینه سازی زندگانی خویش، به بهرهگیری از دریاها روی آورده و از روزگاران کهن تا کنون از مواهب دریاها برخوردار شده است. محیط زیست دریایی به دلیل کارکرد اکوهیدرولوژیکی و همچنین، از نظر تامین بخش فراوانی از غذای جمعیت جهان و نیز تسهیل و تعمیق روابط بازرگانی جایگاه منحصربه فردی دارد. در تحقیق حاضر، معیارهای سنجش سیاست جنایی بررسی شدهاند. این معیارها عبارتاند از: کارآمدی، انسجام و جامعیت. نتایج بررسی معیارها نشان میدهد به دلیل پراکندگی قوانین و یکپارچه نبودن قانون خاص لازم الاجرا ، برای برخورد با جرایم در این حوزه، سیاست کیفری ایران به رغم صرف هزینه و به کارگیری نیروی انسانی فراوان در مسیر مقابله با جرایم علیه محیط زیست دریایی، کارآمدی مورد انتظار را نداشته باشد. سیاست جنایی ایران در ابعاد تقنینی، قضایی، اجرایی و مشارکتی نیز انسجام و هم راستایی لازم را ندارد. سیاست جنایی ایران در خصوص جرم انگاری، وضعیت تقریبا مطلوبی دارد، اما در حوزه پاسخ دهی، قابل دفاع عمل نمیکند. تقریبا از ابتدا تا انتهای قوانین در انحصار مجازاتهای سنتی و به طور مشخص، حبس و جزای نقدی است. سیاست جنایی در ایستگاه پاسخ های کیفری سنتی متوقف شده است و طرحی نو برای به کارگیری سایر پاسخ های کیفری یا حقوقی غیرکیفری یا غیرحقوقی در حیطه اکولوژی و هیدرولوژی مصوب نکرده است، در نتیجه سیاست جنایی ایران در این خصوص جامعیت ندارد.کلیدواژگان: انسجام، کارآمدی، جامعیت، حقوق محیط زیست، محیط زیست دریایی
-
صفحات 801-814هماکنون آثار منفی تغییر اقلیم به همراه بحران آب از مهمترین دغدغههای جهانی است. پژوهش حاضر، نوعی روش کار پیشرفته برای بررسی تاثیر پدیده تغییر اقلیم روی نوسانات سطح آب زیرزمینی است. در تحقیق حاضر برای شبیهسازی سطح آب زیرزمینی و بررسی بیلان آب دشت هشتگرد از مدل مفهومی مادفلو استفاده شده است. به این منظور، هدایت هیدرولیکی در حالت ماندگار و آبدهی ویژه در حالت غیرماندگار واسنجی شد. به منظور برآورد بارندگی و دما در منطقه از مدل ترکیبی CMIP5 تحت سناریوهای RCP2.5 و RCP 8.5 استفاده شد. این داده ها توسط مدل LARS-WG طی دوره 2015-2040 برای منطقه ریزمقیاس نمایی شد. خروجی دادهها در مدل بارش رواناب IHACRES وارد و میزان رواناب منطقه تحت شرایط تغییر اقلیم محاسبه شد. میزان نفوذ ناشی از رواناب دوباره به همراه پارامترهای تحت تاثیر تغییر اقلیم وارد مدل مادفلو شد و مدلسازی انجام گرفت. مدل کمی نشان داد که با وضعیت موجود آبخوان هشتگرد با توجه به افت سالانه 73 سانتی متری در زمان حال، این میزان افت در آینده بیشتر خواهد شد و آبخوان را از حالت بحرانی به حالت فوق بحرانی تبدیل میکند. نتایج نشان میدهد در سناریوی RCP8.5 ، آبخوان هشتگرد وضعیت بحرانیتری نسبت به سناریوی RCP2.5 خواهد داشت و افت سطح آب زیرزمینی برای بدترین حالت در منطقه در سال 2040 با فرض ثابت بودن برداشت، بهمیزان افت 18 متر نسبت به زمان حال خواهد رسید.کلیدواژگان: تغییر اقلیم، دشت هشتگرد، ریزمقیاسگردانی، سناریوهای RCP، مدل IHACRES، مدل MODFLOW، نوسان آب زیرزمینی، CMIP5
-
صفحات 815-827پژوهش حاضر به دلیل تاثیر پدیده تغییر اقلیم بر منابع آب زیرزمینی، با استفاده از سناریوهای انتشار گزارش پنجم تغییر اقلیم تحت پنج مدل HadGem2Es، Micro5، MPI-Esm-MR، EC-ERATH و GFDL-CM3 شبیهسازی بارش و دما انجام گرفت. نتایج به دست آمده از سناریوهای اقلیمی در مدل جریان آب زیرزمینی MODFLOW اعمال شد و برای سه دوره زمانی آینده نزدیک (2020-2040)، آینده میانی (2040 -2060) و آینده دور (2060-2080) پیشبینی سطح آب زیرزمینی انجام گرفت. شبیهسازی جریان آب زیرزمینی در آبخوان، بیانگر افت سالانه 73 سانتی متری سطح آب زیرزمینی است که با ادامه این وضعیت، آبخوان از حالت بحرانی به حالت فوق بحرانی برای بهرهبرداری تبدیل میشود. با ادامه این روند در سالیان بعد پدیده نشست زمین دور از ذهن نباید باشد. نتایج ادامه شرایط موجود نشان میدهد این آبخوان در پایان سال آبی 1403 1404 نسبت به مهر 1389 که ابتدای دوره شبیهسازی است، بیش از 22 متر افت خواهد داشت که بیش از نصف این افت مربوط به 8 سال انتهایی خواهد بود. بر این اساس، نتایج 5 مدل اقلیمی و سه سناریوی انتشار، پیشبینی وضعیت آبخوان انجام و با توجه به هیدروگراف به دست آمده، میزان عدم قطعیت نتایج مدل های اقلیمی در هیدروگراف آبخوان ارزیابی شد. نتایج نشان داد سناریوی انتشار RCP 8.5 دارای بیشترین میزان اختلاف بین حداقل و حداکثر تراز آب زیرزمینی است.کلیدواژگان: آبخوان هشتگرد، تغییر اقلیم، عدم قطعیت، مدلهای RCP، مدلهای CMIP5
-
صفحات 829-842
ارزیابی وضعیت و روند شکلگیری خشکسالی همواره یکی از عوامل مهم برای مقابله با آثار مخرب این پدیده است. برای بررسی خشکسالی، با توجه به موقعیت مکانی، در بازههای زمانی مشخص، از شاخصهای مختلفی استفاده میشود. هدف اصلی تحقیق حاضر، ارزیابی وضعیت خشکسالی حوضه آبخیز سد گیوی با استفاده از معیارهای چندشاخصی است. به این منظور، به کمک دادههای بارندگی دو ایستگاه منتخب در حوضه آبخیز سد گیوی، طی یک دوره آماری 31 ساله، با بهکارگیری شاخصهای SPI، RDI، CZI، SZI، PNI، DI این پدیده تجزیهوتحلیل شد. نتایج نشان داد در سالهای 1384، 1387 و 1392 در ایستگاه خلخال و در سالهای 1392 و 1396 در ایستگاه فیروزآباد خشکسالی شدید رخ داده است. همچنین، با استفاده از شاخص خشکسالی موثر (EDI)، تعداد روزهای خشک در فصلهای پاییز و زمستان در سالهایی که خشکسالی شدید بود، به دست آمد. با بررسی شاخصها بهصورت ماهانه معین شد ضمن شباهت نسبتا زیاد شاخصهای SPI، CZI، SZI و RDI در نشان دادن اصلیترین دورههای خشکسالی و ترسالی، شاخص SPI در تشخیص آغاز دورههای خشکسالی نسبت به دیگر شاخصها کارایی بهتری دارد.
کلیدواژگان: بارش استانداردشده، حوضه آبخیز سد گیوی، خشکسالی موثر، شاخص RDI
-
Pages 563-581
The use of satellite data for rapid estimation of soil moisture (SM) and determination of environmental factors affecting it has been developed in recent years. The aim of this study was to investigate the effect of biophysical and topographic characteristics on spatial distribution of SM. For this purpose, SM was measured at 148 points in Balikhli-Chay watershed in Ardabil province and triangular method based on ASTER digital elevation model, land cover map and climatic data was applied for SM modeling. Surface biophysical properties including wetness, greenness, brightness, and land surface temperature and topographic variables (solar local incidence angle, elevation, slope, and aspect) were calculated. Model error in different months was determined using error statistics. According to the results, the average SM content in the region in July, August and September were 4.67, 6.22 and 4.66%, respectively. The lowest coefficient of determination (R2) and root mean square error (RMSE) of estimated and measured SM were related to September (0.78 and 1.44, respectively). The strongest linear relationship between SM and biophysical variables (topography) was related to July (with R2 and RMSE equal to 0.53 and 0.29, respectively). SM decreased with increasing land surface temperature and brightness, however increasing greenness, wetness, elevation and solar local incidence angle increased SM content. This study showed that the triangular model can be used to investigate the spatial distribution of SM using biophysical and surface topographic properties.
Keywords: Biophysical characteristics, Landsat 8, Land surface temperature, Solar local Incidence angle, Topographic properties -
Pages 583-593Many regions of Iran are increasingly faced to water crisis. Because of agriculture as the main sector of water resources consumption with 85% of global surface and groundwater, it is necessary to reduce water consumption in this sector. Environmental protection, water resources and agricultural production are the main important goals of echo hydrology. Water footprint (WF) and virtual water trading (VW) concepts is recently used for fresh water resources management and echo hydrology engineering. WF and VW are used for sustainable management of water resources, especially in arid and semi-arid regions. These concepts have been used more in crop productions and less in fruit crops. The purpose of this study was to investigate the water footprint and water footprint in walnut production for duration of 2006-2016 in provincial and national scale of Iran. This study is calculated water footprint components in walnut production for duration of 2006-2016 in provincial and nation scale of Iran. Result showed the average of water footprint is 6.42 m3/kg which the share of blue, green and grey water footprint are 90%, 3% and 7%, respectively. The highest and the lowest water footprint are in Yazd (14.11 m3/kg) and Mazandaran (1.94 m3/kg) provinces. Also, the total volume of water footprint is 1493 MCM per year that exported about 94% (1403 MMC per year) in the form of virtual water trade.Keywords: water footprint, Walnut, Provincial scale, national scale, Virtual water trade
-
Pages 595-607Dams construction as one of the methods in water resources management, are among the most important man-made structures along the river that can make major changes in the river regime and ultimately in the entire drainage basin and surface flow adjustment that hydrologic alterations are one of the most important alterations. Therefore, the quantity evaluations of hydrological changes and the deviation magnitude of natural flow regime affected by human activities such as dam construction need to be considered, that one of these methods is the indicators of hydrologic alterations (IHA). Therefore, the purpose of the present study is the statistical analysis of the IHA affected by the dam Bostan, Golestan and voshmgir (pre- and post-dam construction periods) and Without construction a dam using the IHA and RVA in the all stations Gorganroud Watershed. Toward this, the trend in the amounts of precipitation, temperature and evapotranspiration variables were evaluated using MATLAB software using Mann-Kendall test and Sen’s slope at a confidence level of one and five percent. Then, the 33 Indicators of hydrological indicators in five main groups (magnitude-duration-timing-frequency- rate of change) will be computed pre- and post-dam construction. After calculating the indicators values, IHA changes will be computed using the variability range approach (RVA). According to the results of trend analysis, change in climatic Variables In the form of significant increasing the precipitation and temperature the has been increased during the available time period.Keywords: Climate Variables, Flow regime, Indicators of Hydrologic Alterations, trend, Environmental Water Requirement
-
Pages 609-618
Unsteady flow analysis is performed using hydraulic and hydrological routing methods. Hydrological routing methods, while accurate, are much simpler and less expensive than hydraulic routing methods, and for flood routing calculations, only data related to hydrographs (flow changes over time) recorded at upstream and downstream hydrometric stations of the study area are needed. In the present study, the effect of the basic flood on the accuracy of flood routing in the Karun River was investigated using hydrological routing methods including linear Muskingum method, Working Values, Convex, and modified Att-Kin method. In other words, using the Particle Swarm Optimization (PSO) Algorithm and the 4 observational floods data recorded at the Mollasani (upstream) and Ahwaz (downstream) hydrometric stations of the Karun River, for each flood, separately, the linear Muskingum method parameters (X, K, ∆t) Optimized and used to calculate the outflow hydrograph of all floods. The results show that due to the effect of rivers flooding extent on the mentioned parameters if the range of inflow of basic flood changes is closer to the inflow of calculated flood, the accuracy of hydrological routing methods in outflow hydrograph estimation increases.
Keywords: Basic Flood, Flood routing, Hydrological Routing, Karun River, Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm -
Pages 619-633Modeling the river discharge is of great importance in water resources and risk management. This is especially important in mountainous areas since most of the low-income people in such areas are heavily dependent on agriculture and commercial activities such as electricity. In this regard, in recent years, machine learning models have received more attention due to their high accuracy in predicting through black box learning. Therefore, in this study, a combined approach has been proposed to predict the average monthly discharge of the Karun River. This method uses a combination of LSTM and GRU neural networks. The LSTM network is a deep learning neural network that has the ability to add the concept of time to modeling; therefore, this method has been considered in this study due to the nature of time series of the data. However, the utilized network in this method is considerably slow due to its large number of gates. Accordingly, to compensate the speed issue, the GRU layer method, as another example of deep learning networks, is used. To predict the average monthly flow of the Karun River in Dubai, the statistical data of Molasani station from April 1th, 1995 to March 20th, 2016, with five combination of river discharge inputs on monthly basis, has been used. The proposed approach is compared with other available methods such as support vector machine, adaptive fuzzy-neural inference system, and multiple linear regression model. The results show the high accuracy of the proposed approach compared to other methods.Keywords: Monthly discharge, Forecast, SVM, GRU-LSTM, Karun River
-
Pages 635-646
In order to properly manage water in the agricultural sector, it is necessary to improve the management of agricultural water distribution systems as well as their evaluation. In this research, to achieve this goal, the models of Fuzzy Inference System (FIS), Artificial Neural Network (ANN) and Adaptive Fuzzy Neural Inference System (ANFIS), to develop a smart model for analyzing the adequacy of water delivery in an irrigation canal, given uncertainty. In order to develop and evaluate the performance of the developed models, the main canal of Rudasht Irrigation Network in Isfahan province, which is facing the problem of severe fluctuations in the inflow, was selected as the case study. The HEC-RAS hydrodynamic simulator model was used to generate the information needed to train and validate these models. The results showed that according to the MAPE index, the selected structures in ANN and ANFIS models in estimating the adequacy index of agricultural water delivery compared to FIS model have improved by 57.07% and 56.68%, respectively. Evaluation of the results showed that the developed models compared to conventional evaluation methods (hydrodynamic models and evaluation indicators) not only did not take time but also provided more accurate results, considering the uncertainty and also, ANN and ANFIS models performed better than FIS, so they can be used for other agricultural water distribution systems.
Keywords: Agricultural Water Distribution, Delivery Adequacy, FIS, ANN, ANFIS -
Pages 647-662Flood monitoring and zoning play an important role in reducing the damage caused by this natural crisis. The purpose of this paper is to investigate the risk of flooding of April 2019 in Khuzestan using Landsat-8 data. First, image processing was performed in ENVI 5.3 software and then MNDWI and NDWI indices were used to monitor the floods. Then, the flood hazard map was prepared in ArcGIS10.4 software. The results show that the southern and southwestern parts of the province are in a very severe situation and the central and southeastern parts are in a very hazardous condition, which is one of the most prone flood areas in the province. Also, monitoring of flood maps in Khuzestan province shows that there is a complete similarity between the recent flood and flood zoning map. Examination of the maps showing that the recent floods occurred mostly in the western, southern and southwestern parts. Spatial survey of floodplain areas shows that the cities of Hoveyzeh, Azadegan Plain, Ahvaz, Khorramshahr, Bandar Mahshahr, Abadan and especially Shadegan have been flooded more than other cities. Meanwhile, Shadegan city has been affected by floods based on MNDWI and NDWI indices of 191349 and 174813 hectares, respectively, which shows the highest rate compared to other cities in the province. In general, according to the results, the use of remote sensing data and MNDWI and NDWI indices for flood monitoring, as well as the use of geographic information system for flood risk zoning in related studies are recommended.Keywords: Flood, MNDWI, NDWI, Landsat-8, Khuzestan
-
Pages 663-674Despite the need to predict the flow regime in rivers, especially in hydrological drought conditions, little progress has been made in this area, and practically time series of discharge or non-dimentional indices are used instead. In this study, the prediction of hydrological conditions in rivers based on the basin condition in terms of rainfall is done using Markov chain concepts for the case study of Anzali Wetland catchment with 9 meteorological stations and 20 hydrometric stations over the years. The data from 1985 to 2015 have been used. Two-dimensional Markov probability matrix was used to predict the hydrological status of the rivers by observing the meteorological condition of the basin. The two-dimensional transition probability matrix is different from what has been customary so far, using two different phases of moisture flow in hydrometeorological processes in a matrix so that its columns represent the meteorological state and its rows represent the hydrological conditions. Evaluation of Anzali catchment conditions showed that meteorological and hydrological conditions are the same in each month by the probability of higher than 50%. Based on the results of the 2D matrix of the probability of transfer, the probability of being in normal, wet and dry hydrologic conditions, if these conditions occur in a step ahead in the meteorological phase, is 80, 50 and 40%, respectively. Based on the achieved results, with the expected value of the pertinent discharges in the forecasted hydrological condition concerning the former step climatological state, the probable discharge in the river is predicted.Keywords: Two-Dimensional Markov Chain, meteorological phase, hydrological phase, Discharge forecast
-
Pages 675-690Water is one of most important factors in the growth and development of human societies, where water resource limitations have always been one of the main barriers to agricultural development as a major basis for achieving food self-sufficiency. One of the main applications of satellite imagery is its utilization in the field of water resources management and agricultural activities, in which managers can benefit from it for studying cultivation levels, crop classification, crop estimation, and agricultural crisis forecasting. Generally, overall consumption estimation, water/irrigation management, and utilization of dams’ storage capacity are among the most important research topics. This study benefits from the Sentinel-2 satellite for classifying the agricultural crops based on the multi-temporal methods. Besides, four classification methods are adopted for classifying, namely, minimum distance, maximum likelihood, fuzzy, and neural network. Due to the spectral changes of goods during the growing period, using the multi-temporal methods based on the crop calendar can play a decisive role in classifying process, such that the classification accuracy increases to 86 percent via the maximum likelihood and neural network methods. Moreover, the normalized Kappa increased to 90.5 percent, when the neural network method parameters are optimized. The results obtained from the simulation indicate that genetic algorithm is the best method for obtaining the optimal results. After selecting the optimized neural network parameters, the classification has been taken into account and observed that Alfalfa has the largest crop surface, while it requires a considerable amount of water and its demand is in a lower value.Keywords: Classification, Artificial Neural Network, remote sensing, Optimization, Genetic Algorithm
-
Pages 691-706
Temperature and rainfall affect the quantity and quality of agricultural products. Therefore, it is important to estimate its spatial-temporal changes. In many region of the country, due to the low density of meteorological stations or the small statistical period of new stations, limited time and space information is available. Therefore, this study aims to use the data of CRU, AgMERRA, AgCFSR and GPCC gridded weather datasets in estimation of yield and water requirement of wheat and comparing with the estimated values with the information of Qazvin Synoptic Station. For this purpose, monthly weather time series of Qazvin synoptic station were extracted from 1980 to 2010 along with the data from the selected gridded datasets extracted from the closest grid cell to the synoptic station (K1), the average of four closest grid cells to the synoptic station (K4), and the average of eight closest grid cells to the synoptic station (K8). The quality of the gridded datasets was assessed with four statistical indices (R2, RMSE, NRMSE, ME) in indirect way (the latter using the outputs of the AquaCrop model). In estimating wheat water requirement, GPCC database with four points (K4) and one point (K1) showed the best performance. Wheat yield simulated with AgMERRA data with K1 and K4 closest grid cells had the highest correlation with the simulated values with data of synoptic station. Results showed that selected gridded datasets can be used to simulated grain yield, but only data from GPCC-CUR would result in reliable estimation of water requirement.
Keywords: AquaCrop, CRU, AgMERRA, AgCFSR, GPCC -
Pages 707-718The study of river flow trends in water management and irrigation and water management is an important issue. In addition, monthly, seasonal and annual discharge trends of Karkheh watershed were evaluated using non-parametric Mann-Kendall tests, Sen's slope estimator and regression analysis. Inverse distance weighting method was also used to study the spatial variation of discharge trends in Karkheh watershed. Accordingly, discharge data from the eleven wells of the above-mentioned basin for the period 1990 to 2018 were used. The results of this study showed that Dubai has had annual rainfall at all of these stations, except for Mir-Sayed Ali. The values of this major are Hamidieh, Pai Pol, Pol Zal, Poldokhtar, Afrin, Cham Fig, Noorabad, Doab Merak, Kakarza and Pulchehr, respectively, 48, 33, 16, 5, 15, 4, 0.4, 1.4, respectively. It decreased by 2.6 and 13 cubic meters, while it increased by 0.4 cubic meters at the Sarab Ali station. Based on the findings of the study, applying nonparametric Mann-Kendall method and age in trend analysis of monthly, seasonal and annual discharge series have shown that the performance of these two tests are similar at times and when the frequency of duplicate data is high, the age method can be answered. More realistic than Mann-Kendall's approach, this approach can be applied to future water, water planning and management.Keywords: Discharge Trend, Man-Kendall Method, Age Method, Regression Analysis Method, Karkheh watershed
-
Pages 719-729Satellite remote sensing methods Especially the TRMM satellite used to estimate the precipitation of watersheds with a dispersed rainfall station. It is necessary to compare the rainfall data of the TRMM satellite with the observation precipitation data.we first used four statistical methods Standard Normal Homogeneity Test, Buishand, Pettit, and Von Neuman, the accuracy and quality of precipitation data of rainfall stations in the Gorganroud watershed was investigated in order to predict the accuracy and performance of the TRMM satellite rainfall data. After extracting the results of homogeneous tests, by comparing with the data of adjacent stations, a suspicious station was removed from the study due to the lack of conformity with the data of adjacent stations. Then, in order to evaluate the TRMM satellite performance in estimating monthly precipitation, it was compared with the observational precipitation data using Bias, RMSE, R2 and NSE. The results showed that the R2 value for all rain gauge stations in the Gorganroud watershed is between 0.31 and 0.75. RMSE was obtained between 15.85 and 56.82. The rain gauge stations located in the Gorganroud watershed have a NSE value of -0.82 to 0.66. The Bias index is between -55.74 and 69.01. Also, the R2, RMSE, NSE and Bias values for the whole Gorganroud basin were obtained 0.79, 20.94, 0.57 and -28.13 respectively. The results of the TRMM efficiency evaluation in the monthly rainfall estimation showed that it has a good performance in estimating the precipitation and is very valuable for areas without a station.Keywords: Estimating rainfall, TRMM Satellite, Homogeneous Tests, validation, Watershed Gorganroud
-
Pages 731-741In this study, it is attempted to provide a proper assessment of flood status and flood risk for Tajan watershed. In this regard, by preparing flood hazard zoning maps and flood sensitivity analysis for the basin, susceptible areas have been identified and the extent of the hazard has been assessed for the basin. To this end, a fuzzy hierarchical fuzzy analysis (F-AHP) integrated model is used to prioritize, identify factors influencing flood events (including geological, climate, human factors, etc.) and determine the extent of impact of each. Flood assessment indices (including flow velocity, flow depth, mean precipitation, evaporation, slope aspect, drift pattern, flood plain, road network and land cover) were used. This information was transferred to the GIS environment after fuzzy evaluation in MATLAB and fuzzified/defuzzified index maps of the area were prepared. The goal of this work is to increase accuracy as well as integrate fuzzy models. These maps are used to identify flood sensitive areas (hazard maps) and hazard zoning (in 5 high-risk to low-risk groups). Based on the results of the hazard assessment, it has been identified that the most important concentration of flood sensitive areas in the main river is in relation to other parts and in the delta. Also, according to the drainage pattern of the region, especially in the eastern part of the basin, it has been determined that these areas also have a high sensitivity to flooding.Keywords: Flood Risk Assessment, Fuzzy logic, Analytical Hierarchy Process (AHP), Geospatial Information System (GIS), Tajan River Basin
-
Pages 743-756Pollution of river can be decrease by means of self-purification character of river. Activity of the Sungun copper mine at north west of Iran, causing pollution of downstream. As well as, study of river’s water quality and self- purification potential Changing Procedure is very important. For this purpose, the samples were selected from 9 stations in Sungun mining area in Sungunchai, Pakhirchai, Arghanehchai, Miankafe and Ilgineh rivers, and chemical parameters such as pH, EC, TDS, TSS and heavy metals were studied. HPI (Heavy Metal pollution index) and MI (metal index) are used for investigation of heavy metal pollution. The evidence shown that contamination was decreased at the river route and correlation this phenomenon with pH value was investigated. The correlation between heavy metal in water and sediment was compared, and it was found that, concentration of heavy metal in water and sediment have correlation and it influenced from changing of pH value. Interaction between water and limestone in the bed river caused to increasing of self-purification of river.Keywords: SUNGUN COPEER MINE, Heavy metals, SELF- PURIFICATION, TSS, TDS
-
Pages 757-773
-
Pages 775-790Unsustainable dam construction causes an imbalance between water resources and environmental sustainability. Thus, it is crucial to observe the principles and criteria of sustainable development in dam construction, as one of the water supply methods. The variety and contradiction of these criteria together complicate the decision-making process of dam site selection. This requires Multi-Criteria Decision Making (MCDM) models to achieve sustainable development goal. In this study, the priority of the construction site of Kandoleh Dam in Kermanshah province was investigated using different techniques of the MCDM including Simple additive weighting, compromise programming and Analytical Hierarchy Process (AHP). For this purpose, after determining the appropriate criteria with the help of studies and experts' opinions, group decision making was employed to determine the weight of the criteria by measuring the decision-makers' agreement. Then, the four proposed sites for the Kondoleh dam were ranked based on technical, economic, social, environmental criteria and relevant sub-criteria. Finally, the results were compared. In addition to determining the best site, 17 sub-criteria were also ranked for electing this site. Based on experts' opinions, the economic criterion was the most important in selecting a suitable site. The results of the AHP model are similar to the other two methods for ranking options. The present study provides a valid and inexpensive approach for decision-makers to identify the best dam construction site to achieve sustainable development goals.Keywords: Multi-Criteria Decision Making, Dam site selection, simple additive weighting, Compromise programming, Analytical Hierarchy process
-
Pages 791-799From long time ago, human beings have used the seas to continue or optimize their lives and have benefited from the gifts of the seas. The marine environment has a unique position due to its eco-hydrological function, providing a large portion of the world's population food and facilitating trade relations. In this research, 3 criteria is investigated for measuring criminal policy. These criteria include efficiency, coherence and comprehensiveness. The results of the criteria show that, due to the dispersion of laws and lack of integrity of the law, despite the use of human resources and spending money against marine environment crimes, there is no expected efficiency. Iran's criminal policy does not have the necessary coherence and alignment in legislative, judicial, executive and participatory dimensions. Iran's criminal policy on crime detection is relatively good, but it does not work well in terms of accountability. Almost from the beginning to the end of the laws, traditional punishments are monopolized, specifically imprisonment and fines. Criminal policy has stopped in traditional criminal responses and has not approved a new plan to use other criminal, non-criminal and legal responses in the field of ecology and hydrology, so Iran's criminal policy in this regard is lacking in comprehensiveness.Keywords: environmental law, Marine Environment, cohesion, Efficiency, comprehensiveness
-
Pages 815-827The study of the effect of climate change on groundwater resources using climate change scenarios fifth report under 5 models HadGem2Es, Micro5, MPI-Esm-MR, EC-ERATH and GFDL-CM3 simulated temperature and precipitation was carried out. Results derived from the results of climate scenarios in the groundwater flow model MODFLOW actions and for the near future time period (2020-2040), the intermediate future (2060 -2040) far future (2080-2060) was predicted groundwater level. Simulation of groundwater flow in the aquifer indicates that the annual loss of 73 cm water level underground aquifer from the situation becomes critical to critical conditions for operation. As this trend continues in the years to come, the phenomenon of land subsidence should not be out of the question. The results of the current situation shows that the aquifer at the end of the year compared to October 1389 Blue 04-1403 is the beginning of the simulation period, more than 22 meters will drop more than half of this drop will end in 8 years. Accordingly, based on the results of 5 climatic models and three propagation scenarios, the aquifer status was predicted and according to the obtained hydrograph, the uncertainty of the results of climate models in the aquifer hydrograph was evaluated. The results showed that the release of RCP 8.5 scenario has the highest difference between the minimum and maximum groundwater level.Keywords: climate change, Uncertainty, RCP scenarios, Hashtgerd aquifer, CMIP5 models
-
Pages 829-842
Assessing the drought situation and formation trend has always been one of the important factors to deal with the devastating effects of this phenomenon. Different index are used to determine the drought, depending on location in specific periods. The main purpose of this study is to assess the drought situation of Givi Dam Catchment with the multiple index approach. Accordingly, this phenomenon was analyzed using the precipitation data of the two selected stations in the Givi Dam Catchment during a 31-year statistical period, using SPI, RDI, CZI, SZI, PNI, and DI. The results showed that severe drought occurred in 2005, 2008, and 2013 in Khalkhal station and 2013 and 2017 in Firoozabad station. Moreover, using the Effective Drought Index (EDI), the number of dry days was obtained in the fall and winter seasons of the years with severe drought. By examining the indicators monthly, it became clear that despite the relatively high similarity of SPI, CZI, SZI, and RDI in showing the main drought and wet periods, SPI is more effective in detecting the onset of drought periods than the other indices.
Keywords: Standardized precipitation, Effective Drought, RDI, Givi Dam Catchment