فهرست مطالب

مجله سامانه های سطوح آبگیر باران
سال هشتم شماره 3 (پیاپی 26، پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/12
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد رستمی خلج*، امید رحمتی، علی دسترنج، حمزه نور صفحات 1-10

    رواناب حاصل از بارندگی در مناطق شهری یکی از منابع آب قابل استفاده است که به دلیل عدم توجه و مدیریت صحیح از دسترس خارج می شود. علاوه بر این رواناب مازاد بر ظرفیت زهکش های شهری باعث ایجاد مشکلات فراوان ازجمله آبگرفتگی و آلودگی محیط زیست شهری می شود. لذا استفاده ازاین رواناب می تواند علاوه بر تامین بخشی از آب موردنیاز در مناطق شهری باعث کاهش آبگرفتی و سیل شهری شود که سامانه های استحصال آب باران می تواند در این زمینه نقش آفرینی کند. هدف از این مطالعه پتانسیل یابی مناطق مستعد جهت جمع آوری رواناب شهری با استفاده از مدل ماشین بردار پشتیبان است. برای این منظور 46 نقطه آبگرفتگی در شهرک امام علی (ع) شهر مشهد برداشت شد و به صورت کاملا تصادفی 32 نقطه برای گروه آموزش مدل و 14 نقطه برای گروه اعتبار سنجی مدل انتخاب گردید. همچنین از متغیرهای پیش بینی کننده ارتفاع، شیب، تراکم کانال های زهکشی، فاصله از کانال های زهکشی و کاربری اراضی برای اجرای مدل ماشین بردار پشتیبان استفاده گردید. نتایج نشان داد کلاس های پتانسیل زیاد و خیلی زیاد برای جمع آوری رواناب به ترتیب 63/11 و 49/4 درصد کل منطقه را شامل می شود. بخش های مرکزی و شمال شرقی پتانسیل بیشتری برای جمع آوری رواناب شهری دارند درحالی که بخش های غربی، شرقی و جنوبی دارای کمترین پتانسیل جمع آوری رواناب هستند. همچنین ارزیابی عملکرد مدل ماشین بردار پشتیبان در مرحله آموزش 8/87 درصد و در مرحله اعتبارسنجی 80 درصد به دست آمد که نشان دهنده عملکرد "بسیار خوب" مدل است.

    کلیدواژگان: آبگرفتگی، استحصال آب، پتانسیل یابی، رواناب شهری، مدل ماشین بردار پشتیبان
  • محمود عرب خدری*، زهرا گرامی، رضا بیات، صمد شادفر، سعید نبی پی لشکریان، یحیی پرویزی، رحیم کاظمی صفحات 11-20

    شبیه سازهای باران ابزاری مناسب برای پژوهش های مرتبط با فرایند فرسایش و رواناب هستند. لیکن امکان استفاده از این وسیله در مباحث دیگر نیز وجود دارد. مثلا در طراحی ابعاد سامانه های آبگیر باران از قبیل ریز حوزه ها (Micro catchments) برای درختکاری در دامنه ها و همچنین هلالی های آبگیر در مراتع و تعیین ابعاد حوضچه جمع آوری آب، آگاهی از ضریب رواناب و حجم آب جمع شده ناشی از بارش ضروری است. به این منظور در یک پژوهش ملی چند تن خاک از چهار زمین دیم منتخب مشتمل بر فراغی (استان گلستان)، سرارود (استان کرمانشاه)، کوهین (استان قزوین) و سراب ننیز (استان کهگیلویه و بویراحمد) به آزمایشگاه شبیه ساز باران و فرسایش پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری منتقل شد و پس از آماده سازی به روش های استاندارد، تحت بارشی به شدت 64 میلی متر در ساعت در سه شیب 6، 12 و 25 درصد به مدت 30 دقیقه قرار گرفت. چنین بارانی احتمال وقوع کمی دارد و قابل استفاده برای طراحی سامانه های مذکور است.  دبی خروجی در طول آزمایش با فواصل 1 تا 3 دقیقه (جمعا در 17 نوبت) و حجم کل رواناب اندازه گیری و سپس ضریب رواناب و ظرفیت نفوذ خاک ها با توجه حجم بارش محاسبه شد. ظرفیت نفوذ خاک ها بین حدود 3 تا 6 سانتی متر بر ساعت بدست آمد. ضریب رواناب این خاک ها (به استثناء خاک سرارود با نفوذ بالا) بین 50 تا 90 درصد محاسبه شد. با توجه به ویژگی های خاک ها، به نظر می رسد ساختمان خاک، وزن مخصوص و مقدار ماده آلی عوامل تعیین کننده ظرفیت نفوذ باشند. حجم رواناب (به استثناء خاک سرارود) در شدیدترین رویدادها از هر مترمربع بین 15 تا 30 لیتر برآورد شد که در طراحی سامانه های سطوح آبگیر مذکور در بالا کاربرد دارد. برای خاک ها با نفوذپذیری بالا، کوبیدن خاک یا استفاده از روش های دیگر برای کاهش نفوذ و افزایش ضریب رواناب توصیه می شود.

    کلیدواژگان: سامانه سطوح آبگیر باران، شبیه ساز باران، ضریب رواناب، ظرفیت نفوذ
  • محمود فغفور مغربی*، زهرا شریفی نیک صفحات 21-32

    نقشه های سیلاب براساس رویکرد قطعی اگرچه به عنوان ابزاری مهم در به حداقل رساندن تلفات ناشی از سیلاب نقش دارند، اما عدم قطعیت قابل توجهی در محاسبه سطح آب گرفتگی وجود دارد. زبری به عنوان یک پارامتر کلیدی بر ارتفاع سطح آب محسوب می شود و ازآنجایی که به سادگی قابل اندازه گیری نیست و برمبنای روش های تجربی و آزمایشگاهی تخمین زده می شود، لزوما درجه قابل توجهی از عدم قطعیت را به مدل وارد می کند. به همین منظور در این مقاله چارچوب احتمالی برمبنای رویکرد شبیه سازی مونت کارلو برای تحلیل عدم قطعیت ضریب زبری به کمک مدل HEC-RAS استفاده شده است. در این چارچوب، ماژول محاسباتی در زبان ویژوال بیسک جهت ارتباط با HECRASController به منظور اجرای خودکار 84000 شبیه سازی مونت کارلو در بازه 5/7 کیلومتر از رودخانه کارده فراهم شد. در هر اجرا بر روی 84 مقطع عرضی به صورت مجزا تعداد 1000 شبیه سازی مونت کارلو براساس توزیع احتمال زبری مانینگ انجام شد و نتایج عدم قطعیت زبری بر ارتفاع سطح آب در سطح اطمینان %99، %95، %50، %5 و %1 ارایه شد. نتایج حاکی از تاثیر قابل توجه زبری بر باند عدم قطعیت ارتفاع سطح آب در سطح اطمینان %90 بوده به طوری که تغییرات ارتفاعی سطح آب در بسیاری مقاطع به بیشتر از 1 متر می رسد. با مقایسه مقاطع با باند عدم قطعیت حداقل و حداکثر مشاهده می شود مقاطعی که در آن ها شیب عرضی بیشتر بوده عدم قطعیت بیشتر و مقاطع V شکل با شیب عرضی کمتر از باند عدم قطعیت کمتری برخوردارند. علاوه براین، نتایج تحلیل حساسیت جهت انتخاب تعداد شبیه سازی بهینه نشان می دهد پهنای باند عدم قطعیت برای تعداد شبیه سازی های بیشتر از 1000 اجرا تحت تاثیر قرار نمی گیرد. نتایج ارایه شده براساس رویکرد احتمالی و با افزایش قابلیت اعتماد و بهبود عملکرد مدل مبتنی بر عدم قطعیت زبری در رودخانه کارده می تواند در طراحی سطوح آبگیر مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تحلیل حساسیت، شبیه سازی مونت کارلو، ضریب زبری مانینگ، عدم قطعیت، مدل HEC-RAS
  • منصور جهان تیغ*، معین جهان تیغ صفحات 33-42

    استفاده بی رویه از منابع آب و خاک به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک سبب افزایش فرسایش خاک و به دنبال آن وقوع سیلاب های مخرب و بروز گرد و غبار و تشدید پدیده بیابان زایی می گردد. بنابراین برای جلوگیری از معضلات زیست محیطی این نواحی، نیاز به مدیریت کارآمد منابع آب و خاک آنها می باشد. سامانه های سطوح آبگیر باران یکی از نقاط قوت مناطق خشک و بیابانی است که استعدادهای بالایی برای توسعه این نواحی دارد. این پژوهش عملکرد تاثیر سامانه های سطوح آبگیر باران بر ویژگی های پوشش گیاهی منطقه تاسوکی سیستان را مورد بررسی قرار داد. برای اجرای این تحقیق مساحت سطح آبگیر باران به عنوان محدوده مطالعاتی و همچنین جوار آن نیز به عنوان تیمار شاهد انتخاب شد. با توجه به پراکنش گونه های گیاهی موجود در محدوده سطوح آبگیر باران، اندازه پلات ها به گونه ای انتخاب گردید که با توجه به مساحت محدوده، علاوه بر گونه های درختچه ای، دقت لازم برای ارزیابی پوشش بوته ای را نیز دارا باشد. بر این اساس، دو ترانسکت خطی هر یک به طول 250 متر در هر واحد پژوهشی گذاشته و در هر50 متر پلات 3×3 متری مشخص و داخل آنها نیز پلات 1×1 متری انداخته و ویژگی های درصد تاج پوشش، مقدار تولید علوفه، درصد لاشبرگ، تعداد پایه و سطح خاک لخت اندازه گیری شد. علوفه با دست برداشت و بعد از خشک شدن با  ترازوی دیجیتال با دقت 01/0 گرم وزن شد. یافته ها با استفاده از نرم افزار آماری spss تحلیل شد. نتایج نشان داد که گونه های گیاهی Alhagi camelorum، Aeluropus littoralis، Tamarix stricta، Haloxylon aphylum، Hammada salicornica در این محدوده رویش نموده اند ولی در منطقه شاهد فقط گونه Hammada salicornica پراکنش دارد. تجزیه تحلیل آماری نشان داد که مقایسه میانگین یافته های تمام ویژگی های دو تیمار شاهد و سطوح آبگیر باران در سطح یک درصد اختلاف معنی داری با هم داشتند که این وضعیت نشان دهنده عملکرد مناسب این سامانه در بهبود پوشش گیاهی و بهبود اثرات زیست محیطی این محدوده می باشد.

    کلیدواژگان: بیابان زایی، پوشش گیاهی، سطوح آبگیر باران، محیط زیست
  • حسین ملکی نژاد*، فاطمه محمدزاده، مهشید طاهرپور صفحات 43-58

    جهان امروز با مشکلات افزایش جمعیت، شهر نشینی، افزایش نیاز به غذا، کاهش منابع آب و تخریب محیط زیست روبه رو است."کشاورزی شهری" به عنوان بخشی از فعالیت های شهری فرصتی برای ایجاد تغییرات مثبت در نظام غذایی جهان و تولید مواد غذایی با کیفیت می باشد. ورود هدفمند کشاورزی شهری به منظر شهری راه حل جدیدی برای مقابله با مشکلات زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی می باشد. به طور قطع با گسترش شهرها و رشد جمعیت شهری تقاضا برای مواد غذایی افزایش پیدا می کند. کشاورزی همواره اصلی‎ترین تامین کننده مواد غذایی بشر بوده است و امنیت غذایی را برای جامعه ایجاد کند. کشاورزی شهری در کنار محاسن و مزایای خود دارای چالش هایی نیز هست. شهرها کانون های اصلی تحقق اهداف توسعه پایدار می باشند و از این رو تولید مواد غذایی با کیفیت در کم ترین مکان و کوتاه ترین زمان بسیار مهم است، با تولید غذا روی بام ها، حیاط منازل و عرصه های مناسب شهری و با اعمال مدیریت صحیح می توان نیاز غذایی شهروندان را تامین و کیفیت محیط زیست شهری را حفظ کرد. هم چنین فرصتی برای اقشار کم درآمد شهری فراهم می شود تا با ایجاد اشتغال و کاهش هزینه های غذایی خانوار به امنیت غذایی برسند. از این رو تحقیق حاضر براساس روش مروری و توصیفی و با استفاده از مطالعات کتابخانه ای می باشد.

    کلیدواژگان: افزایش جمعیت، امنیت غذایی، توسعه پایدار، کشاورزی شهری، نظام غذایی
  • بهنوش فرخزاده*، سپیده چوبه، ام البنین بذرافشان صفحات 59-72

    مطالعه تغییرات اقلیمی و تاثیر آن بر شدت و تواتر خشکسالی های دهه های آتی می تواند به برنامه ریزی به منظور استفاده صحیح منابع آب و سازگاری با آثار مخرب پدیده خشکسالی کمک شایانی نماید. در چند دهه اخیر افزایش دمای زمین باعث بر هم خوردن تعادل اقلیمی کره زمین شده و تغییرات اقلیمی گسترده ای را در اغلب نواحی کره زمین موجب گردیده است که از آن به عنوان تغییر اقلیم یاد می شود. بدین منظور پس از ارزیابی توانایی مولد آب و هوایی SDSM در شبیه سازی دوره 2019-1992 براساس سناریوی پایه، اقدام به ریزمقیاس نمایی برون دادهای مدل HadGEM تحت سناریوهای RCP8.5 و RCP4.5 برای برآورد چشم انداز دمای حداقل، دمای حداکثر و بارش و بررسی شاخص خشکسالی  SPEIشده است. نتایج نشان از افزایش 85/0 تا 54/1 درجه سانتی گرادی میانگین دمای ماهانه تحت سناریوی RCP8.5 و افزایش 25/0 تا 45/1 درجه سانتی گرادی آن تحت سناریوی RCP4.5 دارد. نتایج نشان از کاهش 31 تا 100 میلی متری متوسط بارش سالانه دارد. بیش ترین کاهش بارندگی مربوط به ماه فوریه بوده، هم چنین تحلیل سالانه شاخص SPEI نشان داد که 65 درصد سال ها وضعیتی نرمال دارد، بنابراین، حوزه آبخیز سد لتیان در دوره 2050-2021 با افزایش فراوانی وقوع خشکسالی روبه رو نخواهد بود، اما انتظار می رود، بارش ها به سمت فصل گرم جابه جا شوند.

    کلیدواژگان: خشک سالی، ریزمقیاس نمایی، مدل گردش کلی، مدل رگرسیون چند متغیره، شاخص بارش- تبخیر و تعرق پتانسیل استاندارد
|
  • Mohammad Rostami Khalaj* Pages 1-10

    Rainfall-runoff from urban areas is one of the available water resources, which is wasted due to lack of attention and proper management. Besides, urban runoff excess of drains capacity causing many problems including inundation and urban environmental pollution. Therefore, harvesting this runoff can provide a part of the required water in urban areas, and also reduce flood and urban inundation, thus rainwater harvesting systems can play an important role in this regard. The purpose of this study is identification areas with inundation potential for urban runoff harvesting using the support vector machine model. For this purpose, 46 flood points were collected in Imam Ali (AS) town in Mashhad, and 32 points were randomly selected for the model training plus 14 points for the model validation. The predicting variables such as elevation, slope, drainage density, distance from drainage channels, and land use were used to implement the support vector machine model. The results showed that high and very high potential classes for runoff collection include 11.63% and 4.49% of the total area, respectively. The central and north-eastern parts have more potential for urban runoff harvesting, while the western, eastern, and southern regions have the lowest potential for runoff harvesting. Also, the evaluation performance of the support vector machine model was 87.8% in the training stage and 80% in the validation stage, which indicates that the performance of the model is "very good".

    Keywords: inundation, water harvesting, potential detection, urban runoff, support vector machine model
  • Mahmood Arabkhedri*, Zahra Gerami, Reza Bayat, Samad Shadfar, Saeed Nabi Pe Lashgariyan, Yahya Parvizi, Rahim Kazemi Pages 11-20

    Rain simulators are suitable tools for research related to the process of erosion and runoff. However, it is possible to use these simulators on other topics as well. For example, in designing the rainwater catchment systems such as micro-catchments for planting trees on slopes, curve pits in pastures, and determining the size of the water collection pond, knowledge of runoff coefficient and volume of collected water are essential. For this purpose, in a national study, several tons of soil from four selected rainfed lands including Faraghi (Golestan province), Sararoud (Kermanshah province), Kouheen (Qazvin province), and Sarab neniz (Kohgilouyeh and Boyer-Ahmad province) were transferred to the Rainfall Simulation and Erosion Laboratory of the Soil Conservation and Watershed Management Research Institute and after preparation by standard methods, the soils were subjected to a heavy rainfall of 64 mm per hour on three slopes of 6, 12 and 25% for 30 minutes. Such rainfall is unlikely to occur and can be used to design rainwater catchment systems. Outlet flow during the experiment was measured at intervals of 1 to 3 minutes (17 times in total) and the total runoff volume, and then the runoff coefficient and soil infiltration capacity were calculated according to the rainfall volume. In addition, soil infiltration capacity was calculated about 3 to 6 cm per hour. The runoff coefficient of these soils (except Sararoud soil with high infiltration) was calculated between 50 to 90%. According to the characteristics of the soil, soil structure, specific weight, and the amount of organic matter are the factors that determine the infiltration capacity. The volume of runoff (except Sararoud soil) in the most severe events was estimated between 15 to 30 liters per square meter, which is used in the design of the rainwater catchment systems. For soil with high infiltration, it is recommended to compact the soil or use other methods to reduce the infiltration and increase the runoff coefficient.

    Keywords: Rainwater catchment system, Rainfall simulator, Runoff coefficient, Infiltration capacity
  • Mahmood Faghfor Maghrebi*, Zahra Sharifinik Pages 21-32

    Although flood maps based on the deterministic approach play an important role in minimizing flood losses, there is considerable uncertainty in calculating the level of water inundation. Roughness is a key parameter in water surface elevation. Since roughness is not easily measurable and is estimated based on experimental and laboratory methods, it introduces a significant degree of uncertainty into the model. Therefore, in this paper, a probabilistic framework based on the Monte Carlo simulation approach is used to analyze the uncertainty of the roughness coefficient using the HEC-RAS model. In this framework, a computational module in Visual Basic language was introduced to communicate with the HECRASController to automatically run 84,000 Monte Carlo simulations within 7.5 km of the Karde River. In each performance, 1000 Monte Carlo simulations were performed in 84 separate cross-sections based on the Manning roughness probability distribution and the results of roughness uncertainty at water elevation were presented at 99%, 95%, 50%, 5%, and 1% confidence levels. The results indicate a significant effect of roughness on the water surface elevation uncertainty at 90% confidence level so that changes in water surface elevation in many cross-sections reach more than 1 meter. Comparing the cross-sections with the minimum and maximum uncertainty bands, show that the cross-sections with higher lateral gradients have more uncertainty and the V-shaped cross-sections with the lower lateral gradients have fewer uncertainty bands. Also, the results of sensitivity analysis to select the optimal number of simulations indicate that the bandwidth of uncertainty is not affected by the number of simulations of more than 1000 runs. The presented results based on the deterministic approach and increasing the reliability and improving the performance of the model based on the uncertainty of roughness in the Karde River can be used in the design of rainwater catchment.

    Keywords: Sensitivity analysis, Monte-Carlo simulation, Manning roughness coefficient, Uncertainty, HEC-RAS
  • Mansour Jahantigh*, Moen Jahantigh Pages 33-42

    Excessive use of water and soil resources, especially in arid and semi-arid regions, increases soil erosion, destructive storms, the occurrence of dust, and desertification. Therefore, to prevent environmental problems in these areas, it is necessary to efficiently manage water and soil resources in arid and semi-arid regions. Rainwater catchment systems are one of the management and operational methods, which can be used in arid and semi-arid areas. This study investigates the effect of rainwater catchment systems on vegetation characteristics of the Tasuki region of Sistan. In this research, the ​​rainwater catchment area was selected as the study area, and the adjacent area was selected as the control treatment. Due to the distribution of plant species in the ​​rainwater catchment area, the size of the plots was selected in a way to have more accuracy for plant cover and shrub species evaluation. For this purpose, two linear transects each with a length of 250 meters was placed in each research unit, then every 50 meters, a 3 × 3-meter plot was arranged, and a 1 × 1-meter plot was placed inside them to measure the canopy percentage, forage production amount, litter percentage, number of rootstocks and bare soil surface. Forage was harvested by hand and after drying, was weighed with a digital scale with an accuracy of 0.01 g. The outcomes were analyzed using SPSS statistical software. The results showed that Alhagi camelorum, Aeluropus littoralis, Tamarix stricta, Haloxylon aphylum, Hammada salicornica species have grown in the study area, but only Hammada salicornica distributed in the control area. Statistical analysis showed that all the characteristics of the control treatment and rainwater catchment area were significantly different at the one percent significance level, which indicates the proper performance of this system in improving vegetation cover of the area.

    Keywords: Desertification, Vegetation cover, Rainwater Catchment, Environment
  • Hossein Malekinezhad*, Fatemeh Mohamadzadeh, Mahshid Taherpour Pages 43-58

    Today, the world is facing several problems, including population growth, urbanization, food demand increasing, depletion of water resources, and environmental degradation. "Urban agriculture" as part of urban activities is an opportunity to make positive changes in the world food system and produce quality food. Urban agriculture is a new solution to deal with environmental, social, and economic problems. It is obvious that with the expansion of cities and the growth of the urban population, the demand for food will increase. Agriculture has always been the main supplier of human food and creates food security for society. In addition to its advantages and disadvantages, urban agriculture also has its challenges. Cities are the main centers for achieving the goals of sustainable development, and therefore the production of quality food in the smallest place and in the shortest time is very important. By producing food on rooftops, backyards, and suitable urban areas and by applying proper management, the food needs of citizens can be answered and the quality of the urban environment can be maintained. It also provides an opportunity for low-income citizens to achieve food security by creating jobs and reducing household food costs. The present study is based on a descriptive and review method using library studies.

    Keywords: population increase, Food security, Sustainable development, Urban agriculture, Food system
  • Behnoush Farrokhzadeh*, Sepideh Choobeh, Ommol Banin Bazrafshan Pages 59-72

    Studying climate change and its effect on the intensity and frequency of drought can help the proper use of water resources and adaptation to the destructive effects of the drought phenomenon in the future decades. In recent decades, rising global temperatures have disturbed the planetchr('39')s climate balance and caused widespread climate change in most parts of the world. This research tries to assess climate change in 2021-2050 and its impact on drought in the Latian dam. For this purpose, after assessing the efficiency of the SDSM model in simulation of the base period (1992-2019), the downscaling output of the HadGEM model under RCP4.5, and RCP8.5 scenarios was performed to estimate maximum and minimum temperature and precipitation based on Standardized Precipitation Evapotranspiration Index. The outcomes show an increase of 0.85 to 1.54°C in the average monthly temperature under the RCP8.5 scenario and an increase of 0.25 to 1.45°C under the RCP4.5 scenario. Furthermore, the results show a decrease of 31 to 100 mm in average annual precipitation. The highest decrease in precipitation is in February. Also, the annual analysis of the SPEI showed that 65% of the years are normal, therefore, the Latian dam will not face an increase in the frequency of drought in the period 2021-2050, but it is expected that precipitation events mostly will occur in the warm season.

    Keywords: Drought, Downscaling, General circulation model (GCM), Multiple regression model, Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI)