فهرست مطالب

تحقیقات منابع آب ایران - سال هفدهم شماره 2 (پیاپی 57، تابستان 1400)

مجله تحقیقات منابع آب ایران
سال هفدهم شماره 2 (پیاپی 57، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/31
  • تعداد عناوین: 18
|
  • بهناز یازرلو*، علی شهیدی، محمدرضا فرزانه صفحات 1-16
    فهم هنجارهای اخلاقی برای درک بحران آب و داشتن رفتار حفاظت از آب، در جامعه امروزی ضرورت دارد. هدف تحقیق، توسعه تیوری رفتار برنامه ریزی شده و کمی سازی مولفه های آن به منظور ارزیابی هنجارهای اخلاقی حاکم بر مدیریت مشارکتی منابع آب بوده است. در این پژوهش از ابزار پرسشنامه برای جمع آوری اطلاعات استفاده شد. آمار توصیفی- استنباطی تحقیق با نرم افزارهای SPSS و SmartPLS و آزمون ویلکاکسون تک نمونه ای تحلیل و سپس مولفه های مدل با آزمون فریدمن رتبه بندی گردید؛ در انتها عدم قطعیت مولفه های تیوری رفتار برنامه ریزی شده تکامل یافته با تکنیک بوت استرپ محاسبه گردید. نتایج تحقیق نشان داد افزودن مولفه اخلاقی به تیوری برای ارتقای رفتارهای مشارکتی حفاظت از آب دارای اهمیت می باشد. باتوجه به نمودارهای باکس پلات و ضرایب مسیر مدل، اکثر پاسخگویان تعهد اخلاقی بالایی به مشارکت در حفاظت از آب دارند که نشان می دهد آن ها خود را در قبال منابع آب محلی مسیول می دانند. همچنین، سطح پذیرش اجتماعی پاسخگویان به گزینه سیاستی بهره برداری مشارکتی منابع آبی بالاتر از سطح میانی بوده و باند عدم قطعیت پذیرش اجتماعی برای مولفه های تحقیق حکایت از هماهنگی درون سطحی در قبال اتخاذ گزینه سیاستی بهره برداری مشارکتی آب دارد. نتایج مدل ساختاری نشان می دهد متغیرهای MTPB به ترتیب 70.1، 75.9، 81 و 79.2 درصد از واریانس رفتارهای مشارکتی حفاظت از آب بهره برداران شرب توشن، شرب گلند، کشاورزی توشن و کشاورزی گلند را تبیین می کنند.
    کلیدواژگان: بحران آب، مشارکت محلی، تئوری رفتار برنامه ریزی شده تکامل یافته، حفاظت منابع آب، عدم قطعیت
  • بهاره ایمانی، محمدرضا شهبازبگیان* صفحات 17-30

    در کنار عوامل طبیعی، یکی از علل، اصلی تشدید بحران آب شرب در جهان رشد شهرنشینی و به تبع آن افزایش جمعیت در بسیاری از مناطق شهری است. شهر جدید پرند در استان تهران نیز از جهت مزبور با بحران روبروست؛ با این وجود به طور روزافزون رشد جمعیت و ساخت و سازها در این شهر رخ می دهد. در این راستا نوع توسعه فضای مسکونی شهر تاثیر بسزایی در مدیریت مصرف منابع آب شرب این شهر داشته که خود بر توسعه پایدار آن موثر است. روش های کنونی محاسبه آب شرب شهرها برای آینده بیشتر مبتنی بر سناریوهای رشد جمعیت و با تمرکز بر تحلیل نرخ های رشد جمعیت بدون توجه به ظرفیت توسعه کالبدی جمعیت می باشند. پژوهش حاضر با استفاده از پیش بینی گسترش کالبدی به کمک مدلساز تغییرات زمین (Land Change Modeler) ابتدا به شبیه سازی توسعه کالبدی شهر پرند بر اساس یک الگوی رایج و مورد توجه در توسعه شهری مبتنی بر ویلاسازی تا افق 2032 پرداخته و میزان آب شرب مورد نیاز شهر پرند طبق الگوی مزبور را برآورد می نماید. بنابراین، سناریو اول، که پراکنده رویی نام دارد، به پیش بینی نیاز آب با تکیه بر گسترش فضایی و درنظر گرفتن رشد طبیعی جمعیت تا سال 2032 پرداخته است؛ سناریو دوم که متداول ترین نوع در اتخاذ تصمیمات و برنامه های شهری است، سناریو رشد دورنزای روندی جمعیت تا افق 2032 است. نتایج بدست آمده حاکی از تفاوت معنی دار بین محاسبه میزان مصرف آب شرب شهر پرند بر اساس رویکرد گسترش فضایی به شکل پراکنده رویی با نیاز آبی حدود چهل و سه میلیون متر مکعب در سال 2032 و سناریو رشد دورنزای روندی جمعیت با نیاز آبی حدود سی و سه میلیون متر مکعب در سال 2032 است. در وهله دوم سبکی از نیازسنجی و پیش بینی شهری را با توجه به رشد طبیعی جمعیت و هم گسترش فضایی شهر به شکل توامان به برنامه ریزان نشان می دهد. بدین ترتیب برای جلوگیری از وقوع بحران آب و حرکت به سمت توسعه پایدار شهری، مقاله پیش رو اهمیت توجه به برنامه ریزی فضایی برای توسعه شهرها با توجه به محدودیت منابع آب را قویا توصیه می نماید.

    کلیدواژگان: بحران آب، توسعه فضایی، شهر جدید پرند، گسترش کالبدی، شبیه ساز LCM
  • مطلب بایزیدی* صفحات 31-48
    تغییرات اقلیمی در دهه گذشته تاثیرات جدی بر امنیت غذایی و معیشت در مناطق مختلف جهان گذاشته است. EOF یکی از روش های مهم برای مطالعه الگوی های بارندگی در یک منطقه است. اهداف مهم مقاله شامل تعییین بهترین ضرایب وزنی و توابع فراوانی، تعیین مناطق همگن، مدل سازی سری های زمانی فصلی و یافتن منحنی های خشکسالی هواشناسی بزرگی- مساحت- فراوانی (SAF) و تداوم- مساحت- فراوانی (DAF) در حوضه های کارون، دز و کرخه می باشد. برای نیل به اهداف فوق، سری های زمانی بارندگی 69 ایستگاه هواشناسی وزارت نیرو در حوضه های تحقیق انتخاب گردید پس از کنترل کیفی و آزمون و بازسازی داده ها توابع فراوانی و چهار ضریب وزنی (EOF) حاصل و در ادامه با همگن سازی منطقه تغییرات بارندگی با ایجاد 291 سلول در محیط ArcGIS9.3 به روش میان یابی کریجینگ معمولی بررسی شد. با انجام درون یابی برای ضرایب وزنی (EOF) اول تا چهارم مشخص گردید مدل های نیم‎تغییرنمای کروی با درجه روند پلی‎نومیال دوم و عدم ایزوتروپی، گوسی بدون روند و دارای ایزوتروپی، گوسی با درجه روند دو و عدم ایزوتروپی و کروی با درجه روند دوم و عدم ایزوتروپی به ترتیب دارای بهترین برازش بودند. از همگن‎سازی منطقه مشاهده گردید که مناطق جنوبی خوزستان و بخش هایی از شرق چهار محال و بختیاری دارای حداقل میانگین بارش ماهانه (mm24.3-14.5) و مناطق شمال خوزستان و جنوب لرستان دارای حداکثر میانگین بارش ماهانه (mm80.4-65.3) می باشند. در ادامه با استفاده از روش مدل سازی استوکاستیک ARMA با برنامه SAMS برای هر سلول برای 4 سری زمانی توابع فراوانی (PC) 12000داده بارندگی تولید و سپس تحلیل خشکسالی ها انجام شد. نتایج نشان داد که توزیع های آماری Gamma و Log-Normal برای دوره بازگشت های 5، 10، 50، 100 و 200 سال به ترتیب برای سری های حجم کمبود نسبی و تداوم خشکسالی دارای بهترین برازش هستند.
    کلیدواژگان: استوکاستیک، درون یابی، SAMS، توابع متعامد تجربی (EOF)
  • سمیه شیرزادی لسکوکلایه*، فاطمه کشیری کلائی صفحات 49-61

    خشکسالی در سال های اخیر و استخراج مستمر آب از طریق حفر چاه های عمیق منجر به افت سطح آب زیرزمینی شده است. بنابراین لازم است به منظور مدیریت مصرف آب زیرزمینی برای به کارگیری پایدار منابع آب و همچنین حفظ تعادل محیط زیستی در این منبع مهم، تحقیقات و سیاست های مناسبی صورت گیرد. در مطالعه حاضر به منظور استفاده بهینه از آب زیرزمینی منطقه زراعی قره طغان نکا، از رویکرد تحلیل تصمیم گیری چندمعیاره تصادفی در شرایط عدم قطعیت در بارندگی استفاده شده است. داده های مورد نیاز به صورت کتابخانه ای جمع آوری شد و جهت برآورد نتایج از نرم افزار GAMS استفاده گردید. برمبنای نتایج، افزایش احتمال بارندگی تا 99 درصد منجر به افزایش سود ناخالص زراعی در منطقه گردید. به گونه ای که در سناریوهای احتمال 95 و 99 درصد بارندگی نسبت به احتمال 90 درصد، سود ناخالص به ترتیب حدود 1/44 و 4/13 درصد افزایش داشت. در این شرایط میزان برداشت آب زیرزمینی در سناریوهای مختلف، بدون تغییر ولی سهم آب زیرزمینی از کل آب مصرفی با کاهش مواجه شد. در مقابل، در شرایط کاهش احتمال بارندگی به 99 درصد نسبت به احتمال 90 درصد، سود ناخالص الگوی کشت پیشنهادی، حدود 33/3 درصد کاهش یافت. در این شرایط میزان برداشت آب زیرزمینی نیز به دلیل پایین بودن سطح آب زیرزمینی منطقه و نامناسب بودن آن به لحاظ شوری، در حدود 32/8 درصد کاهش نشان داد. ولی سهم مصرف آب زیرزمینی نسبت به شرایط موجود و در تمامی سناریوهای مذکور، ثابت ماند. لذا با توجه به سهم بالای آب زیرزمینی در کشاورزی منطقه، همچنین افزایش زیان کشاورزان و احتمال افت سطح آب های زیرزمینی در سال های کم بارش، پیشنهاد می شود برای مدیریت بهینه و بهبود شرایط محیط زیستی آب زیرزمینی منطقه و همچنین حمایت از وضعیت درآمدی کشاورزان، شرایط مناسب برای استفاده از آب های سطحی در منطقه مورد مطالعه فراهم گردد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، چندمعیاره، آب زیرزمینی، بارندگی، نکا
  • آرزو نظافت، علی مریدی*، علی گرجی زاده، حسین یوسفی صفحات 62-81

    بارش یک جزء اصلی چرخه هیدرولوژیکی هست که دارای تغییرات قابل ملاحظه ای در مکان و زمان است. وجود داده های گم شده در داده های بارش اندازه گیری شده و توزیع نامناسب نقطه محل های اندازه گیری بارش سبب به وجود آمدن مشکلات اساسی در پیش بینی های هیدرولوژیکی می گردد و از آنجایی که داده های ماهواره ای- باران سنجی جزء راه حل های جدید در جهت برآورد داده های بارش است، پژوهش حاضر با هدف ارزیابی عملکرد داده های ماهواره ای- باران سنجی  P-CDR15و CHIRPS12 با تفکیک مکانی 0/25 × 0/25  و در مقیاس روزانه، ماهانه و سالانه در بازه زمانی 1990 تا 2019 با استفاده از 88 ایستگاه سینوپتیک واقع در ایران انجام شد. برآورد بارش سالانه داده های مدل شبکه بندی شده دارای تخمین فرا برآورد و فرو برآورد در ایستگاه ها هستند و با توجه به شاخص های ارزیابی عملکرد P-CDR در مناطقی به غیراز شمال و شمال غرب ایران نسبت به CHIRPS بهتر است. تخمین بارش ماهانه مجموعه داده P-CDR در همه حوضه ها به غیراز ارومیه و سرخس دارای خطای کمتر در برآورد بارش ماهانه و بیشترین همبستگی با داده های مشاهداتی نسبت به CHIRPS است. برآورد بارش روزانه داده های شبکه بندی CHIRPS دارای عملکرد بهتر نسبت به P-CDR بخصوص در حوضه خلیج فارس و دریای عمان است. همچنین، داده های CHIRPS بر اساس شاخص تشخیصی CSI13  دارای عملکرد بهتر در تشخیص روزهای بارانی و غیر بارانی تقریبا در تمام ایستگاه ها است. طبق نتایج حاصل از تحلیل های ارتفاع و بارندگی می توان بیان کرد که ارتفاع نیز به عنوان عامل موثر در عملکرد داده های شبکه ای بارش هست به گونه ای که هر دو مجموعه داده در مناطق مرتفع کوه های زاگرس و مناطق شمالی رشته کوه البرز قدرت کمتری در برآورد و تشخیص بارش دارد.

    کلیدواژگان: تخمین بارندگی، شاخص های ارزیابی، داده های شبکه بندی بارش، شرایط اقلیمی، شرایط توپوگرافی
  • واحد کیانی، عباس اسماعیلی*، فرشاد علیجانی، سارا کیانی صفحات 82-99
    ناحیه سنندج- سیرجان پویا‎ترین پهنه زمین‎ساختی ایران است، در این پژوهش خصوصیات هیدروژیوشیمی و ایزوتوپی چشمه های ملوسان و باروداب (شهرستان نهاوند) و نزدیکترین چشمه های شیستی به آنها (ابالفضل باروداب و سیادره ملوسان) بررسی شدند. روش تحقیق پژوهش حاضر میدانی- آزمایشگاهی است؛ ویژگی های فیزیکی (دما، اکسیژن محلول، هدایت الکتریکی و pH)، کدورت، آنیون ها (SO4،F ، Cl-، NO2، NO3)، HCO3، غلظت کل 11 عنصر سمی/سنگین (آهن، آرسنیک، کادمیوم، کبالت، مس، روی، سرب، نیکل، منگنز، جیوه، باریوم)، کاتیون های اصلی (Mg2+، Ca2+، K+، Na+) و نهایتا اکسیژن 18 و دوتریم سنجش گردید. بر اساس ضریب فرود (درجه توسعه کارست) و همچنین مشاهدات میدانی (ژیومورفولوژی، دبی، تعداد دهنه خروجی آب و غیره) کارست منطقه باروداب متوسط است و کارست منطقه ملوسان بین کارست متوسط و کارست ناقص (مرو کارست) واقع شده است. همچنین مخزن کارستی چشمه ملوسان به دلیل وجود همزمان تخلخل حفره ای و شکستگی ها به همراه تخلخل اولیه، دارای سیستم تخلخل سه‎گانه است ولی مخزن کارستی چشمه باروداب صرفا دارای تخلخل اولیه است. ایزوتوپ های پایدار اکسیژن 18 و دوتریوم چشمه باروداب به علت ارتفاع تغذیه بالا دارای غلظت بالاتری از چشمه ملوسان است، به دلیل تفاوت شیب، حوزه آبگیر چشمه ها با مرز سطحی حوزه آبریز یکسان نیست و منشا چشمه های کارستی متاثر از فرآیندهای ثانویه و بین سازندی است (تغذیه خارج از مرز آبریز توسط لایه بندی ها و گسل ها) که نشان دهنده حالت اوتوژنیک (تغذیه خود بستر) هستند که طبق بررسی های زمین شناختی، تصاویر ماهواره ای و مطالعات میدانی چشمه های کارستی باروداب و ملوسان از سنگ مخزن دوران کربونیفر- پرمین منشا گرفتند که معرف قدیمی ترین مخازن کارستی ناحیه سنندج- سیرجان در ایران هستند.
    کلیدواژگان: هیدروژئوشیمی، قدیمی ترین مخازن کارستی، چشمه های ملوسان و باروداب، شهرستان نهاوند
  • ثمین جباری قره باغ، حسین رضایی*، علی باقری صفحات 100-113
    با رشد تقاضا برای غذا و انرژی، افزایش استانداردهای زندگی و پیچیدگی های حکمرانی آب، فشار بر منابع آب در حال افزایش است. عوامل متعددی در ایجاد امنیت آبی دخیل هستند. در این پژوهش، ابتدا امنیت آبی حوضه دریاچه ارومیه با استفاده از طبقه بندی آبی- اقتصادی حوضه برای 1) دوره های پنج ساله از سال 1370 تا 1395 و 2) استان های واقع در حوضه برای سال پایه 1395 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده، وجود چالش های هیدرولوژیکی زیاد و ظرفیت اقتصادی کم برای دستیابی به امنیت آبی را نشان داد. روش های عمومی نظیر طبقه بندی آبی- اقتصادی، اطلاعات دقیقی از وضعیت سیستم منابع آب در مقیاس های محلی ارایه نمی کنند. لذا در بخش دوم، باتوجه به ویژگی های حوضه، تعریف مشخصی از امنیت آبی ارایه شد. باتوجه به این تعریف، یک چارچوب شاخص محور در سه بعد دسترسی به آب، درآمد ساکنین و اشتغال ساکنین برای ارزیابی امنیت آبی حوضه طراحی شد و بررسی ها برای دوره تاریخی انجام گرفت. باتوجه به معیارهای درنظر گرفته شده، به طور کلی امنیت آبی حوضه در سال های 1375 و 1395 « کم» و در سال های 1380، 1385، 1390 «متوسط» ارزیابی شد. بررسی امنیت آبی حوضه با شاخص های بهره وری فعالیت های اقتصادی نشان داد که به منظور دستیابی به امنیت آبی در آینده، بخش کشاورزی از پتانسیل لازم برای توسعه اجتماعی- اقتصادی برخوردار نبوده، سیاست ها باید در راستای کاهش مصرف آب و اشتغال کشاورزی ارایه شود. این امر بدون سرمایه گذاری و ایجاد ظرفیت اشتغال در بخش های دیگر که قابلیت بالایی برای افزایش درآمد سرانه حوضه را دارند، ممکن نیست.
    کلیدواژگان: طبقه بندی آبی- اقتصادی، چالش های هیدرولوژیکی، ظرفیت اقتصادی، بهره وری، اشتغال
  • سعید سپهری فر، محمدحسین گل محمدی، حمیدرضا صفوی* صفحات 114-129

    امروزه رشد جمعیت و همچنین افزایش سطح رفاه اجتماعی موجب افزایش تقاضاهای مختلف و غیر قابل پیش بینی از منابع آب شده که ممکن است سبب اختلال در موجودیت منابع آبی شود؛ ازاین رو بهره برداری تلفیقی با استفاده از روش سناریو نگاری می تواند اطمینان پذیری استفاده از منابع آب را در شرایط وجود عدم قطعیت ها افزایش دهد. در این تحقیق از خروجی های سه مدل گردش عمومی جو - اقیانوس و ریزمقیاس سازی آن توسط مدل LARS-WG تحت سناریو های RCP4.5 برای بررسی تغییرات آب و هوایی محدوده مطالعاتی دشت افزر در استان فارس استفاده شده و در نهایت با استفاده از مدل WEAP سناریو های ممکن و محتمل مدیریت تلفیقی برای آینده 5 ساله شبیه سازی شده است؛ تا بهترین سناریو جهت احیای منابع آب زیرزمینی انتخاب شود. این سناریو ها شامل: 1- ادامه روند موجود؛ 2- توسعه شبکه آبیاری؛ 3- احداث حوضچه های تغذیه مصنوعی؛ 4-انتقال آب به شهرهای مجاور از سد سلمان فارسی؛ 5- اجرای هم زمان سناریوهای 2 تا 4؛ 6- مدیریت مصرف و 7- احداث سد کوار در بالادست سد سلمان فارسی در شرایط سناریو مدیریت مصرف می باشد. خروجی هریک از این سناریو ها با استفاده از معیارهای عملکرد و شاخص پایداری فازی مورد ارزیابی قرار گرفته شده است. نتایج نشان داد که نمی توان تغییر اقلیم را به عنوان عامل اصلی روند نزولی سطح آب زیرزمینی دانست؛ همچنین از بین سناریو های فوق، تنها سناریویی که می تواند باعث توقف روند نزولی سطح آب زیرزمینی شود، کاهش 35 درصدی در مصرف کشاورزی می باشد. احداث سد کوار در شرایط سناریوی مدیریت مصرف، مجاز خواهد بود حداکثر 30 درصد دبی متوسط ورودی از این نقطه به سد سلمان را در خود ذخیره کند؛ چرا که در غیر این صورت مشکلات مدیریت منابع و مصارف مربوط به سد سلمان فارسی، دو چندان خواهد شد.

    کلیدواژگان: بهره برداری تلفیقی، سناریونگاری، WEAP، عدم قطعیت، تغییراقلیم
  • فاطمه کاکویی دینکی، مهرداد چراغی*، بهاره لرستانی، سهیل سبحان اردکانی، عاطفه چمنی صفحات 130-141
    بررسی و کنترل تجمع زیستی فلزات سنگین به دلیل بار آلودگی، خطر اکولوژیکی و عوارض بسیار بالایی که برای سلامت انسان ها و همچنین نامشخص بودن نوع، مقدار و چگونگی ورود آلاینده ها به منابع آبی دارد از اهمیت بسیاری برخوردار می باشد، در این راستا تعیین میزان آلودگی فلزات سنگین و نیترات و فسفات در مخازن سدهای لتیان و لار و همچنین پتانسیل گیاهان لمنا، لویی و آب تره در گیاه پالایی فلزات سنگین و مواد مغذی این منابع مدنظر این بررسی قرار گرفت. به این منظور 40 نمونه آب از اعماق مختلف دریاچه سدهای لتیان و لار و 3 نمونه از قسمت برگ گونه های گیاهی در فواصل تصادفی در فصول تابستان و پاییز جمع آوری و پس از آماده سازی و فرآوری نمونه ها در آزمایشگاه، میانگین غلظت باقیمانده عناصر توسط دستگاه های ICP و اسپکتروفتومتر قرایت شد. نتایج به دست آمده میانگین غلظت عناصر مس، سرب، آهن و نیترات در دریاچه سد لتیان به ترتیب 0/009، 0/27 ،0/10 و 0/07 میلی گرم در لیتر و در دریاچه سد لار به ترتیب 0/004، 0/26، 0/06 و 1/27 میلی گرم در لیتر را نشان داد که در تمامی موارد به جز عنصر سرب کمتر از حد مجاز استانداردهای مربوطه بود. همچنین میانگین غلظت فسفات در دریاچه سد لتیان و لار به ترتیب 0/07 و 1/27 میلی گرم در لیتر بوده که در سد لتیان کمتر و در سد لار بیشتر از حد استاندارد می باشد. همچنین، در سد لتیان گیاه لمنا در حذف عناصر سرب و فسفات، گیاه لویی در حذف آهن و آب تره در حذف مس و نیترات کارایی بالایی داشته اما در سد لار گیاه لویی در حذف عنصر آهن، مس، سرب و نیترات، آب تره در حذف فسفات کارایی بالاتری داشته است. کم بودن میانگین غلظت عناصر سنگین در مخزن سد لار نسبت به سد لتیان با مساحت قابل توجه مراتع خوب و بارش فراوان در حوضه آبریز لار مرتبط است؛ بنابراین نوع کاربری اراضی، الگوی پوشش گیاهی و رطوبت هوا در حوضه های آبریز جاجرود و لار بر این مساله تاثیرگذار می باشد.
    کلیدواژگان: منابع آب، آلودگی فلزات سنگین، گیاه پالایی، سد لتیان، سد لار
  • علیرضا صادقی، محمد مهدی جوادیان زاده*، هادی پوردارا صفحات 142-153

    ناحیه اندازه گیری مجزا (DMA) یک منطقه مشخص شده است که امکان اندازه گیری میزان آب ورودی و خروجی آن منطقه در هر لحظه از زمان مهیا است. روند کلی تشکیل نواحی اندازه گیری مجزا عموما به مرحله خوشه بندی برای تشخیص خودکار بهترین جوامع و مرحله ناحیه بندی فیزیکی برای بهینه سازی محل قرارگیری شیرهای دروازه ای و فلومترها در لوله های مرزی با توجه به تابع هدف صورت می گیرد. در این تحقیق ابتدا شبکه شهر تفت در استان یزد در نرم‎افزار EPANET مدل شد و با اتصال EPANET به نرم افزار MATLAB و بارگذاری مشخصات شبکه، با استفاده از الگوریتم ساختار جامعه، شبکه به صورت خودکار خوشه بندی شد. در مرحله ناحیه بندی فیزیکی با استفاده از الگوریتم ژنتیک محل های بهینه قرارگیری شیرهای دروازه ای و فلومترها با هدف کاهش واریانس میانگین فشار نواحی اندازه گیری مجزا مشخص شد. نتایج نشان داد که الگوریتم تشخیص ساختار جامعه با وزن میانگین فشار روزانه به خوبی توانایی ایجاد خودکار خوشه بندی مناسب با توجه به شاخص پیمانگی و فشار یکنواخت داخل خوشه ها را دارد و بهینه سازی لوله های مرزی منجر به کاهش فشار بخش های مختلف شبکه از جمله نواحی با فشار بالاتر از میانگین کل شبکه شد و با کاهش واریانس میانگین فشار نواحی اندازه گیری مجزا، باعث توزیع عادلانه فشار شبکه شد.

    کلیدواژگان: الگوریتم ساختار جامعه، تئوری گراف، شبکه توزیع آب، مدیریت فشار، نواحی اندازه گیری مجزا
  • حمید محمدی سه دران، مجید دلاور*، محمدرضا شهبازبگیان صفحات 154-173
    در سال های اخیر به دلیل تخریب شدید محیط زیست در سراسر جهان، بررسی تاثیر فعالیت های انسانی بر محیط زیست و همچنین توسعه هماهنگ سیستم های اجتماعی- اقتصادی با یک محیط زیست پایدار، کانون توجهات قرار گرفته است. روش های مختلفی، جهت ارزیابی تاثیرات این فعالیت ها بر محیط زیست و شبیه سازی سیستم جفت شده انسانی- طبیعی توسعه داده شده است. یکی از این روش ها، "ظرفیت برد منابع آب1" است که با توسعه مفهوم "ظرفیت برد2" در علم مدیریت منابع آب ایجاد شده است. این پژوهش از این مفهوم جهت ارزیابی مدیریت منابع آب استفاده کرده است؛ و با توسعه روش های قبلی و با تلفیق روش شبیه سازی، روش ارزیابی مبتنی بر شاخص و عامل تعیین کننده فشار- پشتیبانی چارچوب جدیدی را جهت ارزیابی ظرفیت برد منابع آب ایجاد کرده است. همچنین رویکردی جهت ارزیابی ظرفیت برد اتخاذ شده است که برخی از چالش های موجود در این زمینه مانند عدم توجه به وضعیت سلامت محیط زیست و امکان تبادل پذیری بین شاخص ها را برطرف می کند. رویکرد اتخاذ شده و چارچوب ایجاد شده جهت ارزیابی ظرفیت برد منابع آب در حوضه آبریز زرینه رود و در دوره 2015-1987 به کار برده شد. با توجه به روند تغییرات شاخص های ارزیابی و ارایه تحلیل های بهتر، دوره مورد بررسی، به سه دوره، دوره اول (1999- 1987)، دوره دوم (2006-2000) و دوره سوم (2015- 2007) تقسیم شد. ارزیابی ها و تحلیل ها هم به صورت سالانه و هم به صورت دوره ای انجام شد. نتایج به دست آمده حاکی از این است که بارگذاری بر منابع آب فقط در دوره اول در محدوده ظرفیت برد منابع آب بوده و در دوره های دوم و سوم، منابع آب بیش از حد بارگذاری شده است. براساس استانداردهای ارزیابی، ظرفیت برد منابع آب و وضعیت سلامت محیط زیست در هر دوره نسبت به دوره قبل یک سطح پایین تر آمده و در دوره سوم به پایین ترین سطح ممکن رسیده است. بررسی فشار- پشتیبانی منابع آب بیانگر این است که در هر دوره نسبت به دوره قبل فشار وارد بر منابع آب افزایش و توانایی پشتیبانی منابع آب کاهش یافته است. این اوامر بیانگر این است که سیاست های اعمال شده در حوضه، توسعه سریع اقتصادی را دنبال کرده اند و هیچ توجهی به توانایی پشتیبانی منابع آب نداشته اند. این سیاست ها نه تنها به بهبود وضعیت حوضه کمک نکرده بلکه شرایط آن را به مراتب بدتر کرده اند. بنابراین لازم است که به طور کلی در سیاست های اعمال شده تجدید نظر شود و هرچه سریع تر سیاست های لازم در جهت بهبود ظرفیت برد منابع آب اتخاذ شود. از آنجا که نتایج به دست آمده انطباق و همخوانی بسیار خوبی با واقعیت های منطقه و بیان کارآیی سیاست های اعمال شده داشته اند لذا می تواند جهت بررسی سیاست ها در سایر موارد مشابه مورد استفاده قرار گیرد. به علاوه چارچوب ایجاد شده امکان ارزیابی سناریوها و پیش بینی شرایط آینده را فراهم می کند. این چارچوب همچنین می تواند تاثیر سیاست های مختلف را بر منابع آب، جامعه، اقتصاد و محیط زیست حوضه ارزیابی کند و بستر مطمینی را برای تحقیقات آینده ایجاد کرده است.
    کلیدواژگان: ظرفیت برد منابع آب، چارچوب فشار- پشتیبانی- وضعیت، SWAT، حوضه آبریز زرینه رود
  • سید احمد اسلامی نژاد، مبین افتخاری*، سعید محمودی زاده، محمد اکبری، علی حاجی الیاسی صفحات 174-189
    سیل یکی از مخرب ترین انواع بلایای طبیعی است که هر ساله باعث از دست رفتن جان و مال انسان ها در سراسر جهان می شود. هدف از تحقیق حاضر ارزیابی و مقایسه قابلیت سه مدل یادگیری ماشین یعنی درخت بیز ساده (‏NBTree)‏، درخت تصمیم متناوب (ADTree) و جنگل تصادفی (‏RF) ‏برای پیش بینی خطر وقوع سیل در شهرستان مانه و سملقان می باشد. نوآوری تحقیق حاضر ارایه مدل های ترکیبی مبتنی بر درخت می باشد که کمتر در تحقیقات پیشین مورد استفاده قرار گرفته اند. برای تهیه نقشه مرجع سیل در منطقه موردمطالعه، 300 موقعیت مستعد سیل شناسایی شدند و از طریق انتخاب تصادفی با نسبت 70 به 30 به مجموعه داده های آموزشی و اعتبارسنجی تقسیم شدند. پایگاه داده مکانی سیل با استفاده از 15 معیار هیدروژیولوژیکی و محیطی موثر بر سیل ایجاد شد. در نهایت، نقشه های پیش بینی خطر سیل با استفاده از مدل های NBTree، ADTree و RF تهیه شدند. به منظور اعتبار سنجی مدل های پیش بینی خطر سیل، معیار سطح زیر منحنی (‏AUC)‏ و معیارهای آماری نرخ پیش بینی مثبت، نرخ پیش بینی منفی، حساسیت، ویژگی و دقت مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مدل RF دقت بالاتری نسبت به مدل های NBTree و ADTree در پیش بینی خطر سیل منطقه موردمطالعه دارد. ​همچنین، نتایج نشان داد که احتمال وقوع خطر سیل در مناطق مرکزی منطقه موردمطالعه به دلیل ارتفاع و شیب کمتر، بیشتر از سایر مناطق است.
    کلیدواژگان: پیش بینی سیل، درخت بیز ساده، درخت تصمیم متناوب، جنگل تصادفی
  • امیر درزی، سمیه سیما* صفحات 190-203
    آلبدوی طول موج کوتاه سطح یکی از مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر روی بیلان انرژی دریاچه ها است. این پژوهش با هدف بررسی تغییرات مکانی- زمانی آلبدوی طول موج کوتاه در محدوده مرز کلی دریاچه ارومیه انجام شد. برای این منظور ابتدا مرز پهنه های آبی، نمکی و نواحی بایر استخراج شده و سپس سری زمانی ماهانه آلبدو با استفاده از محصول آلبدوی سنجنده MODIS (MCD43A3) بررسی گردید. نتایج اعتبارسنجی نشان داد که داده های MODIS، آلبدو را کمتر از مقادیر مشاهداتی برآورد می کند. همچنین، با کاهش تراز دریاچه طی بازه سال های 2008 الی 2017 نسبت به دهه قبل از آن، مقدار آلبدوی سطح (تا %150) افزایش یافته است که می تواند منجر به کاهش دمای سطح آب، تبخیر و ظرفیت نگهداشت حرارتی دریاچه شده و در نتیجه نقش دریاچه در تعدیل و تنظیم میکرو اقلیم منطقه را کاهش دهد. علیرغم افزایش سطح خاک بایر و نمک طی این دوره، آلبدوی این محدوده ها بدون روند و نسبتا ثابت بوده است. نتایج این پژوهش حاکی از عدم کارآیی مناسب داده های محصول آلبدوی سطح (MCD43A3 v.6) در پایش آلبدوی دریاچه ارومیه است و می تواند به بهبود عملکرد محصولات آلبدوی سنجنده MODIS در نسخه های بعدی کمک کند.
    کلیدواژگان: تابش طول موج کوتاه، دریاچه‎های شور، تراز آب، اعتبارسنجی
  • علیرضا نریمان، محمدهادی فتاحی*، ناصر طالب بیدختی، محمدصادق صادقیان صفحات 204-221

    ارزیابی تاب‎آوری سیستم توزیع آب شهری در برابر بلایای طبیعی و حوادث پیش ‎بینی نشده در مدیریت شهری اهمیت بسزایی دارد. در این مقاله میزان تاب‎آوری هیدرولیکی شبکه آب شهر صدرا در برابر زلزله مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین استراتژی‎ های مختلفی برای تعمیر شبکه  توزیع آب تعریف شده است. در این مقاله ابتدا شبکه آب شهر صدرا در EPANET شبیه‎ سازی شده و سپس به عنوان ورودی در کدWNTR  وارد می‎شود. WNTR بر اساس تیوری شبکه‎ های پیچیده توسعه ‎یافته و شاخص دسترسی شهروندان به خدمات آب را محاسبه می‎نماید. در این مقاله 18 سناریو با تغییر در شدت زلزله (5/5، 6 و 7 ریشتر)، مرکز زلزله (شمال، مرکز و جنوب) و دو استراتژی تعمیر با کاهش در میزان تقاضای موردانتظار مصرف‎ کننده (25 و 40 درصد کاهش)، مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی معیارهای شکست در شبکه توزیع آب در این مقاله از شاخص Todini استفاده شده است. نتایج نشان می‎دهد در حالی که افزایش شدت زلزله در تمامی نواحی رابطه همبستگی مثبت با آسیب‎پذیری شبکه آبرسانی دارد، زمان بازگشت شبکه به شرایط نرمال به استراتژی تعمیر و تغییر در تقاضای مورد انتظار مصرف‎ کننده وابسته است. ضمنا آنالیز فراکتال شبکه آبرسانی به منظور تحلیل میزان افزونگی شبکه بر اساس محاسبه بعد فراکتال به منظور یافتن آسیب‎پذیرترین ناحیه شبکه انجام شده است. بررسی نتایج شاخص ‎های هیدرولیکی تاب ‎آوری و آنالیز فراکتال همگی نشان می‎دهد که شمال به عنوان آسیب‎پذیرترین ناحیه است و میزان تاب‎آوری شبکه در جنوب بیشترین است. در نهایت زمان بازگشت سیستم به حالت نرمال در هر سناریو و تعداد، شماره و محل لوله‎ های آسیب دیده در هر سناریو تعیین شده است.

    کلیدواژگان: استراتژی تعمیر، سطح خرابی، WNTR، دسترسی به خدمات آب
  • حسین پارساصدر، حمیدرضا ناصری*، فرشاد علیجانی صفحات 222-234

    غلظت زیاد دی اکسید کربن، در آبخوان گاریز در جنوب غرب استان یزد باعث کاهش کیفیت آب های زیرزمینی و ایجاد مخاطرات محیط زیستی شده است. به منظور بررسی ماهیت گازهای موجود در آبخوان گاریز طی دو مرحله در تیرماه و مهرماه سال 1398 از چاه های گستره مطالعاتی 35 نمونه آب زیرزمینی برداشت شده است. سنجش آزمایشگاهی شامل غلظت یون های اصلی و ایزوتوپ پایدار کربن (δ13CTDIC) آب های زیرزمینی است. برخی از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آب های زیرزمینی نیز در هنگام نمونه برداری اندازه گیری شده است. در این مطالعه مشخص شده است که اکثر نمونه ها دارای ترکیب قلیایی خاکی-بیکربناته تا قلیایی خاکی-کلروسولفاته هستند و مقادیر غلظت بی کربنات نمونه های آب زیرزمینی به علت وجود کانی های کربناته در آبخوان و همچنین تعامل قابل توجه آبخوان با سیالات غنی از دی اکسید کربن افزایش یافته است. نفوذ آب شور و اختلاط آن با آب های غنی از CO2 نیز روند تکامل هیدروژیوشیمیایی طبیعی آبخوان را تحت تاثیر قرار داده است. ازاین رو به منظور بررسی منشا دی اکسید کربن در آبخوان مقادیر δ13  به عنوان تابعی از دمای نمونه برداری و نسبت مولی کربن برحسب تعادل ایزوتوپی محاسبه شده است، و با استفاده از مدل سازی اختلاط گازهای محلول موردبررسی قرارگرفته است. نتایج بیانگر این است که دی اکسید کربن موجود در آبخوان گاریز در اثر اختلاط گازهای غیر آلی غنی شده نسبت به کربن 13 با منشا عمیق همراه با انتشار دی اکسید کربن تهی شده نسبت به کربن 13 از منشا آلی در تعامل با آبخوان است. با توجه به برآورد ترکیب ایزوتوپی اولیه کربن با منشا عمیق (V-PDB ‰ 2-)، عمده سیالات عمیق در تعامل با آب های زیرزمینی آبخوان گاریز از گوشته و کربن زدایی واحد های کالک-سیلیکاته است.

    کلیدواژگان: دی اکسید کربن، ایزوتوپ کربن، هیدروژئوشیمی، آبخوان گاریز
  • فرشته مدرسی* صفحات 235-248
    پیش بینی بارش ماهانه با دقت زیاد یکی از چالش های مهم در علوم هیدرولوژی و هواشناسی می باشد و در برنامه ریزی منابع آب از اهمیت بالایی برخوردار است. در تحقیق حاضر، یک مدل ترکیبی احتمالاتی کلاس مبنا (CPHM) بر پایه ترکیب روش های کلاس‎بندی و توابع کرنل احتمالاتی توسعه داده شده است که با استفاده از آن می توان بر اساس بارش های فصلی (ورودی مدل)، بارش ماهانه (خروجی مدل) را با دقت بالایی برای تمامی ماه های یک فصل پیش بینی نمود. برتری های این مدل نسبت به روش های مرسوم پیش بینی ماهانه بارش، از یک سو قابلیت آن برای پیش بینی بارش ماهانه برای فصلی نظیر پاییز در ایران می باشد که ماه های قبل از آن (در تابستان) بدون بارش است، و از سوی دیگر قابلیت آن برای پیش بینی هم زمان بارش برای تمامی ماه های یک فصل می باشد که از نظر مدیریت منابع آب بسیار ارزشمند است. از این رو، به منظور ارزیابی کارآیی این مدل، مدل مذکور برای پیش بینی بارش ماهانه پاییزه در حوضه آبریز کرخه که دربرگیرنده جلگه حاصلخیز خوزستان است، بکار گرفته شد و عملکرد آن با مدل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) با ساختار بهینه شده نیز مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان دهنده عملکرد بالای مدل CPHM و برتری آن در مقایسه با مدل بهینه شده ANN برای پیش بینی بارش در هر سه ماه فصل پاییز می باشد؛ به طوری که متوسط دقت نتایج در مرحله صحت‎سنجی این مدل برای سه ماه پاییز بر اساس شاخص های نش- ساتکلیف (NSE)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب همبستگی پیرسون (PCC) به ترتیب برابر با  0/7، 12 و 0/86 می باشد.
    کلیدواژگان: پیش بینی بارش ماهانه، مدل ترکیبی، تابع کرنل، طبقه بندی، کرخه، CPHM
  • سیده رحیمه موسوی*، سعید عباسی، محسن ناصری صفحات 249-266
    در چرخه هیدرولوژی یکی از مهمترین اجزاء تبخیر و تعرق واقعی است که شار رطوبتی به سمت خارج ایجاد نموده و بخشی از منابع رطوبتی را از سیستم خارج می نماید. عمده روابط موجود در تخمین مقدار تبخیر و تعرق واقعی، بصورت تجربی بوده و مبتنی بر مشخصات اقلیمی و محلی است که کالیبره نمودن آنها و یا انتخاب نوع رابطه متناسب با مناطق مورد بررسی در آنها الزامی است. هدف اصلی مقاله حاضر، بررسی اثر استفاده از محصولات بزرگ مقیاس تبخیر و تعرق در عملکرد مدل بیلان آب در منطقه ای برف گیر و کوهستانی در غرب ایران (محدوده مطالعاتی سد قشلاق) است. به همین منظور سه محصول بزرگ مقیاس GLEAM، SSEbop و MODIS در قالب چهار سناریو (سه سناریو استفاده از این محصولات در کنار مدل مرجع بیلان منابع آب) ارزیابی شده است. در انتها با توجه به لزوم ارزیابی اثر متقابل استفاده از این اطلاعات بر ساختار مدل بیلان، ارزیابی عدم قطعیت پارامترهای مدل با روش GLUE انجام شده است. نتایج کالیبراسیون همزمان تبخیر و تعرق و جریان رودخانه، بر بهبود رفتار مدل با استفاده از محصولات ماهواره ایSSEbop  و GLEAM صحه می گذارد. در تمام سناریوهای مطرح شده محصول GLEAM بهترین عملکرد را داشته و شبیه سازی جریان رودخانه را بهبود داده است.
    کلیدواژگان: بیلان آب ماهانه، محصولات بزرگ مقیاس تبخیر و تعرق، عدم قطعیت
  • علی یوسفی* صفحات 267-272

    مدیریت عرضه محور به تنهایی جوابگوی امنیت آبی شهرها در آینده نخواهد بود. بنابراین، راهبرد مدیریت تقاضا مبتنی بر شناخت الگوی مصرفی و تغییر رفتار مصرف کنندگان آب مورد تاکید قرار گرفته است. هدف این نوشتار، پررنگ نمودن اهمیت مطالعات مدیریت تقاضای آب خانگی و بررسی و نقد مقاله چاپ شده در مجله تحقیقات منابع آب ایران با عنوان "مقایسه عوامل روانشناختی موثر بر رفتارهای صرفه جویی و رفتارهای افزایش بهره وری آب خانگی؛ مورد مطالعه شهر تهران" است. در این نوشتار، میزان اثربخشی استفاده از مدل رفتار برنامه ریزی شده در تبیین رفتار مصرفی مورد تردید قرار می گیرد و دلیل دستیابی به چنین نتایجی در این مقاله مورد کنکاش قرار می گیرد. این بررسی نشان می دهد که در مطالعات مدیریت تقاضای آب خانگی بایستی اثر انواع اقدامات صرفه جویانه و عوامل تعیین کننده بر مصرف واقعی مبتنی بر اندازه گیری حجمی مصرف مورد ارزیابی قرار گیرد و استفاده از الگوی مصرف مبتنی بر خوداظهاری چندان اعتباری ندارد. مدل رفتار برنامه‎ریزی شده بیشتر قابلیت کاربرد در بررسی پذیرش و استفاده از رفتارهای مرتبط با بهبود کارآیی مصرف آب نظیر استفاده از تجهیزات کاهنده را دارا می باشد. همچنین، پس از شناخت الگوی پذیرش- اثر انواع اقدامات صرفه جویانه، طراحی برنامه های اقدام اختصاصی برای پذیرش رفتارهای کاهنده موثرتر از اهمیت بسزایی برخوردار است.

    کلیدواژگان: مدیریت تقاضا، رفتار صرفه جویانه، رفتار افزاش کارآیی مصرف آب، اندازه-گیری حجمی، شکاف نیت - رفتار
|
  • Behnaz Yazarloo *, Ali Shahidi, Mohammadreaza Farzaneh Pages 1-16
    Recognizing the moral norms is necessary to understand water crisis and have water protection behavior in today’s society. The aim of this research was to develop the theory of planned behavior and quantification of its components in order to assess the moral norms governing the participatory management of water resources. A questionnaire was used to collect information from Toshan and Galand villages. Descriptive-inferential statistics of the research were analyzed by SPSS and SmartPLS softwares and One-Sample Wilcoxon Nonparametric test. Then model components were ranked using Friedman test. At the end, the uncertainties of the components of the Modified Theory of Planned Behavior (MTPB) were calculated by the bootstrap technique. The results showed that adding the moral norm component to the theory is important for promoting participatory behaviors of water conservation. According to the boxplot graphs and model path coefficients, most respondents had a high moral commitment to participate in water conservation, which shows that they consider themselves responsible for local water resources. Also, the level of social acceptance of the respondents to the policy option of participatory exploitation of water resources was above the middle level and uncertainty band of social acceptance for the research components indicated the intra-level coordination towards the adoption of the policy option of participatory exploitation of water. The results of the structural model showed that the MTPB variables, respectively, explain 70.1%, 75.9%, 81% and 79.2% of the variance of the participatory behaviors of water conservation of stakeholders of Toshan drinking, Galand drinking, Toshan agriculture and Galand agriculture.
    Keywords: water crisis, Local Participation, Modified Theory of Planned Behavior, Protection of water resources, Uncertainty
  • Bahareh Imani, MohammadReza Shahbazbegian * Pages 17-30

    Beside natural factors, spatial expansions of new cities is one of the main causes of the water crisis. Parand new city, in that regard, has very high restrictions on the potable water supply. Nonetheless, there is an increasing population growth and construction in this city. In this regard, type of residential development of the city has a significant impact on managing the potable water consumption, sufficient for its sustainable development. The current methods of calculating future potable water for cities are more based on population growth scenarios and focus on analyzing population growth rates regardless of the population's physical development capacity. Using the prediction of physical expansion applying LCM simulation (Land Change Modeler), the present study first simulated the physical development of Parand city up to 2032 based on a typical pattern in urban development centered on villas and estimated the amount of potable water required by Parand city according to this model. Accordingly, the initial scenario, called scattering, predicts water requirements by relying on spatial expansion and considering natural population growth by 2032; The second scenario, which is the most common type of urban decision-making and planning, is the scenario of a long-term trend of population growth up to the horizon of 2032. The results indicated a significant difference between the potable water consumption in Parand city based on the first and second approach as the water needs of about forty-three million cubic meters and about thirty-three million cubic meters in 2032, respectively. The result reveals to the planners a style of urban needs assessment and forecasting, considering the natural population growth and the city's spatial expansion. Thus, to prevent the water crisis and move towards sustainable urban development, the present article strongly recommends spatial planning for cities' development due to limited water resources.

    Keywords: water crisis, Spatial Expansion, Parand New City, Physical Expansion LCM (Landuse Change Modeler)
  • Motalleb Byzedi * Pages 31-48
    Climate change in the past decade had serious impacts on food security and livelihoods in different parts of the world. EOF is one of the important methods for studying rainfall patterns in an area. The main objectives of the paper were to determine the best weight coefficients and frequency functions, determine homogeneous regions, model seasonal time series, and find the Severity-Area- Frequency (SAF), Duration-Area-Frequency (DAF), and Meteorological Drought Curves in three basins of Karun, Dez and Karkheh. In order to achieve the above objectives, 69 (Ministry of Energy’s) weather stations were selected in the research basins. After qualitative control, test and reconstruction of data, frequency functions and four weight factors (EOF) were obtained. Then, with the homogenization of the rainfall zone, the 291 cells in the ArcGIS9.3 environments were examined by ordinary kriging interpolation method. The results of the interpolation for first to forth weight functions (EOF) showed that the spherical semi covariogram with second degree of polonomial trend and unisotropy, the Gaussian no-trend with isotropy, the Gaussian with second degree of trend, and the spherical with second degree of trend and no-isotropy have the best distribution respectively. The homogenization of the region showed that the minimum average monthly precipitation in southern parts of Khuzestan Province and some eastern parts of Charmahal-o-Bakhtiari Province was 14.5-24.3 mm and maximum average monthly precipitation in northern parts of Khuzestan Province and south of Lorestan Province was 65.3-80.4 mm. Using the ARMA Stochastic Modeling Method with the SAMS program for each cell for 4 time series of frequency functions (PC), 12.000 rainfall data were obtained and then analysis of droughts was conducted. The results showed that the Gamma and Log-Normal statistical distribution for the return periods of 5, 10, 50, 100 and 200 years were the best fit for the series of relative shortages and drought persistence, respectively.
    Keywords: Stochastic, Interpolation, SAMS, empirical orthogonal functions (EOF)
  • Somayeh Shirzadi Laskookalayeh *, Fatemeh Kashiri Kolaei Pages 49-61

    In recent years drought and the continuous extraction of water by digging deep wells have led to a drop in groundwater levels. Therefore, in order to manage groundwater consumption for sustainable use of water resources and also to maintain the environmental balance of this important resource, appropriate research and policies are needed. In the present study, in order to make optimal use of groundwater in Qareh Toghan region of Neka, the stochastic multi-criteria decision analysis approach has been used under rainfall uncertainty condition. The required data were collected as a library and GAMS software was used to estimate the results. Based on the results, by increasing the probability of rainfall up to 99%, an increase in gross margin in the region would happen so that in scenarios of 95% and 99% probability of rainfall, the gross margin was increased by about 1.44 and 4.13%, respectively, compared to the condition of 90% rainfall probability. Under these conditions, the amount of groundwater abstraction in various scenarios remained unchanged but the share of groundwater in the total water consumption decreased. In contrast, in the case of reducing the probability of rainfall to 99% compared to the probability of 90%, the gross margin of the proposed cropping pattern decreased by about 33.3%. In this condition, the amount of groundwater abstraction decreased by about 32.8% due to low groundwater level in the region and its unsuitability in terms of salinity. However, the share of groundwater consumption in relation to the existing conditions and in all the mentioned scenarios remained constant. Therefore, due to the high share of groundwater in agriculture in the region, as well as increasing farmers' losses and the possibility of declining groundwater levels in low rainfall years, it is suggested to provide suitable plans for using surface water in the study area for optimal management, and improving the environmental conditions of groundwater in the region while supporting the income status of farmers.

    Keywords: Groundwater, Multi-criteria, Neka, optimization, Rainfall
  • Arezoo Nezafat, Ali Moridi *, Ali Gorjizade, Hossein Yousefi Pages 62-81

    Precipitation is a major component of the hydrological cycle which has significant changes over space and time. Missing data in precipitation measurements and improper distribution of precipitation measurement sites cause major problems in hydrological studies. Satellite data is a new alternative for estimating precipitation data and the present study aimed at evaluating the performance of P-CDR (Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information Using Artificial Neural Networks- Climate Data Record) and CHIRPS (Climate Hazards Group Infrared Precipitation with Station Data) with spatial separation of 0.25 × 0.25 and on a daily, monthly and yearly scale for the period of 1990 to 2019 in 88 synoptic stations located in Iran. As a result of annual precipitation estimation analysis and according to performance evaluation indices, P-CDR had better performance than CHIRPS in all regions except for the north and northwest of Iran. Precipitation estimation by P-CDR dataset in all basins except Urmia and Sarakhs had less error in estimating monthly precipitation compared to CHIRPS, and it had the highest correlation with observed data. CHIRPS daily rainfall estimation had better performance than P-CDR, especially in the Persian Gulf and Oman Sea basins. As CSI (critical success index) showed, CHIRPS had a better performance in detecting rainy and non-rainy days in almost all stations. According to the results of altitude-rainfall analysis, both datasets in the highlands of the Zagros mountain chain and north of the Alborz mountain chain performed weak in estimating precipitation.

    Keywords: Precipitation Estimation, evaluation indices, Satellite Precipitation dataset, climatic conditions, Topographic conditions
  • Vahed Kiyani, Abbas Esmaili *, Farshad Alijani, Sarah Kiani Pages 82-99
    Sanandaj-Sirjan zone is the most dynamic tectonic zone in Iran. The research method of the present study was survey-laboratory. The hydrogeochemical and isotopic properties of Malusan and Barudab springs (Nahavand) and their closest schist springs (Abolfazl and Siadreh) are investigated. To evaluate the water quality of springs, physical properties (electrical conductivity, temperature, TDS, and pH), turbidity, anion concentrations (Nitrate, nitrite, chloride, fluoride, and sulfate), carbonate and bicarbonate, main cations (sodium, potassium, calcium, and manganese), total concentration of 11 poisonous/heavy elements (ferric, arsenic, cadmium, cobalt, copper, zinc, lead, nickel, manganese, mercury and barium) and finally the stable isotopes δ18O and δ2H were analyzed. Discharge was measured with a volumetric and flowmetric method at the site. Based on alpha coefficient and field observations the karst of Barudab region is moderate karst and the karst of Melusan region is located between moderate karst and incomplete karst (Merv karst). Also, karst reservoir of Malusan has trinary porosity system due to the existence of cavity porosity and fractures along with primary porosity in synchronic, but karst reservoir of Barudab spring has only primary porosity. Stable oxygen isotopes 18 and deuterium of Baroudab spring have concentrations higher than Melousan spring due to high feeding height. Catchment area of ​​the springs is not the same as the surface boundary due to different slopes and drainage is done by stratifications and faults. so origin of karst springs is to some extent influenced by secondary and inter-structural processes, with autogenic recharge. Based on the findings, Malusan and Barudab springs are representatives of the oldest karst reservoirs in Sanandaj-Sirjan zone in Iran.
    Keywords: Hydro geochemistry, Ancients’ Host Rocks, Barudab, Malusan springs, Nahavand area
  • Samin Jabbari Gharabagh, Hossein Rezaie *, Ali Bagheri Pages 100-113
    By growing food and energy demands and rising living standards and according to the complexity of regional water governance, the pressure on water resources is increasing. Many factors are involved in water security. In this research, firstly, the water security of Lake Urmia Basin was investigated using hydro-economic classification for 1) five-year periods from 1991 to 2016, and 2) the provinces located in the basin for 2016. The results showed the existence of high hydrological challenges and low economic capacity to achieve water security. Since general methods such as hydro-economic classification do not provide accurate information at local scales, in the second part, a clear definition of water security was presented according to the characteristics of Lake Urmia Basin. Considering this definition, we designed an indicator-based framework in three dimensions of access to water, income, and employment to assess the water security of the basin. The study was conducted for the historical period. By the considered criteria, the water security of the basin was assessed as "low" in 1996 and 2016 and "moderate" in 2001, 2006 and 2011. The study of the basin water security with productivity indicators of economic activities showed that in order to achieve water security in the future, the agricultural sector does not possess the necessary potential for socio-economic development and policies in this sector should be oriented towards reduction of water consumption and employment. This is not possible without investing and creating employment capacity in other sectors, which have high potential for increasing employment opportunities and per capita income.
    Keywords: Hydro-economic Classification, Hydrological Challenges, Economic Capacity, Productivity, employment
  • Saeid Sepehrifar, MohammadHosein Golmohammadi, HamidReza Safavi * Pages 114-129

    Nowadays, population growth and increasing the level of social welfare have led to increased and unpredictable demand for water resources that may disrupt the water resources availability. Therefore, conjunctive use based on the scenario planning method can increase the reliability of the water resources utilization in the presence of uncertainties. In this study, the outputs of three atmospheric-ocean general circulation models have been used to assess climate change effects on the Dasht-Afzar of Fars province. In this regard, the LARS-WG model has been applied to downscaling climate models under RCP4.5 scenario. Then to select the best scenario for groundwater resources reclamation, the WEAP model has been used to simulate possible and probable integrated management scenarios for the next 5 years. These scenarios were; 1) Continuation of the current condition, 2) Development of irrigation network, 3) Construction of artificial nutrition ponds, 4) Water transfer from Salman Farsi dam to neighboring cities, 5) Consumption management, 6) Construction of Kavar dam upstream Salman Farsi dam, and 7) Simultaneous implementation of scenarios 2 to 4 in the consumption management scenario conditions. Performance criteria as well as fuzzy sustainability index were employed to evaluate each scenario's outputs. The results indicated that climate change could not be considered as the main factor in the downward trend of groundwater level. Also, the only scenario that can stop that trend is a 35% reduction in agricultural consumption. In the consumption management scenario, the construction of the Kavar dam will be allowed to store a maximum of 30% of the average flow rate to the Salman dam. Because otherwise, the resource management problems and costs related to the Salman Farsi dam will be increased.

    Keywords: Conjunctive use, Scenario Development, WEAP model, Uncertainty, climate change
  • Fatemeh Kakoei Dinaki, Mehrdad Cheraghi *, Bahareh Lorestani, Soheil Sobhanardakani, Atefeh Chamani Pages 130-141
    Investigation and control of bioaccumulation of heavy metals is very important due to pollution load, ecological risk and very high consequences to human health as well as the uncertainty of the type, amount and manner of pollutants entering water sources. In this regard, determining the level of pollution of heavy metals, nitrate and phosphate in the Latian and Lar dam reservoirs, as well as the potential of Lemna minor, Typha Latifolica and Nasturtium microphyll in phytoremediation of heavy metals and nutrients of these sources were considered in this study. For this purpose, 40 water samples were collected from different depths of Latian and Lar dam lakes as well as 3 samples from the leaves of plant species at random intervals in summer and autumn. After preparing and processing the samples in the laboratory, the average residual concentration of elements was read by ICP. Results showed the mean concentrations of copper, lead, iron and nitrate in Latian dam lake as 0.009, 0.27, 0.10 and 0.07 mg/l, respectively. In Lar dam lake the concentrations were respectively 0.004, 0.26, 0.06 and 1.27 mg/l. In all cases except lead, the values were less than the standard allowable limits. Also, the average phosphate concentrations in Latian and Lar dam reservoirs were 0.07 and 1.27 mg/l, respectively, which was over the standard allowable limit in Lar dam reservoir. Also, in Latian dam, Lemna minor plant has high efficiency in removing lead and phosphate elements, Typha Latifolica has high efficiency in removing iron, and leek juice has high efficiency in removing copper and nitrate. In Lar dam, Typha Latifolica was more efficient in removing iron, copper, lead and nitrate, and leek juice in removing Phosphate. The low average concentration of heavy elements in the reservoir of Lar Dam compared to Latian Dam is related to the considerable area of ​​good pastures and heavy rainfall in the Lar catchment; i.e. the type of land use, vegetation pattern and air humidity in Jajroud and Lar Dam catchments affect this issue.
    Keywords: Water resources, heavy metal pollution, Phytoremediation, Latian Dam, Lar Dam
  • Alireza Sadeghi, MohammadMehdi Javadianzadeh *, Hadi Pourdara Pages 142-153

    A District Metered Area (DMA) is a specified area in which inlet and outlet water at any time is measured. The procedure of forming District Metered Areas is generally comprised of two phases: The clustering phase for automatic detection of the best communities and the physical partitioning phase to optimize the location of gate valves and flowmeters according to the objective function. In this study, the network of Taft city in Yazd province was modeled in Epanet software and by linking EPANET and MATLAB and loading the network configurations, the network was automatically clustered using community structure. In the physical partitioning phase, using the genetic algorithm, the optimal locations of the gate valves and flowmeters was determined by considering the objective function of reduction of standard deviation of DMAs average pressure. The results showed that the community structure algorithm with average daily pressure weight can automatically create appropriate clustering according to the modularity index and uniform pressure in clusters. The optimization of boundary pipes resulted in the reduction of the pressure in different parts of the network, such as areas with pressure higher than the average pressure of the network, and due to the reduced standard deviation of DMAs average pressure caused equitable distribution of network pressure.

    Keywords: Community Structure Algorithm, Graph theory, Water Distribution Network, Pressure Management, District Metered Area (DMA)
  • Hamid Mohammadi Sedaran, Majid Delavar *, Mohammadreza Shahbazbegian Pages 154-173
    The study of impacts of human activities on the environment and the development of socio-economic systems compliant with a sustainable environment has became the center of attention in recent years due to the severe environmental destruction worldwide. Various methods have been developed to evaluate the effects of these activities on the environment and to simulate the coupling human-natural system. One of these methods is "Carrying capacity of water resources", which has been developed in the science of water resources management based on the concept of "Carrying capacity". This research applied this concept to evaluate water resources management and proposed a new framework for assessing the carrying capacity of water resources by developing previous methods, and by combining simulation, indicator-based evaluation and pressure-support factor. The research used a new approach for the carrying capacity evaluation which eliminated some challenges such as ignoring the environmental health status as well as the possibility of interchangeability between indicators. The proposed framework and approach were used for the water resources carrying capacity evaluation in the Zarrineh-roud River basin area, Iran, in the period of 1987 to 2015. The study period (1987-2015) was divided into three smaller periods; first (1987-1999), second (2000-2006) and third (2007-2015), to have proper annual and periodic analyses based on changes in evaluation indicators. The results showed that loading on water resources is in the range of water resources carrying capacity only in the first period and water resources are overloaded in the second and third periods. According to the evaluation standards, the carrying capacity of water resources and the environment health status had decreased one level in each period compared to the previous period, and eventually reached the lowest possible level in the third period. The analysis of pressure-support in water resources indicated that the pressure on water resources has increased and the ability to support water resources has decreased in each period compared to the previous period. These outcomes indicated that implemented policies in the basin have pursue rapid economic developments and have paid no attention to the ability to support water resources. Such policies did not improve the basin condition and made it much worse. Therefore, it is necessary to review the implemented policies and adopt the necessary policies as soon as possible to improve the carrying capacity of water resources. Since the results have well conformity with the realities of the basin and express the effectiveness of the implemented policies, the proposed framework can be used to review the implemented policies in other similar cases. In addition, the framework makes it possible to evaluate scenarios and predict future conditions. Also, it can evaluate the impact of different policies on basin’s water resources, society, economy and the environment and be a confident base for future research.
    Keywords: Water resources carrying capacity, Pressure-Support-State Framework, SWAT, Zarrineh-roud basin
  • Seyed Ahmad Eslaminezhad, Mobin Eftekhari *, Saeid Mahmoodizadeh, Mohammad Akbari, Ali Haji Elyasi Pages 174-189
    Floods are one of the most devastating types of natural disasters that every year causes the loss of human lives and properties around the world. The purpose of this study is to evaluate and compare the capability of three machine learning models namely Naïve Bayes Tree (NBTree), Alternating Decision Tree (ADTree), and Random Forest (RF) to predict flood risk in Maneh and Samalqan county. The novelty of the present study is the presentation of tree-based hybrid models that have been less used in previous research. To prepare a flood reference map in the study area, 300 flood-prone locations were identified and were divided into training and validation data sets through random selection with a ratio of 70 to 30. The spatial database of the flood was created using 15 hydrogeological and environmental criteria affecting the flood. Finally, three flood risk prediction maps were generated using NBTree, ADTree, and RF models. To validate the flood risk predicting models, the Area Under the Curve (AUC) factor and the statistical criteria of Positive predictive rate, negative predictive rate, sensitivity, specificity, and accuracy were used. The results showed that the RF model had higher accuracy than the NBTree and ADTree models in predicting flood risk in the study area. The results also showed that the risk of flooding in the central areas of the study area is higher than other areas due to lower altitude and slope.
    Keywords: Flood Prediction, Naïve Bayes Tree, Alternating decision tree, Random forest
  • Amir Darzi, Somayeh Sima * Pages 190-203
    Albedo is one of the important factors affecting the energy balance of lakes. This study investigates the spatiotemporal variation of shortwave albedo over the entire boundary of Lake Urmia. For this purpose, first, the boundaries of the lake water body, salt flats, and bare lands have been extracted. Secondly, monthly time series of shortwave albedo have been analyzed using the MODIS albedo product (MCD43A3). The validation results showed that MODIS data underestimates the lake surface albedo. Moreover, along with the significant lake level drop from 2008 to 2017 (compared to the previous decade), the surface albedo of Lake Urmia has extremely increased (up to 150%). This, in turn, can lead to a decrease in surface temperature, evaporation, and thermal storage capacity of the lake and impair its function in regulating the micro-climate of its surrounding region. Despite an increase in the bare land and salt flat areas, albedo of these surfaces have remained pretty constant and no trend has been observed during the study period. Results of this study indicated the inefficiency of the MODIS albedo data (MCD43A3 v.6) in monitoring Lake Urmia albedo. Findings can also provide insights into the performance improvement of the next version of MODIS albedo products, particularly over saline lakes.
    Keywords: Shortwave radiation, saline lakes, Water level, Validation
  • Alireza Nariman, MohammadHadi Fattahi *, Naser Talebbeydokhti, MohammadSadegh Sadeghian Pages 204-221

    Assessing the resilience of the urban water distribution system against natural disasters and unforeseen events is very important in urban management. In this paper, the amount of hydraulic resilience of Sadra water network against earthquake has been studied. Various strategies have also been defined for repairing the water distribution network. In this paper, Sadra city water network is first simulated in EPANET and then imported as input into WNTR (Water Network Tool for Resilience) code, which is programmed in Python. WNTR is developed based on the theory of complex networks and calculates the index of citizens' access to water services. In this paper, 18 scenarios were examined considering changes in earthquake intensity, earthquake center and two repair strategies with a decrease in the amount of consumer demand. Pipes are divided into two categories, general and minor damage, based on the probability of failure. Todini index is used to evaluate the failure criteria in the water distribution network. Results showed that while the increase in earthquake intensity in all areas is positively correlated with the paternal damage of the water supply network, the return time of the network to normal conditions depends on the repair strategy and change in the expected consumer demand. Meanwhile, the fractal analysis of the water supply network has been performed in order to analyze the redundancy of the network based on the fractal dimension in order to find the most vulnerable area of ​​the network. Assessing the hydraulic resilience indices and fractal analysis depicted that the North is the most vulnerable area and South has the highest network resilience. Finally, the return time of the system to normal condition in each scenario and the number, ID and location of damaged pipes in each scenario was determined.

    Keywords: Repair strategy, damage status, WNTR, water service availability
  • Hossein Parsasadr, HamidReza Nasseri *, Farshad Alijani Pages 222-234

    High concentrations of carbon dioxide are present in the Gariz aquifer groundwater and this phenomenon has led to many environmental hazards. In order to determin the origin of dissolved carbon dioxide in Gariz aquifer, the groundwater has been sampled from wells (35 samples) in July and October 2019. Laboratory analysis included the concentrations of major ions and stable carbon isotope (δ13CTDIC) in groundwater samples. Also some physicochemical properties of water have been measured directly in the field. On the basis of chemistry of the ions, the majority of the water samples have a chloride-sulphate alkaline-earth to bicarbonate-alkaline-earth composition and bicarbonate concentrations of groundwater samples have increased due to the presence of carbonate minerals in the aquifer as well as the significant interaction of the aquifer with carbon dioxide-rich fluids. Hydrogeochemical evolution of the aquifer groundwaters has also significantly affected by the infiltration of saline water and mixing with CO2-rich fluids. Hence, for investigating the origin of carbon dioxide dissolved in the aquifer the theoretical δ13 values have been calculated in equilibrium with collected groundwater samples at respective sampling temperatures on the basis of the carbon isotopic balance and has been evaluated using the dissolved gases mixing model. The results highlighted two main CO2 components: 1) an inorganic deep sourced CO2 (13C-enriched) and 2) an organic CO2 (13C-depleted). Calculated pristine isotopic composition of C (-2‰ V-PDB) that interacted with the aquifer indicated the significant contribution from a deep source of carbon dioxide inorganic in origin and decarbonation in calc-silicate rocks.

    Keywords: Carbon dioxide, Hydrogeochemistry, Isotope compositions, δ13C, Gariz aquifer
  • Fereshteh Modaresi * Pages 235-248
    High accuracy forecasting of monthly precipitation is one of the major challenges in hydrology and meteorology and is of great importance in water resources planning. In the current research a Class-Based Probabilistic Hybrid Model (CPHM) has been developed on the basis of a hybrid of classification methods and probabilistic kernel functions. Using this method, monthly precipitation (model output) can be forecasted more accurately for all months of a season according to seasonal precipitation (model input). The superiorities of this model over conventional monthly rainfall forecasting methods are on the one hand, its capability for monthly precipitation forecasting for a season such as autumn in Iran the previous months of which in summer have no precipitation, and on the other hand, the simultaneous prediction of precipitation for all months of a season which is valuable in terms of water resources management. In order to evaluate this model, it was applied to forecast autumnal monthly precipitation for Karkheh basin which includes Khuzestan fertile plain and its efficiency was compared to an optimized structural ANN model. Results revealed a high performance for the developed CPHM model while it was also superior to ANN model for its precipitation forecasts for all three months of autumn. The average accuracy of the model resulted from validation phase for three autumn months based on Nash-Sutcliff (NSE), Root Mean Square Error (RMSE), and Pearson correlation coefficient (PCC) indices were 0.7, 12, and 0.86, respectively.
    Keywords: Monthly Precipitation Forecasting, Hybrid Model, Kernel function, Classification, Karkheh, CPHM
  • S-Rahimeh Mousavi *, Saeed Abbasi, Mohsen Nasseri Pages 249-266
    Evapotranspiration is one of the most important part of hydrologic cycle that sinks the watershed moisture as an outward flux from the existing water resource. Most of the current relationships equation for estimating actual evapotranspiration are empirical, which are based on local condition that their calibration or selection must be based on status of region of interest. The main goal of the current research is the evaluation of the effect of using global gridded evapotranspiration products on the performance of water balance model in Snow-covered region in a mountainous watershed located in western Iran; Gheshlagh watershed. To do this, three global gridded products including GLEAM, SSEbop and MODIS organized in four calibration scenarios (three scenarios using these products and reference model) are evaluated. Finally, due to the need for evaluating the interaction of using these data on structure of water balance models, the uncertainty of the model parameters has been evaluated by GLUE method. Simultaneous calibration results of evapotranspiration and runoff showed that model operation is better once using GLEAM and SSEbop products. In all scenarios, GLEAM had best function that improved runoff simulation.
    Keywords: monthly water balance model, Global Gridded Evapotranspiration, Uncertainty
  • Ali Yousefi * Pages 267-272

    Supply-oriented water management alone cannot support the future water security of cities. Therefore, the demand management strategy based on understanding the household water consumption patterns and changing the behavior of water users has emphasized. The purpose of this paper is to highlight the importance of domestic water demand management research and review and critique the results of the article published in Iran- Water Resources Research Journal entitled "Comparison of psychological factors affecting the residential water curtailment behaviors and water-efficiency behaviors; case study of Tehran, Iran." In this paper, the effectiveness of using the theory of planned behavior (TPB) model in explaining water consumption behavior is questioned, and the reason for achieving such results is dug deeper. Concisely, the behavior variable in the studies of domestic water demand management should be measured on actual water consumption via volumetric metering, and use of self-reported consumption pattern can lead to invalid results. The TPB model is more reliable in determining the adoption of water efficiency behaviors like installing water-saving devices. Besides, understanding the impact-likelihood of potential water conservation behaviors, designing specific action plans to adopt more effective conservation behaviors are of paramount importance.

    Keywords: Demand management, curtailment behavior, water efficiency behavior, volumetric metering, Intention-Behavior Gap