فهرست مطالب

مجله تحقیقات منابع آب ایران
سال هفدهم شماره 4 (پیاپی 59، زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/21
  • تعداد عناوین: 18
|
  • داریوش رحیمی*، ناهید آتشی، فاطمه بشیریان صفحات 1-10

    خشکسالی ها مهم ترین چالش در تامین منابع آب ایران هستند. در این پژوهش به منظور شناخت مکانیسم همدید رخداد خشکسالی های اقلیمی ایران  از داده های روزانه و ماهانه بارش ایستگاه های هواشناسی مراکز استان ها (نمونه) و داده های واکاویی شده NCAR دوره زمانی 2015-1960 استفاده گردید. در ابتدا با روش تفاضل از میانگین و نسبت ها دوره های خشک ایستگاه ها شناسایی شدند. همچنین برای تعیین سامانه های بندالی از نمایه تیبالدی- مولتنی و برای شناسایی سامانه های بندالی، فیلترهای سه‎ گانه کمی، حدی و تداوم استفاده شد. کاهش بارش یا عدم ریزش آن در دوره های زمانی 20 روزه و بیشتر فصل سرد منجر به ایجاد خشکسالی های شدید و بسیار شدید در ایران می شود. بررسی همدید در نمونه مطالعاتی نشان داد منطقه اقیانوس اطلس- اروپا (به عنوان منطقه ی موثر بر عملگرهای همدید موثر بر بارش ایران) و اقیانوس آرام بیشترین فراوانی سامانه بندالی را دارند. با استقرار سامانه های بندالی در فصل سرد سال ضخامت جو (500-1000 هکتوپاسکال) 10 تا 30 ژیوپتانسیل متر افزایش یافته  و  بادهای شرقی بجای بادهای غربی بر جو ایران استیلا دارند. این تغییر جهت بادهای منجر به عدم ورود سامانه های مانند امواج کوتاه، رودباد قطبی و جبهه قطبی به محدوده همدید ایران است. بنابراین با شکل گیری سامانه های بندالی و شرایط همدید ناشی از آنها خشکسالی در سال آبی پیش رو قطعی شده و می توان با تمهیدات لازم مبتنی بر مدیریت ریسک و آینده نگری از خسارات ناشی از خشکسالی  کاست.

    کلیدواژگان: پدیده بندالی، نمایه تیبالدی و مولتنی، خشکسالی، نمایه وزش مداری، ایران
  • امید رجا، مسعود پارسی نژاد*، مسعود تجریشی صفحات 11-34

    مدل SWAT به طور گسترده در مطالعات هیدرولوژیک بزرگ ‎مقیاس با توجه به کاربری زمین و شیوه ‏های مدیریت کشاورزی استفاده می شود. در اغلب مطالعات عملکرد این مدل براساس داده‎ های میدانی رواناب سطحی واسنجی می‏ گردد و به دیگر مولفه‏ های بیلان آب از جمله‏ تبخیروتعرق کمتر پرداخته شده است. هدف از این مطالعه واسنجی چندمنظوره مدل‏ SWAT با شاخص ‏های تکمیلی از جمله تبخیروتعرق و عملکرد محصولات غالب در دشت مهاباد در استان آذربایجان غربی بود. واسنجی و اعتبار‏سنجی مدل براساس داده‏ های ایستگاه هیدرومتری گردیعقوب واقع در خروجی محدوده مطالعه و داده‏ های تبخیروتعرق و عملکرد محصولات غالب منطقه شامل گندم، جو، ذرت، چغندرقند، یونجه، سیب و انگور انجام شد. دوره‏ های واسنجی و اعتبارسنجی به ‏ترتیب 6 و 4 سال بود. با توجه به دقت داده ‏ها در فرآیند واسنجی چندمنظوره، ضرایب 1، 0/9 و 0/8 به‏ ترتیب برای داده‏ های هیدرومتری، عملکرد و تبخیروتعرق در تابع هدف نرم ‏افزار SWAT-CUP و روش SUFI2 درنظر گرفته شد. به طور کلی تحلیل حساسیت مدل منجر به انتخاب 43 مورد از حساس ‏ترین پارامترها با توجه به حساسیت آن‏ها به دبی رودخانه، تبخیروتعرق و عملکرد گیاه شد به طوری که پتانسیل واحد گرمایی لازم برای رشد گیاه و شاخص LAI از مهم‏ترین پارامترها برای شبیه ‎‏سازی عملکرد و تبخیروتعرق محصولات در فرآیند واسنجی مدل به‏دست آمد. نتایج نشان داد مدل SWAT به‏ خوبی توانسته است جریان سطحی را در دوره ‏های واسنجی (0/85=NSE؛ 0/87 =R2) و اعتبارسنجی (0/92=NSE؛ 0/89 =R2)  شبیه ‏سازی کند. برآورد جریان سطحی دارای عدم قطعیت بالایی به‏ خصوص در جریان کم در دوره واسنجی بود که منجر به بیش ‏برآورد (%4/5 =PBIAS) جریان سطحی شده است. در ارزیابی عملکرد مدل SWAT در برآورد تبخیروتعرق واقعی، این مقادیر با خروجی مدل سنجش از دور WaPOR مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد معیار RMSE در دوره واسنجی بین 13/8 تا 66/4 میلی‏متر و در دوره اعتبار‏سنجی بین 23/9 تا 53/2 میلی‏متر متغیر است. در عین حال، مقادیر تبخیروتعرق واقعی برآورد شده مدل SWAT با برآورد نیاز آبی (پتانسیل) مدل CROPWAT مورد مقایسه قرار گرفت. در این بررسی معیار RMSE در دوره واسنجی بین 24/4 (%3/6) تا 49/4 (%6/5) میلی‏متر و در دوره اعتبار‏سنجی بین 21/7 (%6/2) تا 53/4 (%7/2) میلی‏متر برای محصولات مختلف به‏ دست آمد. مقادیر معیار PBIAS نشان داد برآورد تبخیروتعرق مدل SWAT در هر دو دوره‏ واسنجی و اعتبارسنجی کمتر از برآورد نیاز آبی CROPWAT بوده است. به طور کلی برای اکثر محصولات، مقادیر تبخیروتعرق حاصل از مدل SWAT و WAPOR به مراتب کمتر از مقادیر تبخیروتعرق برآورد شده توسط مدل CROPWAT است که می‏ تواند نشان دهنده کم ‏آبیاری باشد. برآورد عملکرد محصولات توسط مدل SWAT با مقادیر عملکرد محصولات گزارش شده در منطقه مقایسه شد. نتایج حاکی از برآورد نسبی مدل برای عملکرد محصول بود، در عین این که مدل SWAT تا حدی عملکرد محصولات را بیش برآورد کرده است. بررسی حاضر نشان داد واسنجی چندمنظوره مدل هیدرولوژیکی بزرگ‎ مقیاس SWAT در یک منطقه تحت آبیاری علاوه ‏بر استفاده از شاخص متداول جریان رودخانه، با درنظر گرفتن پارامترهای تکمیلی از قبیل تبخیروتعرق و عملکرد محصولات می تواند منجر به افزایش دقت نتایج مدل شود.

    کلیدواژگان: ارزیابی، جریان سطحی، مصرف واقعی، ترکیب کشت، WaPOR
  • سید میثم میرکاظمی، نوید جلال کمالی*، محسن ایراندوست صفحات 35-49
    در این مطالعه تولید نقشه های مناطق مستعد سیل با بهینه سازی مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی فراابتکاری ازدحام ذرات (PSO)، ژنتیک (GA) و کلونی مورچگان (ACO) در حوضه آبریز زاهدان صورت گرفته است. برای تعیین بهترین فاکتورهای تاثیرگذار بر سیل، از بین 19 فاکتور مورداستفاده در مطالعات قبلی و اهمیت نسبی متغیرهای ورودی از دو آزمایش روش نسبت کسب اطلاعات (IGR) و آزمایش چندخطی بودن پارامترها استفاده شد.  فاکتور میزان محتوای آب در خاک که جزو عوامل موثر با ضریب IGR=0.767 است، برای اولین بار در این مطالعه به صورت مستقیم در مدل سازی مورداستفاده قرار گرفت. نقشه مشخصه سیل از روی پردازش داده های ماهواره Sentinel-1 تهیه و اعتبارسنجی شد. از مجموعه داده های تولید شده برای تولید نقشه های مناطق مستعد سیل با استفاده از مدل SVM بهینه سازی شده با الگوریتم های مذکور استفاده شد که برای اولین بار، در این تحقیق از الگوریتم ACO برای بهینه سازی مدل SVM در تولید نقشه های مناطق مستعد سیل استفاده شد. دقت پیش بینی مدل ها با استفاده از معیارهای آماری بررسی گردید. هر سه الگوریتم مورداستفاده در این مطالعه، عملکرد SVM را به ‏طور متوسط 4 درصد بهبود بخشیدند درحالی که مدل PSO-SVM بهترین عملکرد را با RMSE=0.158، MSE=0.025، AUC=0.953 و StD=0.405 در میان الگوریتم های دیگر به نمایش گذاشت؛ همچنین مشخص شد تقریبا نیمی از منطقه شهری زاهدان در مناطق خطر متوسط تا بسیار زیاد قرار دارند.
    کلیدواژگان: مناطق مستعد سیل، ماشین بردار پشتیبان، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، الگوریتم بهینه سازی ژنتیک، الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچگان
  • طاهره کاظمی، مهدی فاضلی*، محسن فرزین صفحات 50-69
    سیلاب از جمله حوادث طبیعی مهم است که موجب تلفات انسانی و مالی زیادی می شود و ارزیابی سیلاب نیازمند محاسبه دبی اوج است. این مطالعه به ارزیابی دبی اوج رودخانه بشار ناشی از بارش با دوره بازگشت های مختلف می پردازد. نقشه زمین شناسی در ArcGIS و نقشه کاربری اراضی در ENVI تهیه و بر اساس آن نقشه شماره منحنی آماده شد. 53/46 درصد از مساحت منطقه در گروه هیدرولوژیکی A و 30/75 درصد در گروه هیدرولوژیکی D قرار می گیرند. توزیع برتر برای هر ایستگاه با استفاده از آزمون کای اسکویر تعیین و بارش برای دوره بازگشت های مختلف محاسبه شد. با تقسیم منطقه به 9 زیرحوضه و محاسبه پارامترهای موردنیاز برای هر زیرحوضه، مدل ساخته شد. واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب با سه و دو رویداد سیل انجام شد و میانگین شاخص های RMSE، NS و PTVE به ترتیب برابر 0/53، 0/67 و 10/89 در واسنجی و 0/55، 0/68 و 8/21 در اعتبارسنجی بدست آمد. خطاهای پایین، قابلیت اعتماد مدل شبیه سازی شده را نشان داد. برای دوره بازگشت های مختلف بارش و تیپ IA الگوی SCS، دبی های اوج محاسبه شد. مقایسه دبی اوج خروجی مدل HEC-HMS و روش آماری نشان داد که کم ترین اختلاف دبی دو روش مربوط به دوره بازگشت 50 سال بوده و برای دوره های بازگشت کوچکتر و بزرگتر از 50 سال، دبی اوج محاسبه شده با HEC-HMS به ترتیب کمتر و بیشتر از دبی اوج محاسبه شده به روش آماری است. بدین ترتیب، مدل HEC-HMS می تواند با دقت خوبی دبی اوج سیلاب را برای حوضه بشار برآورد نماید.
    کلیدواژگان: مدل سازی بارش-رواناب، سیلاب، الگوی SCS، مدل هیدرولوژیکی
  • بهرام فتحی* صفحات 70-78
    ارزیابی عملکرد شرکت های آب و فاضلاب یکی از وظایف وزارت نیرو است. یکی از مهم ترین ابزارها جهت مقایسه کارایی، استفاده از تکنیک کمی تحلیل پوششی داده هاست. در سال های اخیر موضوع بررسی کارایی اقتصادی به کمک روش تحلیل پوششی داده ‎های تصادفی مورد توجه پژوهشگران بوده است. تحلیل پوششی داده ها به طور معمول برای اندازه ‎گیری کارایی واحدهای تصمیم گیرنده از ورودی ها و خروجی های گذشته و قطعی استفاده می کند. به همین دلیل مشکلات عدم امکان تخمین کارایی، توزیع غیر واقعی وزن ها به ورودی و خروجی‎ های مدل و استفاده از ورودی ‎ها و خروجی‎ های قطعی می ‎باشد. در حالی که در دنیای واقعی بیشتر با پارامترهای تصادفی مواجه هستیم. از این رو در این مقاله موضوع ابر کارایی در تحلیل پوششی داده های تصادفی برای داده های شرکت های آب و فاضلاب استان مرکزی بر اساس آمار سال 1395 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج محاسباتی هر دو مدل ابر کارایی قطعی و تصادفی نشان می دهد که اراک از نظر کارایی فنی بهترین شرکت است. شرکت آشتیان نیز بدترین شرکت در بین 17 شرکت در این تحقیق است. اگر چه نتایج رتبه بندی هر دو مدل برای شرکت های ارزیابی مشابه است؛ اما امتیازات ابر کارایی متفاوت است.
    کلیدواژگان: ابرکارایی، شرکت های آب و فاضلاب، تحلیل پوششی داده های تصادفی
  • مهسا قطبی زاده، علی باقری*، غلامرضا مدنیان صفحات 79-100
    سیستم های منابع آب در کلیه ابعاد طبیعی و اقتصادی-اجتماعی خود دایما در حال تغییر می باشند. درنتیجه به جای مدیریت بر مبنای پیش بینی احتمالات وقایع مختلف در آینده، ناگزیر باید برای امکان وقوع پدیده های گوناگون در آینده تمهیداتی اندیشیده شود. از این رو چاره ای جز این نیست که مدیریت سیستم های منابع آب بر مبنای سازوکاری برای درک تغییرات و انطباق با آن ها استوار شوند. این مکتب مدیریتی که بر سازگاری با تغییرات مبتنی است تحت عنوان مدیریت سازگار شناخته می شود. یکی از ویژگی های اصلی یک ساختار سازگار، ظرفیت سازگاری نهادی آن در مقابل تغییرات می باشد. از این رو، در این مقاله ظرفیت سازگاری قوانین آب ایران مورد بررسی قرار گرفته است. چارچوب ارزیابی مورد استفاده در این تحقیق چرخ ظرفیت سازگاری است. در این مقاله، کل قوانین آب کشور ایران در پنج دوره شامل دوره مدرن عرفی، دوره حاکمیت حقوق خصوصی، دوره حاکمیت حقوق عمومی، دوره حکمرانی آب با تکیه بر عنصر دولت، و دوره تساهل منجر به بحران، تحلیل می شوند. برای این کار از روش تحلیل محتوای کیفی به همراه امتیازدهی کمی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که ظرفیت سازگاری نهاد رسمی در هر دوره اثر نسبتا منفی دارد، یعنی در قوانین این دوره ها برای مقابله با اثرات منفی شرایط جدید و سازگاری با آنها، خلاءهایی هست که نیاز به ترمیم دارند.
    کلیدواژگان: سیستم های منابع آب، مدیریت سازگاری، ظرفیت سازگاری نهادی، چرخ ظرفیت سازگاری
  • محمد نکوآمال کرمانی، علیرضا مساح بوانی*، عباس روزبهانی، محمدرضا محمدپور صفحات 101-114

    اطلاع از تغییرات افت و خیز بارش در سال های پیش رو در یک حوضه آبریز یکی از مهم ترین چالش های مطالعات هیدرولوژیکی است. تغییرات این پارامتر به وسیله مدل های گردش کلی بررسی می شود. نسخه های گوناگونی از این مدل ها منتشر شده است که یکی از نسخه های آن مدل های سری CMIP5 است که دارای حدودا 40 مدل دینامیکی در دسترس است. در این مطالعه از مدل اقلیمی CCSM4 استفاده شده است. خروجی داده های این مدل 1×1 درجه می باشد که جهت ریزمقیاس کردن داده های بارش این مدل، از پیوند (Hybrid) دو روش دینامیکی (WRF1) و آماری استفاده شده است. منطقه موردمطالعه، حوضه آبریز پلدختر از زیر حوضه های کرخه می باشد و از داده های بارش بین سال های 2005-1996 استفاده شده است. ابتدا داده های بارش توسط مدل WRF از دامنه 1×1 درجه به 9×9 کیلومتر ریزمقیاس شد و سپس این داده ها توسط دو روش الف) هیبرید و ب) WRF به طور جداگانه به دامنه 3×3 کیلومتر تبدیل گردید. نتایج مشخص کرد که ریزمقیاس نمایی هیبرید (که هزینه زمانی و محاسباتی کمتری نسبت به روش WRF دارد) افت و خیزهای بارش را بهتر از روش WRF در مقیاس 3×3 کیلومتر برآورد کرده است. در کل ریزمقیاس نمایی بارش در این حوضه با استفاده از هر دو روش با کم برآوردی همراه است و می بایست با یک روش تصحیح خطا تصحیح گردد. نهایتا با کاهش هزینه ‎های ریزمقیاس نمایی دینامیکی مدل های اقلیمی ب وسیله روش هیبرید، یافته های این تحقیق می تواند کمک شایانی به تصمیم گیری در خصوص مدیریت منابع آب در سال های تر و خشک در دهه های آینده نماید.

    کلیدواژگان: CMIP5، ریزمقیاس نمایی هیبریدی، WRF، پلدختر
  • پوریا محیط اصفهانی*، رضا مدرس صفحات 115-130
    در طی قرن گذشته فعالیت های انسانی و تغییرات اقلیمی ایستایی بسیاری از متغیرهای حدی را دست خوش تغییر قرار داده اند. لذا استفاده از تکنیک های آماری تحلیل فراوانی با پیش فرض های ایستایی داده ها جهت برآورد ریسک وقوع رویدادهای حدی بیش از این ممکن است قابل اطمینان نباشد. در پژوهش حاضر ضمن معرفی تکنیک تحلیل فراوانی منطقه ای مبتنی بر روش شاخص سیل ناایستا، ریسک وقوع متغیر حداکثر بارش 24-ساعته به عنوان یک متغیر مولد سیل در زیرحوضه های غرب کشور بررسی شده است. بررسی ناایستایی داده ها نشان داد که از بین 53 ایستگاه مورد مطالعه فقط چهار ایستگاه خرم آباد و پل دختر با یک روند افزایشی و رامهرمز و ایذه با یک روند کاهشی معنی دار دارای ناایستایی هستند. بر اساس نتایج، ایستگاه های مورد مطالعه از لحاظ ریسک وقوع حداکثر بارش 24-ساعته به سه زیرناحیه همگن هیدرولوژیکی تفکیک شدند. نتایج پژوهش نشان داد که منطقه همگن دوم که عمدتا شامل ایستگاه ها در استان های فارس، بوشهر، چهارمحال و بختیاری و کهگیلویه و بویراحمد هستند از ریسک وقوع حداکثر بارش های 24-ساعته شدیدتری نسبت به سایر مناطق مورد مطالعه برخوردار هستند. همچنین باتوجه به روند افزایشی حداکثر بارش های 24-ساعته در ایستگاه های پل دختر و خرم آباد مشخص شد که حداکثر بارش های 24-ساعته برآورد شده با دوره بازگشت 100 سال در این دو ایستگاه در صورت نادیده گرفتن ناایستایی داده ها به ترتیب 13/8 و 10/1 درصد کمتر از مقدار مورد انتظار برآورد خواهند شد.
    کلیدواژگان: تحلیل فراوانی، آزمون روند، ریسک مخاطرات طبیعی، گشتاورهای خطی، منحنی رشد
  • راضیه جباری*، مهدی ضرغامی، محمدجواد عنبری، عطاالله ندیری صفحات 131-143

    برداشت بیش از حد آب از سفره های زیرزمینی در نواحی خشک و نیمه خشک تهدید جدی برای منابع طبیعی و محیط زیست به شمار می آید. دشت ممنوعه بحرانی دامغان در سال های اخیر با افت سطح تراز آب زیرزمینی مواجه بوده است. در این مطالعه، برای شبیه سازی رفتار ذینفعان موثر در منطقه، از مدل عامل بنیان استفاده شده است. در ابتدا مدل عامل بنیان با توجه به ذینفعان کلیدی منطقه (کشاورزان مهم ترین مصرف کننده آب زیرزمینی در منطقه، شرکت آب منطقه ای و جهاد کشاورزی)، مشخصات، رفتار، خصوصیات محیط و نحوه تعامل بین عامل ها و محیط (آبخوان دامغان) درنظر گرفته شده است. اطلاعات مربوط به چاه های بهره برداری و مشخصات کشت غالب منطقه مربوط به سال 1397 می باشد. به منظور شناسایی رفتار و خصوصیات عامل ها، بازدید از منطقه و مصاحبه با کارشناسان و کشاورزان صورت پذیرفته است. مشخصه ها، رفتارها و تعاملات عامل ها با قوانین اگر-آنگاه یا عملگرهای منطقی بیان و یا با معادلاتی فرمول بندی شده است. سپس، سناریو های مدیریتی در منطقه مورد مطالعه، به مدت 10 سال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که اجرای همزمان چهار طرح نصب کنتورهای هوشمند، تعدیل پروانه چاه ها، ترویج سیستم های نوین آبیاری و ایجاد شرکت های تعاونی تولید ضمن حفظ درآمد خالص کشاورزان منجر به کاهش برداشت آب به میزان 44 درصد نسبت به سناریوی پایه می شود. همچنین، در اثر اجرای این 4 طرح، روش آبیاری 4000 هکتار از اراضی کشاورزی به آبیاری های تحت فشار تغییر می یابد.

    کلیدواژگان: مدلسازی عاملبنیان، شبیهسازی رفتاری، ذینفعان، برداشت منابع آب زیرزمینی، دشت دامغان
  • مسعود صبوری نوقابی، محمدمهدی رجبی*، ابراهیم اسعدی اسکوئی صفحات 144-160

    داده های رطوبت خاک سنجش از دور مایکرویو به دلیل پیوستگی زمانی-مکانی، توانایی بالایی برای فراهم نمودن اطلاعات رطوبتی خاک دارند. ماهواره SMAP ناسا در محدوده طیف مایکرویو (باند L-) و تفکیک مکانی حدود 40 کیلومتر از مهم ترین روش های تهیه داده های رطوبت خاک است. پایین بودن تفکیک مکانی داده ‎های رطوبت خاک این ماهواره، سبب محدودیت در کاربردهای عملی و در مقیاس ‎های محلی می ‎گردد. در مطالعه حاضر به منظور ریزمقیاس سازی داده های روزانه رطوبت خاک سطحی از محصولات سطح 4 ماهواره SMAP (با قدرت تفکیک Km 9) و افزایش قدرت تفکیک آن به 1 کیلومتر، یک الگوریتم ریزمقیاس سازی با استفاده از روش ریزمقیاس سازی SMBDA و تصویر رادار ماهواره Sentinel 1 و مشاهدات زمینی توسعه داده شد. برای این منظور 1037 نمونه زمینی رطوبت خاک در 32 روز مختلف (پاییز و زمستان 1399) همزمان با محدوده گذر زمانی ماهواره Sentinel 1 از منطقه دشت صالح آباد (ایلام) اندازه ‎گیری شد. نتایج نشان داد که ریشه مربعات خطا بین مقادیر رطوبت خاک ریزمقیاس شده با مشاهدات زمینی 085/0 (m3.m-3) است که درمقایسه با تحقیقات مشابه از صحت خوبی برخوردار است. تاثیر چالش های تغییرات پوشش گیاهی و بارندگی بر صحت نتایج الگوریتم استفاده شده بررسی شد. تطویل زمان-مکانی اندازه گیری های میدانی به دلیل ایجاد تنوع و پراکندگی بیشتر در مقادیر اندازه گیری شده و همچنین پیاده سازی الگوریتم با استفاده از روش های غیرکلاسیک (محاسبات نرم) می تواند به بهبود نتایج ریزمقیاس سازی بینجامد.

    کلیدواژگان: رطوبت خاک، ریزمقیاس سازی، SMAP، 1 Sentinel، ایلام
  • امیرمحمد آریایی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، ایمان مصلحی صفحات 161-175

    شبکه های آبرسانی ارتباط مستقیمی با توسعه اقتصادی و اجتماعی جوامع شهری دارند. با توجه به افزایش سریع جمعیت و توسعه شهرنشینی لازم است تا این شبکه ها به طور مناسب نگهداری و بازسازی شوند. در این مقاله، با بهره گیری از روش یادگیری غیرنظارتی و با استفاده از الگوریتم خوشه بندی مبتنی بر چگالی OPTICS مناطق اولویت دار شبکه ‎های توزیع آب جهت بازسازی تعیین گردیدند. 361 حادثه شکستگی رخ داده در یکی از پهنه های شبکه توزیع آب مشهد مورد بررسی واقع شد. این الگوریتم در مجموع 16 خوشه را در پنج سطح متفاوت اهمیت شناسایی کرد. این 16 خوشه که برخی زیرخوشه دیگری محسوب می شوند از منظر نرخ شکست با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفتند و سه خوشه که به ترتیب نرخ شکستگی برابر با 79/1، 62/2 و 50/1 (حادثه/ 100 کیلومتر/ سال) را داشتند، به عنوان اولویت های اصلی بازسازی معرفی شدند. نرخ شکست میانگین در کل شبکه مورد بررسی برابر با 14/8 بود. در ادامه، خوشه های شناسایی شده از منظر جنس و قطر لوله نیز مورد ارزیابی قرار گرفته و عوامل موثر در نرخ شکستگی آن ها، بررسی شدند. نتایج نشان داد که الگوریتم خوشه بندی OPTICS با شناسایی خوشه های متعدد و سطح بندی آن ها توانایی قابل توجهی در تشخیص پهنه های اولویت دار برای برنامه های بازسازی دارد؛ بنابراین از روش پیشنهادی به عنوان ابزاری کاربردی و انعطاف پذیر برای اولویت بندی بازسازی شبکه توزیع آب، شناسایی علل اصلی حوادث با پرهیز از روش های محاسباتی پیچیده و طولانی و به دور از قضاوت شخصی کارشناسان می توان استفاده کرد.

    کلیدواژگان: خوشه بندی مبتنی بر چگالی، تحلیل مکانی، شبکه های زیرساختی، شکستگی، ارزیابی وضعیت، شبکه توزیع آب، الگوریتم OPTICS
  • سمیه جنت رستمی*، علی صلاحی، فاطمه یوسفی صفحات 176-191
    یک شبکه چاه های پایش مناسب می تواند داده های کمی و کیفی ارزشمندی برای تصمیم ‍گیری آگاهانه در مورد وضعیت محیط زیست فراهم کند. انتخاب تعداد بهینه چاه های پایش و توزیع مکانی آن ها بزرگترین چالش هیدروژیولوژیست ها است. از سوی دیگر، توزیع نامناسب چاه های پایش یا تعداد ناکافی آن ها به درستی وضعیت زیست محیطی منطقه را نشان نمی دهد. در این مطالعه شبکه پایش فعلی در منطقه موردمطالعه با توجه به نتایج شبیه سازی مدل های MODFLOW و MT3D ارزیابی شد و سپس در ادامه شبکه پایش با توجه به چاه های موجود در منطقه با روش بهینه سازی توسعه ‎یافته در این مطالعه طراحی شد. مدل بهینه سازی شامل دو تابع هدف حداکثر کردن ضریب نش- ساتکلیف و حداقل کردن هزینه ها به طور همزمان است که با اعمال ضریب وزنی W به صورت یک تابع هدف تعریف شد. از الگوریتم ژنتیک برای حل مدل بهینه سازی استفاده شد. نتایج ارزیابی ها نشان داد که انتخاب جواب بهینه وابستگی زیادی به مقدار ضریب وزنی W دارد. بنابراین بهترین مقدار W با توجه به برقراری یک رابطه قابل قبول بین هزینه و پراکنش مکانی چاه ها در منطقه انتخاب می شود. در ادامه برای انتخاب بهترین جواب از شاخص های PBIAS ،RMSE و ضریب رگرسیون نیز استفاده شد که مقادیر این شاخص ها در این مطالعه قابل قبول بوده است. همچنین، بزرگ تر بودن میانگین مقادیر TDS بهینه از میانگین مقادیر TDS مشاهده ای نشان می دهد که شبکه بهینه، داده های کیفی آب زیرزمینی مناطق آلوده تر را فراهم می کند. روش ارایه شده در این مطالعه برای سایر آلاینده ها باید مورد ارزیابی و صحت سنجی قرار گیرد.
    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی، MODFLOW، MT3D
  • ابوذر پرهیزکاری*، غلامرضا یاوری، ابو الفضل محمودی، غلامرضا بخشی خانیکی صفحات 192-210
    استقرار بازار آب محلی در بخش کشاورزی یک راه حل امیدبخش جهت افزایش کارایی اقتصادی آب در مواقع خشکسالی، کم آبی و کاهش تولیدات زراعی است. کشاورزان با فرصت های ایجاد شده در بازار آب از طریق بهبود شیوه های مدیریت تامین آب، برای اجاره و فروش این نهاده کمیاب اقدام نموده و در راستای تامین آب قابل فروش در بازار تلاش خواهند کرد. این امر افزون بر مدیریت منابع آب سطحی، منجر به کاهش فشار کشاورزان برای استفاده از منابع آب های زیرزمینی می شود. با توجه به اهمیت این موضوع، در مطالعه حاضر آثار بالقوه شکل گیری بازار آب محلی در مناطق پنج گانه استان تهران تحت شرایط رخداد خشکسالی، کم آبی و کاهش تولیدات زراعی ارزیابی شد. این کار با استفاده تلفیقی از مدل اقتصادی تولید محصولات کشاورزی ایالتی یا منطقه ای (SWAP)، مدل هیدرولوژیکی ارزیابی و برنامه ریزی آب (WEAP) و مجموعه داده های آماری مربوط به سال های 1398-1392 صورت گرفت. نتایج نشان داد که با استقرار بازار آب محلی و تعادل بخشی داد و ستد آب کشاورزی بین حوضه های مطالعاتی استان تهران، پیامدهای منفی پدیده خشکسالی در بهره برداری از منابع آبی موجود تا حدود 12/7 درصد نسبت به دوره پایه کاهش می یابد. افزون بر این، استقرار بازار آب محلی به عنوان یک نهاد عرفی و حقوقی در سطح استان تهران علیرغم انتقال منابع آبی مازاد حوضه های شرقی و شمالی (M1 و M2) به حوضه های جنوب غربی استان تهران (M3، M4 و M5)، سبب افزایش ضریب اطمینان دسترسی کشاورزان به آب آبیاری شده و از کاهش محصولات زراعی سودآور (گوجه فرنگی، ذرت دانه ای، هندوانه و آفتابگردان) در الگوهای بهینه کشت ممانعت می کند. همچنین، این نهاد ساختاری با تحقق سیاست اشتراک گذاری منابع آب کشاورزی و افزایش 5/89 تا 11/06 درصدی شاخص نسبت سود به آب مصرفی به نحو مطلوبی مساله تخصیص و مدیریت بهینه منابع آب را بین فعالیت های مختلف زراعی حوضه های پنج گانه استان تهران منعکس می نماید. در پایان، با توجه به کارکردهای مثبت و موثر بازار آب محلی در بخش مدیریت منابع آب و کشاورزی، اجرایی شدن مقدمات شکل گیری آن به مسیولین و سازمان های ذیربط در استان تهران پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: بازار آب، کم آبی، خشکسالی، بهره وری آب، مدل SWAP
  • علیرضا وفایی فرد، علی باقری*، حجت میان آبادی، میثم فرج زاده صفحات 211-228
    وجود گروداران متنوع با منافع و اهداف متفاوت، کمیابی و توزیع نامتوازن آب و افزایش تقاضای آن باعث شده است تا مناقشه به یکی از اصلی ترین مسایل آبی تبدیل شود. به دلیل برهم کنش سیستم های آبی با دیگر سیستم های انسانی، مواجهه صحیح با مناقشات آبی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اولین مرحله در مواجهه با مناقشه، تحلیل و شناخت آن است. انتقال آب به عنوان یک راه کار اصلی برای مواجهه با مساله کمیابی آب شرب تهران، منجر به ایجاد بالقوه مناقشات متعدد در حوضه های آبریز مبداء شده است. به دلیل تاثیر مستقیم مناقشات ایجاد شده در تامین آب شرب تهران، این تحقیق بر آن شد تا زمینه مناقشات موجود در حوضه های آبریز تامین کننده آب شرب شهر تهران را مورد تحلیل و بررسی قرار دهد. در این راستا، شناسایی و تحلیل موضوعات، دلایل و گروداران مناقشات آبی و نوع روابط میان گروداران، اهداف اصلی این تحقیق را تشکیل دادند. بر این اساس، مناقشات آبی در حوضه های مورد نظر با استفاده از ابزار نگاشت مناقشه براساس چارچوب Conflict and Development Analysis سازمان ملل مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج مطالعات نشان داد به طور کلی مناقشات آبی موجود در حوضه های مورد مطالعه در زمینه های تخصیص حقابه، توسعه و محیط زیست هستند. اصلی ترین دلیل ایجاد مناقشه در حوضه های مزبور نیز، انتقال آب به شهر تهران بدون درنظر گرفتن ابعاد انسانی و منافع و ملاحظات حوضه های مبدا است. بر این اساس، کنشگران درگیر در این مناقشه به تفکیک هر یک از حوضه های مبدا مشخص شدند و رابطه مناقشه آمیز یا اتحاد بین این کنشگران در قالب یک نگاشت تحلیلی به نمایش درآمد.
    کلیدواژگان: مناقشات آبی، نگاشت مناقشه، آب شرب تهران، سد کرج، سد طالقان، سد لتیان، سد ماملو، سد لار
  • امید جمشیدی*، سید محمدجواد سبحانی صفحات 229-241

    اهمیت سازگاری با تغییر اقلیم در بخش کشاورزی به دلیل ماهیت آسیب پذیر آن نسبت به مخاطرات اقلیمی، بیش از سایر بخش های اقتصادی است. سازوکارهای سازگاری در بخش کشاورزی باید به شکلی طراحی و به کار برده شوند که علاوه بر کاهش ضررهای وارده، پایداری معیشت بخش عظیمی از خانوارهای شاغل در این بخش را نیز حفظ کنند. به دلیل وجود معیارهای مختلف و متعدد، نیاز است از تکنیک های تصمیم گیری به منظور اولویت ‎بندی و انتخاب نهایی سازوکارهای سازگاری استفاده گردد. بنابراین، هدف تحقیق حاضر بررسی معیارها و تکنیک های اولویت بندی جهت شناسایی مناسب ‎ترین سازوکارهای سازگاری با تغییر اقلیم در بخش کشاورزی می باشد. این پژوهش کیفی با روش تحلیل مضمون مقالات و منابع کتابخانه ای به شناسایی معیارها و روش های اولویت بندی و نهایتا انتخاب بهترین سازوکارهای سازگاری با تغییر اقلیم در بخش کشاورزی بوسیله نرم‎افزار MAXQDA پرداخته است. بر اساس نتایج پژوهش، معیارهای سازوکارهای سازگاری با تغییر اقلیم در بخش کشاورزی در دو مقوله اصلی هزینه ها و فایده تقسیم بندی می شوند. در بخش هزینه به حداقل بودن هزینه کاربرد، حفظ و نگهداری و سایر هزینه ‎ها تمرکز شده است. در بخش فایده نیز معیارها در قالب مقوله ‎های فرعی پنج گانه نهادی- سیاسی، زیست م حیطی، اجتماعی، اقتصادی و اقلیمی قرار گرفته اند. بر مبنای یافته‎ ها، روش ها و تکنیک های متفاوتی به منظور اولویت بندی و انتخاب سازوکارهای مناسب پیشنهاد شده است ولی نمی توان در تمامی موقعیت ها یکی از آنها را توصیه نمود، بلکه این انتخاب باید متناسب با شرایط، هدف و سطح منابع اطلاعاتی موجود صورت پذیرد. بدین منظور نقاط قوت و ضعف متداول ترین روش های اولویت ‎بندی و انتخاب سازوکارهای سازگاری با تغییر اقلیم ارایه شده است. این روش ها شامل روش های تجزیه و تحلیل چند متغیره، تحلیل سلسله ‎مراتبی، تحلیل های اقتصادی و تجزیه و تحلیل شبکه است که موجب شناسایی بهتر این سازوکارها می‎ گردد و در این پژوهش مورد بحث قرار گرفته‎ اند.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، بخش کشاورزی، سازگاری، مقابله، معیار
  • محمد اوژن، عبدالرضا بهره مند*، واحدبردی شیخ، چوقی بایرام کمکی، مریم محمدرضایی صفحات 242-251

    مدل های شبیه سازی هیدرولوژیکی ابزارهای ارزشمندی برای بررسی موضوعات چالش برانگیز مرتبط با مدیریت حوضه آبخیز هم چون اثر تغییر اقلیم بر منابع آب، تاثیر شهرسازی بر سیلاب ها و خشکسالی ها هستند. در این مقاله از مدل شیءگرا، مدولار و فرآیندمحور WetSpa-Phyton که بر اساس رویکرد مدل سازی انعطاف پذیر تهیه شده و با زبان برنامه نویسی پایتون کدنویسی شده است، جهت شبیه سازی هیدروگراف روزانه در حوضه ارازکوسه استفاده شده است. ورودی های مدل شامل نقشه های رقومی ارتفاع، تیپ خاک و کاربری اراضی و سری های زمانی بارش، دما و تبخیر است که از آمار 9 ایستگاه هواشناسی در یک دوره ده ساله (سال آبی 85-84 تا 94-93) استفاده گردید. واسنجی مدل به طور محدود با تخصیص مقادیر منطقی به 8 پارامتر گلوبال (کلی) مدل، بر مبنای بهترین انطباق بین هیدروگراف شبیه سازی و مشاهده ای انجام شد. ارزیابی مدل بر اساس شاخص کلینگ-گوپتا، صورت گرفت که به ترتیب برای دوره واسنجی و اعتبارسنجی مقادیر 0/6 و 0/52 به دست آمد. هم چنین نتایج محاسبات بیلان آبی توسط مدل نشان داد که جریان خروجی از حوضه به ترتیب 13/2 و 18/1 درصد از کل بارش را در دوره واسنجی و اعتبارسنجی به خود اختصاص داده است.

    کلیدواژگان: مدل سازی انعطاف پذیر، مدل WetSpa-Phyton، شبیه سازی رواناب، حوضه ارازکوسه
  • مصطفی خورسندی* صفحات 252-263

    در مقاله اصلی، Mohammadi Sedaran et al. (2021) (DOR: 20.1001.1.17352347.1400.17.2.11.4) به ارزیابی ظرفیت برد منابع آب با استفاده از رویکرد ترکیبی شبیه سازی و سیستم شاخص ها در حوضه آبریز زرینه رود پرداخته اند. در مقاله فوق، مدل سازی حوضه آبریز با تمرکز بر کشاورزی با استفاده از مدل SWAT و شناسایی سیستم با استفاده از چارچوب فشار- پشتیبانی- وضعیت انجام شده و سپس مجموعه ای از شاخص ها بر اساس مولفه های چارچوب فشار- پشتیبانی- وضعیت برای تحلیل استفاده شده است. این پژوهش تحلیلی ارزشمند از سیستم مورد بررسی ارایه می دهد. با این وجود پژوهش فوق با توجه به عنوان استفاده شده، در زمینه تحلیل ظرفیت برد ایراداتی دارد که در این نقد مورد بحث قرار می گیرد. نقد حاضر بر اجزای مقالات فوق شامل (1) مراجع استفاده شده و مساله پژوهش، (2) تعریف ظرفیت برد استفاده شده، (3) روش شناسی و (4) نتایج و شیوه تحلیل آن است. در این نقد، ابتدا چارچوب نظری نقد بیان می شود. سپس، بخش های مختلف مقاله مورد بررسی قرار خواهد گرفت. با بررسی هر بخش، ایراد وارد بر محتوای مذکور ارایه شده و مرجع های مناسب به همراه توصیه های روش شناختی در حین بررسی ارایه می شود.

    کلیدواژگان: ظرفیت برد، ظرفیت برد منابع آب، جمعیت، پایداری
  • حمید محمدی سه دران، مجید دلاور*، محمدرضا شهبازبگیان صفحات 264-287

    همانطور که بررسی سایر پژوهشگران نیز نشان داده است یکی از اساسی ترین مشکلات در مطالعات انجام شده در زمینه ظرفیت برد، عدم توجه به سیر تکامل این مفهوم و جنبه های مختلف آن است. از این رو این نوشتار جهت بررسی یکی از این موارد یعنی مقاله "نقدی بر مقاله ارزیابی ظرفیت برد منابع آب حوضه های آبریز با استفاده از رویکرد ترکیبی شبیه سازی و ارزیابی مبتنی بر شاخص؛ مطالعه موردی: حوضه آبریز زرینه رود" تدوین شده است. این نوشتار سعی در تبیین و تکمیل استدلال ها و دیدگاه های منتقد(ان)، در جهتی سازنده و با هدف برطرف کردن شبهات و کاستی های استدلال های انجام شده توسط ایشان و افزایش آگاهی مخاطبان مقاله دارد. این مقاله ابتدا سعی کرده است با بیان مفاهیم ظرفیت برد و ظرفیت برد منابع آب و معرفی مراجع معتبر به ارایه یک دید صحیح از این مفاهیم و برطرف کردن ابهامات اساسی در دیدگاه های مطرح شده در این زمینه بپردازد. سپس با استدلال های متنوع، ساده و قابل فهم که حتی الامکان متناسب با دیدگاه منتقد است و از مراجعی که ایشان آن ها را مطالعه کرده اند، استخراج شده اند به تمامی ابهامات ایشان پاسخ داده شد. لازم به ذکر است که نوآوری و ارزش علمی مقاله ای که منتقد آن را نقد کرده است در رویکرد پرداختن به مساله، چارچوب ارزیابی، انتخاب مدل ها و روش های مورد استفاده است، دیدگاه و روش شناسی که حتی در مقالات مورد استناد منتقد به آن ها توصیه شده و آن ها را به عنوان کلید گمشده تحقیقات پایداری و ظرفیت برد دانسته اند. موارد مطرح شده توسط منتقد اصول اولیه و الفبای مطالعه ظرفیت برد است که به دلیل عدم توجه کامل و کافی ایشان به جنبه های دیگر ظرفیت برد مطرح شده و در مقاله منتشر شده نیز به طور کامل رعایت شده اند (مواردی که در این متن به آن ها پاسخ داده شد). مفهوم ظرفیت برد، مفهوم به شدت پیچیده با ادبیات پراکنده است لذا وجود ابهامات و اختلاف نظر پیرامون این مفهوم کاملا بدیهی است، بنابراین وارد شدن مفهوم ظرفیت برد منابع و محیط زیست به ادبیات علمی کشور در گرو توجه ویژه پژوهشگران داخلی به این مفهوم و هم افزایی بین آن ها می باشد. بدیهی است در این مسیر نقدهای علمی و سازنده بسیار کمک کننده خواهد بود.

    کلیدواژگان: ظرفیت برد، منابع آب، چارچوب ارزیابی، پایداری، نقد علمی
|
  • Dariush Rahimi *, Nahid Atashi, Fatemeh Bashirian Pages 1-10

    Droughts are the most important challenge in Iran's water supply. In this study, in order to identify the synoptic mechanism of occurrence of climatic droughts in Iran, daily and monthly precipitation data of meteorological stations of provincial centers (sample) and NCAR data analyzed for the period of 1960-2015 were used.  First, the dry periods of the stations were identified by the method of difference between the means and rate methods. Also, to determine the blocking systems, Tibaldi-Multeni index was used and to identify the blocking systems, three quantitative, limit and continuity triple filters were used. Reduction of rainfall or no precipitation in periods of 20 days or more in the cold season leads to severe and very severe droughts in Iran. Synoptic analysis of the study sample indicated that the Atlantic-European region (as a region affecting the synoptic operators affecting Iran's rainfall) and the Pacific have the highest frequency of the blocking system. With the establishment of blocking systems in the cold season of the year, the thickness of the atmosphere (500-1000 hpa) has increased by 10 to 30 geopotential meters and the east winds dominate the Iranian atmosphere instead of the west winds. This change in wind direction leads to the failure of systems such as polar wind and polar front to enter the synoptic area of ​​Iran.  Therefore, with the formation of blocking systems and the resulting blocking conditions of synoptic, drought in the coming wet year is determined and drought damage can be reduced by risk management and predication.

    Keywords: Blocking system, Zonal Index, Tibaldi-Molteni Index, Drought, and Iran
  • Omid Raja, Masoud Parsinejad *, Masoud Tajrishy Pages 11-34

    In most studies, the SWAT model is calibrated based on surface runoff in hydrometric stations, and the evapotranspiration component, which has a great impact on the estimation of balance components, is not considered or less considered in the calibration process. Therefore, the aim of this study was to estimate the yield and evapotranspiration values of major crops in Mahabad plain in West Azerbaijan province, through multivariate calibration of SWAT model. Calibration and validation of the model based on the data of a hydrometric station (Gerdyaghoub station located at the exit of the plain), and crop yield and evapotranspiration of the major crops of the region including wheat, barley, corn, sugar beet, alfalfa, apple, and grape. A six year calibration period followed by a four-year validation period was used. In the multi-purpose calibration process, the coefficients of 1, 0.9, and 0.8, respectively, for hydrometric data, yield, and evapotranspiration were considered in the objective function of SWAT-CUP software and SUFI2 method. In general, the sensitivity analysis of the model led to the selection of 43 of the most sensitive parameters according to their sensitivity to river discharge, crop yield and evapotranspiration. Also, the heat unit potential required for full plant growth and Leaf area index (LAI) were the most important parameters to simulate the yield and evapotranspiration crops in the model calibration process. The results showed that the SWAT model was able to simulate the surface flow in the periods of calibration (NSE = 0.85; R2 = 0.87), and validation (NSE = 0.92; R2 = 0.89), as well. The model has high uncertainty in surface flow simulation, especially over-estimation in low flow during calibration period (PBIAS = 4.5%). In evaluating the performance of the SWAT model in estimating actual evapotranspiration, these values ​​were compared with the output of the WaPOR remote sensing model. The results showed that the RMSE criteria varies between 13.8 to 66.4 mm in the calibration period, and between 23.9 to 53.2 mm in the validation period. At the same time, the estimated actual evapotranspiration values ​​of the SWAT model were compared with the estimated crop evapotranspiration of the CROPWAT model. In this study, RMSE criteria in the calibration period between 24.4 (3.6%) to 49.4 (6.5%) mm, and in the validation period between 21.7 (6.2%) to 4.4 53 (7.2%) mm were obtained for different crops. PBIAS values ​​showed that the estimate of SWAT model evapotranspiration in both calibration and validation periods was lower than the estimate of CROPWAT crop evapotranspiration. In general, for most crops, the evapotranspiration values ​​obtained from the SWAT and WAPOR models are far less than the evapotranspiration values ​​estimated by the CROPWAT model that can indicate deficit-irrigation. Crops yield performance estimates were compared by SWAT model with crop yield performance values ​​reported in the region. The results showed a relative estimate of the model for crop performance, while the SWAT model somewhat over-estimated crop performance. The present study showed that multifunctional calibration of large-scale hydrological model SWAT in an irrigated area in addition to using the usual river flow index, taking into account additional parameters such as evapotranspiration and crop yield can increase the accuracy of model results.

    Keywords: evaluation, Surface flow, actual water-use, Cultivation, WaPOR
  • S.Meisami Mirkazemi, Navid Jalal Kamali *, Mohsen Irandoost Pages 35-49
    This study describes optimization of Support Vector Machine (SVM) using meta-optimization algorithms including the Particle Swarm Optimization (PSO), Genetic Algorithm (GA) and Ant Colony optimization for flood susceptibility mapping at Zahedan Basin. To determine the best factors among the 19 factors used in previous studies and the relative importance of input variables, two experiments of Information Acquisition Ratio (IGR) and multilinearity of parameters were used soil moisture content factor which is identified as a highly effective factor (IGR=0.767),  is used directly in this study for the first time. The flood inventory map was prepared from Sentinel-1 satellite data processing and validated. The generated data set was used to map the flood prone areas using SVM model optimized with the mentioned algorithms. For the first time, in this research, ACO algorithm was used to optimize SVM model. The prediction accuracy of the models was evaluated using statistical criterion. All three algorithms used in this study improved SVM performance by 4% in average, while the PSO-SVM model had the best performance among the others with AUC=0.953, MSE=0.025, RMSE=0.158 and StD=0.405.
    Keywords: Spatial Flood Prone Areas, Support Vector Machine, Particle Swarm Optimization, Genetic Algorithm, ant colony optimization
  • Tahereh Kazemi, Mehdi Fazeli *, Mohsen Farzin Pages 50-69
    Flood is one of the most important natural disaster that cause human and financial damages and its evaluation needs peak discharge. This study evaluates Beshar River runoff peak discharge due to precipitation with different return periods. The geological and land use maps were provided in ArcGIS and ENVI, based on which the CN map was prepared. Respectively, 53.46 % and 30.75 % of the study area are in A and D hydrologic groups. The best probability distribution for each station was determined using Chi-square test, thereafter, precipitation with different return periods was calculated. After dividing the area into 9 sub-basins and calculating the required parameters for each, the model was created. Three and two flood events were respectively used for calibration and validation and the average values of RMSE and NS indexes were obtained as 0.53 and 0.67 for calibration and 0.55 and 0.68 for validation. The low values of errors indicated the reliability of the simulated model. The peak discharge of each return period was calculated employing type IA of SCS model. Comparing the peak discharges obtained from HEC-HMS and statistical method at the basin outlet showed that the least difference between these two methods was related to the 50-year return period and for the return periods below and above 50 years, the HEC-HMS discharges were correspondingly less and greater than the statistically calculated peak discharges. Consequently, the HEC-HMS model can accurately calculate the flood peak discharge for Beshar basin.
    Keywords: Rainfall-Runoff model, flood, SCS model, Beshar River, HEC-HMS model
  • Bahram Fathi * Pages 70-78
    Assessing the performance of water and wastewater companies is one of the duties of the Ministry of Energy. One of the most important tools for comparing performance is the use of quantitative data envelopment analysis techniques. In recent years, the subject of studying economic efficiency using stochastic data envelopment analysis has been considered by researchers. Data envelopment analysis typically uses past and definite inputs and outputs to measure the performance of decision-making units. For this reason, the problems are the impossibility of estimating efficiency, unrealistic distribution of weights to model inputs and outputs, and the use of definite inputs and outputs. While in the real world, we encounter more random parameters. Therefore, in this paper, the issue of super-efficiency in the analysis of stochastic data for the data of water and wastewater companies of Markazi province based on the statistics of 2016 has been investigated. The computational results of both definite and stochastic super-efficiency models show that Arak Co. is the best company in terms of technical efficiency. Ashtian Company is also the worst company among 17 companies in this research. Although the ranking results of both models are similar for the rating companies, the super-efficiency scores are different.
    Keywords: Super-efficiency, Water, Wastewater Company, Stochastic Data Envelopment Analysis
  • Mahsa Ghotbizadeh, Ali Bagheri *, Gholamreza Madanian Pages 79-100
    Water resources systems are constantly changing in all their natural and socio-economic dimensions. So, instead of managing based on predicting the probabilities of various events in the future, inevitably, arrangements must be made for facing the possibility of various phenomena occurring in the future. Therefore, the only option is to base the management of water resources systems on a mechanism for understanding the changes and adapting to them. This type of management, which is based on adaptation to change, is known as adaptive management. One of the main features of an adaptive structure is its institutional adaptive capacity. Therefore, in this article, the adaptive capacity of the Iranian water laws, as part of the formal water institution, will be examined. The evaluation framework used in this research was the adaptive capacity wheel. All water laws of Iran have been analyzed in five legal epochs, including the modern customary epoch, the epoch of private law, the epoch of public law, the epoch of governmentalization of water law, and the epoch of tolerance leading to crisis. For this purpose, the method of qualitative content analysis with quantitative scoring has been used. The results showed that the adaptive capacity of the water laws in each epoch has a relatively negative effect, that is, in the laws of those epochs to deal with the negative effects of the new conditions and adapt to them, there are many gaps that need to be fixed.
    Keywords: Water Resources systems, Adaptive management, Institutional Adaptive Capacity, Adaptive Capacity Wheel
  • Mohammad Nekooamal Kermani, Alireza Massah Bavani *, Abbas Roozbahani, MohammadReza Mohammadpur Pages 101-114

    One of the most important challenges of hydrological studies is the projection of precipitation variability in a basin in future periods. Atmospheric Ocean General Circulation Models (AOGCMs) can project this variability but in large-scale regions. Various versions of these models have been released, one of which is the CMIP5 series with about 40 dynamic models. In this study, the CCSM4 climate model has been used. The data output of this model is in 1 × 1 (Latitude× longitude) degree. To downscale the precipitation data of this model, the hybrid of two dynamic (WRF1) and statistical methods has been proposed. The study area is the Poldokhtar subbasin in the ​​Karkheh basin and rainfall data between 1996-2005 have been used. First, the precipitation data were downscaled by the WRF model from the range of 1 × 1 degree to 9 × 9 km, and then these data were converted to the range of 3 × 3 km separately by two methods a) hybrid and b) WRF. The results showed that the dynamic downscaling by the WRF model in the range of 9 × 9 km quite shows the precipitation fluctuations during the statistical period. In the 3 × 3 km range, the hybrid method performed better than the WRF method. Finally the results showed that downscaling of precipitation in this basin using both methods is associated with underestimation and should be accompanied by an bias correction method. As a result, by reducing the time and cost of dynamical downscaling of climate models, the findings of this paper can be of great help in making decisions about water resources management in the wet and dry years of the coming decades of a basin.

    Keywords: CMIP5, Hybrid Downscaling, WRF, Poldokhtar
  • Poria Mohit Esfahani *, Reza Modarres Pages 115-130
    During last century, anthropogenic forcing and climate change have influenced the stationarity of the many extremes. Therefore, using of stationary pre-assumption-based Frequency Analysis (FA) techniques for estimating the risk of extremes may not be reliable anymore. In present study we introduced a nonstationary FA method to estimate risk of 24-hour maximum precipitation variable, as one of the major factors for generating floods in West of Iran. Nonstationarity assessments showed that among 53 investigated stations, only 4 stations (i.e., Khorramabad and Poldokhtar stations with increasing linear trends and Izeh and Ramhormuz stations with decreasing linear trends) have significant nonstationarity. Three hydrological homogeneous regions were characterized based on statistical properties of 24-hour maximum precipitation variable at study stations. Results revealed that stations in the Region_II, mostly including the stations in Fars, Chaharmahal and Bakhtiari, Bushehr and Kohgiluyeh and Boyerahmad Provinces, have higher risks for more severe 24-hour maximum precipitation compared to stations in other regions. Also, results showed that if nonstationarity in Khorramabad and Poldokhtar stations is ignored, 100-year quantiles of 24-hour maximum precipitation will underestimate around 10.1% and 13.8% in those stations.
    Keywords: Frequency analysis, Trend test, Natural hazards risk, L-moments, Growth Curve
  • Raziye Jabbari *, Mahdi Zarghami, MohammadJavad Anbari, Ata Allah Nadiri Pages 131-143

    Excessive water extraction from aquifers in arid and semi-arid areas poses a serious threat to natural resources and the environment. Damghan's critical forbidden plain has faced a drop in groundwater level in recent years. In this study, the agent-based model has been used to simulate the behavior of effective stakeholders in the region. First, the agent-based model is considered based on the key stakeholders of the region (farmers are the most important consumers of groundwater in the region, Regional Water Company and Agriculture- Jahad), characteristics, behavior, characteristics of the environment, how the interaction between the agents and the environment (Damghan aquifer). Information about exploitation wells and characteristics of the dominant cultivation in the region is related to 1397. To identify the behavior and characteristics of the agents, a visit to the area and interviews with experts and farmers have been done. The characteristics, behaviors, and interactions of agents are expressed by if-then rules or logical operators or by formulated equations. Then, management scenarios in the study area have been studied for 10 years. The results show that the simultaneous implementation of four projects of installing smart meters, modifying well licenses, promoting new irrigation systems, and establishing production cooperatives while maintaining farmers' net incomes will reduce water withdrawal 44% compared to the base scenario. Also, as a result of the implementation of these four projects, the irrigation method of 4000 hectares of agricultural lands will be changed to pressurized irrigation.

    Keywords: Agent-based modeling, Behavioral Simulation, Stakeholders, Groundwater Resources Extraction, Damghan Plain, Iran
  • Masoud Saboori Noghabi, MohammadMahdi Rajabi *, Ebrahim Asadi Oskouei Pages 144-160

    Microwave remote sensing soil moisture data have a high ability to provide soil moisture information due to their spatial-temporal coherence. NASA SMAP satellite is one of the most important methods for preparing soil moisture data within the microwave spectrum (L-band) and spatial separation of about 40 km. The low spatial resolution of the soil moisture data of this satellite causes limitations in practical applications and at local scales. In the present study, to subscale daily surface soil moisture data from SMAP 4 level satellite products (with a resolution of 9 km) and increase its resolution to one kilometer, a downscaling algorithm using SMBDA downscaling method, satellite radar image Sentinel 1, and ground observations were developed. For this purpose, 1037 soil samples of soil moisture in 32 different days (autumn and winter of 1399) were measured simultaneously with the passage of time of Sentinel 1 satellite from SalehAbad plain (Ilam). The results showed that the square root of the error between the values ​​of down-scale soil moisture with ground observations is 0.085 (m3.m-3), which has good accuracy compared to similar studies. The effect of the challenges of vegetation change and rainfall on the accuracy of the algorithm results used was investigated. The temporal-spatial extension of field measurements due to the greater variability and dispersion of the measured values ​​as well as the implementation of the algorithm using non-classical methods (soft computing) can improve the results of downscaling.

    Keywords: soil moisture, Downscaling, SMAP, Sentinel 1, Ilam
  • AmirMohammad Aryayee, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *, Iman Moslehi Pages 161-175

    Water supply networks are directly related to the economic and social development of urban communities. Due to the rapid increase in population and urbanization, these networks should be properly maintained and rehabilitated. In this paper, an unsupervised learning method with OPTICS density-based clustering algorithm is used to determine the priority areas for rehabilitation. 361 burst event data in one of the Mashhad water network zones were analyzed. The algorithm identified a total number of 16 clusters at 5 different levels of importance. These 16 clusters, which are considered sub-clusters for higher levels, were compared in terms of burst rate. Three clusters with failure rates of 79.1, 62.2, and 50.1 (failures/100 km/year) were introduced as the main priorities for rehabilitation and renovation, respectively. The average burst rate in the whole network was 14.8. The identified clusters were examined in terms of pipe material and diameter and their most affecting factors on the burst rate. The obtained results showed that the OPTICS clustering algorithm has a significant ability to determine priority zones for the rehabilitation plan, by identifying multiple clusters and their according levels. Therefore, the proposed method can be used as a practical and flexible tool to prioritize the rehabilitation process of water networks and identify the main causes of failure events, avoiding complex computational methods or the personal judgment of experts.

    Keywords: Density-Based Clustering, spatial analysis, Infrastructure Networks, Failure, Condition assessment, Water Distribution Network, OPTICS Algorithm
  • Somaye Janatrostami *, Ali Salahi, Fatemeh Usefi Pages 176-191
    A properly monitoring well network can provide quantity and quality data needed to make informed decision making about the state of the environment. The selection of the optimum number of monitoring wells and their spatial distribution is a major challenge for the hydrogeologist. On the other hand, improper distribution of monitoring wells or an insufficient number of them does not properly represent the state of the environment. In this study, the current monitoring network in the study area was evaluated according to the simulation results of MODFLOW and MT3D models. Then, the monitoring network was designed based on the wells in the area with the optimization method developed in this study. The optimization model consists of two objective functions to maximize the Nash Sutcliffe coefficient and to minimize the costs simultaneously, which was defined as one target function by applying the weighting factor W. Genetic algorithm was used to solve the optimization model. The results showed that the finding of the optimal value depends on the value of the weight coefficient (W). Therefore, the best value of W is selected according to an acceptable trade-off between cost and spatial distribution of wells in the area. To choose the best solution, PBIAS, RMSE, and regression coefficients were used in which their values were acceptable in this study. Also, the higher the average optimal TDS values than the average observed TDS values indicated that the optimal network could provide groundwater quality data for more polluted areas. The method presented in this study for other pollutants should be evaluated and validated.
    Keywords: Genetic Algorithm, optimization, MODFLOW, MT3D
  • Abozar Parhizkari *, Qolamreza Yavari, Abolfazl Mahmoodi, Qolamreza Bakhshi Khaniki Pages 192-210
    Establishing a local water market in the agricultural sector is a promising solution to increase the economic efficiency of water in the event of drought, water shortage, and reduced agricultural productions. With the opportunities created in the water market, farmers will rent and sell this scarce input by improving the methods of water supply management and will work to provide water that can be sold in the market. In addition to managing surface water resources, this reduces farmers' pressure to use groundwater resources. Due to the importance of this issue, in the present study, the economic effects of the formation of the local water market in the five regions of Tehran province under the conditions of drought, water shortage, and reduced crop production in Tehran province were evaluated. This work was done by using a combined economic model of Statewide Agricultural Production (SWAP), hydrological model of Water Evaluation and Planning (WEAP), and related statistical data to the years 2013-2019. The results showed that with the establishment of the local water market and balancing agricultural water trade between the study basins of Tehran province, the negative consequences of drought in the use of available water resources are reduced by about 12/7 percent compared to the base period. In addition, the establishment of the local water market as a customary and legal institution in Tehran province, despite the transfer of surplus water resources from the eastern and northern basins (M1 and M2) to the southwestern basins of Tehran province (M3, M4, and M5), caused increasing the reliability of farmers' access to irrigated water and preventing the reduction of profitable crops (tomatoes, corn, watermelon, and sunflower) in optimal cropping patterns. Also, this structural institution by realizing the policy of sharing agricultural water resources and increasing the “profit to water ratio index” from 5/89 to 11/06 percent, reflects optimally allocates the issue of allocation and optimal management of water resources between different agricultural activities in the five basins of Tehran province. Finally, according to the positive and effective results of the local water market in the management of water resources and agriculture, the implementation of the preparations for its formation is proposed to the relevant authorities and organizations in Tehran province.
    Keywords: Water Market, water shortage, Drought, Water productivity, SWAP model
  • Alireza Vafaeifard, Ali Bagheri *, Hojjat Mianabadi, Meysam Farajzade Pages 211-228
    Existence of various stakeholders with different values, interests, and goals, scarcity and unbalanced water distribution, as well as increasing demands have made conflict one of the main issues of water systems. Due to the interaction of water systems with other human systems, the correct water conflicts addressing is significant. The first step in dealing with a conflict is to recognize and analyze it. Water transfer is a solution that has been adopted to deal with the problem of scarcity of drinking water in Tehran, which has led to the potential for numerous conflicts in the origin catchments. Due to the direct impact of the water conflicts on Tehran's drinking water supply, this research was conducted to analyze the potential of conflicts in Tehran's drinking water supplier catchments. In this regard, identifying and analyzing the issues, causes, and stakeholders of water conflicts and the type of relationships among stakeholders were the main objectives of this research. Water conflicts in the target basins were analyzed using the conflict mapping tool based on the Conflict and Development Analysis framework developed by the UN. The results showed that in general, the existing conflicts are in the fields of water allocation, development, and environment. The main reason for the conflicts in these basins is the adoption of alternatives such as transferring water to Tehran. As the outputs, the actors in the water conflict were recognized and the relationship among them corresponding to their alliance and/or conflict were mapped.
    Keywords: Water conflicts, Conflict Mapping, Tehran's Drinking Water, Karaj Dam, Taleghan Dam, Latian Dam, Mamloo dam, Lar Dam
  • Omid Jamshidi *, Seyed MohammadJavad Sobhani Pages 229-241

    The importance of adaptation to climate change in the agricultural sector due to its vulnerable nature to climate risks is more than other economic sectors. Adaptation strategies in the agricultural sector should be designed and applied in a way that reduce losses and also sustain the livelihoods of the vast majority of working households. Due to the existence of different criteria, it is necessary to use decision-making techniques in order to prioritize and ultimately select adaptation strategies. Therefore, the purpose of this study is to investigate the criteria and prioritization techniques to identify the most appropriate climate change adaptation strategies in the agricultural sector. This qualitative research was done by content analysis of literature using MAXQDA software to identify criteria, prioritization technique and finally selecting climate change adaptation strategies in the agriculture sector. Based on findings, indicators of climate change adaptation strategies are divided into two main costs and benefits categories. In the cost category, emphasis was on the criteria of the minimum cost of implementation, maintenance, and other costs. Also in the benefits category, the criteria are divided into five sub-categories: institutional-political, environmental, social, economic, and climatic. Based on the results, different methods and techniques have been proposed to prioritize and select appropriate strategies. However, it is not possible to recommend one of them in all situations, but this choice should be made in accordance with the situation, purpose, and level of available information resources. For this purpose, the strengths and weaknesses of the most common methods of prioritization and selection of adaptation mechanisms to climate change are presented. These methods including multi-criteria analysis, hierarchical analysis, economic analysis, and network analysis, have been discussed in this study to better identify and select the most suitable set of strategies.

    Keywords: climate change, agriculture sector, adaptation, Strategies, Criteria
  • Muhammad Ozhan, Abdolreza Bahremand *, Vahedberdi Sheikh, Choghibairam Komaki, Maryam Mohammadrezaei Pages 242-251

    Hydrological simulation models are valuable tools for examining challenging issues related to watershed management such as the impact of climate change on water resources, the impact of urban planning on floods and droughts. In this study, WetSpa-Python model was developed to simulate daily flow hydrographs at the Arazkouse basin. This is an object-oriented, process-based modular model which has been developed based on the principles of flexible modeling in python. Data inputs included DEM, soil type, land-use, precipitation time series, temperature, and evapotration, which were acquired from nine meteorological stations for a ten-year period (from 2006-07 to 2015-16). Model calibration was performed in a limited manner by assigning rational values to 8 global parameters based on the best fit between the simulated and observed hydrographs. Model performance was tested via the Kling-Gupta index, and obtained 0.6 and 0.52 for the calibration and validation periods, respectively. The results of the water-balance analysis with the model indicated that the outflow of the basin constitutes 13.2 and 18.1% of total precipitation in the calibration and validation periods.

    Keywords: Flexible modelling, WetSpa-Python, Runoff simulation, Arazkouse Basin
  • Mostafa Khorsandi * Pages 252-263

    In the original paper, Mohammadi Sedaran et al. (2021) (DOR: 20.1001.1.17352347.1400.17.2.11.4) assessed the water resources carrying capacity using a combined simulation-indicators system approach in the Zarrineh-Roud river basin. In the original paper, river basin modeling focuses on agriculture using the SWAT model, and system identification is made using the pressure-support-state framework. Then a set of indicators is used based on the pressure-support-state framework for system analysis. This research provides a valuable analysis of the system under study. However, according to the title used, the mentioned research has some drawbacks in carrying capacity assessment that will be addressed in this discussion. The present discussion criticizes different sections of the original article, including (1) literature review and research problem, (2) the implemented definition of the carrying capacity, (3) methodology, and (4) the results. In this discussion, first, the theoretical framework of the discussion is presented. Then, the different sections of the article will be examined. The objection to the content will be presented by reviewing each section, then appropriate references and methodological recommendations are provided during the review.

    Keywords: Carrying Capacity, Water resources carrying capacity, population, Sustainability
  • Hamid Mohammadi-Sedaran, Majid Delavar *, MohammadReza Shahbazbegian Pages 264-287

    As other researchers have shown, one of the main problems in studies in carrying capacity is not paying attention to the evolution of this concept and its various aspects. Therefore, this paper has been compiled to investigate one of these cases, namely the article “Critique of the article on assessment of water resources carrying capacity of the river basins using the simulation approach and index-based evaluation method; case study: Zarrineh-Roud basin”. This article tries to explain and supplement the arguments and views of the critic(s) constructively and to eliminate the doubts and shortcomings of the statements made and increase the awareness of the audience of the article. This article first tries to provide a correct view of these concepts. It eliminates the essential ambiguities in the opinions expressed in this field by stating the concepts of carrying capacity and carrying capacity of water resources and introducing reputable authorities. Then all their ambiguities were answered with various, understandable and straightforward arguments based on the critic's point of view and extracted from the references they have studied. It should be noted that the innovation and scientific value of the article is in approach, the evaluation framework and methods. The approach and methodology recommended in the articles cited by the critics have been considered as the missing key to the other research. The issues raised by the critic are the principles of the carrying capacity studies, which have been considered in the published article. The concept of carrying capacity is complex with scattered literature, so ambiguities and disagreements about this concept are axiomatic. Therefore, introducing the concept of resources and environment carrying capacity into the scientific literature of the country depends on the special attention of domestic researchers to this concept and the synergy between them. Obviously, scientific and constructive critiques will be constructive in this direction.

    Keywords: Carrying Capacity, Water resources, Evaluation framework, Sustainability, Scientific Critique