فهرست مطالب

- سال هشتم شماره 4 (زمستان 1400)
- تاریخ انتشار: 1401/02/28
- تعداد عناوین: 20
-
-
صفحات 891-905
نقش مهم کاربری و پوششهای موجود در سطح حوضه آبریز دریاچه ارومیه روی مصارف آبی این منطقه به منظور مدیریت بهتر آب در حوضه، باعث شده که داشتن دانش عمیق از اطلاعات پایه از جمله آرایش اراضی و نوع کاربرد آن ضروری باشد. متاسفانه، منابع اطلاعاتی و آماری موجود در مورد وضعیت کاربری حوضه، پراکنده، ناکافی و گاه متناقض هستند. مطالعه پیش رو به عنوان یکی از جنبه های مهم اثرگذار بر حل مسئله دریاچه ارومیه، به شناسایی پایگاه های ارایه دهنده نقشه های کاربری اراضی از تصاویر ماهوارهای، بررسی دقت نقشه های خروجی از این پایگاه ها و مقایسه آنها با نقشه کاربری تولید شده به روش شیءگرا با استفاده از نرم افزار eCognition پرداخته است. نتایج ارزیابی دقت کلی نقشه ها بیانگر آن است که نقشه های کاربری اراضی استخراج شده از محصولات جهانی LCtype و GLCF عملکرد مناسبی دارند و Globecover نتایج ضعیفی در این زمینه ارایه داده است. بهترین انطباق در نتایج محصول سنجنده MODIS وجود داشت، چراکه محصول سنجنده MODIS نه تنها در ابعاد پیکسل نسبت به بیشتر محصولات بهتر است، بلکه از نظر توالی زمانی طولانیترین مدت استخراج نقشه کاربری اراضی را دارد. نتایج این محصول در بررسی با نقشه تولید شده به روش شیءگرا نیز همخوانی مناسبی داشت. بنابراین، توصیه میشود از محصول MODIS در مطالعات مربوط به حوضه دریاچه ارومیه استفاده شود.
کلیدواژگان: حوضه آبریز دریاچه ارومیه، شیءگرا، کاربری اراضی، محصولات جهانی، MODIS -
صفحات 907-923کشور ایران سالیان زیادی است که از مشکل کمآبی و بارانهای ناکافی رنج میبرد. با توجه به این موضوع، ایرانیان برای دستیابی به آب مناسب برای کشاورزی، به احداث چاههای کشاورزی روی آورده اند. با پیشرفت تکنولوژی و پیدایش برق و موتورهای برقی، استفاده و حفر چاههای کشاورزی شکل تازه ای به خود گرفته است. امروزه در سراسر ایران مشاهده میشود که با استفاده از تکنولوژیهای مختلف، چاههایی با عمقهای عمیق و نیمه عمیق فراوانی در سراسر کشور حفر شده که در کنار مزایای آن، برای کشاورزان مشکلات زیادی نیز از منظر اثرات زیست محیطی بر سفره های آب زیرزمینی به بار میآورند. در سال 1396 مصرف برق در این حوزه چیزی حدود 37285 گیگاوات ساعت و 15 درصد از برق کل کشور است که مقدار زیادی را نشان میدهد. نکته مهم دیگر ، اینکه این مقدار در سالهای اخیر رشد زیادی داشته، به صورتی که این عدد از 11079 گیگاوات ساعت یا 8/10 درصد در سال 1380 به 37285 در سال 1396 رسیده است. با توجه به این موضوع، در پژوهش حاضر به چگونگی وضعیت چاههای کشاورزی ایران و پیشنهادهایی برای کاهش این میزان انرژی مصرفی پرداخته شده است. در این راستا، روشهای کاهش مصرف سیستمهای آبیاری کشاورزی، بهبود عملکرد و یا استفاده از پمپ دیزلی و یا برق خورشیدی به کمک نرم افزار PVsyst بررسی میشود. این تحلیل بر اساس 5 حوضه اصلی آبخیز کشور صورت میگیرد.کلیدواژگان: برق فتوولتاییک، پمپ دیزلی، چاه کشاورزی، مصرف برق
-
صفحات 925-939با توجه به پیشرفتهای صورت گرفته در فناوری سنجش از دور، جمعآوری اطلاعات از وضعیت کیفی منابع آب سطحی به وسیله این فناوری ضمن کاهش هزینه و زمان نمونهبرداریهای سنتی، میتواند تمامی پهنههای آب سطحی را مورد پایش قرار دهد. در این مطالعه قابلیت تصاویر ماهواره سنتینل-2 و لندست-8 برای برآورد غلظت پارامترهای کیفی آب شامل میزان اسیدیته، هدایت الکتریکی، کل جامدات محلول، قلیاییت و دمای سطحی آب بررسی شد. ابتدا تصاویر ماهواره سنتینل-2 و لندست-8 پیشپردازش شد و سپس، باندهای مناسب برای شناسایی ارتباط معنادار میان مقادیر هر پارامتر کیفیت آب و تصاویر با استفاده از روش رگرسیون خطی تعیین و دقت آنها به ازای مقادیر واقعی محاسبه شد. نتایج نشان از برتری تصاویر سنتینل-2 به ترتیب با ضریب پیرسون، خطای استاندارد و RMSe برای پارامتر PH برابر 588/0، 28/0 و 29/0، EC برابر 847/0، 7/78 و 22/77، TDS برابر 895/0، 8/45 و 37/44 و برای پارامتر قلیاییت فقط از طریق تصاویر لندست-8 به ترتیب با ضریب پیرسون، خطای استاندارد و RMSe برابر 473/0، 22 و 8/21. برای پارامتر دمای سطحی آب به دلیل ضریب پیرسون بالای هر دو تصویر ماهوارهای قابل استفاده هستند که این مقادیر برای لندست-8 به ترتیب برابر با 871/0، 9/2 و 85/2 و برای سنتینل-2 برابر با 752/0، 14/4 و 06/4 است.کلیدواژگان: پایش کیفی منابع آب، سنجش از دور، سنتینل-2، لندست-8، مخزن سد سیمره
-
صفحات 941-952
افزایش جمعیت، مصرف بیرویه، توسعه کشاورزی و تغییرات آب و هوایی باعث شده تا منابع آب موجود روند کاهشی داشته باشند و به مرحله بحرانی برسند. این معضل در کشورهای در حال توسعه نظیر ایران، ملموستر است. به این منظور، باید سیاستهای مهمی اتخاذ شوند تا مدیریت منابع آب بهبود یابد و هدررفت آب به حداقل برسد. هدف از انجام این پژوهش، کمک به بهبود مدیریت توزیع آب در شبکه آبیاری شهرستان قره ضیاءالدین با استفاده از سیستم اطلاعات مکانی و بهرهگیری از الگوریتم کلونی مورچه است. در این مقاله، ابتدا مساحت بهینه به منظور کاشت هر محصول با طراحی یک تابع هدف و اعمال قیودی نظیر بیشترین و کمترین مساحت کشت برای هر محصول در زمین کشاورزی مورد نظر، محاسبه شد. سپس، محصولات با رویکردی ترکیبی به الگوریتم کلونی مورچه و روش حل مسئله فروشنده دورهگرد اولویتبندی شدند تا محصولات با دوره آبیاری طولانی تر و نیاز آبی بیشتر در ابتدای کانال انتقال آب قرار گیرند تا به این وسیله، بتوان به جلوگیری از هدررفت آب در خط لوله انتقال آب کمک کرد. در پایان پژوهش، مساحت های بهینه به دست آمده به عنوان دادههای ورودی به محیط GIS منتقل شدند تا نتایج به دست آمده در منطقه مطالعه شده به صورت مکانی، تحلیل و ارزیابی شوند. نتایج پژوهش حاضر نشان داد رویکرد ترکیبی استفاده از الگوریتم کلونی مورچه و بهره گیری از مسئله فروشنده دورهگرد، میتواند مدیریت توزیع آب در شبکه های آبیاری را بهبود بخشد. همچنین، با اعمال روش یادشده، علاوه بر کمک به جلوگیری از هدررفت آب در خطوط لوله انتقال، سود سالیانه حاصل در اراضی کشاورزی مورد تحقیق 10 درصد افزایش یافته است.
کلیدواژگان: توزیع آب، سیستم اطلاعات مکانی، شبکههای آبیاری و زهکشی، کلونی مورچگان، مسئله فروشنده دورهگرد -
صفحات 953-960
از آنجا که شاخصهای انتخاب زیستگاه در ارایه ویژگیهای زیستگاهی یک گونه و برنامه های حفاظتی به کار برده میشود، این مطالعه به منظور بررسی ترجیح زیستگاهی گونه گل چراغ، Garra rufa در رودخانه دینورآب (استان کرمانشاه)، یک سرشاخه حوضه رودخانه کرخه به اجرا درآمد. به این منظور، ویژگیهای زیستگاهی شامل عمق آب، سرعت جریان آب، عرض رودخانه، عرض ناحیه پتامال (ناحیه حاشیه رودخانه)، نوع غالب پوشش سنگ بستر، pH، دما، هدایت الکتریکی (EC)، کل مواد جامد محلول (TDS) در 18 ایستگاه از پایین دست به سمت بالادست اندازهگیری و ثبت شدند. محدوده استفاده شده و محدوده زیستگاه انتخابی با توجه به میزان در دسترس بودن هر واحد زیستگاهی برای هر متغیر بهدست آمد. نتایج نشان داد دامنه مطلوبترین عمق 30>-26 سانتیمتر با شاخص مطلوبیت 779/0، شاخص عرض رودخانه در دامنه 2/7>-6 متر با شاخص مطلوبیت 7/0، سرعت جریان در دامنه 31/0>-24/0 متر بر ثانیه با شاخص مطلوبیت 38/0، ساختار بستر با قطر متوسط در دامنه 5/5>-5 سانتیمتر با شاخص مطلوبیت 1، دمای آب دامنه 19>-18 درجه سانتیگراد با شاخص مطلوبیت 618/0، pH در دامنه 44/7>-32/7 با شاخص مطلوبیت 545/0، EC آب در دامنه 310>-290 با شاخص مطلوبیت 767/0، TDS آب در دامنه 610>-580 ppm با شاخص مطلوبیت 712/0 و عرض ناحیه پتامال در دامنه 6>-8/4 متر با شاخص مطلوبیت 634/0 بود. نتایج نشان داد رودخانه مورد مطالعه برای گونه Garra rufa یک زیستگاه با مطلوبیت متوسط است.
کلیدواژگان: مطلوبیت زیستگاه، ماهی گل چراغ، متغیرهای محیطی، رودخانه دینورآب -
صفحات 961-974
امروزه به سبب برداشتهای بیرویه از منابع آب زیرزمینی و افت تراز سطح ایستابی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک، برنامه ریزی و مدیریت در مصرف این منابع باارزش اهمیت زیادی دارد که این امر نیازمند مطالعه رفتار آبخوان نسبت به تغییرات واردشده بر آن است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی کارایی الگوریتم جنگل تصادفی در پیشبینی تراز سطح ایستابی آبخوان آزاد دشت بیرجند و مقایسه نتایج آن با دو مدل درخت تصمیم و شبکه عصبی مصنوعی است. در این راستا، ابتدا اطلاعات ورودی به مدل شامل تراز سطح ایستابی چاههای مشاهده ای، دما، بارندگی، رطوبت و تبخیر طی سالهای آبی 1389 1390 تا 1395 1396 به صورت ماهانه جمع آوری و پس از بررسی روند و حذف آن، برای ایجاد مدل های یادشده از بسته نرمافزاری Rattle در نرمافزار آماری R استفاده شد. نتایج حاصل از شبیه سازی با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی براساس معیارهای ارزیابی معادل 714/0=R2، 003/0=RMSE متر و 598/0=NS نشان میدهد این الگوریتم توانایی نسبتا زیادی در شبیه سازی تراز سطح ایستابی آبخوان دارد. از مقایسه نتایج این الگوریتم با دو مدل درخت تصمیم و شبکه عصبی مصنوعی میتوان دریافت که نتایج الگوریتم جنگل تصادفی نسبت به مدل درخت تصمیم با 5409/0=R2، 0072/0=RMSE متر و 0187/0-=NS تطابق بیشتری با تراز واقعی آبخوان دارد و با نتایج شبکه عصبی مصنوعی با 7055/0=R2، 003/0=RMSE متر و 6046/0=NS هم راستا است. همچنین، خروجی الگوریتم جنگل تصادفی نشان میدهد در بین پارامترهای ورودی، چاههای مشاهدهای واقع در نواحی مرکزی دشت و نیز پارامترهای هواشناسی بارندگی و رطوبت در شبیه سازی تراز سطح ایستابی آبخوان نقش موثرتری نسبت به سایر پارامترها ایفا میکنند.
کلیدواژگان: آب زیرزمینی، شبیهسازی تراز سطح ایستابی، معیارهای ارزیابی، نرمافزار آماری R -
صفحات 975-988
با توجه به قرارگیری کشور ایران در منطقه خشک و نیمه خشک و جنس خاک های متداول در ایران، یکی از معضلات کشورمان میزان زیاد فرسایش و رسوب است. میزان رسوب تولیدی از حوضه های آبریز در نتیجه اندرکنش پیچیده اقلیم، نوع خاک، کاربری اراضی و فعالیت های بشری حاصل میشود. بر این اساس، حصول روشهای مناسب و دقیق در پیشبینی بار رسوبی رودخانه ها را میتوان به عنوان یکی از چالش های مهم دانست. هدف اصلی این مطالعه، شناسایی مناطق بحرانی از نظر فرسایش و رسوب در حوضه بالادست سد نهند واقع در استان آذربایجان شرقی است. در این راستا، مدل SWAT برای پیشبینی دبی و بار رسوب ماهانه با استفاده از الگوریتم SUFI-2 واسنجی و صحتسنجی شد. ضریب نشساتکلیف (NS) به عنوان تابع هدف برای دبی در دوره واسنجی و صحتسنجی به ترتیب 84/0 و 75/0 به دست آمد. مقدار ضریب نشساتکلیف بار رسوب در دوره واسنجی 65/0 و در دوره صحتسنجی 8/0 محاسبه شد. در ادامه، با استفاده از نتایج مدل SWAT، میزان متوسط رواناب و رسوب خروجی زیرحوضه ها با روش گروه بندی شکست طبیعی کلاس بندی شده و مناطق بحرانی فرسایش تعیین شد. بر این اساس، 52 کیلومتر مربع (25 درصد) از مساحت حوضه که در کلاس با تولید رسوب بیشتر طبقه بندی شدهاند، جزء مناطق بحرانی از نظر فرسایش و رسوب هستند و بنابراین، در اولویت نخست برای انجام عملیات کنترل فرسایش قرار دارند. از آنجا که فرسایش باعث از بین رفتن و کاهش حاصلخیزی خاک میشود و از طرفی، رسوبات تولیدی در مخزن سد رسوب گذاری میکنند، انجام عملیات کنترل فرسایش در این زیرحوضه ها ضروری است.
کلیدواژگان: شبیهسازی، رواناب، بار رسوب حوضه، مناطق بحرانی، مدل SWAT -
صفحات 989-1006
بررسی آمار و اطلاعات خسارت های سالانه ناشی از وقوع سیلابها در ایران بیانگر گستردگی صدمات ناشی از آن به منابع طبیعی است. استفاده از فناوری های اطلاعات مکانی و سنجش از دور می تواند در کاهش این خسارت ها و برنامه ریزی بهتر بسیار سودمند باشد. در پژوهش حاضر از این فناوری ها برای پهنه بندی سیلاب در رودخانه کارون و محدوده شهر اهواز استفاده شده است. پهنه بندی منطقه مطالعه شده با تلفیق مدل هیدرولیکی و نرمافزار ArcGIS از طریق الحاقیه HEC-Geo RAS در طول 33 کیلومتر از این رودخانه صورت گرفت. به منظور استخراج مرز سواحل رودخانه در بازه شهری اهواز، از طبقه بندی نظارت شده و تصاویر ماهواره لندست 8 استفاده شد. پس از معرفی اطلاعات هندسی رودخانه به مدل، مقدار ضریب زبری مانینگ برای بازههای مختلف تعریف و سپس، دوره بازگشت های 2، 50 و 100 ساله محاسبه شد. بیشینه سرعت در دوره بازگشتهای 2، 50 و 100 ساله به ترتیب معادل 6/2، 15/6 و 2/7 متر بر ثانیه حاصل شد. به این معنا که در صورتی که سواحل رودخانه ساماندهی و دیوارسازی شده باشد، آب شستگی، فرسایش و رسوب گذاری اتفاق نمیافتد. در مقایسه با محدوده واقعی سیل، انطباق 87 درصد در دوره بازگشت 100 ساله حاصل شد. تهیه سامانه های هشدار سیلاب بر اساس بارشهای با دوره بازگشت بالا، دیواره سازی، ساحل سازی و ساماندهی رودخانه در مقاطع ناپایدار و فرسایش پذیر و اصلاح شیب بستر و لایروبی کانال در مقاطع مورد نیاز، از جمله راهکارهای اجرایی پیشنهادی برای ساماندهی رودخانه کارون هستند.
کلیدواژگان: پهنهبندی سیلاب، رودخانه کارون، GIS، سنجش از دور، ضریب مانینگ، HEC-RAS -
صفحات 1007-1024
مقاومت جریان یک عامل اساسی در تجزیه و تحلیل هیدرولیک کانال های روباز است. با تغییر مقطع و اندازه ذرات، مقاومت تغییر می کند. در این تحقیق پارامترهای مقاومت جریان (عمق و عرض جریان، ارتفاع معادل زبری) موثر بر زیستگاه مورد بحث قرار گرفته اند. برای بررسی تاثیر این پارامترها بر زیستگاه آبزیان، با توجه به در دسترس بودن منحنی های مطلوبیت، رودخانه جاجرود و گونه ماهی قزل آلای رنگین کمان انتخاب شده اند. در بازدید میدانی، اقدام به تطبیق مختصات نقشه با محل و برداشت نمونه مصالح سطحی و زیرسطحی بستر شد. با انجام دانه بندی در آزمایشگاه و استفاده از رابطه مانینگ و رابطه دبی اشل، ضریب زبری هیدرولیکی محاسبه شد. سپس، با به کارگیری روابط تجربی ضریب زبری دانه بندی به دست آمد و در نهایت، از تفاضل این دو ضریب، زبری شکل حاصل شد و در شبیه سازی هیدرولیکی به کار برده شد. ترازهای سطح آب به دست آمده از مدل هیدرولیکی برای شبیه سازی زیستگاه مورد استفاده قرار گرفت. تاثیر پارامترهای عمق و عرض جریان و ارتفاع معادل زبری بر زیستگاه سه دوره سنی گونه هدف، شامل نوزاد، جوان و بالغ، با استفاده از نتایج شبیه سازی تجزیه و تحلیل شد. با افزایش عرض و عمق جریان و ارتفاع معادل زبری مطلوبیت زیستگاه برای گونه هدف افزایش یافت. شاخص نشان دهنده مطلوبیت زیستگاه «مساحت قابل استفاده وزنی» است. عاملی که باعث بیشترین تغییر در مطلوبیت زیستگاه می شود، عرض جریان است که با افزایش این عامل، مساحت قابل استفاده وزنی افزایش نشان داد.
کلیدواژگان: پارامتر های مقاومت جریان، مطلوبیت زیستگاه، رودخانه جاجرود، مدل هیدرولیکی، مدل زیستگاهی -
صفحات 1025-1044
ارزیابی کیفیت منابع آب آشامیدنی و تعیین عوامل طبیعی و انسان زاد مو ثر بر ترکیب شیمیایی آنها نقش بسیار مهمی در پایداری اکوسیستم های وابسته به این منابع ایفا می کند. در این مطالعه با هدف ارزیابی کیفیت آب رودخانه ها و چشمه های حوضه آبریز سد شیرین دره و مخزن این سد و بررسی تاثیر جنس سازندها بر کیفیت آنها، داده های کیفی این منابع، شامل غلظت یون های کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، کربنات، بی کربنات، کلراید، سولفات، هدایت الکتریکی، مجموع مواد جامد محلول، سختی کل و pH، در سال آبی 1397-1398 برای 33 نمونه آب سطحی، 6 نمونه آب چشمه و یک نمونه آب مخزن سد شیرین دره مورد بررسی قرار گرفت. سه شاخص کیفی شامل WQIB، WQIMT و WQIDD برای این نمونه های آب محاسبه شدند. برای بررسی تاثیر جنس سازندها بر کیفیت آب، 10 نمونه رسوب رودخانه ای از سطح حوضه آبریز مورد مطالعه جمع آوری شده و نوع کانی های موجود در آنها مشخص شد. نتایج نشان داد عامل هوازدگی سنگ نسبت به دو عامل تبخیر و بارش نقش بسیار مهم تری در تعیین ترکیب شیمیایی منابع آب مورد مطالعه دارد. واحدهای ژیپسی، شیلی و آهکی به عنوان مهم ترین منبع ورود این یون ها به داخل آب شناسایی شدند. نتایج تاثیر جنس سازندها را بر ترکیب شیمیایی منابع آب تایید کرد. براساس مقادیر شاخص های کیفی، آب مخزن سد کیفیت بالاتری برای آشامیدن دارد که دلیل آن را می توان پیوستن چشمه هایی در نزدیکی مخزن سد، به آب های ورودی به مخزن در نظر گرفت. کیفیت بهتر آب این چشمه ها را می توان به منشا کارستی آنها در سازند تیرگان نسبت داد.
کلیدواژگان: کیفیت منابع آب آشامیدنی، هوازدگی سنگ، تیپ و رخساره، جنس سازندها، منشا کارستی -
صفحات 1045-1059
در دهه های اخیر افزایش جمعیت، توسعه صنایع، رخداد خشکسالی و افزایش مصرف آب، موجب فشار بر منابع آب استان تهران شده است. این وضعیت سبب بروز پیامدهای زیست محیطی و اقتصادی اجتماعی فراوانی شده است. از اینرو، هدف پژوهش حاضر، پایش خشکسالی و ارزیابی اثرات اقتصادی و اجتماعی آن است. پژوهش حاضر از لحاظ هدف به صورت کاربردی و از لحاظ روش، توصیفی تحلیلی و به صورت پیمایشی است. برای تحلیل دادهها از نرم افزارهای SPSS، GIS و Amos استفاده شد. بر اساس نتایج حاصل از پردازش دادههای بارش و تصاویر ماهوارهای TRMM طی دوره زمانی 1998 2019 مشخص شد که بین فراوانی رخداد دوره های خشک و مرطوب در سطح استان تهران، تفاوت معناداری وجود ندارد. با این وجود، در سالهای انتهایی دوره مطالعه شده، ناهنجاری بارش در استان تهران تمایل بیشتر به خشکسالی دارد و در هفت سال اخیر، سه دوره خشک فراگیر و نسبتا شدید حادث شده است. به طور کلی، با توجه به داده های و اطلاعات مستخرج از پرسشنامه ها میتوان گفت که پدیده خشکسالی در تهران ابتدا موجب ایجاد تنشها و آسیبهای روانی و اجتماعی (با بیشترین بار عاملی 894/0) شده و با پیشرفت این پدیده، زمینه برای ایجاد بحران تولید و معیشت (با بار عاملی850/0) فراهم شده. متعاقب این اثرات، پدیده دیگری به نام فقر و فلاکت ظاهر (با بار عاملی 698/0) و در نهایت، این عوامل زمینه ساز مهاجرت افراد و تغییرات ساختار جمعیتی (با بار عاملی 733/0) در مبدا و مقصد میشوند.
کلیدواژگان: آسیبپذیری اجتماعی، تحلیل عاملی، شاخص SPI، کلانشهر تهران، بحران معیشت -
صفحات 1061-1080
آبخوان دشت مرند یکی از دشتهای بزرگ و با فعالیت های وسیع کشاورزی و صنعتی است که در سال های اخیر در زمره آبخوان های بحرانی و ممنوعه قرار گرفته است. یکی از مشکلات کاهش سطح آب زیرزمینی، تغییرات کیفی آب های زیرزمینی است که روی چگونگی مصارف و مدیریت آنها تاثیر دارد. بنابراین، در این تحقیق با استفاده از 46 نمونه آبی از چاه، قنات و چشمهها در خردادماه 1393 و 1398 و آنالیز پارامترهای یون های اصلی، فرعی و کمیاب، شاخصهای کیفیت آب زیرزمینی GQI و GWQI محاسبه شد. نقشه های خروجی این دو شاخص نشان از تفاوت در تعیین ردههای کیفیت آب شرب منطقه است، انتخاب یکی از این دو شاخص برای تعیین قابلیت شرب منابع آبی منطقه ممکن نبود. بنابراین، در این پژوهش با توجه به تفاوت موجود در خروجیهای دو شاخص استفاده شده، برای دستیابی به یک نقشه واحد روش ترکیب غیرنظارتشده معرفی و استفاده شد. نتایج پژوهش گویای این است که روش غیرنظارت شده ((Unsupervised method با داشتن CI بالاتر نسبت به دو شاخص یادشده، روش ایدهآلتری برای ارزیابی کیفیت منابع آبی منطقه و تعیین صحیحتر ردههای قابلیت شرب است. نتایج نشان داد دشت مرند در کلاس های متوسط و قابل قبول از نظر شاخص GWQI و GQI قرار دارد. بیشترین و کمترین مقدار شاخص GWQI و GQI به ترتیب در جنوب و شمال غربی دشت مشاهده شد. مقایسه نقشههای شاخص کیفیت آب شرب در سالهای 1393 و 1398 نشاندهنده کاهش کیفیت آب طی 5 سال اخیر است.
کلیدواژگان: شاخص GQI، شاخص GWQI، دشت مرند، روش غیرنظارت شده و کیفیت آب های زیرزمینی -
صفحات 1081-1097
مدلسازی آب زیرزمینی مبنایی برای تجزیه و تحلیل کمی و کیفی منابع آب زیرزمینی است که ارزیابی موفقیت آمیز این منابع به شبیهسازی پایدار و قابل اعتماد آن بستگی دارد. چون مدلهای آب زیرزمینی تقریبی از واقعیت هستند. بنابراین، نمیتوان از طریق مدلسازی خصوصیات یک سیستم را به طور کامل تعیین کرد. از این رو، ذاتا همه مدلها درجهای از عدم قطعیت دارند و در نتیجه، وجود عدم قطعیت در مدل آب زیرزمینی، تصمیمگیریهای مدیریتی در رابطه با آن را با خطر شکست مواجه میکند. هدف از این تحقیق، توضیح شیوهای برای شناخت کمی عدم قطعیت در مدلسازی آب زیرزمینی است و اینکه چگونه عدم قطعیت مدل میتواند به عنوان یک ابزاری برای فهم بهتر سیستم مدل شده به کار رفته و اطلاعات لازم را برای کمک به تصمیم گیری آگاهانه تر در اختیار گذارد. بررسی کمی عدم قطعیت در مدلسازی آب زیرزمینی در محدوده مطالعاتی نجف آباد واقع در استان اصفهان انجام شد سه مدل مفهومی، به وسیله موقعیت های مختلف زمین شناسی، تغذیه و مرزهای مدل برای آبخوان نجف آباد تهیه شد. مدلهای مفهومی در حالت پایدار و برای سال آبی 1397 1398 توسعه داده و با استفاده از دادههای مشاهداتی سطح آب واسنجی شدند. همه مدلها، با استفاده از دادههای سطح آب موجود سال 1397 1398، صحت سنجی شدند. مدلها به طور قابل قبولی سطح آب در آبخوان را شبیه سازی کردند. برای انتخاب بهترین مدل از روش معیار انتخاب مدل (AIC، AICC، BIC و KIC) استفاده شد. نتایج نشان داد مدل 1 با بیشترین وزن و کمترین عدم قطعیت به عنوان بهترین مدل معرفی شد.
کلیدواژگان: مدلسازی آب زیرزمینی، عدم قطعیت مدل مفهومی، روش معیار انتخاب مدل، نجفآباد -
صفحات 1099-1111
آب، غذا و انرژی اصلی ترین منابع مورد نیاز برای توسعه جوامع هستند. دیدگاه همبست بر مدیریت به هم پیوسته این منابع تاکید دارد و با تمرکز بر این سه منبع در سطح کلان به کار گرفته می شود. در این تحقیق، ارزیابی و اولویت بندی عوامل موثر و روشهای تخصیص بهینه منابع بر اساس رویکرد همبست آب، انرژی و تولید غذا با فرایند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) در استان البرز در نظر گرفته شده است. به این منظور، معیارها به صورت زوجی در یک تحلیل سلسله مراتبی با اخذ نظرات متخصصان مقایسه شده و میزان اهمیت آنها تعیین شده است که معیارها شامل مدیریت آب، انرژی و غذا می شود. عوامل موثر بر تخصیص بهینه منابع استان البرز تعیین و بررسی شده و به صورت گزینه های چندگانه ارایه شده اند تا به صورت زوجی و براساس پرسشنامههای تکمیل شده توسط متخصصان مقایسه شوند. نتایج نشان می دهد معیار آب نسبت به سایر معیارها با وزن نسبی 4/61 درصد بیشترین تاثیر را در فرایند ارزیابی دارد و معیارهای انرژی و غذا به ترتیب با وزن نسبی 2/26 و 4/12 درصد رتبه های بعدی تاثیرگذاری را دارند. از میان راهکارهای تدوین شده، آموزش و ارتقای آگاهی با امتیاز 9/35 درصد در رتبه نخست و سیاست گذاری زیست محیطی با امتیاز 6/26 درصد در رتبه دوم قرار گرفت. در نتیجه، پیشنهاد می شود راهکارهای آموزش و ارتقای آگاهی و سیاست گذاری زیست محیطی در اولویت قرار گیرند.
کلیدواژگان: تحلیل سلسله مراتبی، ماتریس مقایسه زوجی، همبست، آب، انرژی، تامین غذا -
صفحات 1113-1125
آب یکی از عناصر ضروری در طبیعت است که اساس زندگی انسان را تشکیل می دهد و به رشد و توسعه اقتصادی جوامع کمک می کند. آب سالم ارتباط تنگاتنگی با سلامت محیط زیست و فعالیت ها دارد. زندگی همه جانوران روی کره زمین به آب و اکسیژن بستگی دارد. علاوه بر این، اکسیژن محلول کافی (DO) برای بقای جانوران آبزی بسیار مهم است. از این رو، در این پژوهش برای شبیهسازی اکسیژن محلول در آب رودخانه کامبرلند واقع در ایالات متحده از مدل ترکیبی شبکه عصبی مصنوعی (ANN) با موجک و الگوریتمهای فراابتکاری گرگ خاکستری (GWO) و خفاش (BA) در مقیاس زمانی ماهانه طی دوره آماری 2010-2020 استفاده شد. معیارهای ضریب همبستگی (R2)، مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین مطلق خطا (MAE) و ضریب بهرهوری نش ساتکلیف (NSE) برای ارزیابی و مقایسه عملکرد مدل ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد هر سه مدل هیبریدی، در الگوهای ترکیبی نتایج بهتری نسبت به سایر الگوهای تعیینشده دارند. همچنین، با توجه به معیارهای ارزیابی مشخص شد که از بین مدل های بهکاررفته در شبیه سازی اکسیژن محلول در آب رودخانه، مدل شبکه عصبی مصنوعی موجک با ضریب تعیین (958/0=R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (651/0=RMSE)، میانگین قدرمطلق خطا (334/0=MAE) و ضریب نش ساتکلیف (962/0=NS) در مرحله صحت سنجی عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل ها از خود نشان داده است.
کلیدواژگان: اکسیژن محلول در آب، الگوریتم فراابتکاری، شبیه سازی، مدل هیبریدی -
صفحات 1127-1145
منطقه هایپریک ناحیه ای بلافاصله زیر بستر رودخانه است که اختلاط آب های سطحی پایین رونده با آب زیرسطحی در آن اتفاق می افتد. این منطقه نقش بسیار حیاتی در اکولوژی رودخانه دارد و سبب خودپالایی جریان رودخانه می شود. موانع تخته سنگی موجود در بستر رودخانه ها معمولا مانند موانع نفوذناپذیر عمل می کنند و در بالادست و پایین دست این سازه ها اختلاف هد هیدرولیکی ایجاد می شود و پرش هیدرولیکی در پایین دست آنها اتفاق می افتد. از آنجا که معمولا در پایین دست این موانع حفره آب شستگی نیز شکل می گیرد، هدف از این تحقیق تعیین الگوی حرکتی تبادلات هایپریک با وجود موانع صلب رودخانه ای در سه حالت جریان ریزشی، جریان متغیر سریع و جریان متغیر سریع آب شستگی است. برای بررسی نتایج، از یک فلوم آزمایشگاهی با شیب کف 1 درصد، طول 5 متر، عرض 3/0 متر و ارتفاع 5/0 متر برای مشخص کردن مسیرهای خطوط جریان هایپریک استفاده شد. مصالح بستر استفاده شده در این فلوم دارای قطر میانه 8/6 میلی متر بودند. ضخامت رسوبات بالادست مانع برابر 30 سانتی متر و ضخامت رسوبات پایین دست مانع برابر با 16 سانتی متر در نظر گرفته شد. در این آزمایش ها از یک مانع صلب 30 سانتی متری که به صورت نفوذ کامل درون بستر رسوبات نصب شده بود، استفاده شد. همچنین، از مدل آب زیرزمینی برای شبیه سازی عددی الگوی جریان زیرسطحی استفاده شد. نتایج نشان داد تطابق مناسبی بین الگوی جریان مشاهداتی و محاسباتی در منطقه هایپریک برای دو حالت ایجاد پرش و ریزشی وجود دارد و در حالت ایجاد پرش آب شستگی فقط در محدوده بین دیواره عمودی مانع تا جایی که بیشترین آب شستگی شکل گرفته بود، در مدل آزمایشگاهی جریان بالادست رو به بالا و در مدل عددی جریان پایین دست رو به بالا مشاهده شد. همچنین، با بررسی دبی تبادلی کل (Qex)، زمان ماندگاری (Rt) و درصد دبی تبادلی (Qp) و مقایسه هریک با عدد رینولدز به ترتیب رابطه توانی با ضریب همبستگی 94 و 84 و 77 درصد به دست آمد که از این روابط می توان تخمین مناسبی از پارامترهای جریان هایپریک داشت.
کلیدواژگان: جریان هایپریک، موانع صلب رودخانه ای، دبی تبادلی، زمان ماندگاری، مدل میوز -
صفحات 1147-1161
محاسبه آب مجازی در فرایند تولید برق از مهمترین و جدیدترین مسایل حوزه محیط زیستی است که جایگاه ویژهای در امنیت پیوند آب و انرژی دارد. در ایران به واسطه داشتن منابع فسیلی نیروگاه های فسیلی سهم عمدهای در تامین نیاز برقی کشور دارند. از طرفی، محدودیت منابع آب از اصلیترین چالشهای تولید الکتریسیته در آینده برای کشورمان محسوب خواهد شد. بنابراین، هدف این تحقیق، محاسبه میزان مصرف آب مجازی در برق تولیدی در انواع نیروگاههای فسیلی و همچنین، هزینه آب مجازی مصرف شده برای تولید برق است. برای محاسبه مقادیر آب مصرفی در فرایند تولید برق، از روش حل مخصوص به آن که بر پایه مشخصات فنی نیروگاهها و بازده تولید برق آنهاست، استفاده شد. نتایج نشان داد میزان آب مجازی مصرفی در نیروگاههای مختلف تابع نوع نیروگاه و نوع سیستم خنک کننده آن است. مصرف آب در نیروگاههای بخاری، سیکل ترکیبی و گازی به ترتیب برابر است با 38/1، 29/0 و 025/0 لیتر بر کیلوواتساعت و در نیروگاههای فتوولتاییک و بادی ناچیز است. بنابراین، برای توسعه و رشد صنعت نیروگاهی کشور، انتخاب نوع نیروگاه و به ویژه نوع سیستم خنک کننده در صرفه جویی مصرف آب نقش مهمی ایفا میکند. هرچند که به دلیل ارزان بودن قیمت هر واحد آب خام صنعتی، شرب مراکز دولتی و آبیاری فضای سبز، مقدار هزینه آب مجازی ناچیز و قابل چشم پوشی است، اما مصرف زیاد آب در فرایندهای نیروگاهی برای تولید برق به عنوان یک صنعت آب بر نشان میدهد با انتخاب آگاهانه در مسیر توسعه انرژی میتوان مقدار قابل توجهی از هدررفت منابع آب و نیز کاهش آلودگی حرارتی منابع آبی (در سیستمهای خنک کننده یک بارگذر) جلوگیری کرد.
کلیدواژگان: آب مجازی، تولید برق، نیروگاه تجدیدپذیر، نیروگاه فسیلی -
صفحات 1163-1171
بررسی مسیله تابآوری چاههای آب شرب و ارایه مدلی بهینه در تعیین حریم کیفی آنها، یکی از ابزارهای مهم مدیریت و حفاظت از منابع ارزشمند آبهای زیرزمینی محسوب میشود. در این مقاله از مدل دراستیک برای ارزیابی تابآوری بر مبنای آسیبپذیری ذاتی آبخوان بر اساس مدلMODFLOW و ردیابی حرکت ذرات در آبخوان به وسیله MODPATH برای تعیین ناحیه گیرش چاهها استفاده شده است. با تلفیق نتایج هر دو مدل در محیط GIS نقشه ریسک آلودگی و میزان تابآوری چاههای آب شرب در محدوده شهرستان مراغه به صورت ناحیهای و در محدوده ناحیه گیرش چاههای آب شرب تعیین شد. همچنین، تعیین تابآوری بر اساس آسیبهای ناشی از آلایندهها به آبخوان در محدوده حریم کیفی چاهها از یک مدل ارزیابی کیفی بر اساس آلایندهها برای تعیین دقیقتر حریم کیفی استفاده شد. بیشتر چاههای شرب موجود در محدوده با تابآوری کمتر با کاربری اراضی کشاورزی بود. میزان نیترات در چاههای آب شرب مراغه به طور میانگین mg/L3/7 بوده که پایین از حد استاندارد است. میزان فسفات نیز به طور میانگین mg/L35/0 بوده که بالاتر از حد استاندارد آن است. با توجه به تعیین حریم کیفی چاه شرب در سالهای مختلف باید حریم کیفی بزرگتری (دهساله) برای چاههای این مناطق در نظر گرفته شود. برای مناطق با تابآوری زیاد و کاربریهای اراضی دیگر میتوان حریم حفاظتی کوچکتری اعمال کرد.
کلیدواژگان: تاب آوری، فسفات، نیترات، MODFLOW، MODPATH -
صفحات 1173-1187
طی دو قرن اخیر، مداخله گسترده انسان در طبیعت منجر به بروز تغییرات قابل توجهی در منابع آب، خاک و پوشش گیاهی سطح زمین شده است. هرچند تحلیل تصاویر سنجش از دور چندزمانه پایش مداوم این تغییرات را فراهم کرده است، ولی یکی از چالشهای مهم در این حوزه، شیوه استفاده از تصاویر چندسنسوری است. هدف پژوهش حاضر، ارایه روشی برای شناسایی تغییرات آب، خاک و پوشش گیاهی سطح زمین با تصاویر سنجشازدور چندسنسوری است. در این راستا، مولفههای بیوفیزیکی جدیدی برای سنجنده Sentinel2B تعریف شده و یک روش نوین بدون نظارت برای تشخیص تغییرات باینری و چندگانه توسعه داده شده است. برای ارزیابی روش پیشنهادی از تصاویر سنجندههای Landsat8 OLI و Sentinel2B حاشیه جنوب غربی دریاچه ارومیه استفاده شد. در روش پیشنهادی؛ ابتدا تعمیمپذیری پارامترهای تبدیل Tasseled Cap (TC) بررسی شده و تبدیل TCجدیدی برای سنجنده Sentinel2B برآورد شد. بعد از اعمال TC، تصاویر از فضای چندطیفی به فضای بیوفیزیکی انتقال یافته و با روش پیرایش تکراری چندمتغیره پیشنهادی، نقشه باینری تغییرات منطقه تولید شد. در ادامه با استفاده از تکنیک خوشهبندی FCM نمونههای تغییریافته به تعداد مشخصی خوشه که تعداد آنها با معیار WSJI تعیین میشود و یکی از نوآوریهای پژوهش حاضر است، تفکیک شدند. معیارهای صحت کلی، خطای ازدسترفته و هشدار اشتباه در روش پیشنهادی بهترتیب برابر 06/92، 62/9 و 27/6 است که بیانگر کارایی زیاد روش پیشنهادی است. روش ارایهشده در این مقاله میتواند به عنوان یک تکنیک بدون نظارت، دقیق و قابل اعتماد برای تشخیص تغییرات آب، خاک و پوشش گیاهی سطح زمین مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژگان: شناسایی بدون نظارت تغییرات، تصاویر چندسنسوری، تبدیل Tasseled Cap، خوشه بندی FCM، معیار WSJI -
صفحات 1189-1197
با توجه به اینکه گرمایش زمین عامل تهدیدکنندهای برای زندگی بشر در کره زمین است، پیشبینی تغییرات اقلیمی در آینده امری ضروری به حساب میآید. از اهداف این مطالعه، پیشبینی دما و بارش روزانه آینده نزدیک (2021-2040)، با استفاده از مدلهای گردش عمومی جو- اقیانوس (AOGCM) و نیز کاهش عدم قطعیتها آنها است. بنابراین، در این تحقیق ابتدا، از میان مدلهای بررسیشده، 5 مدل مناسب شامل HADGEM2-ES،MICRO IPSL-CM5A-LR،NOERESM1-M ESM2M-GFDEL انتخاب و به روش LARS-WG ریزمقیاسنمایی شد. سپس، با استفاده از دو رویکرد وزندهی Raisanen و میانگین مشاهداتی دما و بارش (MOTP) جهت وزندهی و همادی کردن مدلهای چندگانه (Ensemble Multi-Model) استفاده شد. نتایج نشان میدهد دمای حداکثر در تمامی ماهها افزایش مییابد که بیشترین افزایش دما در مدل Raisanen، در ماه فوریه و کمترین افزایش در ماه اکتبر است. در مدل وزندهی MOTP، بیشترین افزایش دما در ماه ژانویه و کمترین افزایش دما، ماه آگوست است. تغییرات بارندگی در ماههای ژوین، جولای و آگوست کاهش چشمگیری را به دلیل بارش مشاهداتی جزیی داشته است. در این تحقیق روش وزندهی MOTP برای پیشبینی متغیرهای اقلیمی در دورههای آینده به دلیل داشتن R2 بالاتر و کمترین RMSE به عنوان روش بهتر در پیشبینی دادههای اقلیمی انتخاب شد. طبق نتایج بهدستآمده انتظار میرود بازخورد بارزی در بیلان آبی منطقه به دلیل اثر افزایش دما و افزایش تبخیر به وجود آید و همچنین، پتانسیلی برای تغییر در وقایع جوی و هیدرولوژی حوزه به وجود آید.
کلیدواژگان: تغییر اقلیم، مدلهای گردش عمومی اقیانوس اتمسفر (AOGCM)، روشهای وزندهی، مدلهای چندگانه گروهی
-
Pages 891-905
The important role of land use and land cover in the Lake Urmia basin on the water consumption of this area due to better water management in the basin, has made it necessary to have in-depth knowledge of basic information such as land use and land cover. Unfortunately, the available information and statistical sources about LU/LC of basin sometimes are insufficient and contradictory. This study, as one of the important aspects affecting the address of the Urmia Lake issue, has determined the databases that provide land use maps from satellite images, also it examines the accuracy of these global products and compares them with the map which is created by object oriented method with eCognition software. The results of the overall accuracy assessment of the maps illustate that the land use maps extracted from the LCtype and GLCF global products are performing well, and Globecover has provided poor results in this regard. There was the best fit in the results of the MODIS product, so that the MODIS product is not only better in pixel dimensions than most products, but also has the longest land use extraction time in terms of time sequence. The results of this product in the study were in good agreement with the map produced by the object-oriented method, therefore it is recommended to use the MODIS land use product in studies related to the Urmia Lake basin.
Keywords: Urmia Lake Basin, Land use, global products, object-oriented, MODIS -
Pages 907-923Iran has long suffered from water shortages and insufficient rainfall. Due to this, the Iranians started to build agricultural wells to obtain suitable water for agriculture. With the advancement of technology and the advent of electricity and electric motors, the use and drilling of agricultural wells took on a new form. Today, it is observed throughout Iran that using various technologies, wells with many deep and semi-deep depths have been drilled throughout the country, which, in addition to its benefits for farmers, also poses many problems in terms of effects. They create an environment on groundwater aquifers. In 2017, electricity consumption in this area was about 37,285 GWh, which is 15% of the total electricity in the country, which shows a high figure. Another important point is that this figure has grown so much in recent years that it has risen from 11079 GWh or 10.8% in 2001. Given this, in this study, we intend to address the trend of agricultural wells in Iran and suggestions to reduce this amount of energy consumption. In this regard, methods to reduce the consumption of agricultural irrigation systems, improve performance, or use a diesel pump or solar power are examined. This analysis is based on the 5 main watersheds of the country.Keywords: agriculture well, electricity consumption, Diesel pump, photovoltaic electricity
-
Pages 925-939Due to the advances made in remote sensing technology, collecting information on the quality of surface water resources by this technology, while reducing the cost and time of traditional sampling, can cover all surface water areas. To monitor. In this study, the capability of Sentinel-2 and Landsat-8 satellite images to estimate the concentration of water quality parameters including acidity, electrical conductivity, total soluble solids, alkalinity and surface water temperature were investigated. First, the Sentinel-2 and Landsat-8 satellite images were pre-processed and then the appropriate bands were determined to identify a significant relationship between the values of each water quality parameter and the images were determined using linear regression and their accuracy was calculated for the actual values. The results show the superiority of Sentinel-2 images with Pearson coefficient, standard error and RMSe for PH parameter equal to 0.58, 0.28 and 0.29, EC equal to 0.847, 78.7 and 77.22, TDS equal to 0.895, 45.8 and 44.37 and for the alkalinity parameter only through Landsat-8 images with Pearson coefficient, standard error and RMSe equal to 0.473, 22 and 21.8, respectively. Both satellite images can be used for the water surface temperature parameter due to the high Pearson coefficient. These values are 0.871, 2.9 and 2.85 for Landsat-8 and 0.752 for Sentinel-2, respectively. 0, 14.4 and 4.06.Keywords: Water quality monitoring, remote sensing, Sentinel-2, Landsat-8, Seymareh dam reservoir
-
Pages 941-952
Population increase, excessive consumption, agriculture development and climate change have caused a severe decrease in water sources. This dilemma is more tangible in developing countries such as Iran. Therefore it is necessary to adopt important policies in order to improve water management and decrease the water loss. The aim of this research is helping to improve the management of water distribution in irrigation and drainage network in GharaZia-addin city using Spatial Information Systems and Ant Colony Optimization. In this paper, the optimum area for each crop was calculated by designing an objective function and applying constraints such as minimum and maximum plant area for each crop. Then these areas were prioritized by Ant Colony Optimization method and particularly by the travelling salesman problem’s approach in a way that the crops with higher irrigation water demands and more irrigation periods to be planted in the beginning of the network channel. The aim of prioritization is to prevent the water loss during the transportation of water in the water network system. At the end, the obtained areas were used as the input data into GIS to analyze and evaluate the results on the case study field. The results of the study show that by applying Ant Colony Optimization method and the Travelling Salesman Problem, it is possible to improve water management in irrigation and drainage networks. In addition to prevention of water loss in the pipes, the net profit of the agricultural activities has increased 10% by using the method mentioned above
Keywords: Water distribution, Geospatial Information Systems, Irrigation, drainage networks, Ant colony Algorithm, Travelling Salesman Problem -
Pages 953-960
Since the selected habitat indexes provide a description of the habitat characteristics of a species, this study was conducted to investigate the habitat preference of Garra rufa in Dinorab River (Kermanshah Province), a tributary of the Karkheh River basin. For this purpose, the habitat characteristics, including water depth, water velocity, river width, potamal area width, predominant type of bedrock cover, pH, temperature, electrical conductivity (EC), total dissolved solids (TDS) were measured and recorded in 18 sub-stations belonging to six main stations from downstream to upstream. The used and selected habitat ranges were obtained according to the availability of each habitat unit for each variable. The results showed that the most preferred water depth is 26-30 m with a suitability index (SI) of 0.779, river width of 6-7.2 m with SI of 0.7, the water velocity 0.24-0.31 m/s with SI of 0.38, bed structure with medium diameter of 5-5.5 cm with SI of 1, water temperature 18-19 °C with SI of 0.618, pH 7.32-7.44 with SI of 0.545, EC 290-310 with SI of 0.767, TDS in the range of 580-610 ppm with SI of 0.712 and potamal width 4.8-6 with SI of 0.634. The results showed that the Dinorab River is a moderately suitable habitat for Garra rufa.
Keywords: Habitat Suitability, Garra rufa, Environmental variables, Dinorab River -
Pages 961-974
Today, due to uncontrolled withdrawal of groundwater resources and declining water table, especially in arid and semi-arid regions, planning and management in the consumption of these valuable resources are of great importance, which requires a study of the behavior of the aquifer in relation to the changes made on it. The purpose of this study is to investigate the efficiency of random forest algorithm in predicting the water table of the unconfined aquifer of Birjand plain and to compare the results with two models of decision tree and artificial neural network. In this regard, first, the input data to the model was collected on a monthly basis during 2010-2011 until 2016-2017 water years, and after checking the trend and removing it, to create the mentioned models, the rattle software package in the statistical software R was used. The results of simulation using the random forest algorithm based on evaluation criteria of R2=0.714, RMSE=0.003 and NS=0.598 (m) show that this algorithm has a relatively high ability to simulate the aquifer water table. Comparing the results of this algorithm with two decision tree and artificial neural network models, it can be seen that the results of the random forest algorithm compared to the decision tree model with R2 = 0.5409, RMSE = 0.0072 and NS = -0.0187 (m) is more consistent with the actual water table of the aquifer and is in line with results of the artificial neural network with R2 = 0.7055, RMSE = 0.003 and NS = 0.6046 (m).
Keywords: Evaluation criteria, Groundwater, Statistical software R, Water Table Simulation -
Pages 975-988
Due to the location of Iran in arid and semi-arid regions and type of soils common in Iran, the high rate of erosion and sediment is one of our country problems. The amount of sediment produced is the result of complex interactions between climate, soil type, landuse and human activities. Therefore, obtaining appropriate methods in predicting sediment load can be considered as one of the most important challenges. The main purpose of this study is to identify critical areas in terms of erosion and sediment in upstream watershed of Nahand Dam located in East-Azarbaijan province. In this regard, SWAT model was calibrated and validated using SUFI-2 algorithm to predict monthly discharge and sediment load. Nash-Sutcliffe (NS) as the objective function for discharge in the calibration and validation periods were 0.84 and 0.75, respectively. The Nash-Sutcliffe coefficient of sediment load was calculated to be 0.65 in the calibration period and 0.8 in the validation period. Then, using the results of the SWAT model, the average runoff and sediment outflow of the sub-basins were classified by method of Natural Breaks (Jenks) and the critical areas of erosion were determined. Accordingly, 5,200 square kilometers (25%) of the watershed area, which are classified in the class with more sediment production, are critical areas in terms of erosion and sediment. Since erosion causes the destruction and reduction of soil fertility and on the other hand, the produced sediments are deposited in dam reservoir, so it is necessary to perform erosion control operations in these sub-basins.
Keywords: simulation, Runoff, basin sediment load, critical areas, SWAT Model -
Pages 989-1006
The study of statistics and information on annual damages caused by floods in Iran indicates the extent of flood damage to natural resources. The use of geospatial information and remote sensing technologies can be very helpful in reducing these damages and better planning. In the present study, these technologies have been used for flood zoning in the Karun River in Ahvaz city. The zoning of the study area was done by combining hydraulic model and ArcGIS software through HEC-Geo RAS extension along 33 km of this river. In order to extract the border of the river banks in the urban area of Ahvaz, the supervised classification and Landsat satellite images were used. After introducing the geometric information to the model, the value of the Manning roughness coefficient is determined for different periods and then the return periods of 2, 50, and 100 years are introduced. The maximum speeds in the return periods were 2.6, 6.15, and 7.2 m/s, respectively, which are within the allowable flood speeds. This means that if the river banks are organized and fenced, scouring, erosion, and sedimentation will not occur and water will flow in the main canal without destruction. Preparation of flood warning systems based on precipitation with a high return period that leads to extreme floods, walling, beach construction, and river management in unstable and erodible sections of the river and improving the slope of the bed and canal dredging in the required sections, including the proposed executive solutions for organizing Karun River.
Keywords: flood zoning, GIS, remote sensing, Manning's Coefficient, HEC-RAS -
Pages 1007-1024
Flow resistance is a key factor in open channels hydraulic analysis. Resistance to bed particles causes energy loss. As the particle size increases, the resistance increases. Experimental evidence shows that large particles in the river bed exert flow resistance. In this study, the factors that cause flow resistance in rivers have been investigated and the effective parameters (depth and width of flow, equivalent roughness height) on the habitat have been discussed. To investigate the effect of flow resistance parameters on aquatic habitat, Jajrood River and rainbow trout species have been selected. During the field visit, the coordinates of the map were matched with the location and samples of surface and subsurface materials were taken. By performing gradation in the laboratory and using Manning’s equation and stage discharge curves, the hydraulic roughness coefficient was calculated. Then grain size roughness was obtained using experimental relationships. Shape roughness coefficient was calculated by subtracting the two roughness coefficients and was used in the hydraulic simulation. Water levels obtained from the hydraulic model were used to simulate the habitat. The effect of flow depth and width and equivalent roughness height parameters on the habitat at the three life stages of the target species, namely fry, juvenile and adult, was analyzed using simulation results. In general, with increasing the width and depth of the stream and the equivalent roughness height, the habitat suitability for the target species increased. The factor that causes the most change in habitat suitability is the width of the stream,
Keywords: flow resistance parameters, Habitat Suitability, Jajrood River, hydraulic model, habitat model -
Pages 1025-1044
Assessment of drinking water resources quality and determination of natural and anthropogenic effective factors on their chemical composition has an important role in sustainability of ecosystems depending on these resources. In this study, aimed at assessing water quality of rivers and springs in Shirin Darreh dam watershed and the reservoir and investigating the effect of formations lithology on their quality, water quality data in 2018-2019 water year for 33 samples of the rivers, 6 samples of springs and one sample collected from the reservoir were used. Three water quality indices including WQIB, WQIMT, and WQIDD were calculated for these samples. 10 sediment samples were collected from the study area and their mineral content were determined to study the lithology effect on water quality. The results of Gibbs diagram showed that rock weathering was more important than evaporation and precipitation in determining the chemical composition of the study water resources. Also, the major type and face in the collected water samples, and gypsum, shale and marl were detected as the most important source of these ions. The results reflect the effect of the lithology on the chemical composition of the study water resources. Gypsum and the various clay minerals that were in accordance with the hydrogeochemical studies.The stored water in the reservoir had higher quality for drinking that can be contributed to the springs joining in adjacent to the reservoir. The higher quality of these springs can be due to their origin in the Tirgan karstic Formation.
Keywords: Drinking water resources quality, Rock weathering, Type, face, Formations lithology, Karstic origin -
Pages 1045-1059
In recent decades, increase of population and development of industries, the occurrence of drought and increasing water consumption has put pressure on the province's water resources. This situation has many environmental and socio-economic consequences. Therefore, the aim of present study is to monitor drought and evaluate its economic and social effects. The present research is applied terms purpose and descriptive-analytical in terms survey. The statistical population in this study includes experts and elites the study area, that finally 80 elites in the province were selected by census method. SPSS Amos and GIS software were used analyze data. Based the results obtained from the processing of precipitation data and TRMM satellite images during the period 1998-2019, it was found that there was no significant difference between frequency of occurrence drywet periods in Tehran province. However, in the last years the study period, rainfall anomalies in Tehran province are more prone to drought, and the last 7 years, three widespread and relatively severe droughts have occurred. In general, it can be said that the phenomenon of drought in Tehran first caused psychological and social tensions and injuries (with the highest factor load of 0.894) with development this phenomenon, the ground for creating a crisis production and livelihood (factor load 0.850) becomes. Following these effects, another phenomenon called poverty and misery appears (with a factor load of 0.698) and finally these factors underlie the migration of individuals and changes in population structure (with a factor load of 0.733) at the origin and destination.
Keywords: social vulnerability, factor analysis, SPI Index, Tehran Metropolis, Livelihood Crisis -
Pages 1061-1080
Marand aquifer is one of the large plains with extensive agricultural and industrial activities and it is categorized in critical aquifer class. One of the problems of groundwater decline is groundwater quality changes that affect how they are used and managed. Therefore, in this study, using 46 water samples from wells, qanats and springs in June 2014 and June 2017 and analyzing the parameters of main, secondary and rare ions to calculate the GQI and GWQI groundwater quality indices. According to the output maps of these two indicators, which show the difference in determining the quality of drinking water in the region, it was not possible to choose one of these two indicators to determine the drinking water capacity of the region. The two indicators used, in order to achieve a single map, the method of unsupervised combination was introduced and used. The results indicate that a higher CI than the results of the two indicators. The results showed that Marand plain is in the middle and acceptable classes in terms of GWQI and GQI index. The highest and lowest GWQI and GQI indices were observed in the south and northwest of the plain, respectively. Comparison of drinking water quality index maps of the study area in 2014 and 2017 shows that in 2017 the area of plain, indicates a decrease in water quality over the last 5 years.
Keywords: Groundwater quality, drinking water, GQI Index, GWQI Index, Unsupervised Combination, Marand Plain -
Pages 1081-1097
Groundwater modeling is the foundation for quantitative analysis of groundwater resources, the successful assessment of which depends on its stable and reliable simulation. Because groundwater models are an approximation of reality, it is impossible to quite determine a system's properties through modeling or to mathematically describe the complex properties of a hydrogeological system. Therefore, inherently, all models have a degree of uncertainty, and as a result, the existence of uncertainty in the groundwater model sets managerial decisions in relation to it at risk of failure. The purpose of this study is to explain a method for quantitative recognition of groundwater uncertainty and how model uncertainty can be used as a tool to better realize the modeled system and provide the information needed to help make more informed decisions. A quantitative investigation of groundwater modeling was performed in Najafabad located in Isfahan province. Three conceptual models were created for Najafabad aquifer by different geological settings, recharging, and model boundaries. Conceptual models were developed in steady-state for 2018-2019 and calibrated using observational data. All models were validated using available water level data of 2018-2019. The models reliably simulated the water level in the aquifer. To select the best model, the model selection criteria (AIC, AICC, BIC, and KIC) was used. The results showed that model number 1 with the highest weight and the least uncertainty was introduced as the best model.
Keywords: Groundwater Modeling, Conceptual Model Uncertainty, Model selection criteria, Najafabad -
Pages 1099-1111
Water, food and energy are the main resources needed for the development of communities. The nexus view emphasizes the interconnected management of these resources and has been applied with a focus on three sources at the macro level. In this research, evaluation and prioritization of effective factors and methods of optimal resource allocation based on the nexus approach of water, energy and food production with the Analytic Hierarchy Process (AHP) in Alborz province has been considered. For this purpose, the criteria were compared in pairs in a hierarchical analysis with the opinions of experts and their importance was determined. Criteria including water, food and energy were considered. Factors affecting the optimal allocation of resources in Alborz province were determined and presented as multiple choice and compared in pairs based on questionnaires completed by experts. The results showed that the water criterion with the relative weight of 61.4% has the greatest impact on the evaluation process compared to other criteria and the energy and food criteria with the relative weight of 26.2% and 12.4% have the most impact, respectively. Among the developed strategies, education and awareness raising with a score of 35.9% was ranked first, and environmental policy with a score of 26.6% was ranked second. Therefore, it is suggested that strategies for education and promotion of awareness and environmental policy be given priority.
Keywords: Hierarchical Analysis, Paired comparison matrix, Nexus, Water, Energy -
Pages 1113-1125
Water is one of the most essential elements in nature that forms the basis of human life and contributes to the economic growth and development of societies. Healthy water is closely related to environmental health and activities. The life of all animals on Earth depends on water and oxygen. In addition, adequate dissolved oxygen (DO) is essential for the survival of aquatic animals. Therefore, in this study, to simulate the dissolved oxygen of the Cumberland River in the United States from the combined artificial neural network (ANN) model with wavelet and meta-heuristic algorithms of gray wolf (GWO) and bat (BA) on a monthly time scale during the statistical period. Used 2020-2010. The criteria of correlation coefficient (R2), squared mean square error (RMSE), absolute mean error (MAE) and Nash-Sutcliffe productivity coefficient (NSE) were used to evaluate and compare the performance of the models. The results showed that all three hybrid models have better results in hybrid models than the other designated models. Also, according to the evaluation criteria, it was found that among the models used in the simulation of dissolved oxygen in river water, the model of artificial neural network-wavelet with coefficient of determination (R2 = 0.958), the root mean square error (RMSE = 0.651), The mean absolute value of error (MAE = 0.334) and Nash Sutcliffe coefficient (NS = 0.962) in the validation stage showed better performance than other models.
Keywords: Dissolved Oxygen, Meta-heuristic algorithm, simulation, Hybrid Model -
Pages 1127-1145
The Hyperic region is an area immediately below the riverbed in which the mixing of downwelling surface water with subsurface flow occurs. This area plays a very vital role in the ecology of the river and causes self-purification of the river flow. Rockboulders in riverbeds usually act as impermable barriers, creating a hydraulic head difference upstream and downstream of these structures, and a hydraulic jump occurs downstream. Since scour hole is usually formed downstream of these barriers, so the purpose of this study was to determine the different pattern of hyperic exchanges around rigid river barriers in three different flow conditions(i.e., clinging nappe, rapid variable flow and hydraulic jump-scouring. To evaluate the results, a laboratory flume was used to determine the flowpaths of hyperic streamlines. The numerical model was also used for simulation of hyporheicflow. The results showed that there was a good agreement between the observed and computational flowpattern in the hyperic area for both clinging nappe and hydraulic jump, and Upstream Directed Upwelling(UDU) was observed in the area between the vertical barrier wall and the point of maximum scour depth and downstream Directed Upwelling(DDU) was observed in the numerical model. Also, the results showed that there are a power relations between total exchange rate(Qex), the residence time(Rt) and the percentage of exchange rate(Qp) against Reynolds number and correlation coefficient of 95, 81 and 86% was obtained for Qex, Rt and Qp, respectively. The accuracy of estimation shows that these relations can be used for estimation of hyporheic characteristics.
Keywords: Hyperic flow, Rigid river steps, exchange flow, Resistance time, Model muse -
Pages 1147-1161
Currently in Iran, due to the availability of fossil resources, a huge amount of the country's electricity needs are met with the help of fossil power plants. But limited water resources will be one of the main challenges in generating electricity for our country in the future. Therefore, the purpose of this study is to calculate the amount of virtual water consumption in electricity generation in various fossil and renewable power plants and also the cost of virtual water used to generate electricity. Water consumption in steam turbine, combined cycle and gas turbine is equal to 1.38, 0.29 and 0.025 liters per kilowatt-hour, respectively, and in photovoltaic and wind power plants is very low. Therefore, in order to develop and grow the country's power industry, choosing the type of power plant and especially the type of cooling system plays an important role in saving water consumption. Although the cost of virtual water is negligible due to the low cost of each unit of industrial raw water, drinking water in government centers and irrigation of green spaces, the high consumption of water in power plant processes to generate electricity as a water industry shows Shows that by consciously choosing the path of energy development, a significant amount of waste of water resources can be prevented and also the reduction of heat pollution of water resources (in single-pass cooling systems) can be prevented.
Keywords: Fossil Power Plant, Power generation, Renewable Power Plant, Virtual water -
Pages 1163-1171Background
Investigating the issue of resilience of drinking water wells and presenting an optimal model in determining their quality privacy is one of the most important tools for managing and protecting valuable groundwater resources. In this paper, the drastic model is used to evaluate resilience based on the inherent vulnerability of the aquifer based on the MODFLOW model and track the movement of particles in the aquifer by MODPATH to determine the catchment area of wells.
Materials and MethodsBy Combining the results of both models in GIS environment, the pollution risk map and the resilience of drinking water wells in Maragheh city were determined regionally and in the catchment area of drinking water wells. Also, determination of resilience based on damage caused to pollutants to the aquifer within the quality area of wells. A quality assessment model based on pollutants was used to determine the quality area more accurately.
ResultsMost of the drinking wells in the area were less resilient with agricultural land use. Nitrate content in Maragheh drinking water wells averaged 7.3 mg/L, which is below the standard. Phosphate content was 0.35 mg/L on average, which is higher than the standard.
Discussion and conclusionDue to determining the quality of drinking wells in different years, a larger quality area (ten years) should be considered for wells in these areas. Smaller protection can be applied to areas with high resilience and other land uses.
Keywords: Resilience, phosphate, nitrate, Maragheh, drinking water well -
Pages 1173-1187
Over the last two centuries, natural hazards and widespread human activities have led to significant changes in water, soil, and vegetation covers. Although, multi-temporal remote sensing (RS) images provide continuous monitoring of changes in land surface, one of the most important challenges is applying multi-sensor images to detect land cover changes in unsupervised flow. This study aims to provide a method for changes detection in water, soil, and vegetation covers within multi-sensor RS images. In this regard, new biophysical parameters have been defined for the Sentinel2B sensor, as well as a new unsupervised method for binary and multiple changes detection has been developed. Landsat8 OLI and Sentinel2B images of the southwestern shore of the Urmia Lake were used to evaluate this method. In the proposed method; first, the generalizability of the Tasseled Cap (TC) transformation was investigated and a new TC transformation for the Sentinel2B sensor was estimated. After TC, the images were transferred from multispectral feature space to biophysical feature space, and a binary changes map was generated using the proposed multivariate iterative trimming method. Then, via FCM clustering, the changed samples were separated into a certain number of clusters determined by the WSJI criterion which is one of the innovations of the proposed method. Overall accuracy, missed error, and false alarm of the proposed approach are %92.06, %9.62, and %6.27, respectively. The proposed method in this paper can be used as an unsupervised, accurate, and reliable technique for changes detection in water, soil, and vegetation covers.
Keywords: Unsupervised change detection, multisensor images, Tasseled Cap, FCM, WSJI -
Pages 1189-1197
Given that global warming is a threat to human life on Earth, predicting future climate change is essential. One of the objectives of this study is to predict daily temperature and precipitation in the near future (2021-2040), using general atmosphere-ocean circulation (AOGCM) models and reduce their uncertainties. Therefore, in this study, first, among the studied models, 5 suitable models including HADGEM2-ES, MICRO IPSL-CM5A-LR, NOERESM1-M ESM2M-GFDEL were selected and downscale by LARS-WG method. Then, using two approaches of Raisanen weighting and observational mean temperature and precipitation (MOTP) were used to weight and ensemble multiple models. The results show that the maximum temperature increases in all months, with the highest temperature increase in the Riesen model in February and the lowest increase in October. In the MOTP weighting model, the highest temperature increase is in January and the lowest temperature increase is in August. The percentage of rainfall changes in June, July and August decreased significantly due to slight observational rainfall. In this study, the MOTP weighting method was chosen to predict climate variables in future periods due to having a higher R2 and the lowest RMSE as a better method in predicting climate data. Therefore, according to the results, it is expected that significant feedback in the water balance of the region will be due to the effect of increasing temperature and increased evaporation, as well as the potential for changes in atmospheric events and hydrology of the basin.
Keywords: Climate change, Ocean-atmosphere general circulation models (AOGCM), Weighting methods, Multiple group models