فهرست مطالب

علوم و مهندسی آبخیزداری ایران - پیاپی 56 (بهار 1401)

مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران
پیاپی 56 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/22
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امید اسدی نلیوان*، غلامرضا خسروی، مهدی تیموری، فرزانه وکیلی تجره صفحات 1-11

    در تحقیق حاضر تغییرات رژیم رسوب در دو دوره آماری «جریان طبیعی» و «جریان تغییریافته/ واریزه ای» مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تعیین میزان اختلاف معنی دار بین دو دوره (71-1345) و (94-1372) از آزمون معنی داری استفاده شد. به منظور تعیین مناسب ترین روش منحنی سنجه رسوب و ضرایب اصلاحی، نتایج حاصل از روش های منحنی های سنجه یک خطی، دوخطی، حد وسط و ضرایب اصلاحی، شامل FAO, MVUE, QMLE و Smearing مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که از سال 1372 با شروع سیل های بزرگ، رژیم دبی رسوب با شدت زیاد و روند افزایشی از حالت طبیعی خارج شده است و در دوره 1390 تا 1394 بیشترین میزان انتقال رسوب به شکل جریان واریزه ای است. در بین روش ها، روش منحنی یک خطی و ضریب اصلاحی Smearing برای دوره رژیم رسوب طبیعی (71-1345) و روش منحنی دوخطی و ضریب اصلاحی Smearing برای دوره رژیم رسوب تغییریافته/ جریان واریزه ای (72-1372) دقت بیشتری در برآورد دبی رسوب دارند. از طرفی روش منحنی یک خطی بدون احتساب ضرایب اصلاحی خطای کم تخمینی بالاتری دارد و از بین ضرایب اصلاحی عنوان شده، ضریب FAO خطای بیش تخمینی بسیار بالایی دارد. در روش حد وسط دسته ها، به واسطه کاهش اثر نقاط پایین، برآورد رسوب دهی در دبی های بالا بهبود می یابد.

    کلیدواژگان: رژیم رسوب، منحنی سنجه رسوب، ضرایب اصلاحی برآورد بار معلق، خرمارود
  • سامان غفاری، مهدی یاسی*، جواد فرهودی صفحات 12-21

    حذف سد از روش های احیاء زیست بوم رودخانه است. در پژوهش حاضر، حذف سد وشمگیر بر روی رودخانه گرگانرود در استان گلستان، به دلیل حجم بالای رسوبات درون مخزن و پایان عمر مفید آن موردنظر قرار گرفت. سه سناریو جهت حذف سد وشمگیر انتخاب شد: 1- حذف کامل (مشابه شکست ناگهانی سد در روز آفتابی با مخزن پر از آب)؛ 2- حذف پله ای سرریز؛ و 3- حذف با رسوبات پایدار. مدل سازی سه سناریو حذف سد مدل یک بعدی HEC-RAS برای جریان ناپایدار با انتقال رسوب در شش بازه با طول 128 کیلومتر (از سد وشمگیر تا دهانه دریای خزر) انجام یافت. نتایج نشان داد که سناریو اول بیشترین میزان فرسایش و رسوب گذاری را در بازه های رودخانه ایجاد می کند. بیشترین رسوب گذاری در بازه اول (21 کیلومتر پایین دست سد وشمگیر) و بیشترین فرسایش در بازه ششم (به سوی دریا) است. در سناریو دوم، شدت تغییرات بستر رودخانه کمتر شده؛ و بیشترین رسوب گذاری و فرسایش به ترتیب در بازه اول و پنجم روی خواهد داد. نتایج مدل سازی سناریو سوم، به دلیل شدت های کم فرسایش و رسوب گذاری، با عدم قطعیت همراه بود. سناریو دوم (حذف پله ای سرریز) به دلیل شدت تغییرات کمتر بستر و قابلیت بازتوانی تدریجی زیست بوم رودخانه، به عنوان بهترین گزینه پیشنهاد می گردد.

    کلیدواژگان: تغییرات رودخانه، ساماندهی رودخانه، شکست سد، مدل سازی مرفولوژیکی رودخانه
  • علیرضا واعظی*، اولدوز بخشی راد صفحات 22-31

    شماره منحنی یکی از روش های رایج برای برآورد رواناب سطحی در حوزه های آبخیز است. عدم قطعیت در برآورد رواناب غالبا به دلیل پیش فرض آن برای نسبت نگهداشت اولیه است l= 0.2 مطالعه حاضر به منظور ارزیابی دقت روش شماره منحنی در برآورد رواناب در برخی از زیرحوضه های رود ارس شامل لیوار، کلاله و شکرعلی چای در منطقه نیمه خشک شمال غرب ایران انجام گرفت. مقادیر رواناب بر اساس داده های ایستگاه های هیدرومتری برای دوره 30 ساله (از سال 1366 تا 1396) استخراج و با مقادیر برآوردی مدل مقایسه شد. برآورد رواناب برای هر زیرحوضه با استفاده از حداکثر ظرفیت نگهداشت آن (S) انجام شد. بر اساس نتایج، میانگین رواناب سالانه در زیرحوزه های لیوار، کلاله و شکر علی چای 4/ 6، 45 /1 و 5/ 9 میلی متر است. ضریب کارایی روش شماره منحنی در زیرحوزه های لیوار، کلاله و شکرعلی چای به ترتیب 44/ 0-، 25/ 0- و 27/ 0- درصد بود. کاربرد این روش منجر به بیش برآوردی در مقادیر کوچک رواناب و کم برآوردی در مقادیر بزرگ رواناب شد. واسنجی مدل با اصلاح نسبت نگهداشت اولیه به 08/ 0، ضریب کارایی مدل را به ترتیب 95، 96 و 93 درصد بهبود داد. بر این اساس واسنجی مدل برای پیش بینی مطلوب رواناب در زیرحوضه های ارس و حوضه های مشابه ضروری است.

    کلیدواژگان: رواناب سطحی، مدیریت حوزه آبخیز، منطقه نیمه خشک، نسبت نگهداشت اولیه
  • علیرضا محب زاده فتاحی، خسرو حسینی*، سعید فرزین، سید فرهاد موسوی صفحات 32-41

    سیلاب 5 فروردین 1398 مسیل دروازه قرآن شیراز منجر به خسارات سنگینی شد. مطالعات هیدرولوژی وضعیت موجود حوزه آبخیز نیمه شهری مسیل مذکور با مساحت 25 کیلومترمربع، به کمک مدل بارش-رواناب نیمه توزیعی SCS انجام شد. به دلیل اختلاف ارتفاع زیاد حوزه آبخیز دروازه قرآن با ایستگاه های سینوپتیک و بارانسنجی داخل شیراز، داده های این دو ایستگاه برای شبیه سازی بارش این حوزه مناسب نیستند. بنابراین از مدل های بارش ماهواره ای استفاده شد. از میان بیش از ده مدل بارش ماهواره ای، دو مدل TRMM و PERSIANN با مشاهدات میدانی تاریخ مذکور سازگاری بیشتری داشتند. بر این اساس، بارش 24 ساعته تاریخ 5 فروردین 1398 برابر با 80 میلی متر در نظر گرفته شد. تعداد 22 سد تاخیری با ارتفاع 5 تا 5/7 متر به کمک GIS در سطح حوزه آبخیز جانمایی شدند و با انجام روندیابی مخزن در مدل بارش-رواناب نیمه توزیعی هیدروگراف واحد SCS (NRCS) در نرم افزار HEC-HMS شبیه سازی شدند. بر اساس نتایج، دبی اوج و حجم سیلاب دروازه قرآن شیراز به ترتیب از 4/ 127 مترمکعب درثانیه و 003/ 1 میلیون مترمکعب در شرایط بدون سدهای تاخیری، به 5/ 92 مترمکعب در ثانیه و 839/ 0 میلیون مترمکعب کاهش یافت و زمان رسیدن به دبی اوج حدود 20 دقیقه افزایش یافت که تاثیرات مثبت سدهای تاخیری را در کنترل و کاهش سیلاب نشان می دهد.

    کلیدواژگان: کنترل سیل در مبدا، مدل ارتفاعی رقومی، مدل بارش ماهواره ای، GIS، HEC-HMS
  • محمدحسین قویمی پناه، لیلا غلامی*، محمدرضا قویمی پناه صفحات 42-52

    اولویت بندی مناطق مختلف حوزه های آبخیز براساس میزان فرسایش و رسوب دهی با رویکرد اثرات اقتصادی آن می تواند منجر به تولید اطلاعات با ارزشی برای عملی کردن طرح های حفاظت خاک باشد. پژوهش حاضر با هدف بررسی و اولویت بندی زیرحوزه های آبخیز، حوزه آبخیز کن بر مبنای وضعیت فرسایش با رویکرد خسارات اقتصادی ناشی از فرسایش و رسوب است. بدین منظور از مدل RUSLE برای محاسبه میزان فرسایش و رسوب در حوزه آبخیز کن واقع در استان تهران استفاده شد. متوسط میزان فرسایش و رسوب حوضه کن به ترتیب برابر با نه تن در هکتار و 2/ 3 تن در هکتار بود، که میزان خسارت حاصل از فرسایش مستقیم و غیرمستقیم در طی یک سال به ترتیب 220 و 184/56 میلیارد تومان برآورد شد. مجموعا در یک دوره زمانی پنج ساله برابر 1032 میلیارد تومان محاسبه شده است. هم چنین نتایج نشان داد که بیش ترین و کم ترین هزینه فرسایش خاک به ترتیب در زیرحوضه C-1-2-1 و C2 با مقادیر 79/23 میلیارد و 0/50 میلیارد تومان در سال است. با توجه به این که خسارات ناشی از عدم اجرای به موقع عملیات آبخیزداری، به صورت تصاعدی و به طور معنی داری افزایش خواهد یافت بنابراین اولویت بندی واحدهای کاری برای انجام عملیات آبخیزداری می تواند نقش به سزایی در کاهش میزان خسارات در حوزه های آبخیز داشته باشد.

    کلیدواژگان: اولویت بندی، حفاظت خاک، رسوب، حاصلخیزی، هدررفت خاک
  • رضا فرد، مهدی وفاخواه*، حمیدرضا مرادی صفحات 53-62

    کیفیت مکانی مدل رقومی ارتفاع اثر زیادی در شبیه سازی جریان با استفاده از مدل نیمه توزیعی SWAT دارد. بر این اساس هدف این مطالعه ارزیابی اثر دقت مکانی سه نوع لایه مدل رقومی ارتفاع با دقت های مکانی 10، 50 و 200 متر بر نتایج شبیه سازی دبی روزانه در حوزه آبخیز ارازکوسه واقع در حوزه آبخیز گرگانرود، استان گلستان می باشد ابتدا مدل با استفاده از مدل رقومی ارتفاع با دقت مکانی 10متر و داده های اقلیمی سال 1376 تا 1392 اجراء شد به طوری که سال 1376 تا 1377 برای گرم کردن مدل، سال های 1378 تا 1387 برای واسنجی و سال های 1388 تا 1392برای اعتبارسنجی مدل استفاده شدند. در دوره واسنجی نتایج ضریب تعیین در بازه 0/40 تا 0/60 و نمایه کارآیی نش-ساتکلیف در بازه 0/37 تا 0/58 بدست آمد. هر دو نمایه در مرحله اعتبارسنجی نسبت به مرحله واسنجی مقدار کاهشی داشتند. نتایج نمایه PBIAS برای مدل های رقومی ارتفاع با دقت مکانی 10 و 50 متر نشان دهنده بیش تخمینی مدل و برای مدل رقومی ارتفاع با دقت مکانی 200 متر نشان دهنده کم تخمینی مدل بود. نتایج پژوهش نشان داد که برای شبیه سازی دبی در مقیاس زمانی روزانه برای حوزه آبخیز ارازکوسه بهترین دقت مکانی 50 متر می باشد.

    کلیدواژگان: اعتبارسنجی، حوزه آبخیز ارازکوسه، دقت مکانی، مدل بارش-رواناب، واسنجی، SUFI-2
|
  • Omid Asadi Nalivan*, Gholamreza Khosravi, Mehdi Teimoori, Farzaneh Vakili Pages 1-11

    In the present research, changes in sediment regime in two statistical periods of "natural flow" and "modified / debris flow" were evaluated. In order to determine the significant difference between two mentioned periods (1966-1992) and (1993-2015), the significance test was used. In order to determine the most suitable method of Sediment Rating Curve and correction coefficients, the results of simple linear, bilinear, midline rating curve methods as well as the mentioned rating curves with correction coefficients including correction coefficients of FAO, MVUE, QMLE and Smearing methods were evaluated. The results showed that since 1993, with the onset of large floods, the sediment discharge regime with a high intensity and increasing trend is out of normal and in the period 2011 to 2015, the highest rate of sediment transfer in the form of debris flow has occurred. Among the methods, the one-line curve method and the smearing correction factor for the natural sediment regime period (1966-1992) and the two-line curve method and the smearing correction coefficient for the modified sediment regime / debris flow period (1993-2015) are more accurate in estimating sediment flow. On the other hand, the one-line curve method without taking into account the correction coefficients have a higher low estimation error and among the mentioned correction coefficients, the FAO coefficient has a very high overestimation error. In the batch middle method, sediment estimation at high discharges is improved by reducing the effect of low points.

    Keywords: Sediment regime, Sediment rating curve, Corrective coefficients for suspended load estimation, Khorrmarood
  • Saman Ghaffari, Mehdi Yasi*, Javad Farhoudi Pages 12-21

    Dam removal is one of the methods of restoring the river ecosystem. In the present study, the removal of the Voshmgir Dam on the Gorganrud River, Iran, was considered, because of the high volume of sediment deposition in the reservoir and the loss of its useful life. Three scenarios were selected for the removal of the dam: 1- complete removal; 2- stepped removal of the spillway; and 3- removal with stable sediments. Numerical modeling for river morphological changes was performed using HEC-RAS model for unsteady flows with sediment transport. The erosion and sedimentation processes were simulated in six reaches (from the Voshmgir Dam to the Caspian Sea), with total length of 128 km. The results indicated that the first scenario causes the highest rate of both erosion and sedimentation in the river reaches. In the second scenario, the intensity of river-bed changes is considerably reduced, and the highest deposition and erosion occurs in the first and the fifth reaches, respectively. The simulation results from the third scenario were uncertain. The second scenario (stepped removal of the spillway) is recommended due to the less impacts on the river-bed changes, and gradual processes of river-ecosystem rehabilitation

    Keywords: Dam failure, River changes, River morphological modeling, River restoration
  • AliReza Vaezi*, Ouldouz Bakhshi Rad Pages 22-31

    The SCS-curve number is one of the common methods to estimate drirect runoff in the watershed scale. There is often an uncertainty in predicting runoff in many areas due to to the model’s assumption on the initial abstraction ratio (l= 0.20). This study was conducted to evaluate the accuracy of SCS-CN method in estimating runoff in some semi-arid subbasins of the Aras river consits of the Livar, Kalaleh and Shekaralichay in northwest of Iran. Runoff values were obtained from hydrometery stations for a 30-year period from 1987-2017) and compared with the estimated values which were determined using the maximum retention capacity (S). Based on the results, mean annual runoff in the Livar, Kalaleh and Shekaralichay subbasins is is 6.4, 1.45 and 9.5 mm, respectively. The model accuracy of the Livar, Kalaleh and Shekaralichay was -0.44, -0.25 and -0.27 percent, respectively. It showed over-estimations for small runoff values and down-estimation for large values. The model was calibrated usingthe revision of the initial abstraction ratio value (l= 0.08) and the model accuracy improved to 95, 96 and 93 percent, respectively. As a conclution, the calibration of l is essential to acuurate prediction of runoff in the the Aras river and similar basins.

    Keywords: Surface runoff, Watershed Management, Semi-arri region, Initial abstraction ratio, Calibration
  • Alireza Mohebzadeh Fattahi, Khosrow Hosseini*, Saeed Farzin, Sayed-Farhad Mousavi Pages 32-41

    The flood on March 25, 2019 in the Quran Gate of Shiraz led to heavy human and financial losses. Studies of the current condition of the 25 km2 semi-urban watershed of the mentioned area were performed using the SCS semi-distributed rainfall-runoff model. Due to the big difference in average elevation of the Quran Gate watershed with synoptic and rain gauge stations in Shiraz, the precipitation data of these two stations are not suitable for Quran Gate watershed. Therefore, data from satellite models were used. Among more than ten satellite precipitation models, TRMM and PERSIANN were more consistent with field observations of that date. Accordingly, the 24-hour rainfall of the Quran Gate watershed on March 25, 2019 was considered equal to 80 mm. Twenty-two check dams with a height of 5 to 7.5 m were located in the watershed extent and simulated by hydrologic reservoir routing within SCS (NRCS) unit hydrograph semi-distributed model in HEC-HMS. According to the results, the peak discharge and flood volume of Quran Gate decreased from 127.4 m3/s and 1.003 million cubic meters (MCM) to 92.5 m3/s and 0.839 MCM and the time to peak discharge increased by nearly 20 minutes, which shows the positive effects of using check dams in flood control and mitigation.

    Keywords: Flood Control in Origin, Digital Terrain Model (DEM), Satellite Rainfall Models, GIS, HEC-HMS
  • MohammadHossein Ghavimipanah, Leila Gholami*, MohammadReza Ghavimipanah Pages 42-52

    Prioritization of different regions at watersheds based on the erosion rate and sediment yield with approach of its economic effects can lead to the production of valuable information for projects of soil conservatism. The present study aim was sub-watersheds prioritization of Kan watershed based on erosion condition with the approach of economic losses from erosion and sediment. Therefore, the RUSLE model used to calculate amount of erosion and sediment of the Kan watershed at Tehran province. The average amount of erosion and sediment was 9 t ha-1 and 3.2 t ha-1, respectively, that the damage rate from direct and indirect cost estimated 220 1840.56 billion Rials, respectively. This rate calculated with amount of 10320 billion Rials for time period of 5 year. Also the results showed that the maximum and minimum costs of soil erosion is in the  C-1-2-1 and C2 sub-watersheds with rates of 79.23 and 0.50 billion Rials per year, respectively. Given that the damages caused by the non-performance of operation of watershed management will exponentially and significantly increase, therefore, the prioritization reason of work units for operation of watershed management can play the important role at reducing the damages amount at watersheds.

    Keywords: Prioritization, Fertility, Sediment, Soil conservation, Soil loss
  • Reza Fard, Mehdi Vafakhah*, Hamidreza Moradi Pages 53-62

    The spatial quality of the Digital Elevation Model (DEM) has a great effect on the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) semi-distributed model. The purpose of this study was to evaluate the effect of spatial accuracy of three DEMs with spatial resolutions of 10, 50 and 200 m on the results of daily discharge simulation in the Arazkuseh subwatershed located in Gorganroud watershed, Golestan province, Iran. To do this, after-mentioned DEMs was obtained.  First, the model was run using a DEM with a spatial resolution of 10 m and climate data from 1998 to 2013. So that 1998 to 2000 were used to warm-up the model, 2001 to 2009 to calibrate and 2010 to 2013 to validate the model. In the validation period, the results of coefficient of determination ranged from 0.40 to 0.60 and Nash-Sutcliffe efficiency criteria ranged from 0.37 to 0.58. Both criteria had a decreasing value in the validation phase compared to the calibration phase. The PBIAS criteria was negative for DEMs with 10 and 50 m spatial resolution, respectively which indicates overestimation, and positive value ​​for DEM with 200 m spatial resolution, which represents the overestimation of the model. The results showed that the spatial resolution of 50m is the best spatial resolutions to simulate the discharge on a daily time scale for Arazkuseh watershed.

    Keywords: Arazkuseh watershed, calibration, rainfall-runoff model, spatial resolution, SUFI-2, validation