فهرست مطالب

مهندسی آبیاری و آب ایران - پیاپی 48 (تابستان 1401)

مجله مهندسی آبیاری و آب ایران
پیاپی 48 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/04/12
  • تعداد عناوین: 25
|
  • سید ساسان کاتورانی، رسول قبادیلن*، مسعود قدسیان صفحات 1-20
    پل ها از جمله مهمترین و پرکاربردترین سازه های رودخانه ای هستند که هر ساله با وقوع سیلاب تعداد زیادی از آنها تخریب می شوند. آبشستگی موضعی اطراف پایه های پل از جمله عوامل موثر در این تخریب ها است. در این تحقیق برای بررسی عمق آبشستگی در اطراف پایه پل در قوس رودخانه، آزمایش هایی در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس 90 درجه با نسبت7/3  و از جنس پلاکسی گلاس و فولاد انجام پذیرفت. بدین منظور با قرار دادن یک پایه استوانه ای به قطر 45 میلی متر در زوایای 30، 45 و 60 درجه در طول قوس پدیده آبشستگی حول پایه در حالت آب زلال و 3 عدد فرود جریان بررسی شد. برای مصالح کف فلوم از ماسه طبیعی با قطر متوسط 85/0 میلی متر استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی هنگام نصب پایه استوانه ای در طول قوس متفاوت بوده و با افزایش دبی جریان در کلیه موقعیت ها، عمق و حجم چاله آبشستگی نیز افزایش می یابد. همچنین حداکثر عمق و حجم آبشستگی در نیمه دوم خم در زاویه 60 درجه و حداقل عمق و حجم آبشستگی در میانه خم در زاویه 45 درجه رخ می دهد. در نهایت مشاهده گردید که توسعه پشته رسوبی بعد از پایه و میزان گسترش آن در نیمه اول خم بیشتر از نیمه دوم آن بود. علاوه بر این نتایج این تحقیق نشان داد حداکثر و حداقل  مقدار عمق آبشستگی نسبت به  قطر پایه به ترتیب برابر با 24/2 و 22/1 می باشد.
    کلیدواژگان: آبشستگی موضعی، پایه پل، موقعیت پایه، قوس 90 درجه ملایم
  • علی میرنورالهی، حجت کرمی*، سعید فرزین، مجتبی عامری صفحات 21-41
    با توسعه فناوری و پیشرفت تکنولوژی، روش های هوشمند بسیاری برای تخمین ضریب آبگذری سازه های هیدرولیکی مختلف پدید آمده است. یکی از سازه هایی که در نیروگاه های برقابی کاربرد دارد، سازه آبگیر کفی است. وظیفه این سازه، انتقال جریان به کانال جمع آوری است. از مزیت های این سازه می توان به پایداری آن ها در برابر بارهای دینامیکی و استاتیکی به دلیل قرارگیری این سازه ها در پایین ترین تراز اشاره کرد. در پژوهش حاضر، چهار الگوریتم هوشمند توانمند ماشین یادگیری مضاعف (ELM)، شبکه های عصبی رگرسیون عمومی (GRNN)، مدل رگرسیون خود تطبیق شونده (MARS) و مدل درخت M5 در مدل سازی ضریب آبگذری آبگیر کفی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج مدل سازی نشان داد که الگوریتم ELM در هر دو دوره آموزش (70 درصد داده ها) و آزمون (30 درصد داده ها) از دقت بیشتری نسبت به سایر الگوریتم های بررسی شده برخوردار است. به طوری که ضریب R2 برای الگوریتم مذکور تا 74/3 درصد بیشتر از دیگر الگوریتم های استفاده شده بود. همچنین معیار DDR و هیستوگرام خطای مدل سازی بیانگر برتری الگوریتم ELM  بود. در نهایت نیز سرعت محاسبه الگوریتم های به کاربرده شده مورد مقایسه قرار گرفت که الگوریتم ELM تا 557/2 برابر سریع تر از سایر الگوریتم ها بود. بنابراین، الگوریتم ELM به دلیل دقت خوب و در عین حال سرعت زیاد، دارای پتانسیل بالا جهت مدل سازی ضریب آبگذری سرریز ها است.
    کلیدواژگان: الگوریتم های هوشمند، ماشین یادگیری مضاعف، آبگیر کفی روزنه ای، ضریب آبگذری، روزنه دایره ای
  • زینب طالبی، خلیل اژدری*، سید حسین حسینی صفحات 42-64

    در تقاطع های راست گوشه سه شاخه یا چهار شاخه کانال های روباز، مطالعه جدایی جریان بسیار حایز اهمیت می باشد. برخی پارامترهای موثر در این زمینه نسبت دبی ورودی و عمق جریان می باشد که در این تحقیق تاثیر نسبت دبی ورودی و نسبت ارتفاع سرریزها (عمق جریان) در الگوی جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی به صورت عددی شبیه سازی شده است. بررسی نتایج مدل عددی نشان داد که مدل k-ω بیشترین مطابقت را با نتایج آزمایشگاهی دارد، به طوریکه میزان خطای شبیه سازی کمتر از 20% بود. ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال های اصلی و فرعی با نسبت دبی ورودی رابطه مستقیم داشت. همچنین با افزایش ارتفاع سرریزهای خروجی، عمق جریان افزایش یافت و منجر به کاهش ابعاد ناحیه جداشدگی شد. مطابق نتایج عددی، ابعاد ناحیه جداشدگی در راستای قایم از کف کانال به سطح آب افزایش یافت، به طوری که برای نسبت دبی 6/0 و نسبت ارتفاع سرریز 377/0، طول ناحیه جداشدگی در کف کانال، فاصله 1/0 متر از کف و در سطح آب به ترتیب در حدود 60 سانتیمتر، 75 سانتیمتر و 85 سانتیمتر بود. بنابراین از سطح آب به سمت کف کانال طول ناحیه جداشدگی در حدود 29% کاهش یافت.

    کلیدواژگان: تقاطع چهار شاخه، شبیه سازی عددی، ناحیه جداشدگی، نسبت ارتفاع سرریزهای خروجی، نسبت دبی ورودی
  • نگین زارعی، آرش آذری*، محمدمهدی حیدری صفحات 65-83

    با توجه به محدودیت شدید منابع آب، هزینه بر بودن ساخت و بهره برداری سامانه های آبرسانی و افزایش سریع جمعیت، طراحی بهینه این شبکه ها، از ضروریات می باشد. مسیله کمینه کردن هزینه از طریق کمینه سازی قطر لوله های شبکه انجام می شود که موجب کاهش فشار در شبکه می شود. از آنجایی که تامین فشار مناسب در گره ها از اصول مهم طراحی است، بنابراین در این تحقیق، مسیله بهینه سازی در چند شبکه نمونه با اهداف کمینه سازی هزینه و کمبود فشار در کل شبکه تعریف شد. از نرم افزار EPANET برای تحلیل هیدرولیکی شبکه های نمونه استفاده شد و فرآیند بهینه سازی چندهدفه از طریق کد نویسی الگوریتم های فرا کاوشی PESA-II وSPEA-II  در نرم افزار متلب و  اتصال آن ها به EPANET صورت گرفت. تابع هزینه ابتدا فقط با در نظر گرفتن رابطه بین هزینه، قطر و طول لوله ها تعریف شد. سپس در تعریف بعدی، هزینه ناشی از تعدی از محدوده مجاز فشار که حداقل و حداکثر فشار مجاز به ترتیب 30 و 60 متر در نظر گرفته شده اند، نیز به این تابع افزوده شد و برنامه مجددا با تعداد تکرارهایی که به بهترین جواب ختم شود، اجرا گردید. نتایج نشان داد این الگوریتم ها توانایی بالایی در یافتن جواب های بهینه دارند. در این الگوریتم ها، در نظر گرفتن هزینه تعدی از حدود مجاز فشار سبب می شود، بهترین جوابی که تا به حال سایر محققین برای شبکه های نمونه به دست آورده اند، که برای شبکه دو حلقه ای و لانسی به ترتیب، هزینه 419000 و 1069393 دلار و کمبود فشار صفر بود، حاصل شود و با تعداد تکرار پایین، در شبکه دو حلقه ای برای هر دو الگوریتم با 20 تکرار و در شبکه لانسی برای الگوریتم های PESA-II و SPEA-II به ترتیب با 200 و 140 تکرار، به تعداد جواب بهینه بیشتری دست پیدا کنیم و زمان رسیدن به همگرایی به طور قابل توجهی کاهش یابد، به طوری که در شبکه دو حلقه ای، زمان اجرای الگوریتم های PESA-II و SPEA-II به ترتیب 55/0 و 59/0 دقیقه و در شبکه لانسی به ترتیب 1/8 و 4/7 دقیقه بود.

    کلیدواژگان: بهینه سازی چند هدفه، شبکه توزیع آب شهری، PESA-II، SPEA-II
  • حسین یوسفی، حجت الله یونسی*، داود داودی مقدم، آزاده ارشیا، زهرا شمسی صفحات 84-105

    سیل پدیده ای است که موجب آسیب های زیست محیطی و اقتصادی-اجتماعی بسیاری می شود. هدف از این پژوهش، ارزیابی کارایی مدل های یادگیری ماشین CART، GLM و GAM در شناسایی مناطق حساس به خطر سیلاب در حوضه کشکان است. استان لرستان و به ویژه حوضه کشکان شامل: سلسله، دلفان، دوره، خرم آباد، پلدختر و کوهدشت، سیل خیز است و دفعات بسیاری دچار خسارات ناشی از سیل شده است و در فروردین 1398، بزرگ ترین سیل 200 سال اخیر را تجربه کرده است؛ در همین راستا از عوامل مختلف شامل: ارتفاع، جهت شیب، انحنای زمین، درصد شیب، فاصله از رودخانه، تراکم زهکشی، خاک، سنگ شناسی، کاربری اراضی و شاخص رطوبت توپوگرافی استفاده شد. نقشه رقومی تمام عوامل نام برده در نرم افزار ArcGIS10.5 و در قالب پایگاه داده تهیه شد. موقعیت 123 واقعه سیل ثبت شده در سال های اخیر در این حوضه، جمع آوری و به صورت تصادفی در دو دسته آموزش مدل (86 واقعه) و اعتبار سنجی مدل (37 واقعه) در مدل سازی ها استفاده شد. با استفاده از مدل های یادگیری ماشین و عوامل موثر محیطی، نقشه های پیش بینی پتانسیل سیل تهیه شدند و سپس با استفاده از روش های منحنی مشخصه AUC و شاخص TSS اعتبار سنجی شدند. نتایج حاصل از اعتبارسنجی مدل ها نشان داد که مدل یادگیری ماشین CART با 91/0AUC= و شاخص 88/0TSS= دقیق ترین مدل در پیش بینی پتانسیل خطر سیل بوده و پس از آن مدل GAM با 87/0AUC= و شاخص 84/0 TSS=و مدل GLM با 83/0AUC= و شاخص 88/0 TSS=قرار دارند. دقت 91/0 مدل CART نشان دهنده دقت عالی این مدل برای حوضه کشکان است. این مدل، مساحت بیشتری از حوضه را تحت شرایط پتانسیل بالا و متوسط خطر سیل گیری نشان می دهد که اغلب مناطق غربی و همچنین مناطق مرکزی حوضه (کوهدشت، خرم آباد و پلدختر) را شامل می شوند که دقیقا بخش هایی از همین مناطق در سیل بزرگ سال 98 هم زیر آب رفتند و لازم است در اولویت اول برنامه ریزی و مدیریت ریسک سیل قرار گیرند.

    کلیدواژگان: شاخص رطوبت توپوگرافی، نقشه سیل، AUC، ROC، TSS
  • مهسا حبیبی، شهلا پایمزد*، مه نوش مقدسی صفحات 106-124
    اهمیت فراوان فرایند بارش-رواناب در حوضه آبخیز، از منظر مهندسی منابع آب، مهندسی رودخانه، سازه های کنترل سیل و ذخیره سیلاب باعث شد که محققان مدل‏های شبیه‏سازی را به عنوان ابزاری جهت تجزیه و تحلیل و ارزیابی رفتار حوضه ها مورد بررسی قرار دهند. لذا در این پژوهش هدف، ارزیابی کاربرد مدل  WetSpa  برای شبیه سازی بارش و هیدروگراف جریان حوضه آبریز بهشت آباد می باشد. بدین منظور با استفاده از داده های هواشناسی و هیدرومتری روزانه ایستگاه های منتخب طی سال های 93-89 و سه نقشه اصلی توپوگرافی، کاربری اراضی و بافت خاک رواناب حوضه شبیه سازی گردید. قابل ذکر است از این دوره آماری پنج سال 93-89 برای واسنجی و دو سال 88-87 برای اعتبارسنجی مدل مدنظر قرار گرفته است. نتایج نشان داد مدل قادر بوده است هیدروگراف های روزانه را با دقت خوب و با ضریب ناش ساتکلیف 12/60 درصد پیش بینی کند. به علاوه نتایج حاکی از آن است که مدل مولفه‏ها و عامل های هیدرولوژیکی را با دقت قابل قبول برآورد کرده و برای محاسبه دبی جریان روزانه موثر واقع می گردد
    کلیدواژگان: پیش بینی هیدروگراف سیل، حوضه آبخیز بهشت آباد، شبیه سازی، مدل سازی فرایند بارش-رواناب، مدل هیدرولوژیکی Wetspa
  • نادر نادری*، علی قدمی فیروزآبادی صفحات 125-140
    افزایش بازده آبیاری و کاهش تلفات آب در مزارع با توجه به کمبود شدید منابع آب در کشور امری ضروری است. به منظور افزایش بازده سامانه های آبیاری، ارزیابی آن ها الزامی است. به این منظور در مجموع 6 باغ با سامانه آبیاری کرتی انتخاب شدند. میزان حجم آب آبیاری، عمق توسعه ریشه و عملکرد میوه، بازده کاربرد آب آبیاری (اوایل، اواسط و اواخر فصل) و میزان بهره وری آب تعیین شد. همچنین نیاز آبی به روش پنمن مانتیث و با استفاده از آمار هواشناسی (ده سال اخیر) محاسبه و با مقادیر ارایه شده در سند ملی آب مورد مقایسه قرار گرفت. در باغات زردآلو میزان میانگین بازده آبیاری از 3/43 تا 4/58 درصد متغییر (بطور میانگین 7/49 درصد) و در باغات انگور از 7/41 تا 9/61 درصد متغییر (بطور میانگین 4/51 درصد) بود. سهم عمده تلفات آب آبیاری در باغات زردآلو و انگور به صورت نفوذ عمقی به ترتیب 7/49 و 4/51 درصد مشخص شد. میانگین بهره وری آب این محصولات به ترتیب برابر 78/0 و 2/5 کیلوگرم بر مترمکعب اندازه گیری گردید. نتایج نشان داد که باغاتی که در آن ها تسطیح زمین و تامین نیاز آبی گیاه مورد توجه قرار گرفته بود بازده آبیاری و بهره وری مصرف آب به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافته بود. مقایسه نیاز آبی محاسباتی با میزان حجم آب آبیاری، نشان از اعمال کم آبیاری در این باغات می باشد. همچنین نتایج نشان داد که نیاز آبی محاسباتی به مراتب بیشتر از مقادیر ذکر شده در سند ملی آب بود که لزوم به روز شدن سند ملی آب را بیش از پیش نمایان می سازد.
    کلیدواژگان: : حجم آب آبیاری، سند ملی آب، عملکرد، استان سمنان
  • مهدی محمدی قلعه نی، محمدجواد نحوی نیا* صفحات 141-156

    هدف این تحقیق ارزیابی عملکرد کلی شبکه آبیاری آوان خوزستان در سطح 10985 هکتار می باشد. ورودی های آب منطقه اصلی (آبیاری، بارش و آزادسازی های کانال) و خروجی ها (تبخیر تعرق واقعی محصول، زهکشی سطحی خروجی و نشت از کانال انتقال) در طی سال های هیدرولوژیکی 1385 تا 1388 اندازه گیری یا برآورد شدند. نتایج این تحقیق نشان داد که میانگین ضریب مصرف آب آبیاری، راندمان توزیع و راندمان مزرعه در شبکه آوان طی سال های 88-1385 پایین و به ترتیب برابر با 37، 66 و 53 درصد می باشند. ارزیابی با روش نیوکلاسیک در سامانه های آبیاری سطحی بیانگر آن بود که مقادیر راندمان خالص و موثر به ترتیب برابر  83 و 68 درصد و هر دو بیشتر از راندمان کلاسیک (53 درصد) می باشند. کاهش های پتانسیل در تخصیص آب برای سه مقدار ضریب مصرف آب آبیاری برابر 65، 75 و 85 درصد و دو سناریوی مدرن سازی (I و II) بررسی شد. در سناریوی I، که هدف رسیدن به ET و عملکرد محصول حداکثر بود، تخصیص آب می توانست از 8/34  تا 2/50 درصد نسبت به تخصیص موجود کاهش یابد. همچنین در سناریوی II با هدف رسیدن به حفاظت حداکثر آب تحت ET حقیقی و عملکرد محصول، تخصیص آب نسبت به تخصیص موجود قابل کاهش از 4/47 تا 8/59 درصد می باشند. به طور کلی نتایج این تحقیق نشان داد که راندمان موثر بیان بهتری در مورد مناسب بودن مدیریت آبیاری در مقیاس مزرعه و نحوه انجام آبیاری دارد، در حالی که راندمان خالص تنها مفهوم استفاده مجدد از تلفات مفید را در مقیاس مکانی بزرگتر از مزرعه لحاظ می کند.

    کلیدواژگان: حفاظت آب، راندمان آبیاری، سناریوی مدرن سازی شبکه آبیاری، ضریب مصرف آب آبیاری
  • محسن رمضانی واسوکلائی، عبدالله درزی*، سید فرهاد صابر علی، شهریار کاظمی صفحات 157-175
    مدل های شبیه سازی ابزارهای مناسبی برای پیش بینی اثرات سناریوهای مختلف مدیریتی و انتخاب مناسب ترین راهکارها در سیستم های تولید کشاورزی می باشند. در این تحقیق، پس از ارزیابی کارایی مدل DSSAT، اثر مدیریت سطح ایستابی بر رشد و عملکرد برنج بررسی شد. آزمایش های مزرعه ای مورد نیاز در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با چهار تیمار آبیاری و سه تکرار در طول یک فصل کشت برنج در مزرعه پژوهشی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری اجرا شد. تیمارهای آبیاری شامل آبیاری متداول یا غرقابی (شاهد) با ارتفاع 5 سانتی متری آب در بالای سطح خاک (I1)، کنترل سطح ایستابی در سطح خاک (I2)، کنترل سطح ایستابی در عمق 5 سانتی متری (I3) و کنترل سطح ایستابی در عمق 15 سانتی متری (I4) بودند. در طول فصل کشت برنج و در زمان برداشت، شاخص سطح برگ، وزن خشک اندام هوایی، ارتفاع بوته، تعداد پنجه، عملکرد بیولوژیک و عملکرد دانه اندازه گیری شدند. از داده های تیمار I1 برای واسنجی و از داده های سایر تیمارها برای صحت سنجی مدل استفاده شد. در هر دو مرحله واسنجی و صحت سنجی، مدل از کارایی مناسبی برای پیش بینی تاریخ های فنولوژیک، شاخص سطح برگ، عملکرد بیولوژیک و عملکرد دانه برخوردار بود. در مرحله واسنجی و صحت سنجی، جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده به ترتیب در محدوده 6/7- 7/0 و 6/7-1 درصد و شاخص توافق ویلموت به ترتیب در محدوده 99/0-78/0 و 99/0-82/0 قرار داشت. تیمارهای آبیاری ازنظر ارتفاع بوته، تعداد پنجه در هر کپه، شاخص سطح برگ، عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیک دارای تفاوت معنی داری بودند. از میان تیمارهای مختلف، بیشترین عملکرد دانه (5584 کیلوگرم در هکتار) مربوط به تیمار شاهد بود. میزان عملکرد دانه در تیمارهای I2، I3 و I4 به ترتیب به میزان 7/4، 6/4 و 2/39 درصد کمتر از مقدار آن در تیمار شاهد بود. بهره وری مصرف آب در تیمارهای I1، I2، I3 و I4 به ترتیب 48/0، 65/0، 83/0 و 73/0 کیلوگرم بر مترمکعب بود. بر اساس نتایج، جهت حفظ تولید برنج ضمن صرفه جویی آب، استفاده از روش کنترل سطح ایستابی در عمق 5 سانتی متری سطح خاک توصیه می شود.
    کلیدواژگان: آبیاری غرقابی، بهره وری مصرف آب، شاخص سطح برگ، مدیریت سطح ایستابی
  • صدیقه انوری*، عصمت راشدی، صدیقه محمدی صفحات 176-194
    بخش کشاورزی عمده مصرف کننده منابع آب در کشور می باشد، لذا اتخاذ تصمیمات مناسب در برنامه ریزی و تخصیص منابع آب در این بخش کمک شایانی در جهت مدیریت کارای این منابع می کند. هدف تحقیق حاضر آنست تا با استفاده از ابزارهای محاسبات نرم همانند الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) و الگوریتم ژنتیک (GA)، مدلسازی مقادیر رهاسازی بهینه از مخزن و برنامه ریزی آبیاری در شبکه های کشاورزی پایین دست سد زاینده رود، تدوین گردد. در این راستا تقویم کشت محصولات، کل آ ب موجود و زمین قابل کشت در بخش کشاورزی و محدودیت های نیاز آبی متغیر محصولات از جمله مهمترین قیود غیر خطی تحقیق حاضر می باشند. نتایج حاکی از آن بود که مدلسازی یکپارچه PSO با توزیع بهتر کمبودهای آبی بین مراحل مختلف رشد محصولات، توانست سود سیستم را در مقایسه با مقادیر تخصیص به روش سنتی (ونش بندی) به طور قابل توجهی افزایش دهد. همچنین با ملاحظه زمان رسیدن به همگرایی و نیز کل سود، مدل PSO عملکرد بهتری نسبت به GA داشته است. در نهایت استفاده از تکنیک های محاسبات نرم در برنامه ریزی آبیاری، می تواند الگوهای موثری برای تخصیص منابع آب کشاورزی در مناطق خشک با منابع آب محدود فراهم کند.
    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی ازدحام ذرات، برنامه ریزی آبیاری، بهینه سازی، نیاز متغیرکشاورزی
  • حسین خداکرمی، سعید عباسی* صفحات 195-212
    یکی از مهم ترین ملاک ها برای طراحی آبشکن، پایداری خود آبشکن در مقابل اثرات مخرب جریان آب در اطراف آن است. استفاده از آبشکن محافظ نفوذناپذیر یکی از روش های مقابله با پدیده ی فرسایش موضعی در اطراف و پای آبشکن است. در این مطالعه برای حفاظت و کاهش عمق فرسایش موضعی دماغه در سری آبشکن های نفوذناپذیر، از آبشکن محافظ نفوذپذیر در بالادست استفاده شده است. به این منظور حداکثر عمق فرسایش موضعی دماغه برای سری آبشکن های نفوذناپذیر با شرایط آزمایشگاهی تعیین شد و عمق آبشستگی در دو حالت بدون آبشکن محافظ و با آبشکن محافظ در پنج فاصله ی مختلف L'، 1.5L'، 2L'، 2.5L'، 3L' (L': طول آبشکن محافظ) از اولین آبشکن از سری آبشکن های نفوذناپذیر، تعیین و مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان می دهد که استقرار آبشکن محافظ نفوذپذیر در بالاست سری آبشکن های با طول مساوی در فاصله 3L' از اولین آبشکن، باعث کاهش حداکثر عمق آبشستگی اولین آبشکن به میزان 3/34 درصد می شود.
    کلیدواژگان: آبشستگی موضعی، آبشکن محافظ نفوذپذیر، سری آبشکن، طول مساوی
  • مهدی فولادی پناه*، مهدی ماجدی اصل صفحات 213-233
    به دلیل نقش ضریب دبی جریان در ظرفیت گذردهی سرریزها، پیش بینی دقیق آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش از دو الگوریتم GEP و SVM برای شبیه سازی ضریب دبی در سرریز جانبی مستطیلی نصب شده در کانال اصلی مستطیلی (سناریوی اول) و ذوزنقه ای (سناریوی دوم) استفاده شده است. ابتدا پارامترهای موثر بر Cd شامل عدد فرود بالادست (Fr1)، عمق آب بالادست (h1 یا yo)، ارتفاع سرریز (P یا W)، طول سرریز جانبی (L)، عرض کانال اصلی (b) و شیب جانبی دیواره کانال اصلی (Z) شناسایی شدند. سپس به کمک تحلیل ابعادی، چهار پارامتر بی بعد Fr1، ،    و  در سناریوی اول و سه پارامتر بی بعد 1Fr، Z و  در سناریوی دوم استخراج شدند. نتیجه های دو الگوریتم با نتیجه های معادله های تجربی و رگرسیونی به کمک شاخص های مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین (2R)، خطای نسبی (RE) و نسبت تفاوت توسعه داده شده استاندارد شده (ZDDR) مقایسه شدند. مقدار (RMSE، 2R، RE، ZDDR) در فاز آزمون برای سناریوی اول در الگوریتم های GEP و SVM به ترتیب (036/0، 962/0، 76/7، 48/5) و (037/0، 952/0، 6/9، 8/3) و برای معادله ی رگرسیونی کلاسیک برتر (040/0، 912/0، 527/4، 439/2)  محاسبه شدند. در سناریوی دوم نیز مقدارهای متناظر برای الگوریتم های GEP و SVM به ترتیب (0676/0، 992/0، 1/3، 14/1) و (043/0، 934/0، 3/10، 71/0) و برای معادله ی رگرسیونی (068/0، 818/0، 9/11، 511/0) محاسبه شدند. نتیجه ی پژوهش نشان دهنده ی برتری الگوریتم های هوشمند نسبت به روش های کلاسیک و همچنین برتری الگوریتم GEP نسبت به SVM بود.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی بیان ژن، پشتیبان بردار ماشین، شاخص های اماری، ضریب دبی
  • مریم حافظ پرست صفحات 234-257

    پایش آبهای زیرزمینی از دیرباز به عنوان یکی از منابع اصلی تامین آب کشاورزی مورد توجه بوده است. در این راستا برداشت بی رویه از این منبع خدادادی و نیز احداث چاه های غیرمجاز و کمبود بارشها سبب افت سطح آب در بسیاری از آبخوان های کشور شده است. دشت های استان کرمانشاه با داشتن شرایط آب و هوایی خوب و خاک حاصلخیز از قطبهای کشاورزی و باغداری ایران است. از اینرو در این پژوهش داده های چاه های پیزومتری  در دوره 1360-1397و داده های ماهواره GRACE با رزولوشن یک درجه در دوره 2002 تا 2020 با روش های JPL,GFZ و CSRبرای بررسی تغییرات سطح آب زیرزمینی آبخوان های استان کرمانشاه استفاده گردید. مقدار رطوبت خاک، آب حاصل از پوشش گیاهی و آب حاصل از ذوب برف با استفاده از ماهوارهGLDAS با وضوح یک درجه از محیط محاسبات ابری گوگل ارث اینجین استخراج گردید. نقشه های پهنه بندی کلیه آبخوان های استان برای سالهای 1395 و 1397 با روش کریجینگ در نرم افزار ARC GIS رسم گردید که نتایج نشان داد تعدادی از آبخوان ها از جمله حسن آباد- شیان و سنجابی و دینه ور در شرایط بحرانی هستند. داده های درازمدت ماهانه و سالانه تراز آب آبخوان ها برای دشتهای مختلف با توجه به مساحت های موثر آنها نیز به روش تیسن محاسبه و نمایش داده شده است. نقشه تغییرات رطوبت خاک، تبخیر-تعرق واقعی، بارش تجمعی استان کرمانشاه توسط ماهوارهTERRA که دارای رزولوشن 04/0 معادل تقریبا 4 کیلومتر در 4 کیلومتر است استخراج گردید که تغییرات این پارامترها را در دسامبر 2019 نشان می دهد. مقادیر تغییرات سطح آب زیرزمینی TWS با کسر مقادیر رطوبت خاک، آب حاصل از پوشش گیاهی و آب حاصل از ذوب برف در مقابل داده های مشاهداتی آبخوان رسم گردید.

    کلیدواژگان: تغییرات سطح آب زیرزمینی، پهنه بندی، گوگل ارث اینجین، ماهوارهGRACE، ماهوارهGLDAS
  • فرشته مدرسی، کیومرث ابراهیمی*، شهاب عراقی نژاد صفحات 258-273
    مدل سازی ماهانه فرآیند بارش- رواناب نقش مهمی در بهر ه برداری از سدها دارد. در مقاله حاضر کارایی سه مدل داده مبناء شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، شبکه عصبی رگرسیون تعمیم یافته (GRNN) و K نزدیک ترین همسایگی (KNN) در مقایسه با مدل مفهومی IHACRES در مدل سازی ماهانه بارش- رواناب با داده های مشابه و ساختار بهینه مورد ارزیابی قرار گرفت. شبیه سازی جریان ماهانه ورودی به سد کرخه به عنوان مطالعه موردی انتخاب و از داده های مشاهده ای 32 ساله (1393-1361) دما و بارش ماهانه و جریان ماهانه ورودی به سد استفاده شد. با توجه به متفاوت بودن الگوهای بارش-رواناب در ماه های مختلف، دو نوع ارزیابی کلی و ماهانه از کارایی مدل ها با استفاده از روش رتبه دهی و بر مبنای سه شاخص ارزیابی نش- ساتکلیف (NSE)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب همبستگی (R) انجام شد. نتایج نشان داد که از هر دو روش ارزیابی مدل ها در مرحله صحت سنجی، دو مدل ANN و KNN به ترتیب دارای بیشترین و کم ترین کارایی در تخمین جریان ماهانه بودند. بر اساس ارزیابی کلی رتبه ای مدل ها، کارایی دو مدل  ANN(749/0 NSE= و 868/0R=) و IHACRES (699/0 NSE=و 842/0R=) با کسب 8 امتیاز مشابه بود و دو مدل GRNN (618/0 NSE=و 793/0R=) و KNN (601/0 NSE=و 777/0R=) با کارایی مشابه (5 امتیاز) در رتبه دوم قرار گرفتند. در حالیکه بر اساس روش ارزیابی رتبه ای ماهانه، دو مدل IHACRES و GRNN با کسب مجموع 38 امتیاز مساوی از سه شاخص ارزیابی خطا دارای کارایی مشابه بوده و کارایی آنها پس از مدل ANN با 48 امتیاز در مقام دوم قرار گرفت.
    کلیدواژگان: رتبه بندی مدل ها، شبکه های عصبی، کرخه، مدل KNN، مدل IHACRES
  • حسین خزیمه نژاد*، مریم صفوی گردینی، مهدی امیرآبادی زاده، محمد ناظری تهرودی صفحات 274-291

    در این پژوهش با استفاده از شش مدل شبکه عصبی (ANN)، انفیس (ANFIS)، ماشین بردار پشتیبان (SVM)، برنامه ریزی ژنتیک (GP)، رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) و رگرسیون چندمتغیره (Reg)، متوسط دمای روزانه ایستگاه های کرمان و بم طی دوره آماری 1961-2005 بررسی و شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که متوسط دمای روزانه طی دوره های یاد شده افزایش چشمگیری برای هر دو منطقه خواهند داشت. نتایج  کلی به دست آمده حاکی از برتری نتایج مدل رگرسیونی SVR (کرمان: RMSE=1.105  و R=0.992) و (بم: RMSE=1.01  و R=0.99) می باشد. نتایج بررسی ها نشان داد که مدل SVR، میزان خطای شبیه سازی را نسبت به مدل های شبکه عصبی (ANN)، انفیس (ANFIS)، برنامه ریزی ژنتیک (GP) و رگرسیون چندمتغیره (Reg) در ایستگاه کرمان به ترتیب 32، 42، 30 و 11 درصد و در ایستگاه بم به ترتیب 62، 59، 27 و 27 درصد بهبود می بخشد. نتایج بررسی جذر میانگین مربعات خطا نشان داد که از بین شش مدل مورد بررسی، مدل رگرسیون بردار پشتیبان و برنامه ریزی ژنتیک برای ایستگاه بم و مدل رگرسیون بردار پشتیبان برای ایستگاه کرمان از دقت بالاتری برخوردار می باشد. همچنین نتایج نشان داد که برآورد میزان دمای متوسط ایستگاه سینوپتیک بم دارای کارایی و دقت بیشتری نسبت به ایستگاه سینوپتیک کرمان هستند. در این پژوهش هر چند آنالیز نتایج خروجی مدل ها منجر به نتایج یکسانی نشد ولی نتایج مدل ها بیانگر افزایش در متغیر های دمایی در دو شهر کرمان و بم در دوره های آتی می باشد.

    کلیدواژگان: پیش بینی، تغییر اقلیم، کرمان، گردش عمومی جو
  • کیوان بوالحسنی، حیدر زارعی*، ایوب تقی زاده صفحات 292-309

    استفاده از منابع آبی نیاز به تعیین اجزای چرخه هیدرولوژیکی دارد. به طوری که درک سیستم های طبیعی و قوانین فیزیکی که هر جزء چرخه هیدرولوژیکی را مدیریت می کنند، به منظور مدیریت منابع آب بسیار مهم و ضروری است. یکی از اجزای مهم چرخه هیدرولوژیکی، تبخیرو تعرق می باشد. اغلب روش هایی که تاکنون ارایه شده است از اندازه گیری های نقطه ای برای تخمین تبخیر و تعرق استفاده می کنند، لذا فقط مناسب مناطق در مقیاس های بسیار کوچک بوده و به خاطر شرایط متغیر آب و هوایی، طبیعت پویا انتقال آب-گرما و تغییرات مکانی تبخیر و تعرق قابل تعمیم به حوضه های آبریز بزرگ نمی باشند. فناوری سنجش ازدور ماهواره ای و استفاده از روش های مبتنی بر سنجش ازدور از جمله روش های برآورد زمانی و مکانی تبخیر و تعرق واقعی در سطح حوضه های کوچک و وسیع می باشد. در این تحقیق مقدار تبخیروتعرق واقعی با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 8 سنجنده OLI/TIRS و مدل توازن انرژی سطح (SEBS) در حوضه آبریز بختگان - مهارلو در استان فارس مورد برآورد و ارزیابی قرار گرفته و با روش تجربی فایو پنمن مانتیث درسطح حوضه مورد مقایسه قرارگرفت. نتایج نشان داد که مقادیر تبخیر وتعرق به دست آمده از روش توازن انرژی در مقایسه با روش فایو پنمن مانتیث دارای مقدار میانگین تفاضل مطلق (MAD) برابر با 49/0و مقدار ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) برابر با 62/0 میلی متر در روز بوده و حاکی از عملکرد قابل قبول و منطقی مدل در برآورد تبخیرو تعرق دارد.

    کلیدواژگان: تبخیر و تعرق واقعی، سنجش از دور، مدل توازن انرژی، لندست، بختگان-مهارلو
  • سمیه حجابی*، حسن رضائیان، محمدامین وظیفه خواه صفحات 310-333

    تبخیر-تعرق مرجع (ETo) نقش مهمی در مدیریت و برنامه ریزی آبیاری دارد. بررسی حساسیت ETo به متغیرهای هواشناسی و بررسی سهم هر متغیر در روند ETo، برای مدیریت بحران آب دریاچه ارومیه ضروری است. در این مطالعه، تبخیر-تعرق مرجع در 13 ایستگاه سینوپتیک داخل و اطراف حوضه آبریز دریاچه ارومیه برای دوره 2018-1990 به روش پنمن-مانتیث فایو برآورد شد. نتایج تحلیل روند نشان داد که میانگین ETo سالانه ایستگاه ها روند افزایشی معنی داری به میزان mm year-2 0/8 دارد. به علاوه، تحلیل روند میانگین متغیرهای هواشناسی سالانه ایستگاه ها، بیانگر روندهای افزایشی معنی دار در دمای کمینه (Tmin) (°C year-1 07/0)، دمای بیشینه (Tmax) (°C year-1 09/0) و سرعت باد (u2) (m s-1 year-1 02/0) است. نتایج تحلیل حساسیت ETo نشان داد که در مقیاس زمانی سالانه، بیشترین میزان حساسیت ETo به رطوبت نسبی (RH) و کمترین میزان حساسیت ETo به Tmin است. همچنین، طی این دوره میزان حساسیت ETo به Tmax، u2 و RH افزایش و میزان حساسیت ETo به تابش خورشیدی (Rs) کاهش یافته است. نتایج تحلیل سهم متغیرهای هواشناسی در تغییرات ETo بیانگر این است که در اغلب ایستگاه ها (با اقلیم خشک و نیمه خشک) u2 بیشترین سهم را در تغییر ETo دارد. اما، در ایستگاه سردشت با اقلیم خیلی مرطوب، سهم سایر عوامل در روند ETo (کاهش RH و افزایش Tmin و Tmax) بیشتر از تاثیر کاهش u2 است. نتایج این مطالعه، لزوم توجه به پاسخ متفاوت ETo به تغییرات متغیرهای هواشناسی در اقلیم های مختلف را در برنامه ریزی سامانه های منابع آب و مطالعات وابسته به سناریوهای تغییر اقلیم برجسته می سازد.

    کلیدواژگان: تبخیر-تعرق مرجع، تحلیل حساسیت، تحلیل روند، تحلیل سهم، حوضه دریاچه ارومیه
  • سنا عبدالهی، ام البنین بذرافشان*، مرضیه شکاری صفحات 334-353
    پدیده خشکسالی دارای مشخصه های اصلی شدت، مدت، پیک و فراوانی است. در این تحقیق، دو شاخص ارزیابی خشکسالی تک متغیره SPI  و شاخص چندمتغیره کمبود توام مبتنی بر کاپولا (JDI) مقایسه شده است. در این رابطه، ویژگی های خشکسالی شامل شدت، مدت و فراوانی خشکسالی در 39 ایستگاه سینوپتیک ایران طی سال های 1344 تا 1399مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نتایج در مشخصه شدت و مدت نشان می دهد، طولانی ترین تداوم و حداکثر شدت خشکسالی هر ایستگاه متعلق به شاخص JDI است. نتایج در بررسی فراوانی خشکسالی در کلاس های مختلف نشان می دهد که JDI در مقایسه با SPI-12 در اکثر ایستگاه ها، کلاس خشکسالی خیلی شدید را تخمین می زند اما برخلاف آن، SPI-12 تخمین غیر منتظره ای در براورد کلاس خشکسالی در برخی ایستگاه ها روبروست. علاوه بر این، آزمون روند من-کندال برای ویژگی های خشکسالی بیانگر این است که JDI روند رو به کاهش خشکسالی را در ایران تخمین می زند در حالی که  SPI-12 در اکثر ایستگاه ها روند قابل توجهی ندارد. درنهایت نتایج نشان داد، JDI ارزیابی کاملی از خشکسالی برای تصمیم گیرندگان و مدیران ارایه می دهد.
    کلیدواژگان: خصوصیات خشکسالی، کاپولای تجربی، شاخص کسری توام، تجزیه و تحلیل چند متغیره، تجزیه و تحلیل روند
  • علیرضا عمادی*، سروین زمان زاد قویدل، سهیلا زارعی، علی رشید نیقی صفحات 354-373

    تبخیر به عنوان یکی از پارامترهای طبیعی، همواره مورد توجه محققین بوده است. در این پژوهش، متغیر تبخیر ماهانه با استفاده از روش‏های شبکه عصبی مصنوعی، سامانه استنتاجی فازی-عصبی تطبیقی و برنامه‏ ریزی بیان ژن و ترکیب روش‏های مذکور با تیوری موجک، در دو اقلیم متفاوت ایران مدلسازی شد. بدین منظور، داده‏های هواشناسی بارش، رطوبت نسبی، دمای میانگین، دمای بیشینه، دمای کمینه و سرعت باد، در طول دوره آماری 1397-1384 مربوط به دو حوضه آبریز دریاچه ارومیه و گاوخونی به کار گرفته شد. در این مطالعه، اثر فصلی و نویززدایی داده‏ها اعمال شد. دقت روش‏های مورد مطالعه بر اساس شاخص‏های آماری ضریب همبستگی (R)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطای مطلق (MAE) و ضریب کارایی نش-ساتکلیف (NSE) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از این است که در دو اقلیم مختلف روش‏های هیبرید موجک برنامه ‏ریزی بیان ژن و شبکه عصبی مصنوعی منفرد به ترتیب دارای بالاترین و ضعیف‏ترین عملکرد در میان سایر مدل‏های داده کاوی به کار رفته در این تحقیق هستند. مدل هیبریدی موجک-برنامه ‏ریزی بیان ژن با مقدار RMSE  برابر با 870/20 و 884/156 میلی‏متر به ترتیب برای ایستگاه‏ های تازه ‏کند در حوضه آبریز دریاچه ارومیه و کوهپایه در حوضه آبریز گاوخونی عملکرد بالاتری را داشته است. همچنین، نتایج نشان داد که تاثیر به کارگیری ضریب فصلی و نویززدایی داده‏ها در ارتقاء عملکرد مدل‏ها قابل توجه است. بر اساس نتایج، عملکرد مدل‏ها در حوضه آبریز دریاچه ارومیه با اقلیم Dsa بهتر بوده است. همچنین، روش‏های داده‏کاوی هیبریدی را می‏توان به عنوان جایگزین مناسبی برای روش‏های قدیمی معرفی نمود.

    کلیدواژگان: اقلیم، تبخیر، داده‏کاوی، موجک
  • مسعود محمدی، هادی دهقان* صفحات 374-392
    در این پژوهش از نرم افزار GIS برای مکان یابی مناطق مستعد جایگزینی پساب تصفیه شده استفاده شده است. برای این منظور از پارامترهای میزان کیفیت آب، نزدیکی به محل تصفیه خانه ها، میزان افت سطح آب زیرزمینی و وضعیت توپوگرافی در مناطق مختلف استفاده شده است. سپس لایه های اطلاعاتی مربوط به این پارامترها به روش AHP وزن دهی شدند. سرانجام با تلفیق و هم پوشانی لایه ها، نقشه اولویت بندی مناطق مستعد جایگزینی پساب حاصل گردید. نتایج AHP نشان داد که با توجه به نظرات کارشناسان و متخصصان آب، افت سطح آب و کیفیت آب زیرزمینی دشت مشهد بیشترین ضریب وزنی و فاصله از تصفیه خانه و اختلاف ارتفاع مناطق مختلف نسبت به تصفیه خانه (توپوگرافی) کمترین ضریب وزنی را داشتند. همچنین مناطقی که بیشترین افت، بهترین کیفیت آب، کمترین فاصله و ارتفاع کمتری نسبت به تصفیه خانه داشتند، بیشترین ضریب وزنی و به تبع، مناطقی که کمترین افت، بدترین کیفیت آب، بیشترین فاصله و ارتفاع بیشتری نسبت به تصفیه خانه داشتند، کمترین ضریب وزنی را دارا بودند. مناطقی که به عنوان اولویت اول مشخص گریدند، بیشترین افت سطح آب را داشتند و از لحاظ کیفیت آبی، کیفیت بهتری نسبت به مناطق دیگر دشت داشتند. بنابراین در این مناطق با جایگزینی پساب تصفیه شده با آب چاه های کشاورزی و خارج نمودن آنها از مدار بهره برداری میزان برداشت از آبخوان کاهش یافته و پتانسیل ذخیره شده آن می تواند در آینده مورد استفاده قرار گیرد. با جایگزینی مستقیم (معوض) و از مدار خارج نمودن چاه های کشاورزی صد درصد آب جایگزین شده با کیفیت بهتر در سفره آب زیرزمینی ذخیره شده و در آینده قابل استفاده خواهد بود.
    کلیدواژگان: افت سطح ایستابی، تصفیه خانه، کیفیت آب، مشهد، نرم افزار GIS، AHP
  • سید یعقوب کریمی، صفر معروفی*، علی محمد زارع صفحات 393-415

    ورود آلاینده های زیست محیطی به منابع آب اثرات زیان باری بر سلامت انسان و محیط زیست دارد. در سالیان اخیر روش های جذب سطحی با استفاده از جاذب های سنتزی جهت حذف فلزات سنگین و رنگ های صنعتی استفاده فراوان پیدا کرده است. پلیمر پلی آکریل آمید سولفونه شده (PAM-SO3)  به عنوان جاذب سنتزی می تواند در حذف رنگ از محیط های آبی موثر باشد. هدف از کار تحقیقاتی حاضرحذف رنگ دایرکت بلو به وسیله PAM-SO3 به عنوان جاذب سنتزی از آب های آلوده در شرایط آزمایشگاهی می باشد. در این تحقیق، اثر متغیرهای pH، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت اولیه در کارایی حذف رنگ دایرکت بلو از آب های آلوده مورد بررسی قرار گرفت. داده های به دست آمده با ایزوترم های لانگمیر، فرندلیچ و تمکین و سینتیک های واکنش شبه درجه اول، شبه درجه دوم، انتشار درون ذره ای و الوویچ برازش داده شدند. برای جاذب پلی آکریل آمین اصلاح شده مدل لانگمیر تطابق بیشتری با داده های تجربی داشت و با استفاده از این مدل ماکزیمم ظرفیت جذب mg g-1 5000 برای جاذب به دست آمد. همچنین نتایج نشان دادند که سینتیک جذب از معادله شبه درجه دوم برای آلاینده دایرکت بلو مطابقت بیشتری دارد (99/0 =R2). همچنین یافته های پژوهش نشان داد که بهترین شرایط به منظور حذف رنگ دایرکت بلو در مقادیر pH برابر 2، زمان 45 دقیقه، مقدار جاذب 014/0 گرم و غلظت 800 میلی گرم بر لیتر می باشد. نتایج حاصل نشان می دهد که جاذب اصلاح شده به دلیل داشتن سطح موثر بالا و داشتن گروه های عاملی سولفونه (SO3)، ماکزیمم ظرفیت جذب بالا و سینتیک سریع واکنش، جاذبی موثر در حذف آلاینده رنگ دایرکت بلو از محیط های آبی می باشد. لذا استفاده از این جاذب به منظور حذف رنگ دایرکت  بلو از محیط های آبی بخصوص پساب صنایع نساجی پیشنهاد می گردد.

    کلیدواژگان: جذب سطحی، مدل های ایزوترم، مدل های سینتیک، دایرکت بلو
  • مهدی خراشادی زاده، غلامرضا عزیزیان، سید آرمان هاشمی منفرد*، ابوالفضل اکبرپور، امیر شبانی صفحات 416-432

    آلوده شدن آب های سطحی به ویژه رودخانه ها، مشکلات جدی را در رابطه با سلامت انسان و محیط زیست به وجود آورده است. یافتن راه حل هایی کارآمد جهت کنترل آلودگی رودخانه ها به منظور کاهش آسیب بر مصرف کننده و محافظت از محیط زیست، بسیار ضروری می باشد. در این تحقیق، برنامه مدیریت کیفی رودخانه، راهکاری را به منظور کاهش آسیب آلودگی به مصرف کننده با استفاده از الگوریتم PSO می دهد. منطقه مورد مطالعه، رودخانه قشلاق در کردستان ایران می باشد. برنامه تخصیص ورود بار آلودگی در ساعت های مختلف شبانه روز بوده و 8 منبع نقطه ای، آلودگی را وارد رودخانه قشلاق می کنند. همچنین در تمام ساعت های شبانه روز، برداشت آب از رودخانه قشلاق توسط مصرف کننده پایین دست انجام می شود. 192 متغیر از متغیرهای تصمیم این تحقیق، متناظر با مقدار جرم آلودگی ورودی از این منابع در ساعت های مختلف شبانه روز می باشند و 8 متغیر تصمیم دیگر مربوط به موقعیت مکانی بهینه ورود آلودگی به رودخانه است. نتایج نشان داد که در حالت مدیریت شده غلظت آلودگی از حد مجاز بالاتر نرفت، در حالی که در حالت مدیریت نشده غلظت آلودگی در بسیاری از دقایق در طول رودخانه قشلاق، از حد مجاز بالاتر می رود. برنامه مدیریت کیفی رودخانه که موقعیت مکانی بهینه و برنامه زمانی را برای ورود آلودگی به رودخانه تعیین می کند، به میزان قابل توجهی آسیب به مصرف کننده را کاهش داد، به گونه ای که تابع هدف مسیله به میزان 7/97% کاهش یافت.

    کلیدواژگان: کنترل آلودگی، موقعیت مکانی بهینه منبع آلودگی، برنامه زمانی، برداشت آب، آسیب مصرف کننده
  • ابراهیم یوسفی مبرهن، کریم سلیمانی*، قربان وهاب زاده صفحات 433-450
    مدل های رگبار-آبگرفتگی مبتنی بر هیدرولوژی و هیدرودینامیک به تعداد زیادی داده (جزییات زمین، سیستم فاضلاب و داده کاربری اراضی) نیازمند است. در این مقاله به منظور تعیین سریع وضعیت آبگرفتگی تنها با چند داده ورودی و معمولا در دسترس، یک روش شبیه سازی رگبار- آبگرفتگی شهری (USISM) مبتنی بر سامانه اطلاعات جغرافیایی ارایه شده است. روش USISM یک نوع مدل هیدرولوژیکی توزیعی ساده شده بر اساس مدل ارتفاع رقومی می باشد. در این روش، فرورفتگی ها در زمین به عنوان سطوح اصلی آبگرفتگی در نظر گرفته می شوند. مقدار آبی که می تواند در هر فرورفتگی ذخیره شود توزیع نهایی آبگرفتگی را نشان می دهد. سطح رواناب حوضه و حداکثر حجم ذخیره برای هر فرورفتگی و جهت جریان بین این فرورفتگی ها همه در شبیه سازی نهایی آبگرفتگی در نظر گرفته شده اند. روش سازمان حفاظت خاک امریکا برای محاسبه رواناب رگبار، و یک معادله بیلان آبی برای محاسبه ذخیره آب در هر فرورفتگی استفاده شده است. نتیجه نشان می دهد که در هر 4 واقعه رگباری، متوسط خطاهای نسبی عمق در کلیه مکان های آب گیر کمتر از 20٪ می باشد، در حالی که متوسط خطاهای نسبی مساحت و حجم بیش از 60% هم می باشد لذا روش USISM قابلیت بالاتری در شبیه سازی عمق نهایی آب گرفتگی نسبت به سطح و حجم آب گرفتگی دارد همچنین روش USISM می تواند مکان های نهایی آبگرفتگی در منطقه شهری را تعیین و عمق و سطح آبگرفتگی را به سرعت محاسبه نماید و لذا در مدیریت بحران شهری نقش بسزایی را ایفا کند.
    کلیدواژگان: مدل ارتفاع رقومی، مدیریت بحران، روش شبیه سازی رگبار- آبگرفتگی شهری
  • جواد بهمنش*، حسن رضاییان، شادیه حیدری تاشه کبود، میلاد ابراهیمی صفحات 451-469
    در تعیین دبی با دوره های بازگشت مختلف، لازم است که ضریب چولگی با دقت قابل قبول مورد استفاده قرار گیرد. برآورد چولگی جامعه در مناطق مختلف، با روش های مختلفی همچون چولگی توزین یافته و چولگی تعمیم یافته بهبود می یابد. هدف از این تحقیق تعیین ضرایب چولگی با روش های مختلف و معرفی بهترین روش تعیین آن ضرایب در استان آذربایجان شرقی است. استان آذربایجان شرقی دارای سه منطقه هیدرولوژیک متفاوت است. شمال استان جزء حوضه آبریز ارس، مرکز استان جزء حوضه آبریز دریاچه ی ارومیه و قسمتی از جنوب استان جزء حوضه ی آبریز سفیدرود می باشد. در این تحقیق از روش های مختلف ضریب چولگی تعمیم یافته استفاده گردید. در مطالعه حاضر، ضرایب چولگی تعمیم یافته به چهار روش ضریب چولگی تعمیم یافته بدون در نظر گرفتن مناطق هیدرولوژیک، ضریب چولگی تعمیم یافته با در نظر گرفتن مناطق هیدرولوژیک، ضریب چولگی نااریب و ضریب چولگی توزین یافته برای مناطق هیدرولوژیک سه گانه و 62 ایستگاه مشاهداتی طی دوره های مورد مطالعه برآورد گردید. بر اساس نتایج به دست آمده بر اساس تجزیه و تحلیل مقادیر RMSE با استفاده از روش های مختلف می توان روش وزن دهی به ضریب چولگی با مقدار میانگین 104/0 را به عنوان روش برگزیده در استان آذربایجان شرقی پیشنهاد نمود. همچنین نتایج حاصل از محاسبه ضرایب نش - شاتکلیف و مجذور میانگین مربعات خطای نسبی نشان داد روش وزن دهی بهترین روش محاسبه ضریب چولگی است.
    کلیدواژگان: GIS، ضریب چولگی تعمیم یافته، ضریب چولگی نااریب، ضریب چولگی توزین یافته، فراوانی وقوع سیلاب
  • سید محسن معنوی، کاکا شاهدی*، محمود حبیب نژاد، باقر قرمزچشمه صفحات 470-486
    اولویت بندی مناطق مختلف و زیرحوضه ها از نظر پتانسیل سیل خیزی تاثیر مهمی در مدیریت حوزه آبخیز دارد. هدف از اولویت بندی سیل خیزی در زیرحوضه ها، ارایه الگویی برای کنترل و کاهش خطرات سیل و ارزیابی نقش هریک از زیرحوضه ها در دبی اوج هیدروگراف سیلاب خروجی حوضه می باشد. در این تحقیق حوضه تالار بدلیل وقوع سیل های متعدد، بعنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب و در ادامه عوامل موثر بر سیل خیزی نظیر بارش باران در دوره بازگشت های مختلف، طول جریان، درصد شیب، کاربری اراضی، گروه هیدرولوژی خاک، مقادیر CN و زمان تمرکز شناسایی و سپس با استفاده از تلفیق نرم افزار ArcGIS و مدل ModClark، پتانسیل تولید رواناب در حوضه تالار در پنج طبقه خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد در سه دوره بازگشت 25، 50 و 100 سال تهیه شد. همچنین براساس نتایج بدست آمده سهم زیرحوضه ها در پتانسیل سیل خیزی کل حوضه تنها تحت تاثیر مساحت آنها نیست و عواملی چون موقعیت مکانی زیر حوضه ها و روندیابی سیل در رودخانه اصلی نیز در رژیم سیلابی حوضه تاثیر قابل توجهی دارند. به همین دلیل براساس نقشه های پتانسیل تولید رواناب در دوره بازگشت های 25، 50 و 100 ساله، پتانسیل تولید رواناب، از پایین دست به سمت بالادست حوضه؛ افزایش و زیرحوزه چاشم واقع در جنوب شرقی حوضه بدلیل بارش های سیلابی، شیب تند و بالایودن مقادیر CN به عنوان موثرترین واحد در پتانسیل سیل خیزی کل حوضه تالار- شیرگاه محسوب می شود.
    کلیدواژگان: سیلاب، ArcGIS، مدل ModClark، اولویت بندی، حوضه تالار
|
  • Seyed Sasan Katourany, Rsool Ghobadian *, Masoud Ghodsian Pages 1-20
    Bridges are the most useful structures on rivers which floods cause damage to them every year. One of the known factors in bridges destruction is local scouring around the bridge piers. In this study, to investigate the scour depth around the bridge pier in the river bend, experiments were performed in a laboratory flume with a 90-degree bend with  . By placing a cylindrical pier with a diameter of 45 mm at three locations of 30, 45 and 60 degrees along the bend, for three flow Froude numbers, the scouring around the pier under clear water condition was investigated. Natural sand with an average diameter of 0.85 mm is used for the bed materials. The results showed that the maximum scour depth around the bridge pier varies at a different location along the bend. Besides, the flow discharge increase grows the depth and volume of the scour hole at all positions. Additionally, maximum and minimum depth and volume of scouring hole occurs in the second half of the bend at 60- degree position and in the middle of the bend at 45- degree position, respectively. Finally, it was recorded that the development of the sedimentary hill after the pier and its extent in the first half of the bend was higher than the second half of bend. The result also indicated that the maximum and minimum scour depths relative to the pier diameter are equal to 2.24 and 1.22, respectively.
    Keywords: Local Scouring, bridge pier, Pier location, 90-degree mild bend
  • Ali Mirnoorollahi, Hojat Karami *, Saeed Farzin, Mojtaba Ameri Pages 21-41
    By the development of technology and the advancement of technology, many intelligent methods have emerged for estimating the discharge coefficient of different hydraulic structures. One of the structures used in power plants is bottom intake structure. The task of this structure is to transfer the flow to the collecting channel. The advantages of these structures are their stability against dynamic and static loads due to their low level alignment. In the present study, four intelligent algorithms capable of extreme learning machine (ELM), general regression neural networks (GRNN), multivariate adaptive regression spline (MARS) and M5 tree model have been evaluated in modeling of discharge coefficient of bottom intake. The modeling results showed that the ELM algorithm is more accurate than the other algorithms in both training (70% of data) and test (30% of data) periods. In addition, R2 coefficient for the mentioned algorithm was up to 3.74% higher than the other algorithms used. Also the DDR criterion and modeling error histogram showed the superiority of the ELM algorithm. Finally, the computational speed of the algorithms used was compared, which ELM algorithm was 2.557 times faster than the other algorithms. Therefore, the ELM algorithm has high potential for modeling the discharge coefficient in overflows due to its good accuracy and high speed.
    Keywords: Intelligent Algorithms, Extreme learning machine, Circular Bottom Intake, Discharge coefficient, Circular Orifice
  • Zeynab Talebi, Khalil Azhdary, Hossien Hossieni Pages 42-64

    Study of separation zone is so important in right-angled three-branch or four-branch open channel junctions. Some effective parameters in this case are inlet discharge ratio and flow depth which in this research the effect of inlet discharge ratio and weir height ratios (flow depth) on flow pattern and dimensions of separation zone has been simulated numerically. Investigation of numerical results showed that k-ω model well validated with experimental results and had good agreement, so that simulation error was less than 20%. Dimensions of separation zone in main and side channels were directly proportional with the inlet discharge ratio. Also as increases of height ratio of outlet weirs, flow depth increases and separation zone dimensions decreased. According to the analysis of numerical results, dimensions of separation zone in vertical direction, of the channel bed to water surface increased, so that for discharge ratio 0.6 and height ratio of outlet weirs 0.377, length of separation zone at the channel bed, 0.1 m up the bed and water surface was about 60 cm, 75 cm and 85 cm, respectively. So of the water surface towards the channel bed, length of separation zone decreased about %29.

    Keywords: Four-branch junction, Height ratio of outlet weirs, inlet discharge ratio, numerical simulation, Separation Zone
  • Negin Zarei, Arash Azari *, MohammadMehdi Heidari Pages 65-83

    As for the severe limitation of water resources, costly construction and operation of water supply systems and rapid population growth, the optimal design of these networks is essential. The problem of cost minimization is done by minimizing the diameter of the network pipes, which reduces the pressure in the network. Since providing adequate pressure in the nodes is one of the important design principles, so in this study, the problem of optimization in several sample networks was defined with the objectives of minimizing the cost and lack of pressure in the whole network. EPANET software was used for hydraulic analysis of sample networks and the multi-objective optimization process through coding of PESA-II and SPEA-II algorithms in MATLAB software and their connection to EPANET face Took. The cost function was initially defined only by considering the relationship between cost, diameter, and pipe length. Then, in the next definition, the cost of exceeding the allowable pressure range, where the minimum and maximum allowable pressures are 30 and 60 meters, respectively, was added to this function, and the program again with the number of repetitions that ended in the best answer Was implemented. The results showed that these algorithms have a high ability to find optimal solutions. In these algorithms, considering the cost of exceeding the allowable pressure limits results in the best answer that other researchers have ever obtained for sample networks, which for the two-loop and lansey network, The cost was 419000 and 1069393 $ respectively, and the pressure shortage was zero and with a low number of iterations, in the two-loop network for both algorithms with 20 iterations and in the lansey network for PESA-II and SPEA-II algorithms  with 200 and 140 iterations respectively, to achieve a higher number of optimal answers and the time to achieve convergence is significantly reduced, so that in the two-loop network, the execution time of PESA-II and SPEA-II algorithms are 0.55 and 0.59 minutes respectively, and in the lansey network It was 1/8 and 7.4 minutes respectively.

    Keywords: Multi-Objective Optimization, Urban water distribution network, PESA-II, SPEA-II
  • Hossein Yousefi, Hojjat Allah Yonesi *, Davoud Davoudimoghadam, Azadeh Arshia, Zahra Shamsi Pages 84-105

    Flood is a phenomenon that causes a lot of environmental and socio-economic damage. The purpose of this study is to evaluate the efficiency of CART, GLM and GAM machine learning models in identifying flood risk areas in the Kashkan basin. Lorestan province and especially Kashkan basin, including: Selseleh, Delfan, Doreh, Khorramabad, Poldakhtar and Kuhdasht, is flooded and has suffered flood damage many times and in April 2019, experienced the largest flood of the last 200 years. In this regard, various factors including: height, slope direction, land curvature, slope percentage, distance from the river, drainage density, soil, lithology, land use and topographic moisture index were used. The digital map of all the mentioned factors was prepared in ArcGIS10.5 software and in the form of a database. The location of 123 flood events recorded in recent years in this basin was collected and randomly used in two categories of model training (86 cases) and model validation (37 cases) in modeling. Using machine learning models and environmental factors, flood potential prediction maps were prepared and then validated using AUC characteristic curve methods and TSS index. The results of model validation showed that CART machine learning model with AUC = 0.91 and TTS = 0.88 index was the most accurate model in predicting flood risk potential, followed by GAM model with AUC = 0.87 and TSS index = 0.84 and GLM model with AUC = 0.83 and TSS index = 0.88. Accuracy 0.91 CART model indicates the excellent accuracy of this model for the Kashkan basin. This model shows a larger area of ​​the basin under high potential and moderate flood risk conditions, which include most of the western areas as well as the central areas of the basin (Kuhdasht, Khorramabad and Poldakhtar), which are exactly parts The same areas were flooded in the great flood of 2019 and it is necessary to be in the first priority of flood risk planning and management in this basin.

    Keywords: AUC, flood map, ROC, Topographic moisture index, TSS
  • Mahsa Habibi, Shahla Paimozd *, *, Mahnoosh Moghaddasi Pages 106-124
    The great importance of modeling the rainfall-runoff process from the perspective of water resources engineering, river engineering, flood control structures and flood storage led researchers to use simulation models as a tool to analyze and evaluate the behavior of the basin. So, in this study WetSpa model was used to simulate rainfall hydrograph flow in Beheshtabad basin. For this purpose, using hydrological and meteorological daily data of during the years 2008-2014, DEM, land use and soil texture were simulated runoff. It is noteworthy that from this statistical period, five years of 2008-2012 have been considered for calibration and the second two years of 2013-2014 have been considered for validation of the model. The simulation results show that the WetSpa model in the watershed is able to predict daily hydrographs with good accuracy and Nash Sutcliffe coefficient of 60.12%. In addition, the results show that the model of hydrological components and factors is accurately estimated and is effective for calculating daily flow rate
    Keywords: Prediction of flood hydrograph, Beheshtabad Watershed, Modeling of rainfall-runoff process, WetSpa Hydrological Model
  • Nader Naderi *, Ali Ghadami Firouzabadi Pages 125-140
    Increasing irrigation efficiency and reducing water losses in gardens is necessary due to the severe shortage of water resources in the country. In order to increase the irrigation systems efficiency it is necessary to evaluate them. For this purpose, 6 gardens with basin irrigation system were selected. The amount of irrigation water volume, depth of root development, yield, application efficiency (early, mid and late of the growing season) and water productivity were determined. Also, the water requirement was calculated by the Penman Monteith method using meteorological data (recent ten years) and compared with the values provided in the National Water Document. In apricot orchards, the average application efficiency varied from 43.3 to 58.4 percent (average of 49.7 percent) and in vineyards from 41.7 to 61.9 percent (51.4 percent on average). Deep percolation was the major portion of irrigation water losses in apricot and grape gardens by 49.7 and 51.4%, respectively. The average water productivity of these products was 0.78 and 5.2 kg.m3 respectively. The results showed that in gardens where land leveling and water supply of the trees were well done, irrigation efficiency and water productivity were significantly increased. Comparing the computational water requirement with the volume of irrigation water shows the imposition of deficit irrigation in these gardens. The results also showed that the computational water requirement was much higher than the values mentioned in the National Water Document, which highlights the need to update the National Water Document.
    Keywords: Irrigation water volume, national water document, Semnan province, Yield
  • Mehdi Mohammadi Ghaleni, MohammadJavad Nahvinia * Pages 141-156

    The objective of this study is to evaluate Avan modern irrigation network with an area of 10985 ha. The main district’s water inputs (irrigation, precipitation and canal releases) and outputs (actual evapotranspiration of crops, outflow surface drainage and canal seepage) were measured or estimated during the hydrological years of 2006 to 2009. The district-level irrigation performance was poor (mean value of seasonal irrigation consumptive use coefficient-ICUC in the studied years were equal 37%), due to the low distribution (66%) and on-farm (53%) efficiencies for the 1385-88 irrigation seasons. Thus, despite the high volume of applied irrigation water, the actual district ET was 19% lower than the maximum achievable ET, indicating that the water-stressed crops yielded below their maximums. By using neoclassical approach, it was shown that the values of net (0.83) and effective efficiencies (0.68) were more than classical efficiency (0.53) in surface irrigation systems. The results obtained in this study showed that effective efficiency has suitable expression about irrigation management and method at farm scale, whereas net efficiency only considers the concept of reuse of beneficial losses on spatial scale larger than the field. Potential reductions in water allocation were analyzed for three ICUC values (65, 75, and 85%) and two scenarios of modernization (I and II). In scenario I, where the aim was to achieve maximum ET and crop yields, water allocation could be reduced from 34.8 to 50.2% of the current allocation. In scenario II, where the aim was to achieve the maximum conservation of water under the actual ET and crop yields, reductions in water allocation would be much higher than current allocation (47.4 - 59.8%). Thus, significant volumes of water could be conserved in the rehabilitation of this district by increasing the distribution efficiency and, in particular, the on-farm irrigation efficiency.

    Keywords: Irrigation efficiency, Irrigation consumptive use coefficient, Modernization of Irrigation Networks, System Irrigation, Water conservation
  • Mohsen Ramezani-Vasokolaei, Abdullah- Darzi Naftchali *, Seyed Farhad Saber Ali, Shahryar Kazemi Pages 157-175
    Simulation models are suitable tools for predicting the effects of different management scenarios and selecting the most appropriate solutions in agricultural production systems. In this study, after evaluating the efficiency of the DSSAT model, the effect of water table management on rice growth and yield was investigated. The required field experiments were performed under a randomized complete block design with four irrigation treatments and three replications during a rice growing season in a research farm at the Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University. Irrigation treatments included conventional or flooding irrigation (control) with water height of 5 cm above the soil surface (I1), water table control at soil level (I2), water table control at 5 cm below soil surface (I3) and water table control at 15 cm below soil surface (I4). During rice growing season and at harvest, leaf area index, shoot weight, plant height, number of tillers, biological yield and grain yield were measured. The data of I1 treatment were used for calibration and the data of other treatments were used for validation of the model. In both calibration and validation processes, the DSSAT model showed a good performance for predicting phenological dates, leaf area index, biological yield and grain yield. In the calibration and validation stages, root mean square error (NRMSE) values were in the range of 0.7-7.6% and 1-7.6%, respectively, and Wilmot agreement index (d) values were in the range of 0.73-0.99 and 0.82-0.99, respectively. Effects of irrigation treatments were significantly different on plant height, number of tillers per hill, leaf area index, grain yield and biological yield. Among different treatments, the highest grain yield was 5584 kg ha-1, related to the control treatment. Grain yield in I2, I3 and I4 treatments was 4.7, 4.6 and 39.2% lower than that in the control treatment, respectively. Water use efficiency in I1, I2, I3 and I4 treatments was 0.48, 0.65, 0.83 and 0.73 kg m-3, respectively. Based on the results, in order to maintain rice production while saving water, it is recommended to control the water table at a depth of 5 cm below the soil surface.
    Keywords: Flooding irrigation, Water Use Efficiency, Leaf area index, Water table management
  • Sedigheh Anvari *, Esmat Rashedi, Sedigheh Mohammadi Pages 176-194
    Agricultural sector is the main water consumer in our country. So the appropriate decisions for irrigation scheduling and its optimal allocation is of great importance for an efficient water management. The aim of the present study is to employ some soft computing techniques, such as the particle swarm optimization (PSO) and genetic algorithm (GA), and to determine optimal irrigation scheduling as well as reservoir release for agricultural networks located at downstream of Zayandeh-Rud dam. In this regard, the crop calendar, total amount of available water as well as arable land in agricultural sector, the amount of water available at the beginning of water year and crop water requirements are the most important non-linear constraints of current research. The results showed the integrated PSO modeling with better distribution of water shortages among different crop growth stages could significantly increase the net profit of system while compared to those of traditional irrigation systems. Regarding the time of reaching the convergence as well as total attainable benefit, the PSO has slightly outperformed the GA. Consequently, application of soft computing techniques in irrigation scheduling will provide effective water allocation patterns to save more water in an arid region with limited water resources.
    Keywords: : Irrigation scheduling, optimization, variable agricultural demand, Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization
  • Hosein Khodakarami, Saeed Abbasi * Pages 195-212
    One of the most important criteria for designing groynes is the stability of groynes during floods passing around them. To be able to protect the riverbank, the groynes should maintain their stability over the years. One of the main reasons for groynes instability is the local scouring around them. In this study, to protect and reduce the maximum local scouring depth of the nose of a series of impermeable groynes, a permeable protective groyne (PPG) is installed upstream. For this purpose, the maximum local erosion depth of the nose of series of impermeable groynes was determined under laboratory conditions and the scour depth in two cases without protective groyne and with protective groyne at five different distances i.e. L', 1.5L', 2L', 2.5L', 3L' (L': Protective groyne Length) at the upstream side of the first groyn was determined and evaluated. The results show that the establishment of permeable protective groyne at the upstream of a series of impermeable groynes with equal length at 3L' distance from the first groynes reduces the maximum local scouring depth of the first groyne by 34.3% at 3L' distance from the first groynes.
    Keywords: local scour, Permeable Protective Groyne, Series of Groynes, Equal length
  • Mehdi Fuladipanah *, Mahdi Majedi-Asl Pages 213-233
    It’s valuable to predict accurately the discharge coefficient due to its direct role in the determination of the weirs passing capacity. This study was carried out using intelligent GEP and SVM algorithms based on laboratory datasets to simulate the discharge coefficient of the rectangular side weir installed in a rectangular (the first scenario) and a trapezoidal main channel (the second scenario). The most effective parameters were determined as upstream Froud number (Fr1), upstream flow depth (h1 or yo), weir height (P or W), side weir length (L), main canal width (b), sidewall slope (Z). Dimensionless parameters were extracted as (Fr1, , , ) and (Fr1, Z, ) for the first and the second scenarios, respectively. The outputs of the two algorithms were compared with experimental and regression equations using statistical indices as root mean square error (RMSE), deterministic coefficient (R2), relative error (RE), and standardized developed discrepancy ratio (ZDDR). The values of (RMSE, R2, RE, ZDDR) during the test phase for the first scenario for GEP and SVM were calculated as (0.036, 0.962, 7.76, 5.48) and (0.037, 0.952, 9.6, 3.8) and those of the superior regression model were (0.040, 0.912, 4.527, 2.439), respectively. The corresponding values in the second scenario for GEP, SVM and regression model were obtained (0.068, 0.992, 3.1, 1.14), (0.043, 0.934, 10.3, 0.71) and (0.068, 0.818, 11.9, 0.511), respectively. The results showed the superiority of intelligent algorithm over classical regression, and also the GEP to the SVM.
    Keywords: Gene expression programming, Support Vector Machine, statistical indices, Discharge coefficient
  • Maryam Hafezparast Pages 234-257

    Groundwater monitoring has long been considered as one of the main sources of agricultural water supply. . In this regard, indiscriminate harvesting of this God-given resource, as well as the construction of unauthorized wells and lack of rainfall have caused the water level to drop in many aquifers of the country. The plains of Kermanshah province with its good climate and fertile soil are the agricultural and horticultural hubs of Iran. Therefore, in this study, piezometric well data in the period 1360-1397 and GRACE satellite data with a resolution of one degree in the period 2002 to 2020 with JPL, GFZ and CSR methods were used to study the changes in groundwater levels of aquifers in Kermanshah province. The amount of soil moisture was extracted from Google Earth Engine cloud computing environment using GLDAS model with a resolution of one degree. Zoning maps of all aquifers in the province for the years 1395 and 1397 were drawn by kriging method in ARC GIS software. The results showed that a number of aquifers, including Hassanabad-Shian, Sanjabi and Dinehvar are in critical condition. Long-term monthly and annual water level data of aquifers for different plains according to their effective areas have also been calculated and displayed by Thissen method. The map of changes in soil moisture, actual evapotranspiration, and cumulative precipitation in Kermanshah province was extracted by TERRA satellite with a resolution of 0.04 degrees equivalent to 4 km by 4 km, which shows the changes in these parameters in December 2019. The values ​​of TWS groundwater level changes were plotted by subtracting soil moisture values ​​against the aquifer observational data and the changes in groundwater level decreasing trend in Kermanshah province indicate a decrease of -1.5 cm and -3.8 cm in the period 2002 to 2016 by GRACE satellite and observational values respectively While from 2016 to 2020, groundwater level changes have been increasing.

    Keywords: changes in groundwater level, GRACE Satellite, GLDAS model, Google Earth Engine, Zoning
  • Fereshteh Modaresi, Kumars Ebrahimi *, Shahab Araghinejad Pages 258-273
    Rainfall-runoff monthly modelling process plays an important role in dams’ operation. Herein the performances of three data-based models including Artificial Neural Network (ANN), Generalized Regression Neural Network (GRNN) and K-Nearest Neighbor (KNN) are compared in tandem with IHACRES conceptual model, while they were applied with similar data, and optimal structures. Simulation of monthly inflow to Karkheh reservoir, Iran, was considered as the case study, and 32-year data (1982-2014) of monthly temperature and precipitation belong to the upper sub-basin of the dam, and monthly inflow to the reservoir were used. With respect to the different rainfall-runoff patterns in different months, the models assessed in a general and monthly manners using a rating method based on performance criteria including: Nash-Sutcliff Efficiency (NSE), Root Mean Square Error (RMSE) and Correlation Coefficient(R). Results showed that both model evaluation procedure in validation phase, ANN and KNN models have the highest and lowest efficiency in monthly streamflow forecasting, respectively. Based on the rating general evaluation the performance of ANN (NSE= 0.749, R= 0.868) and IHACRES (NSE= 0.699, R= 0.842) are similar with a score of 8 while the GRNN (NSE= 0.618, R= 0.793) and KNN (NSE= 0.601, R= 0.777) models with similar performance (score 5) were ranked in the second order. However, in accordance with rating monthly assessment of the models, the performance of GRNN was similar to IHACRES with the total score of 38 based on three criteria while they were ranked in the second order after ANN model with score 48.
    Keywords: : Neural Networks, IHACRES, Karkheh, KNN, Ranking method
  • Hossien Khozeymehnehad *, Maryam Safavi, Mehdi Amirabadizadeh, Mohamad Nazeri Tahroudi Pages 274-291

    In this study, using six models of neural network (ANN), ANFIS, support vector machine (SVM), genetic programming (GP), support vector regression (SVR) and multivariate regression (Reg), the mean daily temperature at Kerman and Bam stations, Iran were studied and simulated during the period of 1961-2005. The results showed that the mean daily temperature during the mentioned periods will increase significantly for both stations. The overall results indicate the superiority of the results of the SVR model (Kerman: RMSE = 1.105 oC and R = 0.992) and (Bam: RMSE = 1.01 oC and R = 0.99). The results showed that the SVR model improved the simulation error rate compared to the neural network (ANN), ANFIS, genetic programming (GP) and multivariate regression (Reg) models in Kerman station about 32, 42, 30 and 11 percent respectively and 62, 59, 27 and 27 percent respectively in Bam station. The results of the root mean square error showed that among the six studied models, the support vector regression model and genetic planning for Bam station and the support vector regression model for Kerman station have higher accuracy. The results also showed that estimating the mean temperature of Bam station has more efficiency and accuracy than Kerman station. In this study, although the analysis of the output results of the models did not lead to the same results, but the results of the models indicate an increase in temperature variables in the two stations of Kerman and Bam in future periods.

    Keywords: climate change, general circulation model, Kerman, prediction
  • Keyvan Bolhasani, Heydar Zarei *, Ayoub Taghizadeh Pages 292-309

    Using water resources require the determination of components of the hydrological cycle. Understanding of natural systems and physical laws that manage each component of the hydrological cycle is important for the water resources management. One of the crucial components of the hydrological cycle is evapotranspiration. Most methods that have been presented in this study use point measurements to estimate evapotranspiration. Due to dynamic and changing nature of regional evapotranspiration is not generalizable to the basin, the applied methods are only suitable for the local areas. Technology of satellite remote sensing and remote sensing-based methods can be used for the temporal and spatial estimation of actual evapotranspiration in the small and large basins. Remote sensing data derived from satellite imagery calculates the amount of actual evapotranspiration using surface energy balances model. In this study, actual evapotranspiration at the Bakhtegan-Maharloo basin were estimated and evaluated using Landsat 8 satellite images sensor OLI/TIRS and SEBS energy balance models. The values of evapotranspiration derived from energy balance model and FAO-Penman-Monteith method were compared.The results showed that the evapotranspiration values obtained from the energy balance model has a root mean square error (RMSE) and mean absolute difference (MAD) equal to 0.62 and 0.49 mm/d, respectively, indicating its acceptable performance to estimate the evapotranspiration

    Keywords: Actual Evapotranspiration, Remote Sensing, Energy balance model, Landsat, Bakhtegan-Maharloo Basin
  • Somayeh Hejabi *, Hassan Rezaeian, MohammadAmin Vazifekhah Pages 310-333

    Reference Evapotranspiration (ETo) has an important role in irrigation management  and scheduling. Evaluating the sensitivity of ET o to different meteorological variables and contribution of each variable in ET o trend is essential for better management of water crisis in Lake Urmia basin. In this study, ETo in 13 synoptic stations in and around Lake Urmia basin for the period 1990-2018 was estimated by the FAO Penman-Monteith method. Trend analysis showed that the average annual ETo of stations has significant increasing trend of 8.0 mm year-2. In addition, the trend analysis of the average annual meteorological variables of the stations reveals significant increasing trends in minimum temperature (Tmin) (0.07 ℃ year-1), maximum temperature (Tmax) (0.09 ℃ year-1), and wind speed (u2) (0.02 m s-1 year-1). Sensitivity analysis of ETo to meteorological variables indicate that on an annual temporal scale, the maximum sensitivity of ETo is to relative humidity (RH) and the minimum sensitivity of ETo is to Tmin. Also, during this period, the sensitivity of ETo to Tmax, u2, and RH increased and the sensitivity of ETo to solar radiation (Rs) decreased. The contribution analysis of meteorological variables to ETo variations indicate that in most stations (with arid and semi-arid climate), u2 has the largest contribution in ETo variations. However, in Sardasht station with a very humid climate, the contribution of other factors in the ETo trend (decrease in RH and increase in Tmin and Tmax) is greater than the effect of decrease in u2. The results of this study highlights the need to pay attention to the different response of ETo to meteorological variables changes in different climates in planning water resources systems and studies that are dependent on climate change scenarios.

    Keywords: Reference Evapotranspiration, Sensitivity analysis, Contribution Analysis, Trend Analysis, Lake Urmia basin
  • Sana Abdollahi, Ommolbanin Bazrafshan *, Marzieh Shekari Pages 334-353
    The drought phenomenon contains important characteristics, including duration, severity, peak and frequency. In this study, two indices of drought assessment consist of univariate index (Standardized Precipitation Index: SPI) and multivariate copula-based index (JDI: Joint Deficit Index) are compared. In this regard, the drought characteristics, including the severity, duration, and drought frequency have been studied in 39 synoptic stations of Iran during the 1965–2014. The results showed that the longest duration and maximum severity of each station belongs to the JDI. Also, the frequency of drought in different classes shows the JDI estimates the drought frequency with high accurately, but the SPI‐12 provided an unexpected estimation is some stations. In addition, the results of the Mann-Kendall test for the drought characteristics showed that the drought trend with JDI is decreasing while SPI-12 does not show a significant trend in the most stations. Finally, the results showed that JDI provides a complete drought assessment for decision makers and water resource managers.
    Keywords: Drought characteristics, Experimental Copula, Joint Deficit Index, multivariate analysis, Trend Analysis
  • AliReza Emadi *, Sarvin Zamanzad-Ghavidel, Soheila Zareie, Ali Rashid-Niaghi Pages 354-373

    Evaporation as one of the natural parameters has always been considered by researchers. In this study, the monthly evaporation variable was modeled in two different climates of Iran using artificial neural network, adaptive fuzzy-neural inference system and gene expression programming methods and combining these methods with wavelet theory. For this purpose, meteorological data of precipitation, relative humidity, average temperature, maximum temperature, minimum temperature and wind speed were used during the statistical period of 1384-1397 related to the two catchments of Urmia Lake and Gavkhouni. In this study, the seasonal effect and data noise reduction were applied. The accuracy of the studied methods was evaluated based on statistical correlation coefficient (R), root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE) and nash-sutcliffe efficiency (NSE). The results show that in two different climates, the wavelet-hybrid gene expression programming and the single artificial neural network have the highest and weakest performance, respectively, among other data mining models used in this study. The hybrid wavelet-gene expression programming model with RMSE value of 20.870 and 156.884 had higher performance for Tazehkand station in Urmia Lake catchment area and Kuhpayeh catchment in Gavkhouni catchment area, respectively. Also, the results showed that the effect of seasonal factor utilization and data noise reduction in model performance improvement is significant. Based on the results of the models performance Urmia Lake catchment area with Dsa climate has been better. However, hybrid data mining methods can be introduced as a good alternative to the old methods.

    Keywords: Climate, Evaporation, Data mining, Wavelet
  • Masoud Mohammadi, Hadi Dehghan * Pages 374-392
    In this study, GIS software was used to locate prone to treated wastewater replacement. For this purpose, parameters of water quality, being close to the wastewater treatment plant, groundwater level, and topographic conditions have been used in different regions. Then, the information layers related to these parameters were weighted through the AHP method. Eventually, by integrating and assembling the layers, a priority map of areas prone to wastewater replacement was drawn. The results of AHP analyzes indicated that according to the water experts, the drop in water level and the quality of groundwater in Mashhad Plain have the highest weighting factor and the distance from the wastewater treatment plant and the height differences in various regions relative to thewastewater treatment plant (topography) were the least weighted coefficient. Also, the areas with the highest drop, the best water quality, the lowest distance and the lower height relative to wastewater treatment plant had the highest weight coefficient. Furthermore, areas with the lowest drop, the worst water quality, the highest distance and height relative to the wastewater treatment plant had the lowest weight coefficient. The areas identified as the first priority indicated the highest water level drop and their water quality was better than other areas of the plain. Therefore, by replacing the agricultural wells of these areas with the treated wastewater and removing these wells from operation circuit, the amount of water withdrawal is reduced and the stored water potential can be used in the future. By direct replacement of the wells with wastewater and excluding these agricultural wells from operation circuit, one hundred percent of replaced water can be stored in the groundwater tables with higher quality and it is possible to use them in the future.
    Keywords: AHP, GIS Software, Mashhad, Reduction of Groundwater Level, Wastewater Treatment Plant, Water Quality
  • Seyed Yaghoub Karimi, Safar Marofi *, Ali Mouhamad Zare Pages 393-415

    Entering environmental pollutants into water resources have harmful effects on human health and environment. In recent years, adsorption methods using adsorbents to remove contaminants from water resources have been abundant. Solfounate  and Pentaaza. sulfonated polyacrylamide polymer (PAM-SO3) as a novel adsorbent can be effective for removal of chemical pollutants of the aquatic solution. The purpose of this research is removal of Direct Blue using PAM-SO3 as an adsorbent from polluted water in vitro. The effects of variables such as pH, contact time, initial concentration, adsorbent amount were observed to reach best adsorption conditions. Isotherms of Langmuir, Freundlich and Temkin have been fitted with the data of experiment. In addition, kinetics of pseudo- first order, pseudo- second order, intra-particle diffusion and Elovich were also fitted with the [1]experiment data. Also, the results indicated that the best conditions for removal of Direct Blue dye were: pH= 2, removing time= 45 minutes, adsorbent dosage= 0.014 g and initial concentration of dye= 800 mg L-1. For PAM-SO3, Langmuir isotherms showed a good agreement with the experimental data. Using this model to maximize absorption capacity of 5000 (mg g-1) for PAM-SO3. Absorption rates showed a quick responses which was less than one hours. Based on these results, the adsorption kinetics of pseudo- second- order was more consistent with the experimental data (R2=0.99). The results show that PAM-SO3 absorbent is effective in removing Direct Blue contaminants from the aqueous solutions due to its high surface area and rapid kinetics of the reactions. Therefore, PAM-SO3 is recommended as an efficient adsorbent to remove Direct Blue from aqueous solutions.

    Keywords: Adsorption, Isotherms Models, Kinetics models, Direct Blue
  • Mahdi Khorashadizadeh, Gholamreza Azizyan, Seyed Arman Hashemi Monfared *, ABOLFAZL AKBARPOUR, Amir Shabani Pages 416-432

    Pollution of surface water especially rivers has created serious problems for both human health and environment. Finding efficient solutions for controlling river pollution is essential in order to reduce damage for the consumer to protect the environment. In this research, river quality management planning is determined in a way that minimized the rate of pollution damage with using particle swarm optimization. The case study is Gheshlagh River in Iran, Kurdistan province. The timetable for entering contamination is at different hours of the day, and eight source points enter contamination to the Gheshlagh River. Also in all hours of the day, water harvesting from the Gheshlagh River is carried out by the downstream consumers. The 192 of decision variables of this research are corresponding to the amount of contamination entering from these sources at different times. Also, 8 decision variables are corresponding to the optimal location of contamination entering to the river.  The results indicate that in the optimal condition the value of contamination does not exceed from the allowable limited.  However in the unmanaged condition, the contamination value exceeds the allowable limit. The river quality management planning which determines the optimal location and the timetable of pollution discharge, reduced significantly consumer's damages. So that the objective function of this study was reduced by 97.7%.

    Keywords: Pollution control, Optimal Location of Pollution Source, timetable, water harvesting, Damage for the Consumer
  • Yousefi Mobarhan, Karim Solaimani *, Ghorban Vahabzadeh Pages 433-450
    Storm-inundation models based on hydrology and hydrodynamics require a large amount of input data (detailed terrain, sewer system and land use data). In this paper, in order to determine inundation conditions quickly with only a few usually available input data is proposed an urban storm-inundation simulation method (USISM) based on Geographic Information System (GIS). The USISM is a simplified method of distributed hydrological model based on DEM, in this method depressions in terrain are regarded as the basic inundated area. The amount of water that can be stored in a depression indicates the final inundation distribution. The runoff and maximum storage volume for each depression and the flow direction between these depressions are all considered in the final inundation simulation. The SCS method is used to calculate storm runoff and a water balance equation is used to calculate the water storage in each depression. The result shows that in all four-storm event, the average relative depth errors of depth in all inundation sites are less than 20%, while the average relative errors of area and volume are more than 60% Therefore, the USISM method has a higher ability to simulate the final depth of inundation than the surface and volume of inundation. The result reveals that the USISM method could find the inundation locations in the Damghan Urban Watershed and calculate inundation depth and area quickly and therefore display a significant role in the management of the urban crisis.
    Keywords: Digital Elevation Model, Management of Crisis, urban storm-inundation simulation method
  • Javad Behmanesh *, Hassan Rezaeian, Shadieh Heydari Tasheh Kabood, Milad Ebrahimi Pages 451-469
    To determine the flow rate with different return periods, it is necessary to use the skewness coefficient with acceptable precision. Estimation of population skewness in different regions is improved by different methods such as weighted skewness and generalized skewness. The main objective of the present research is to determine the coefficients of skewness using different methods and present the best method for determining the mentioned coefficients in East Azerbaijan, Iran. East Azerbaijan has three different hydrologic regions. The north of the province is a part of Aras catchment area, the center of the province is a part of Urmia lake watershed and a part of the south of the province is a part of Sefidrood catchment area. In this research, different generalized skewness coefficients methods were used. In the present study, the generalized skewness coefficients were estimated using four methods including generalized skewness coefficient without considering hydrological regions, generalized skewness coefficient with accounting hydrological regions, unbiased skewness coefficient and weighted skewness coefficient for three hydrological regions and 62 observed stations during studied period. Based on the obtained results and on the basis of the analysis of RMSE values for different methods, the method of weighting skewness coefficient can be suggested as the selected method in East Azerbaijan with an average value of 0.104. Also, the results of calculating the Nash-Shutcliffe and the square of the mean squares of relative error coefficients showed that the weighting method is the best method for calculating the skewness coefficient.
    Keywords: Flood frequency, Generalized skewness coefficient, GIS, Unbiased skewness coefficient, Weighted skewness coefficient
  • Seyed Mohsen Manavi, Kaka Shahedi *, Mahmood Habib Nejad, Bagher Ghermezcheshmeh Pages 470-486
    Prioritization of sub-watersheds and different areas has an important effect in watershed management. The purpose of prioritization of sub-watersheds is to provide a pattern for control and decrease flood hazards and evaluating the role of each sub-watershed in peak discharge of outlet flood hydrograph. In this study, Talar watershed was selected as study area, because of several floods was occurred in it and then factors affecting floods like rainfall hyetograph for different return periods, flow length, slope percentage, land use, soil hydrological group, amounts of CN and time of concentration were recognized. By combining ArcGIS software and ModClark hydrological model, the potential of flooding in Talar watershed classified into five classes: Very Low, Low, Medium, High and Very High within three return periods of 25, 50 and 100 years. The results showed that the contribution of sub-watersheds in flooding potential will be not only affected by its area but also the location of each sub-watershed and flood routing in main reach have remarkable effect on flooding regime of the watershed. Runoff production potential maps indicate that runoff production potential from downstream to upstream of the watershed is increasing and Chashm sub-watershed in Southeast of the watershed is considered as the most effective area and unit in flooding of the whole watershed because of heavy rainfall, high slope and large curve number (CN).
    Keywords: flood, ArcGIS, ModClark Model, Prioritization, Talar watershed