فهرست مطالب

سامانه های سطوح آبگیر باران - سال نهم شماره 4 (پیاپی 31، زمستان 1400)

مجله سامانه های سطوح آبگیر باران
سال نهم شماره 4 (پیاپی 31، زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/04/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • لیلا بابایی، محمدحسین جلیلی، زینب امین زاده، فریدون سلیمانی، زینب حزباوی* صفحات 1-18

    منحنی تداوم جریان (FDC) بیان گر توزیع فراوانی جریان آب در یک بازه زمانی است که به طور گسترده در هیدرولوژی برای ارزیابی طیف های مختلف کاربرد جریان آب رودخانه ها استفاده می شود. لذا، توسعه یک مدل و روش مناسب برای برآورد آن در حوضه های فاقد آمار ضروری است. در همین راستا، در پژوهش حاضر، از مدل سازی مبتنی بر رگرسیون غیرخطی، برای تهیه FDC بر اساس داده های دبی جریان آب (مترمکعب بر ثانیه) و بارش (میلی متر) در دوره آماری 1381-1392، مساحت (کیلومترمربع) و شیب متوسط (درصد) حوضه های بالادست مربوط به 30 ایستگاه استان اردبیل استفاده شد. برای تحلیل رگرسیون غیرخطی، حدود 70 و 30 درصد ایستگاه ها به ترتیب برای واسنجی و اعتبارسنجی در نظر گرفته شدند. توسعه مدل برآورد FDC شامل چندین مرحله ازجمله بی بعد کردن داده های جریان دبی، نرمال سازی، تعریف پارامترهای معادلات رگرسیون غیرخطی و محاسبه چارک ها بوده است. درنهایت پس از آزمون رابطه های مختلف، رابطه Q=0.00002385(AP)0.571S0.845  با در نظر گرفتن تمام متغیرهای ورودی با ضریب تعیین (R2) برابر با 78/0 و میانگین قدر مطلق خطا (MAE) برابر با 021/0 به عنوان رابطه نهایی برای مدل سازی FDC در حوضه های فاقد آمار معرفی شد.

    کلیدواژگان: بی بعد سازی، رژیم جریان رودخانه، مدیریت منابع آب، مدل سازی منطقه ای
  • محمد رستمی خلج*، حمزه نور، علی باقریان کلات، میرمسعود خیرخواه زرکش صفحات 19-32

    هرساله مقادیر زیادی از منابع آب کشور از طریق مرزهای سیاسی از کشور خارج می شود. آب زیرقشری بخشی از این منابع است که بر بستر خشک رودها جریان دارد و بدون بهره برداری صحیح از دسترس خارج می شود. ازآنجایی که کشور ایران دارای مرزهای مشترک زیادی با کشورهای همسایه است، توجه به منابع آب زیر قشری ضروری است. یکی از راه حل های مناسب برای جلوگیری از خروج آب های زیر قشری از کشور احداث سد زیرزمینی است که اولین و مهم ترین مرحله در احداث سد زیرزمینی مکان یابی مناطق مستعد می باشد. بنابراین، هدف از این پژوهش پتانسیل یابی مکان های مناسب استحصال آب زیرسطحی در مناطق مرزی شهرستان تربت جام است. ازاین رو با استفاده از فرآیند تحلیل سلسه مراتبی AHP عوامل موثر در مکان یابی سد زیرزمینی وزن دهی و مناطق مستعد شناسایی شد، درنهایت با بازدید میدانی و در نظر گرفتن مسایل موجود در منطقه، مناطق مناسب برای احداث سد زیرزمینی تعیین شد. نتایج نشان داد که 6/26 درصد از منطقه فاقد پتانسیل استحصال آب زیر قشری هستند. در بین پارامترهای وزن دهی شده به روش AHP زمین شناسی و شیب منطقه به ترتیب با امتیاز 409/0 و 226/0 بیشترین امتیاز و کاربری اراضی و فاصله دسترسی به محل سد با امتیاز 068/0 و 095/0 به ترتیب کمترین امتیاز را طبق نظر کارشناسان کسب کردند. همچنین با بررسی های میدانی انجام شده سه نقطه مناسب برای احداث سد زیرزمینی در محدوده موردمطالعه شناسایی شد. ازآنجایی که مکان یابی سد زیرزمینی کار زمان بر و هزینه بری است استفاده از روش AHP می تواند در کاهش زمان و هزینه مکان یابی راهکار مناسبی باشد.

    کلیدواژگان: آب های زیر قشری، تربت جام، سد زیرزمینی، مناطق مرزی، AHP
  • زهرا گرامی*، حمیدرضا پیروان، افشین پرتوی صفحات 33-42

    مناطق خشک و نیمه خشک با بارندگی بسیار متغیر و دوره های خشکسالی یا سیل غیرقابل پیش بینی زندگی ساکنین را به شدت تحت تاثیر کمبود آب قرار داده است و اغلب ازنظر معیشتی مناطقی ناامن هستند. سامانه های سطوح آبگیر باران از راه حل های موجود برای غلبه بر کمبود آب و مدیریت رواناب در این مناطق است. رواناب سطحی منبع آب بالقوه ای است که با مدیریت درست آن به کمک روش های استحصال آب باران، می توان از آن برای تامین تقاضا در بخش های مختلف ازجمله کشاورزی و شرب مفید باشد. این پژوهش باهدف معرفی مکان های مناسب ایجاد سامانه سطوح آبگیر باران در حوزه آبخیز لتیان انجام شد. نقشه های مورد نیاز حوضه برای این پژوهش شامل نقشه های ضریب پوشش سطح زمین، نفوذپذیری سازندها و خاک، میانگین بارش بلندمدت، شیب، کاربری اراضی و شبکه زهکشی تهیه شدند. نقشه های مذکور هرکدام به پنج طبقه تقسیم شدند و با روی هم گذاری لایه ها در محیط ARC/GIS 10.7.2، در نهایت مکان های مناسب حوضه برای تولید رواناب جهت ایجاد سطوح آبگیر باران به دست آمد. نتایج نشان داد که درصد شیب، نوع کاربری، NDVI و اقلیم در این حوضه، عواملی موثر برای تولید رواناب بوده اند. همچنین نقشه طبقات پتانسیل تولید رواناب نشان داد درصد فراوانی مربوط به طبقات پتانسیل تولید رواناب خیلی زیاد، زیاد، متوسط و کم به ترتیب 2/3، 22، 6/33 و 5/23 درصد بوده است. برای احداث این سامانه ها اولویت با مناطقی است که ازنظر تولید رواناب، پتانسیل و فراوانی طبقه بالاتری دارند که مناطق با پتانسیل تولید رواناب متوسط این ویژگی را دارند. معرفی محل های مناسب برای ایجاد سطوح آبگیر باران، احتمال موفقیت طرح های استحصال آب باران را می تواند به حداکثر برساند.

    کلیدواژگان: استحصال آب باران، رواناب، شیب، نفوذپذیری، NDVI
  • رضا چمنی، حمیدرضا مرادی*، مصطفی غلامی، مریم نقدی صفحات 43-52

    استحصال آب باران یکی از روش های در دسترس و مکمل برای استفاده از آب های زیرزمینی می باشد که در مناطق خشک و نیمه خشک از اهمیت بسیاری برخوردار است. هدف از این پژوهش برآورد میزان آب قابل استحصال حاصل از بارش سالانه آرین شهر واقع در خراسان جنوبی جهت مصارف غیر شرب می باشد. در این پژوهش در مرحله اول داده های بارندگی ایستگاه کلیماتولوژی آرین شهر، واقع در سطح شهر، برای دوره 1395-1354موردبررسی و تحلیل قرار گرفت و متوسط بارندگی آرین شهر 183 میلی متر محاسبه گردید. در مرحله دوم بر اساس مطالعات تفضیلی شهرداری آرین شهر، میزان مساحت شهر و همچنین کاربری های مختلف شهر تعیین گردید و بر اساس ضریب رواناب هر کاربری، حجم رواناب قابل استحصال به صورت ماهانه، فصلی و سالانه تعیین گردید. نتایج این پژوهش نشان داد با توجه به وقوع بارش ها در فصل های زمستان و بهار، بیش ترین حجم آب قابل استحصال در ماه های آذر تا فروردین و به صورت فصلی در فصل زمستان و بهار قابل استحصال می باشد. به صورت سالانه نیز میزان 2/141636 مترمکعب رواناب از سطح شهر قابل استحصال خواهد بود که می تواند در مصارف مختلف برحسب نیاز شهر مورداستفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: آرین شهر، استحصال باران، خراسان جنوبی، رواناب شهری، فضای سبز شهری
  • میلاد شرفی*، سعید صمدیان فرد صفحات 53-66

    پیش بینی تبخیر روزانه یک ابزار تعیین کننده و مفید در کشاورزی پایدار و مسایل هیدرولوژیکی، به ویژه در طراحی و مدیریت سیستم های منابع آب است. بنابراین، در این مطالعه توانایی مدل های هوش مصنوعی پرسپترون چندلایه (MLP)، رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) و مدل ترکیبی رگرسیون بردار پشتیبان با الگوریتم کرم شب تاب (SVR-FFA) در برآورد تبخیر روزانه در ایستگاه تکاب، طی دوره 2020-2002 با استفاده از چهار معیار آماری مورد ارزیابی قرار گرفت. در هر سه مدل بکار گرفته شده، سناریوی برتر مدلی بود که ورودی آن شامل پارامترهای میانگین دما، حداقل دما، حداکثر دما، رطوبت نسبی متوسط​​، حداقل رطوبت نسبی، حداکثر رطوبت نسبی، سرعت باد و ساعات آفتابی بود. در میان پارامترهای ورودی نیز پارامتر ساعات آفتابی از مولفه های موثر بر پیش بینی تبخیر بوده که باعث کاهش خطا در تمام مدل ها شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که سناریو ششم مدل MLP بهترین عملکرد را با کمترین خطا (18/2) نسبت به تمامی مدل ها ارایه داد. همچنین نتیجه گرفته شد که سناریو ششم مدل SVR-FFA خطای کمتری (2/2) را نسبت به سایر مدل ها داشته است. در بین سناریوهای مدل SVR نیز سناریو ششم کمترین خطا را (27/2)، نسبت به سایر ترکیبات SVR از خود نشان داد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که سناریو ششم مدل MLP بهترین عملکرد را داشته و نیز الگوریتم هیبریدی کرم شب تاب باعث بهبود عملکرد رگرسیون بردار پشتیبان در برآورد تبخیر روزانه شد.

    کلیدواژگان: الگوریتم کرم شب تاب، پیش بینی، تبخیر، رگرسیون بردار پشتیبان
  • جواد چزگی*، سید محمد تاجبخش فخرآبادی صفحات 67-79

    روند تغییرات دبی رودخانه ها در مناطق خشک و نیمه خشک اکثرا کاهشی است و این روند می تواند تحت تاثیر عوامل اقلیمی و افزایش دما در دهه های اخیر در این مناطق باشد. این کاهش دبی می تواند بر ذخیره آب سد نهرین و کشاورزی، صنعت و آب شرب شهر طبس تاثیر بسزایی داشته باشد، که باید مدنظر کارشناسان قرار گیرد. این پژوهش با هدف تعیین روند دبی، بارش و دما در حوضه آبخیز سد نهرین طبس با استفاده از روش من کندال، شیب سن و رگرسیون خطی انجام شد. پس از بررسی و صحت سنجی داده ها دوره آماری 1366 تا 1396 انتخاب شد. نتایج همه روش ها نشان داد که دبی در همه مقیاس ها سالانه، فصلی و ماهانه کاهش یافته است. بارش نیز روند کاهشی داشته و در این دوره 31 سال به طور متوسط سالی 8/0 میلی متر کاهش داشته است. دما روند افزایشی داشته و به طور متوسط در این بازه نزدیک به 5/1 درجه سانتی گراد گرم تر شده است. روند کاهشی دبی رودخانه تحت تاثیر عوامل اقلیمی چون خشکسالی و افزایش دما بوده است، به طوری که منطقه بر اساس شاخص بارش استانداردشده (SPI) در سال های اخیر وارد دوره خشکسالی شدید شده است. برداشت آب برای کشاورزی و صنعت در بالادست ایستگاه هیدرومتری وجود ندارد و کاربری اراضی منطقه تغییر نداشته است، بنابراین روند نزولی دبی رودخانه باعث کاهش کشاورزی و بهره برداری دیگر در پایین دست سد نهرین طبس که از قبل وجود داشته است، خواهد شد.

    کلیدواژگان: روند تغییرات دبی، رگرسیون خطی، سد نهرین طبس، من کندال
|
  • Leyla Babaei, Mohammad Hossein Jalili, Zeinab Aminzadeh, Freidoon Soleimani, Zeinab Hazbavi* Pages 1-18

    The flow duration curve (FDC) represents the frequency distribution of water flow over a period of time, which is widely used in hydrology to evaluate different ranges of river water flow applications. Therefore, it is necessary to develop a suitable estimation model and method in un-gauged watersheds. To this end, in the present study, a modeling method based on nonlinear regression, for the preparation of FDC based on water flow (Q) and precipitation (P) data in the statistical period 2002-2013, area (A) and mean slope (S) of upland watersheds of 30 stations of Ardabil Province were used. For nonlinear regression analysis, about 70 and 30% of the stations were considered for calibration and validation, respectively. The development of the FDC estimation model involved several steps, including nondimensionalization of flow data, normalization, definition of the parameters of nonlinear regression equations, and calculation of required quartiles. According  to the results, after testing different equations, the equation Q=0.00002385(AP)0.571S0.845  considering all input variables with a coefficient of determination (R2) 0.78 and mean absolute error (MAE) 0.021, was introduced as the final equation for FDC modeling in watersheds without statistics.

    Keywords: Nondimensionalization, River flow regime, Water resources management, Regional modeling
  • Mohammad Rostamikhalaj*, Hamze Noor, Ali Bagheriyan Kalt, Mirmasoud Kheirkhah Zarkesh Pages 19-32

    Every year, large amounts of the country's water resources leave the country through political borders. Subsurface water is part of these resources that flows on the dry bed of rivers and becomes inaccessible without proper exploitation. Since Iran has many common borders with neighboring countries, it is necessary to pay attention to this issue. One of the appropriate solutions to prevent the outflow of subsurface water from the country is the construction of an underground dam that the first and most important step in the construction of an underground dam is to locate the suitable areas. The purpose of this study is to identify suitable sites for subsurface flow harvesting in the border areas of Torbat-e-Jam County. Therefore, using the analytical hierarchy process (AHP), the effective factors in identification of suitable sites for the underground dam were weighted and potential areas were identified. Finally, through a field visit and considering the issues in the region, suitable areas were determined for the construction of an underground dam. The results show that 26.6% of the study area has lacks subsurface flow harvesting potential. Among the parameters weighted by AHP, geology and slope have the highest weight and the distance from the road has the lowest weight. Furthermore, with the field studies, three suitable points for the construction of an underground dam in the study area were identified. Since locating an underground dam is time consuming and costly, using the AHP can be a good way to reduce the time and cost of locating.

    Keywords: Subsurface waters, Torbat-e-Jam, Groundwater dam, Border areas, AHP
  • Zahra Gerami*, Hamid Reza Peyrowan, Afshin Partovi Pages 33-42

    Arid and semi-arid regions with highly variable rainfall and periods of drought or unpredictable floods have severely affected residents' water shortages and they are often living in insecure areas. Rainwater catchment systems are one of the available solutions to overcome water shortage and runoff management in these areas. Surface runoff is a potential source of water that, with proper management and rainwater extraction methods, can be used to meet demand in various sectors, including agriculture and drinking. This study was conducted with the aim of introducing suitable places for establishing rainwater catchment systems in Latyan Watershed. Essential maps of the watershed for this study included land cover coefficient, permeability of formations and soil, average long-term rainfall, slope, land use, and drainage network were prepared. The mentioned maps were each divided into five categories and by overlaying in ARC/GIS 10.7.2 environment, finally suitable places for runoff production of the watershed were obtained to create catchment levels. The results showed that slope percentage, type of land use, NDVI and climate in this watershed were effective factors for runoff production. In addition, the map of runoff production potential classes showed that the frequency percentages related to runoff production potential classes were very high, high, medium, and low, respectively 3.2, 22, 33.6 and 23.5%. For the construction of these systems, priority is given to areas that have the potential and frequency of upper class in terms of runoff production, which areas with medium runoff production potential have this feature. Introducing suitable places to establish rainwater catchment systems can maximize the probability of success of rainwater harvesting projects.

    Keywords: Rainwater harvesting, Runoff, Slope, Infiltration, NDVI
  • Reza Chamani, Hamidreza Moradi*, Mostafa Gholami, Maryam Naghdi Pages 43-52

    Rainwater harvesting is one of the available, low-cost, and complementary methods for groundwater use, which is highly important in arid and semi-arid regions. The purpose of this study is to estimate the amount of water that can be extracted from the annual rainfall of Aryan Shahr for non-drinking purposes. In this study, in the first stage, the rainfall data of the Aryan Shahr climatology station, located in the city, for the period 1975-2016 were studied and analyzed and the average rainfall of Aryan Shahr was calculated to be 183 mm. In the second stage, based on detailed studies of Aryan Shahr municipality, the amount of the city area, as well as different uses of the city, was determined, and based on the runoff coefficient of each user, the volume of extractable runoff was determined on a monthly, seasonal, and annual basis. The results of this study showed that due to the occurrence of precipitation in winter and spring, the maximum volume of water can be extracted from December to April, and seasonally in winter and spring can be extracted. Annually, the amount of 141636.2 cm3 of runoff can be extracted from the city, which can be used in various applications according to the needs of the city.

    Keywords: Rain harvesting, Urban runoff, Urban green space, Aryan shahr, South Khorasan
  • Milad Sharafi*, Saeed Samadian Fard Pages 53-66

    Prediction of daily evaporation is a valuable and determinant tool in sustainable agriculture and hydrological issues, especially in the design and management of water resources systems. Therefore, in this study, the ability of artificial intelligence models of multi-layer perceptron (MLP), support vector regression (SVR), and the hybrid model of support vector regression-firefly optimization algorithm (SVR-FFA), to predict daily evaporation at Takab Station during the period 2002-2020 based on four statistical criteria have been assessed In all three models, the best scenario was the model whose input included the parameters of average temperature, minimum temperature, maximum temperature, average relative humidity, minimum relative humidity, maximum relative humidity, wind speed, and sunny hours. Among the input parameters, the sunny hours was one of the effective components on the evaporation prediction, which reduced the errors in all models. The results showed that the sixth scenario of the MLP model provided the best performance with the least error (2.18) compared to other models. It was also concluded that the sixth scenario of the SVR-FFA model had a lower error (2.20) than the other models. Among the SVR model scenarios, the sixth scenario showed the lowest error (2.27) compared to other SVR combinations. The results of this study showed that the sixth scenario of the MLP model had the best performance and the hybrid firefly algorithm improved the performance of support vector regression in estimating daily evaporation.

    Keywords: Prediction, Evaporation, Firefly algorithm, Support vector regression
  • Javad Chezgi*, Seyed Mohammad Tajbakhsh Fakhrabadi Pages 67-79

    The trend of river discharge changes in arid and semi-arid regions is mostly decreasing and this trend can be influenced by climatic factors and rising temperatures in recent decades in these areas. This reduction in discharge could have a significant impact on the water storage of the Nahrin Dam and agriculture, industry and drinking water in Tabas City, which should be considered by experts. The aim of this study was to determine the trend of discharge, precipitation and temperature in the watershed of Nahrin Tabas Dam using Mann-Kendall method, Sen's slope and linear regression. After data investigation and validation the data, the statistical period of 1987 - 2017 was selected. The results of all methods showed that the discharge decreased in all scales of annually, seasonally, and monthly. Precipitation has also decreased and in this 31-year period, it has annualy decreased by 0.8 mm, in average. The temperature has been increasing and on average, it has warmed up to about 1.5 °C during this period. The declining trend of river discharge has been due to climatic factors such as drought and rising temperatures. So that, according to the standardized precipitation index (SPI), the region suffers from severe drought in the last years. There is no water extraction for agriculture and industry above the hydrometric station, and the land use of the region has not changed. Therefore, declining trend of river discharge reduces  the agriculture and other exploitations at the downstream of the Nahrin Tabas Dam, which already exists.

    Keywords: Discharge changes Trend, Linear regression, Nahrin Tabas dam, Mann-Kendall