فهرست مطالب

مدل سازی و مدیریت آب و خاک - سال دوم شماره 4 (زمستان 1401)

نشریه مدل سازی و مدیریت آب و خاک
سال دوم شماره 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/23
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مینا کوهدرزی مقدم، سید مهدی تقی پور*، وجیهه عرفانی پورقاسمی صفحات 1-17

    خاک در طی گذر زمان و تحت عوامل مختلف محیطی و انسانی دچار تغییرات و تخریب می شود که این تخریب به اشکال مختلفی اتفاق می افتد. کاهش حاصل خیزی، تخریب خاکدانه ها و فرسایش از جمله اشکال تخریب خاک است. از جمله راهکارهای مهار فرسایش، اقدامات آبخیزداری  هستند که اثر عوامل فرسایش خاک را کاهش داده یا مهار می کنند. ارزیابی کمی پروژه های آبخیزداری به منظور ارزیابی اثرات آن ها و تصمیم گیری صحیح در اجرای بهینه این گونه طرح ها در شرایط مشابه ضروری است. هدف از پژوهش حاضر ارزیابی پروژه های زیستی، مدیریتی و سازه ای و تاثیر آن ها بر میزان فرسایش و رسوب منطقه دهلکوه بوده، تا بتوان موفقیت یا شکست طرح های صورت گرفته در فاصله سال های 1387 تا 1398 را مشخص کرد. بدین منظور، روش و الگوی کار کاملا مبتنی بر مطالعات گذشته قرار گرفت و پس از تهیه آمار و اطلاعات مورد نیاز، فرسایش و رسوب دهی حوزه آبخیز با استفاده از مدل MPSIAC محاسبه شد. نتایج مطالعات نشان داد که بر اثر اجرای طرح های آبخیزداری، در طول دوره آماری 11 ساله پس از اجرای طرح، فرسایش کل حوزه آبخیز دهلکوه از 28393/7 به 16679/5 تن در سال (کاهش 40 درصدی) و رسوب کل حوزه آبخیز دهلکوه از 15647/6 به 12103/5 تن در سال (کاهش 21 درصدی) تقلیل یافته است. نتایج حاکی از کارا بودن پروژه های آبخیزداری در کاهش رسوب دهی در منطقه مورد مطالعه است. به گونه ای که میزان فرسایش در سطح حوزه آبخیز تغییر چشم گیری داشته است.

    کلیدواژگان: اقدامات زیستی، اقدامات مکانیکی، مدل پسیاک اصلاح شده، نسبت تحویل رسوب
  • زینب کریمی*، امیر سعدالدین، واحدبردی شیخ صفحات 18-36

    با توجه به فشار مضاعف بر آبخیزها در سراسر جهان، کارشناسان و پژوهش گران در تلاش هستند تا به شیوه های علمی موثر و پایدار باعث کاهش تخریب و سیر قهقرایی آبخیزها شوند. در همین راستا، در ایران نیز به منظور کاهش نرخ تخریب و بهبود شرایط آبخیزها، اقدامات آبخیزداری متعددی صورت گرفته است. لذا، پژوهش حاضر در حوزه آبخیز چهل چای استان گلستان به بررسی میزان تغییرات خدمات حمایتی (پایداری خاک دانه)، تولیدی (تولید زراعی و باغی، تولید چوب و زی توده)، تنظیمی (مهار فرسایش خاک، مهار رواناب و ترسیب کربن) و فرهنگی (افزایش تعامل و ماندگاری جوامع محلی، افزایش زیبایی منظر و جذب گردشگر در منطقه و ارتقاء دانش و ارزش های آموزشی)، در نتیجه اجرای اقدامات اصلاحی انجام شده است. پس از کمی سازی مقادیر خدمات، اولویت بندی اقدامات با استفاده از روش TOPSIS (تاپسیس) انجام شد تا موثر ترین گزینه مدیریتی به منظور بهبود خدمات آبخیز چهل چای و آبخیزهای مشابه شناسایی و پیشنهاد شود. نتایج نشان داد که تاثیر انواع اقدامات آبخیزداری بر بهبود خدمات آبخیز یکسان نبوده و بیش ترین تاثیر مربوط به خدمات تنظیمی و پس از آن به ترتیب مربوط به خدمات تولیدی، حمایتی و فرهنگی است. اقدامات آبخیزداری بر بهبود خدمات زیرآبخیز تیمار تاثیر معنا داری را در سطح پنج درصد (p<0/05) نشان داد. هم چنین، نتایج مدل تاپسیس در ارزشیابی اثر اقدامات مدیریتی بر خدمات آبخیز نشان داد که از بین اقدامات انجام شده تبدیل اراضی زراعی دیم به فعالیت های باغی (کاشت درختان گردو) بهترین اثربخشی را با توجه به شاخص ها و معیارهای در نظر گرفته شده فراهم کرده است. بنابراین، به منظور مدیریت بهینه منابع آب و خاک و اثربخشی بیش تر اقدامات آبخیزداری بر بهبود خدمات حوزه آبخیز چهل چای، تبدیل اراضی زراعی شیب دار به باغ به همراه کشت گیاهان علوفه ای یا دارویی در فواصل بین درختان پیشنهاد می شود. علاوه بر این، پیشنهاد می شود معیارها، شاخص ها و شیوه های مورد استفاده در این پژوهش برای کمی سازی اثربخشی اقدامات آبخیزداری بر خدمات آبخیز در تدوین شیوه نامه یا دستورالعمل پایش و ارزشیابی اقدامات آبخیزداری مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: ارزشیابی، اقدامات آبخیزداری، اولویت بندی اقدامات، زیرآبخیزهای تیمار و شاهد
  • محمدحسین جهانگیر*، فاطمه روزبهانی صفحات 37-52

    تغییر اقلیم یک پدیده اتمسفری-اقیانوسی در مقیاس جهانی و دوره زمانی بلند مدت است که تحت تاثیر عواملی چون فعالیت های خورشیدی، آتش فشان ها، اقیانوس ها و اتمسفر (عوامل طبیعی) و یا فعالیت های انسانی، رخ می دهد. هدف از انجام این مطالعه پیش بینی تغییرات پارامترهای اقلیمی ایستگاه سینوپتیک بروجرد در 100 سال آینده، با استفاده از نرم افزار SDSM است. در این پژوهش از مدل اقلیمی CanESM2، تحت سه سناریوی RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 در سه بازه زمانی 2021-2040، 2041-2060 و 2061-2080 استفاده شده است. هم چنین دوره زمانی 2000-1990 جهت واسنجی و دوره زمانی 2005-2001 جهت صحت سنجی انتخاب شدند. نتایج نشان داد که در تمامی سناریو ها و دوره های مورد بررسی، بارش دارای روند کاهشی است. بیش ترین درصد کاهش بارندگی، مربوط به ماه ژانویه در دوره زمانی 2021-2040 و سناریوی RCP8.5، به میزان 69/22 درصد است. پارامتر دما در تمامی سناریو ها و دوره های مورد مطالعه در این پژوهش نسبت به دوره پایه روند افزایشی داشت. بیش ترین مقدار افزایش به ترتیب در داده های دمای حداقل مربوط به سناریوی RCP4.5 در ماه اکتبر دوره زمانی 2061-2080 و برابر با 4/90 درجه سانتی گراد و در داده های دمای حداکثر مربوط به سناریوی RCP4.5 ماه اکتبر دوره زمانی 2080-2061 و برابر با 7/02 درجه سانتی گراد پیش بینی شد.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، مدل CanESM2، SDSM، ایستگاه سینوپتیک بروجرد
  • محمدحسین جهانگیر*، فاطمه اصغری کلشانی، کتایون ستاریان اصیل صفحات 53-63

    خشکسالی نه تنها کشاورزی را مورد تهدید قرار می دهد، بلکه باعث ایجاد زنجیره ای از آسیب های بوم شناختی، اجتماعی و اقتصادی است. از این رو، وجود شاخص های معتبر و مناسب که بتواند خشکسالی را به طور کار آمد ارزیابی و سنجش کند، ضروری است. پایش خشکسالی توسط شاخص های هواشناسی و هیدرولوژی همواره مورد توجه محققان و دانشمندان بوده است. کاهش یا افزایش بارش تاثیر مستقیم بر دبی جریان رودخانه و تراز آب زیرزمینی دارد. کاهش بارش منجر به خشکسالی هیدرولوژیک می شود. بر همین اساس، در این پژوهش به پایش خشکسالی برای 10 ایستگاه هواشناسی و 10 ایستگاه هیدرومتری در غرب حوضه آبریز ارومیه با توابع توزیع مختلف برای شناسایی بهترین تابع توزیع برای برازش داده ها پرداخته شد. برای دستیابی به هدف مورد نظر، برای بازه زمانی 31 ساله از تاریخ 1398-1368 در مقیاس سالانه در نرم افزار متلب مقادیر دو شاخص بارش استانداردشده (SPI) و جریان دبی استاندارد (SSI) تعیین شدند و سپس مقایسه ای برای تعیین بهترین برازش تابع توزیع انجام شد. نتایج بررسی SSI نشان داد که تابع تجمعی گاما بهترین عملکرد را برای برازش داده ها برای نه ایستگاه داشته است. فقط در ایستگاه مراکند تابع توزیع تجمعی ویبول برازش بهتری را برای داده ها ارایه کرد. ایستگاه بابارود با همبستگی 99 درصد و میانگین مربعات خطا MSE برابر 0/017 بهترین برازش را در میان ایستگاه های دیگر داشته است. در این پژوهش عملکرد تطبیقی دو شاخص SPI و SSI  نشان داد که این دو شاخص با یک دیگر رابطه مستقیم دارند. هم چنین مشخص شد که شاخص SPI برای پیش بینی شروع خشکسالی و شاخص SSI برای سنجش شدت و تداوم خشکسالی بهتر هستند. بر اساس دو شاخص SPI وSSI  منطقه مورد مطالعه پس از سال 1368 در یک روند خشکسالی شدید با طول دوره طولانی را تا سال 1380 تجربه کرده است. این موضوع در حالی است که در سال های بین 1380 تا 1395 شرایط با نوسان بین دوره ترسالی و خشکسالی حالت طبیعی تری را گذرانده است. از سال 1395 دوره های ترسالی با شدت کم تر و طول دوره کوتاه تر و برعکس دوره های خشکسالی با شدت و طول دوره بیش تری را تجربه کرده است.

    کلیدواژگان: پایش خشکسالی، تابع تجمعی گاما، دریاچه ارومیه، شاخص بارش استانداردشده (SPI)، شاخص جریان دبی استاندارد (SSI)
  • سید محمد تاج بخش*، زهرا گوهری، اسدالله محمودزاده وزیری صفحات 64-76

    پروژه های آبخیزداری با اهداف گوناگون به دلیل شرایط طبیعی حاکم بر حوزه آبخیز، از جمله مسایل اقتصادی- اجتماعی و محدودیت های فنی و مالی، نیازمند اولویت بندی است. برای بررسی ارزیابی توان بوم شناختی حوضه های آبخیز فریزی و ریگ سفید (شهرستان چناران خراسان رضوی) جهت اولویت بندی عملیات اجرایی آبخیزداری، از روش فازی- تاپسیس به عنوان ابزار قدرتمند در تصمیم گیری چندمعیاره استفاده شده است. با ورود اطلاعاتی شامل معیارها (حفاظت خاک، ظرفیت چرا، فرسایش آبی، ارتفاع رواناب، دبی، شیب و بارندگی)، وزن معیارها (اعداد فازی یا قطعی)، نوع معیارها (مثبت یا منفی)، گزینه ها و داده های ماتریس تصمیم گیری، در نرم افزار Fuzzy TOPSIS Solver 2013 کلیه مراحل تحلیل انجام شد. زیرحوضه های R1، R2، R5 و F`2 در بالاترین اولویت و به همین ترتیب زیرحوضه های R`7 و R`10 در کمترین اولویت برای انجام عملیات آبخیزداری قرار دارند. زیرحوضه های R4 از حوزه آبخیز ریگ سفید و F3، F4 و F`5 از حوضه آبخیز فریزی، در اولویت دوم انجام عملیات و با عنوان اولویت زیاد قرار دارند. زیرحوضه های R`6، R9 و F1 در اولویت متوسط و زیرحوضه R`3 در اولویت کم برای انجام عملیات آبخیزداری قرار گرفتند. با مقایسه اولویت بندی با روش فازی- تاپسیس و مطالعات توجیهی سال 1389 می توان تا حدودی به شباهت نتایج آنها اشاره نمود، لیکن در اولویت های رده دوم تفاوت ها به نسبت اولویت های سوم و چهارم بیشتر مشاهده می شود. نتایج حاکی از آن است که مدل های تصمیم گیری چندمعیاره به دلیل قابلیت استفاده از چندین معیار به صورت کمی و کیفی و پیشنهاد بهترین مکان با توجه به هدف، می تواند اطلاعات با ارزشی را در زمینه اولویت بندی عملیات اجرایی در راستای مدیریت جامع حوضه آبخیز ارایه نماید. لذا، پیشنهاد می شود در تلفیق و برنامه ریزی مطالعاتی از این روش که دارای استناد منطقی و روند اصولی برای تعیین اولویت ها دارد، استفاده شود؛ زیرا در این روش هم عوامل و هم زیرحوضه ها برای کنترل و برنامه ریزی طبقه بندی می شوند.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی، تصمیم گیری چندمعیاره، توان بوم شناختی، مدل سازی
  • امیر مرادی نژاد*، سید احمد حسینی صفحات 77-90

    رودخانه ها سیستم های پویایی هستند که مرزهای جانبی و مشخصات ریخت شناسی آن ها در طول زمان و به طور پیوسته در حال تغییر است. خصوصیات ریخت شناسی رودخانه ها به واسطه ویژگی پویای آن، همواره دچار تغییر هستند. این گونه تغییرات می تواند بر سازه های بناشده در حاشیه رودخانه ها، زمین های کشاورزی و غیره آثار منفی بگذارد. در این پژوهش، ریخت شناسی قسمتی از رودخانه قره چای در استان مرکزی شهرستان خنداب از بالای روستای شاوه تا پایین روستای فاراب، به طول 12 کیلومتر بررسی شده است. عکس های هوایی سال 1347 و تصاویر ماهواره ای استخراج شده از سنجنده لندست سال 1400 در محیط نرم افزار ArcGIS10.2 رقومی شده است. در مرحله بعد در محیط نرم افزاری Auto Cad متغیرهای هندسی رودخانه مانند طول موج، طول دره، ضریب خمیدگی، زاویه مرکزی و شعاع دایره مماس بر قوس ها، برای بررسی تغییرات با روش برازش دایره های مماس بر قوس رودخانه اندازه گیری شده است. با نرم افزار SPSS تجزیه و تحلیل های آماری بر روی متغیرهای هندسی صورت گرفته است. نتایج مطالعه این متغیرها و مقایسه آن ها در دو بازه زمانی مورد بررسی نشان می دهد در این محدوده تعداد 23 پیچان رود از سال 1347 تا سال 1400 وجود داشته است. تعداد پیچان رودها از سال 1347 تا سال 1400 تغییر نکرده است. الگوی کلی رودخانه از سال 1347 تا 1400 تغییر عمده ای نداشته است و الگوی رودخانه همواره از نوع سینوسی است. فقط در بعضی مسیرها پیچ رودخانه به سمت راست یا چپ کشیده شده یا عرض رودخانه تغییر کرده است. محاسبه مقادیر متغیرهای هندسی بازه مورد مطالعه در دو دوره و مقایسه آن ها با یکدیگر نشان داد که تغییرات عمده ای در پروفیل طولی و مقدار پارامترها دیده نمی شود، شکل و پلان رودخانه تغییرات زیادی نداشته است. تغییرات، حالت بهنجار دارد که گویای روند منظم و مشخص در عوامل تاثیرگذار بر فعالیت های ریخت شناسی رودخانه است.

    کلیدواژگان: پارامترهای هندسی، پیچان رود، خنداب، رودخانه، مرفولوژی
  • جاوید جهانداری*، رخشاد حجازی، سید علی جوزی، عباس مرادی صفحات 91-106

    توسعه شهری و تغییرات الگوی کاربری زمین به شدت بر خدمت اکوسیستمی ترسیب و ذخیره کربن اثر می گذارد. برای تلفیق مفهوم این خدمت تنظیم اقلیمی در مباحث کاربری اراضی، کسب اطلاعات کاربردی از توزیع مکانی آن ضروری است، تا بتوان با کمک پهنه بندی و کمی سازی، محل های حفاظت و توسعه را با استمرار تدارک این خدمت توسط اکوسیستم انتخاب نمود. بر همین اساس، پژوهش حاضر با هدف بررسی روند تغییرات خدمات اکوسیستمی ترسیب و ذخیره کربن در روند رشد و توسعه شهری و ارزش گذاری آن در حوزه آبخیزی واقع در شهر بندرعباس جهت بهبود برنامه ریزی مکانی سرزمین انجام شده است. در ابتدا نقشه پوشش و کاربری برای سال های 2000 و 2020 تهیه و هم چنین پیش بینی تغییرات آتی با سناریوهای مختلف انجام شد. سپس با استفاده از مدل ذخیره سازی و ترسیب کربن InVEST، توزیع فضایی و تغییرات در ذخیره سازی و ارزش اقتصادی کربن به دست آمد. نتایج نشان داد بیش ترین مساحت منطقه مورد مطالعه مناطق بایر و مرتع است که طی دوره مورد مطالعه کاهش و کاربری های انسان ساخت، پهنه های آبی و کشاورزی افزایش یافته اند. محاسبات مدل سازی، توان ترسیب کربن را از 3741321/08 تن در سال 2000 به 3763695/92 تن در سال 2020 با افزایش 22374/82 تن و ترسیب مثبت کربن نشان داد، دلیل آن رشد زمین های کشاورزی بوده است. هم چنین ارزش اقتصادی این افزایش توان ترسیب طی دوره مورد مطالعه به میزان 874393/08 دلار محاسبه شد. با توجه به غالبیت اراضی بایر و سناریو های تغییرات کاربری آینده، اهمیت اولویت دادن به توسعه محیط زیستی در طراحی و شهرسازی پایدار با ادغام مفهوم خدمات اکوسیستم ضرورت دارد. کمی سازی میزان تغییرات خدمت ترسیب کربن و ارزش گذاری اقتصادی آن و تحلیل تضاد و هم افزایی با سایر خدمات اکوسیستمی اطلاعات مفیدی در اختیار برنامه ریزان قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی فضایی، ترسیب کربن، توسعه پایدار شهری، خدمات اکوسیستمی، نرم افزار InVEST
  • سجاد محمودی بابلان*، سعید نسترنی عموقین، علی رسول زاده صفحات 107-122

    بارش یکی از متغیرهای مهم برای بسیاری از کاربردها و رشته های مرتبط با منابع آب و سامانه ژیوفیزیک زمین بوده که عنصر اصلی در وقوع رخدادهای شدید و سیل آساست. سامانه های تخمین بارش ماهواره ای داده هایی اغلب با پوشش جهانی تولید می کنند که می توانند اطلاعاتی را ارایه دهند که داده های منابع دیگر ثبت بارش در دسترس نیستند. در این مطالعه، محدوده نوار ساحلی جنوب غرب دریای خزر، استان گیلان، به عنوان منطقه مورد مطالعه در نظر گرفته شده و دقت چهار محصول ماهواره ای GPM-IMERG، CHIRPS، PERSIANN-CDR و TRMM-3B42V7، برای برآورد بارش های سنگین از سال 1396 تا سال1400 مقایسه شد. ارزیابی ها به صورت مقایسه بارش های برآورد شده ماهواره ای با ایستگاه های زمینی با در نظر گرفتن ارتفاع هر ایستگاه و میانگین کل ایستگاه ها، با استفاده از شاخص های قطعی شامل PC، CSI، BIAS و HSS و معیارهای آماری همبستگی (Corr) و نرمال شده مجذور میانگین مربعات خطا (nRMSE)، انجام شد. نتایج نشان داد با توجه به شاخص PC در هشت ایستگاه، بندر انزلی، رشت، رودسر، تالش، آستارا، رشت (کشاورزی)، کیاشهر و لاهیجان که همگی در ارتفاعی کم تر از 40 متر از سطح آب های آزاد و در نوار ساحل دریای خزر پراکنده اند، محصول بارش ماهواره ای IMERG امتیاز بیش تری نسبت به مابقی محصولات کسب کرد. ضعیف ترین عملکرد در شاخص PC در آستانه بیش تر از پنج میلی متر، مربوط به ماهواره های TRMM و PERSIANN-CDR بود که کم ترین امتیازات را در همه ایستگاه ها کسب کردند. نتایج شاخص CSI نشان داد که در همه ایستگاه ها، به جز ایستگاه منجیل، محصول بارش ماهواره ای IMERG عملکرد بهتری دارد. هم چنین در بررسی تاثیر ارتفاع ایستگاه ها و برآورد ماهواره ای بارش در شاخص CSI، ارتباطی بین ارتفاع ایستگاه ها با عملکرد محصولات یافت نشد. در شاخص کیفی Bias، در محصولات IMERG و CHIRPS، سوگیری هر ایستگاه ارتباط مستقیمی با ارتفاع آن دارد به طوری که در ایستگاه های مرتفع بارش بیش برآورد شده و بر عکس در ایستگاه های کم ارتفاع تر بارش ها کم تر از میزان مشاهداتی برآورد شده اند، ولی در محصولات PERSIANN-CDR و TRMM در همه ایستگاه ها بارش های تخمینی کم برآورده شده است. با توجه به نتایج به دست آمده محصول IMERG نسبت به سه محصول CHIRPS، PERSIANN-CDR و TRMM بهتر عمل کرده است.

    کلیدواژگان: رخدادهای بارش سنگین، سنجش از دور، IMERG، PERSIANN-CDR، CHIRPS، TRMM
|
  • Mina Koohdarzi Moghaddam, Seyed Mahdi Taghipour *, Vajiheh Erfani Pourghasemi Pages 1-17
    Introduction

    Decreased fertility, destruction of aggregates and erosion are the most common forms of soil degradation. Soil erosion is carried out by erosive agents, which remove the soil from its origin place. Among the measures to control unauthorized erosion are measures that prevent water erosion agents, which are called watershed management. Given the 60-year history of watershed management measures in the country, the evaluation of these measures has received less attention. The purpose of this study is to investigate watershed management measures to reduce erosion and sedimentation in Doholkooh Watershed.

    Materials and Methods

    Considering that before the implementation of watershed management measures, erosion and sedimentation of the study area was calculated using the Modified PSIAC (MPSIAC) model, in new studies for the accuracy of the work (evaluation of the executive effects on the rate of erosion and sedimentation), the same model (MPSIAC) was used. In this model, nine effective factors in erosion are considered, each of which has a score depending on its severity and weakness, and finally, by considering these scores, the amount of sediment in the area is considered.

    Results and Discussion

    The results showed that due to the implementation of watershed management plans, the average specific sedimentation of the watershed has increased from 6.7 to 5.18 t ha-1. As a result, the average of special sedimentation at the watershed level has decreased and the area covered by the upper classes of special sedimentation has also been reduced. During the 11-year statistical period after the implementation of the project, the total erosion of Doholkooh Watershed was reduced from 28393.7 t y-1 to 16679.5 t y-1 (40% reduction) and the total sediment of the watershed was also reduced from 15647.6 t y-1 to 12103.5 t y-1 (21% reduction). During the implementation process in some sub-watersheds, confinement operations were not performed properly, in which the amount of litter decreased and the amount of bare soil increased, which resulted in a high volume of runoff in these sub-watersheds. Surface erosion has increased compared to the past and other areas have decreased.

    Conclusion

    Given that the purpose of watershed management operations is to stabilize the soil and provide suitable conditions for plant growth, the implementation of extensive biological operations and exclosure management in the basin had a positive effect on reducing erosion and sedimentation of the watershed and was able to prevent soil particles from separating slowly. Also, the soil particles that were separated from their place, after a path, finally, were collected inside the canals behind the constructed dams, and by accumulating sediments behind the constructed structures, its transfer to the canals was prevented.

    Keywords: Biological measures, Mechanical measures, Modified PSIAC model, Sediment delivery ratio
  • Zeinab Karimi *, Amir Sadoddin, Vahedberdi Sheikh Pages 18-36
    Introduction

    Ecological services are the benefits that humans derive from ecosystems and include four categories of provision, regulatory, cultural, and supportive services. Each of these four categories includes a wide range of ecosystem services. In fact, climate control services include hydrological cycles, water supply and biochemicals, land-based processes and various biological processes. In this regard, to reduce the degradation rate and improve the condition of the Chehl-Chai Watershed in the northeast of Iran, several watershed management measures have been implemented.

    Materials and Methods

    The present study has investigated the extent of changes of supporting service (soil aggregate stability), provisioning (crops and fruits production, timber, and biomass production), regulating (control of soil erosion, runoff control, and carbon sequestration), and cultural (Increase of interaction and sustainability of local communities, increase of landscape aesthetics and tourist attraction and increase of knowledge and educational values) as a result of implementation of restoration measures in Chehl-Chai Watershed of Golestan Province. After quantifying the amount of services, prioritization of measures was done using TOPSIS method to identify and propose the most effective management option to improve services in the study area.

    Results and Discussion

    The results showed that the effect of watershed management measures on the ecosystem services improvement is not the same for all services, whereas it is highest for the regulating services and decreases towards the provisioning, supporting, and cultural services, respectively. Furthermore, the watershed management measures on improvement of the watershed services of treatment sub-watershed showed a statistically significant difference at the level of 5% (p<0.05). The results of applying TOPSIS method in the treatment sub-watershed showed that walnut orchards have provided the best effectiveness according to the indicators and criteria considered in the study. In other words, watershed management measures, through increasing the vegetation cover have led to more preciptation absorption, reduction of surface runoff and soil erosion in sloping lands and enhancement of landscape aesthetics as well as improvement of stakeholders participation level, social relationships, and income generation through conducting training and extension programs.

    Conclusion

    Among the employed measures, horticultural activities (planting walnut trees) have had the most success and if additional measures are taken and expanded, the success rate can be improved to a more desirable level. The watershed management measures are economically viable and can be implemented by the people. Therefore, in order to optimally manage water and soil resources and make watershed management more effective in improving the services of Chehelchai watershed, horticultural activities intercropped with forage and medicinal plants are recommended. In addition, the criteria, indicators and procedures applied in this study to quantify the effectiveness of watershed measures on ecosystem services can be consulted in developing a methodology or guideline for monitoring and evaluation of watershed management measures.

    Keywords: Watershed management measures, evaluation, Priortitization, Treatment, control sub-watersheds
  • MohammadHossein Jahangir *, Fateme Rouzbahani Pages 37-52
    Introduction

    General atmospheric circulation models show an increase in greenhouse gas concentrations. These models predict global climate change by simulating the earth's climate. General atmospheric circulation models are not accurate enough for hydrological and water resources studies due to the large temporal and spatial scale of the simulated climate variables compared to the case model. Therefore, they must be scaled. There are different methods for exponential downscale of large-scale variables, and general atmospheric circulation models. In this research, the SDSM model is used to downscaling climatic data.

    Materials and Methods

    Boroujerd Synoptic Station with an altitude of 1629 meters above sea level is located at latitude 33◦ 55′ East and longitude 48◦ 45′ North. Boroujerd city is located at the foot of the highest wall of the Zagros at an altitude of 1550 to 1571 meters above sea level and the highest point is in the Garin mountain range with an altitude of 3623 meters in the west and its lowest area is in Silakhor plain with an altitude of 1500 meters. In this study, the CanESM2 climate model under three scenarios RCP26, RCP45, and RCP85 in three time periods 2040-2021, 2060-2041, and 2080-2061; and SDSM model version 4.2 were used for downscale (micro-scale) exponential climatic data. For calibration and validation of the SDSM microscale model, R2 and RMSE calibration indices were used. In this study, 30% of the data were used for validation and 70% of the data were used for calibration.

    Result and Discussion

    In the SDSM model, the maximum and minimum temperature values are better predicted than the precipitation values, and the simulated data are closer to the observational values. In all scenarios and periods, the precipitation trend is decreasing. The largest decrease in precipitation is related to January in the period 2021-2040 and the RCP8.5scenario, with a decrease of 69.22 percent. The temperature in all scenarios and periods had an increasing trend compared to the base period. The highest increase in the minimum temperature data is related to the RCP4.5 scenario in October for the period 2061-2080 and it was equal to 4.90 ° C, respectively, and in the maximum temperature data related to the RCP4.5 scenario in October for the period, 2061-2080 was predicted to be equal to 7.02 ° C. Calibration of SDSM model for Boroujerd station for each of the minimum and maximum temperature and precipitation showed the mean values of coefficient of determination 0.99, 0.98 and 0.67, respectively.

    Conclusions

    The highest decrease in rainfall is related to January in the period 2040-2021 and the RCP8.5 scenario, with a decrease of 69.22%. Also, the SDSM exponential downscale (microscale) model for the minimum and maximum temperature parameters predicted an upward trend. Calibration of SDSM model for Boroujerd synoptic station shows the efficiency of SDSM model in microcompalation of parameters. As a result, we will face a decrease in hydrological reserves in future periods.

    Keywords: Climate Change, CanESM2 Model, SDSM, Borujerd Synoptic Station
  • MohammadHossein Jahangir *, Fatemeh Asghari Koleshani, Katayoon Sataryan Asil Pages 53-63
    Introduction

    Atmospheric conditions such as climate change, ocean temperatures, changes in the jet stream, and changes in the local landscape are all factors that contribute to drought. Drought not only threatens agriculture but also causes a series of ecological, social, and economic damages. Therefore, it is necessary to have valid and appropriate indicators that can evaluate and measure drought efficiently. Drought monitoring by meteorological and hydrological indicators has always been of interest to researchers. Decreasing or increasing precipitation has a direct effect on river flow rate and groundwater level.

    Materials and Methods

    Drought monitoring was performed for 10 meteorological stations and 10 hydrometric stations in the western basin area of Urmia with different distribution functions to identify the best distribution function for fitting data based on standardized precipitation index (SPI) as meteorological drought index and standardized streamflow index (SSI) as hydrological drought index. SPI and SSI values were measured with four cumulative functions, i.e., Gamma, Weibull, logarithmic normal, and Gaussian normal functions. Some performance criteria such as MAE were used to evaluate the efficiency of the functions. This research has been conducted on an annual scale for 31 years from 1989 to 2019. Drought continuity zoning was done through the Inverse distance weighting (IDW) method based on drought continuity.

    Results and Discussion

    The results of the SSI showed that the cumulative gamma function had the best performance for fitting data for nine stations. Only at the Merakand station, the Weibull cumulative distribution function provide a better fit for the data. Babarood station with 99% correlation and MSE of 0.017 had the best fit among other stations. In order to understand the drought conditions of the region, according to the selected indicators and based on positive values for wet conditions and negative values for drought conditions, the stations have been studied. Finally, a zoning map of drought continuity is presented.

    Conclusion

    The SSI and SPI indicators are directly related to each other. The SPI is better for predicting the onset of drought and the SSI is better for measuring the severity and persistence of drought. During the last three decades (1998-2000), Urmia basin has witnessed the highest severity of hydrological drought. Based on the zoning map of the northwest region, especially the upper Chihriq station, it has always enjoyed more favorable conditions and has experienced a milder drought than other regions. However, the extent of severe drought changed from the western part in 1998 to the eastern part in 2000. the severity of drought in 1998 was less than in 2000. In 2000, the drought intensity reached the highest value just in the Merakand station.

    Keywords: Gamma distribution, Drought monitoring, Standardized rainfall index, Standardized flow rate index, Urmia Lake
  • Seyed Mohammad Tajbakhsh *, Zahra Gohari, Asadollah Mahmoodzadeh Vaziri Pages 64-76
    Introduction

    Watershed management projects with different objectives require some kinds of prioritization due to the natural condition prevailing in the watershed, including socio-economic issues, technical and financial constraints. The main purpose of the paper is to provide and apply the concept and techniques of multi-criteria decision-making (MCDM) under a fuzzy environment in the prioritization and selection of projects in portfolio management. In order to priority watershed management practices and evaluate the ecological potential of Ferizi and Rig-Sefid watersheds (Chenaran city, Khorasan Razavi province), the Fuzzy-TOPSIS method has been used as a powerful tool in multi-criteria decision making.

    Materials and Methods

    In this study, the preference weights of the criteria were identified using fuzzy AHP. Then, the weights are embraced in fuzzy-TOPSIS to improve the gaps of projects (alternatives) to achieve the organizational objectives as well as interactions between projects. The hybrid Fuzzy-AHP and Fuzzy TOPSIS methods made it more systematic and helpful for the decision maker to choose the best alternative from watershed management practices. In this respect, there are three phases performed in this study, the first phase of data is collected via questionnaire by experts. Next, determining criteria weights via Fuzzy-AHP was the main purpose of the second phase. In the third phase, the output obtained from Fuzzy-AHP with regard to criteria weights is used as input to be applied in fuzzy-TOPSIS for defining the optimal alternative and capturing the complex relationships between the assessment criteria and alternatives.

    Results and Discussion

    The comparison of the prioritization with the Fuzzy-TOPSIS method in this study and studies in 2010 indicate their similarity to some items, while in the second category priorities, the differences are more than the third and fourth priorities. The results indicate that multi-criteria decision models suggest the best location due to the usage of several criteria quantitatively and qualitatively with respect to objectives. In addition, it can be provided valuable information on prioritizing executive operations for integrated watershed management. It is also revealed that in the Fuzzy-TOPSIS technique, calculating the weights of criteria is essential and they can adjust the rating for other projects. Therefore, Fuzzy-TOPSIS will additionally help to select the optimal management project for the decision-making process.

    Conclusion

    It was found that many researchers applied many kinds of MCDM methods to help the decision makers understand and have more concentration on the high rank of criteria and also provide the ranking of the best alternatives in different problems and situations.

    Keywords: Ecological potential, Modeling, Multi-criteria decision making, Planning
  • Amir Moradinejad *, Seyed Ahmad Hossieni Pages 77-90
    Introduction

    Due to river dynamic nature, the morphological characteristics of rivers are always changing and these changes can have negative effects on structures built along rivers, agricultural lands, etc. Rivers have been one of the most important factors in the geomorphological processes of the land and the erosion cycle, and so far, extensive studies have been conducted on the morphological changes of rivers and the factors affecting them. The instability of the river channel and its sediments not only destroys the marginal lands and facilities adjacent to the river bank, but also the sediments caused by erosion in some cases include a significant amount of the total sediments that the river flows.

    Materials and Methods

    The morphology of a part of Qarachai river in Markazi province of Khondab city from the top of Shaveh village to the bottom of Farab village, with a length of 12 km has been studied. First, the location of the Qarachai River watershed and the study area have been determined using digital topographic maps and ArcGIS10.2 software. Then satellite images and aerial photographs of the study area, which are the most important tools for studying changes in river paths, have been collected in two time periods. In the following, the aerial photos scanned in Photoshop software are photomosaic and are referenced in ArcGIS10.2 software using fixed points such as villages, bridges, etc., using aerial photographs of the year. 1968 Satellite images of Landsat sensor of 2021 have been digitized in two time periods in ArcGIS10.2 software environment.
     

    Results and Discussion

    Changes in wavelength and valley length in the two time periods studied in the study section of the river show that in the study area, the morphology of the river has not undergone major changes and the curvature of the study area has not changed much. The study of changes in wavelength and valley length and arc length in the two periods studied shows that the average wavelength in 1968 is about 413.25 and in 2021 is about 387.63. The wavelength in 1968was longer than in 2021. The changes compared to the 53-year period are about 6.2% and very small. As the wavelength decreases, the distance between the windings also decreases. The changes in the length of the valley relative to the meanders. The average length of the valley in 1968 is about 224.46 and in 2021 is about 12.21. Changes in the two timelines are about 5.5% and are very small.

    Conclusion

    The general pattern of the river from 1968 to 2021 has not changed significantly and is always twisting. The number of windings during 53 years is the same as 23 windings. The fact that the number of meanders is constant indicates that there is no change in the morphological pattern of the river. The results of extraction and statistical comparison of geometric parameters of this part of the river such as wavelength, sine coefficient, width to depth ratio, etc. show that the sine coefficient of the river from 1.5 to 1.3 The wavelength and radius of the tangent circles on the twists and turns have also increased. The average curvature coefficient in the 40s is about 1.11 and in 2021 is about 1.08. According to the division table of rivers, this period studied by Khondab river has a sinusoidal state and has not changed much in two time periods.

    Keywords: River, Khondab, Morphology, river bend, geometric parameters
  • Javid Jahandari *, Rokhshad Hejazi, Seyed Ali Jozi, Abbas Moradi Pages 91-106
    Introduction

    Urban development and land use pattern changes strongly affect the ecosystem service of carbon sequestration and storage. To integrate the concept of this climate regulation service into land use issues, we need to have information about its spatio-temporal distribution, so that with the help of mapping and quantification, protection and development sites can be selected with the continued provision of this service by the ecosystem. The current research was conducted with the aim of investigating the process of carbon sequestration and carbon storage ecosystem service changes in the process of urban growth and development and its valuation to improve the spatial planning of the land.

    Materials and Methods

    The study area is the coastal strip of Bandar Abbas City with a coastline length of 69 km. To comprehensively conduct the research, the smallest hydrological unit in the region where this city is located was selected which included three sub-watersheds. The total area of the region is equal to 272806 ha. At first, the land cover-land use map for the years 2000 and 2020 was prepared, and the future changes were predicted with different scenarios. Then, using the InVEST carbon storage and sequestration model, spatial distribution and changes in carbon storage and economic value were obtained.

    Results and Discussion

    The results showed that the largest area of the study watershed is the barren and range lands, which during the study period have decreased and man-made uses, water levels, and agriculture have increased. Modeling calculations showed the carbon sequestration capacity from 3741321.08 t in 2000 to 3763695.92 t in 2020 with an increase of 22374.82 t positive carbon sequestration. The reason for that was the growth of agricultural lands. Correspondingly, the economic value of this increase in deposition power during the study period was calculated as 874393.08 $.

    Conclusion

    It is expected that with the future usage scenarios, the positive growth of sequestration and subsequent financial benefit in terms of carbon sequestration will continue. But various factors can cause changes or disturbances in ecosystems and ultimately in ecological functions, that climate change is one of the most important factors and causes changes in the structure and functioning of ecosystems. As a result, services should be checked depending on climatic factors and land use changes, because the influence of climatic factors creates new states of the possible future situation, and uncertainty of land use scenarios and conflicts between ecosystem services can cause a change in the nature and change in the direction and size of services being provided by the ecosystem. Along with quantification, the economic value of service can provide valuable spatial principles for urban development and environmental awareness.

    Keywords: Ecosystem services, spatial planning, Carbon sequestration, Sustainable urban development, InVEST software
  • Sajad Mahmoudi Babolan *, Saeed Nastarani Amoghin, Ali Rasoulzadeh Pages 107-122
    Introduction

    Climate changes and global warming have caused changes in weather patterns and the occurrence of serious events in different regions of the earth. Therefore, it is necessary to predict destructive floods, especially in coastal areas, to announce flood warnings and control them. Satellite precipitation estimation systems often generate data with global coverage that can provide information in areas where data from other sources are not available. Satellite retrieval and estimation systems, rain gauges, and radar networks complement each other regarding coverage and rainfall monitoring capabilities. Satellite precipitation estimation systems often produce data with global coverage. One of the main advantages of satellite-based precipitation products is the ease of real-time data availability and high spatial-temporal resolution. Currently, various satellite precipitation products such as GPM, TRMM, GSMap, CMORPH, CHIRPS, etc. are available to the public.

    Materials and Methods

    In this study, the southwest coastline of Caspian Sea, Gilan province is considered as the study area and the accuracy of four satellite-based products namely CHIRPS, GPIM-IMERG, PERSIANN CDR, TRMM-3B42V7 is compared in order to estimate the heavy precipitation from 2017 to 2021. Estimates are performed using categorical indices including PC, CSI, BIAS, and HSS and statistical criteria of correlation coefficient (Corr) and normalized root mean square error (nRMSE).

    Results and Discussion

    Evaluations and statistical criteria are conducted by comparing estimated satellite precipitation with ground stations through definitive indicators as well as the height of each station and the average of all stations respectively. The results show that in the PC index in eight stations, all of which are located at an altitude of fewer than 40 m above sea level and on the Caspian coast, the product IMERG scores higher than other products. The weakest performance in the PC index at the threshold of more than 5 mm belongs to TRMM and PERSIANN-CDR, which have the lowest scores jointly in eight stations. According to the results obtained from CSI, IMERG product had better performance in all stations except the Manjil station. Additionally, evaluation of the height of stations and the results obtained from this index demonstrate the fact no relationship was found between station height and product performance. In the Bias quality index, in IMERG and CHIRPS products, the bias of each station is directly related to its height, so that in higher stations, rainfall is overestimated, and vice versa in lower altitudes, the precipitations have been underestimated less than the amount of observation.

    Conclusion

    The IMERG product has performed better than the other three products in all categorical indices and correlation criteria. Finally, to evaluate and analyze heavy precipitation in the coastal strip of Gilan province and studies related to precipitation estimation, it is suggested that the IMERG product be used as a priority. The analysis carried out in this study, from the collection of satellite precipitation bases in estimating heavy precipitation in coastal areas, reveals the need to study and investigate this issue as much as possible in future research.

    Keywords: CHIRPS, GPM-IMERG, Heavy Precipitation events, PERSIANN-CDR, remote sensing, TRMM