فهرست مطالب

مهندسی و مدیریت آبخیز - سال پانزدهم شماره 1 (بهار 1402)

مجله مهندسی و مدیریت آبخیز
سال پانزدهم شماره 1 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/14
  • تعداد عناوین: 10
|
  • رضا چمنی، مهدی وفاخواه*، سید حمیدرضا صادقی صفحات 1-12

    امروزه خشکسالی به یکی از موضوعات داغ مورد توجه جهان تبدیل شده است اما تاثیر آن بر ارایه خدمات و سلامت حوزه آبخیزها در مواجه با این بلای طبیعی کمتر مورد ارزیابی قرار گرفته است. بر همین اساس، در این پژوهش سعی شده است تا تاثیر خشکسالی در دوره 1384 تا 1398 بر سلامت حوزه آبخیز افین مبتنی بر تغییرات پایایی (Rel)، تاب آوری (Res) و آسیب پذیری (Vul) مورد ارزیابی قرار گیرد. لذا، داده های بارندگی سه ایستگاه باران سنجی با روش عکس فاصله وزنی برای حوزه آبخیز و زیرحوضه ها میان یابی شد. سپس، شاخص بارش استاندارد شده (SPI) بر اساس میانگین و انحراف معیار داده های ماهانه تعیین شد و برای محاسبه شاخص های Rel ،Res و Vul مورد استفاده قرار گرفت. در انتها، با محاسبه مقدار میانگین هندسی این شاخص ها وضعیت کلی سلامت آبخیز تعیین شد. نتایج سالانه پژوهش نشان داد، آبخیز افین به لحاظ شاخص های Rel ،Res و Vul به ترتیب مقادیری بین 0.92-0.83، 0.33-0.17 و 0.54-0.24 را دارا است. شاخص RelResVul نیز مقادیری بین 0.53-0.37 را به خود اختصاص داده است. همچنین، متوسط شاخص سلامت حوزه آبخیز در این دوره 0.42 محاسبه شد که نشان دهنده قرارگیری سلامت حوزه آبخیز در گروه متوسط است. تغییرات مکانی سلامت آبخیز نیز نشان داد، شاخص های Rel ،Res و Vul در زیرحوضه های مختلف به ترتیب مقادیری بین 0.86-0.85، 0.24-0.21 و 0.78-0.76 را دارا هستند. نتایج تحلیل بارندگی منطقه حاکی از آن است که با توجه به ثبات نسبی بارندگی، تاثیر دخالت های انسانی و تشدید عوامل تهدیدکننده سلامت آبخیز، بیش از پیش بر وضعیت موجود تاثیرگذار بوده است و در صورت عدم توجه به آن تاثیرات زیان باری در پی خواهد داشت.

    کلیدواژگان: تغییرات آب و هوایی، خراسان جنوبی، خشکسالی هواشناسی، دخالت های انسانی، مدیریت جامع آبخیز
  • سید احمد حسینی* صفحات 13-26

    بندهای رسوب گیر، با اهداف چند منظوره مشتمل بر کنترل سیلاب، فرسایش، رسوب و تغذیه آبخوان احداث می شوند. این بندها، با هدف کنترل رسوب از انتقال بخشی از آن به مخازن سدها در پایین دست جلوگیری و با ایجاد تاخیر در رواناب سطحی، بخشی از سیل را کنترل و آبخوان منطقه را نیز تغذیه می کنند. طراحی نامناسب و یا عدم اجرای بهینه این سازه ها، سبب کاهش عمر مفید و گاهی تخریب زودهنگام این سازه ها می شود. ارزیابی کارکرد و عملکرد فنی چنین طرح هایی با هدف اصلاح و مدیریت سامانه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به همین دلیل، در این مقاله، تعدادی از بندهای رسوب گیر اجرا شده در شهرستان آبدانان استان ایلام مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند. این پژوهش، در قالب مقایسه و شبیه سازی هیدرولیکی وضع موجود با شرایط قبل از اجرای طرح، در بازه ای از آبراهه به طول حدود هفت کیلومتر انجام شد. گفتنی است در این بازه، تعداد شش بند سنگ و ملاتی طی یک دهه گذشته احداث شده است. نتایج شبیه سازی هیدرولیکی سیلاب آبراهه و سازه های احداث شده نشان داد، با استناد به دبی با دوره بازگشت 100 ساله، به طور متوسط عرض سرریز بندهای احداثی حدود 25 درصد بزرگ تر از مقدار مورد نیاز و طول حوضچه های آرامش حدود 40 درصد کمتر از مقدار مورد نیاز اجرا شده است. به طورکلی، در تمامی بندهای احداثی طول حوضچه آرامش به درستی انتخاب نشده است، به طوری که کم بودن طول حوضچه آرامش باعث شده است، پرش هیدرولیکی از حوضچه خارج شود و یا در قسمت پایانی آن تشکیل شود. به واسطه بالا بودن سرعت جریان در محدوده پرش هیدرولیکی، فرسایش و تخریب در ناحیه انتهایی حوضچه آرامش تشدید شده، که به مرور تخریب ها به سمت بالادست و سازه اصلی بند رسوب گیر کشیده شده است. با استناد به شبیه سازی هیدرولیکی سیلاب و مقایسه نسبی نتایج در شرایط قبل و پس از احداث بندها، مشخص شد که بندهای احداثی به طور متوسط بر روی پارامترهای سرعت جریان، قدرت جریان و تنش برشی جریان که همگی از عوامل تشدید فرسایش در آبراهه هستند، تاثیر مثبت داشته اند. به طوری که برای دبی با دوره بازگشت 25 ساله پارامترهای سرعت، قدرت و تنش برشی جریان در طول بازه مورد پژوهش، به ترتیب حدود 23، 29 و 27 درصد کاهش پیدا کرده است. لذا، میزان متوسط کاهش این پارامترها به صورت موضعی و در محل احداث بندهای شش گانه، به ترتیب برابر با 73، 85 و 82 درصد برآورد شد. به طورکلی، با توجه به بازدیدهای میدانی و بررسی های به عمل آمده، اجرای طرح در کنترل سیل و رسوب موثر بوده است و در صورت حفاظت و ترمیم سالانه، تاثیرات آن مضاعف خواهد شد.

    کلیدواژگان: بند اصلاحی، تنش برشی، حوضچه آرامش، سرریز، قدرت جریان
  • مهران زند*، مرتضی میری، محمدرضا کوثری صفحات 27-41
    شناسایی رخدادهای فرین از نظر زمانی و مکانی در یک منطقه طی دوره مشخص می تواند نقش مهمی در مدیریت و کنترل پیامدهای ناشی از این رخدادها داشته باشد. هدف این پژوهش، بررسی رخدادهای فرین دما و بارش استان لرستان است. داده های مورد استفاده شامل داده های بارش، بیشینه و کمینه دمای روزانه نه ایستگاه سینوپتیک استان لرستان طی دوره آماری مشترک 28 ساله (2017-1990) است. محاسبه شاخص های حدی (26 شاخص حدی بارش و دما بر اساس توصیه گروه کارشناسی CCL/CLIVAR) با استفاده از قابلیت های نرم افزار R انجام و روند تغییرات هر یک از شاخص ها با استفاده از آزمون من کندال بررسی شد. نتایج بررسی روند رخداد شاخص های حدی سرد و گرم نشان داد که برای تمامی ایستگاه ها در حالت کلی، روند شاخص های گرم با افزایش و روند بیشتر شاخص های سرد با کاهش همراه شده است. بین شاخص های حدی گرم، بیشترین روند افزایشی به ترتیب برای شاخص شب های گرم و روزهای گرم رخ داده است. روند افزایشی برای شب های گرم تمامی ایستگاه ها در سطح 99 درصد و برای شاخص روزهای گرم در 23 درصد ایستگاه ها در سطح 95 درصد و برای 77 درصد در سطح 99 درصد معنی دار است. بین شاخص های حدی سرد، بیشترین کاهش برای روزهای یخبندان و روزهای سرد رخ داده است. روند کاهشی روزهای یخبندان برای 45 درصد از ایستگاه ها در سطح 99 درصد و روند کاهشی روزهای سرد برای 77 درصد از ایستگاه ها در سطوح مختلف 90، 95 و 99 درصد معنی دار هستند. نتایج حاصل از بررسی فراوانی رخداد و روند شاخص های حدی بارش نشان داد که مجموع بارش این استان همانند بسیاری از مناطق کشور با کاهش مواجه شده است. در مقابل، وقوع بارش های حداکثری علاوه بر این که در سطح استان قابل توجه است، طی دوره 2017-1990 روند افزایشی داشته اند. این شرایط می تواند بیانگر افزایش بارش های شدید و کوتاه مدت و در مقابل کوتاه تر شدن فصل بارش منطقه باشد.
    کلیدواژگان: بارش، دما، روزهای سرد، روزهای گرم، شب های سرد
  • مهتاب صفری شاد*، محمود حبیب نژاد روشن، کریم سلیمانی، علیرضا ایلدرمی، حسین زینی وند صفحات 42-54

    بسیاری از مشکلات زیست محیطی، ناشی از تغییرات مولفه های اصلی چرخه هیدرولوژیکی است. با این حال، مدلسازی بیلان آب می تواند به درک بهتر از اجزای چرخه هیدرولوژیکی به منظور توسعه گزینه های مدیریتی مناسب، کمک کند. هدف پژوهش حاضر، محاسبه سه مولفه مهم بیلان آب سطحی با استفاده از مدل WetSpass و ارزیابی این مدل در حوزه آبخیز همدان، بهار واقع در استان همدان در مقیاس زمانی ماهانه است. با توجه به اهمیت تبخیر و تعرق در محاسبات بیلان آب، نقشه های تبخیر و تعرق خروجی مدل به تفکیک کاربری های مختلف ارزیابی شدند. ارزیابی تغذیه آب زیرزمینی نیز با توجه به محاسبات دستی این متغیر برای سال 92-1391، انجام شد. سپس، نتایج ضریب همبستگی کرامر بین نقشه های توزیع مکانی رواناب، تبخیر و تعرق واقعی و تغذیه آب زیرزمینی، با نقشه های ورودی به مدل بررسی شد. به طورکلی، نتایج ارزیابی مدل در این تحقیق نشان داد، ضریب تبیین میان رواناب مشاهداتی و شبیه سازی شده در دوره واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب برابر با 0.79 و 0.83 است. نتایج ارزیابی نقشه های تبخیر و تعرق خروجی مدل WetSpass، قابلیت مدل را در شبیه سازی رواناب، تبخیر و تعرق و تغذیه آب زیرزمینی با دقت قابل قبول تایید کرد. نتایج، حاکی از وجود ضریب همبستگی بالا بین مولفه تبخیر و تعرق با کاربری اراضی (0.54)، بافت خاک (0.45)، پتانسیل تبخیر و تعرق (0.42) و درجه حرارت (0.31) است. همچنین، نتایج نشان داد بین مولفه رواناب با کاربری اراضی (0.62) و بافت خاک (0.58) همبستگی بالا و بین مولفه تغذیه آب زیرزمینی با کاربری اراضی (0.32) و بافت خاک (0.34) همبستگی متوسط وجود دارد. بنابراین، کاربری اراضی و بافت خاک به ترتیب اولین و دومین عامل تاثیرگذار بر توزیع مولفه های بیلان سطحی بودند.

    کلیدواژگان: تبخیر و تعرق، تغذیه آب زیرزمینی، کاربری اراضی، ضریب همبستگی کرامر، مدل های هیدرولوژیکی
  • سعیده خالویی، شهرام خلیقی*، خالد احمدالی، آرش ملکیان صفحات 55-67
    امروزه اثرات تغییر اقلیم در چرخه هیدرولوژی حوضه و اثر در تغییرات رژیم هیدرولوژیکی، موضوع مهم پژوهشی شده است. عموما برای تعیین کمیت تاثیر تغییرات اقلیم بر رژیم هیدرولوژیکی، نتایج مدل های گردش عمومی جو (GCMs) همراه با مدل های هیدرولوژیکی استفاده می شوند. در این تحقیق، داده های روزانه دماهای کمینه و بیشینه، بارش و ساعات آفتابی ایستگاه سینوپتیک شیراز با استفاده از مدل آماری LARSE_WG6.0 شبیه سازی شد و پس از اطمینان از کارایی این مدل در شبیه سازی متغیرهای هواشناسی مذکور در حوزه آبخیز شیراز، برای بررسی تاثیر پدیده تغییر اقلیم بر رواناب منطقه مورد مطالعه داده های دو سناریوی مدل HadGEM2-ES در دو دوره با مدل آماری LARSE_WG کوچک مقیاس شد. در مرحله بعد، رواناب منطقه با استفاده از مدل SWMM شبیه سازی شد و نتایج آن با رواناب اندازه گیری شده مقایسه شد. بدین منظور، دو واقعه برای واسنجی و یک واقعه برای اعتبارسنجی مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس آماره های همبستگی (R)، ریشه مربعات خطا (RMSE) و ضریب کارایی نش-ساتکلیف (NSE) مدل از کارایی مناسبی برای شبیه سازی رواناب برخوردار است. سپس، داده های بارش مدل  LARSE_WG به مدل SWMM وارد شده و تغییرات رواناب در دوره های آتی نسبت به دوره پایه محاسبه شد. طبق سناریوهای اقلیمی RCP4.5 و RCP8.5 پیش بینی می شود که بارش در دوره 2040-2021، 16.10 تا 8.88 و در دوره 2080-2061، 14.49 و 19.73 درصد افزایش خواهد داشت. بنابراین، با فرض عدم تغییر کاربری در سطح منطقه هشت شهر شیراز از این لحاظ حجم رواناب 13.35 تا 21.48 درصد افزایش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: حجم و عمق رواناب، سناریوهای اقلیمی، شبیه سازی رواناب، گردش عمومی جو، مدل SWMM
  • حمزه سعیدیان*، حمیدرضا مرادی صفحات 68-79
    با تعیین آستانه شروع رواناب و فرسایش به وسیله شبیه ساز باران می توان با سرعت و دقت بیشتر و هزینه کمتر مقدار بارانی را که سبب وقوع رواناب در شرایط مختلف می شود، مشخص کرد. پس از تعیین آستانه شروع رواناب و فرسایش در هر منطقه با استفاده از روش های بیولوژیک و عملیات مختلف می توان از تبدیل رواناب به سیلاب جلوگیری کرد. در این تحقیق، با توجه با این که شروع آستانه رواناب و فرسایش هم زمان اتفاق می افتد و به اشتباه فقط اصطلاح شروع آستانه رواناب را در تحقیقات مختلف به کار می برند و کمتر به اصطلاح شروع آستانه فرسایش پرداخته می شود، به منظور تعیین مهم ترین عوامل موثر در شروع آستانه هم زمان رواناب و فرسایش کاربری های مختلف نهشته های سازند های آغاجاری و گچساران، بخشی از حوزه آبخیز مرغا و کوه گچ شهرستان ایذه با مساحت 1609 و 1202 هکتار انتخاب شد. این تحقیق به منظور تعیین رابطه بین آستانه شروع رواناب و فرسایش به وسیله شبیه ساز باران با برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مانند درصد ماسه خیلی ریز، شن، رس، سیلت، اسیدیته، هدایت الکتریکی، رطوبت، کربنات کلسیم و ماده آلی در کاربری های مختلف سازند های آغاجاری و گچساران انجام شد. سپس، نمونه برداری زمان آستانه شروع رواناب و فرسایش در 13 نقطه و با سه بار تکرار در سازندهای آغاجاری و گچساران در شدت های مختلف بارش 0.75، 1 و 1.25 میلی متر در دقیقه در سه کاربری مرتع، منطقه مسکونی و اراضی کشاورزی به کمک دستگاه شبیه ساز باران انجام شد. به منظور انجام تحلیل های آماری از نرم افزار SPSS و EXCEL استفاده شد. مهم ترین عوامل موثر در آستانه شروع رواناب و فرسایش به کمک رگرسیون چند متغیره شناسایی شدند. به طور کلی، در سازند گچساران در هر سه کاربری بیشترین نقش را در افزایش زمان شروع رواناب و فرسایش، رس و کربنات کلسیم از خود نشان دادند و بیشترین نقش را در کاهش زمان شروع رواناب و فرسایش در سازند گچساران، ماسه خیلی ریز و رطوبت از خود نشان دادند. ولی در سازند آغاجاری در هر سه کاربری بیشترین نقش را در افزایش زمان شروع رواناب و فرسایش، رس و ماده آلی از خود نشان دادند و بیشترین نقش را در کاهش زمان شروع رواناب و فرسایش در سازند آغاجاری، ماسه خیلی ریز و شن و شوری خاک از خود نشان دادند.
    کلیدواژگان: آستانه شروع رواناب و فرسایش، آغاجاری، سازند، شبیه ساز باران، کاربری اراضی
  • برومند صلاحی*، مهناز صابر، عباس مفیدی صفحات 80-95
    در این پژوهش، دورنمای تبخیر-تعرق مرجع (ETo) بخش جنوبی حوزه آبخیز رودخانه ارس تحت شرایط تغییر اقلیم با استفاده از ریزگردان SDSM ترسیم شد. برای این منظور، از داده های هواشناسی ایستگاه های سینوپتیک منتخب واقع در این حوضه استفاده شد. پس از دریافت خروجی ریزگردانی شده برای پارامترهای مورد نیاز برای برآورد ETo به روش پنمن-مانتیث فایو شماره 56 برای آینده نزدیک (2021 تا 2050 میلادی) اقدام به محاسبه آن شد. در این راستا، از داده های روزانه بازتحلیل NCEP و داده های ایستگاهی کمینه و بیشینه دما، سرعت باد، رطوبت نسبی و ساعات آفتابی در مقیاس روزانه و نیز داده های خروجی مدل CanESM2 تحت سناریوهای RCPs برای تولید داده های ایستگاهی آینده برای تخمین ETo حوضه ارس استفاده شد. ایستگاه های مورد مطالعه شامل اهر، اردبیل، پارس آباد، جلفا، خوی و ماکو بود و دوره پایه برای داده های مورد نظر 2005-1985 در نظر گرفته شد. ابتدا، کارایی SDSM در شبیه سازی پارامترهای مورد نیاز برای تخمین ETo از طریق مقایسه داده های شبیه سازی شده NCEP با داده های ایستگاهی ارزیابی شد. مقایسه آن ها نشان دهنده کارایی مناسب مدل در شبیه سازی داده ها بود. لذا، پارامترهای اقلیمی با استفاده از مدل CanESM2 تحت سناریوهای RCP برای آینده شبیه سازی شده، پس از محاسبه مقادیر ماهانه آن ها، برای تخمین ETo حوضه به CROPWAT وارد شده و مقدار و روند متغیر برای سه دهه آتی محاسبه شد. نتایج نشان داد، ETo حوضه در دوره آتی نسبت به دوره پایه به طور متوسط حدود هفت میلی متر در سال افزایش خواهد یافت. برحسب ایستگاهی نیز ETo در پارس آباد (102 میلی متر) و جلفا (66 میلی متر) افزایشی خواهد بود که این افزایش به معنی افزایش نیاز آبی گیاهان در آینده نیز است. همچنین، روند آتی ETo در خوی، ماکو، اهر و اردبیل کاهشی خواهد بود.
    کلیدواژگان: پنمن-مانتیث فائو، تغییر اقلیم، ریزمقیاس نمایی، مدل های اقلیمی، SDSM
  • ایمان صالح*، مجید خزایی، حمیدرضا پیروان، بهروز واعظی صفحات 96-108
    فرسایش خاک و رسوب گذاری از معضلات اصلی در اغلب حوزه های آبخیز ایران محسوب شده و موجب محدودیت های اساسی در دستیابی به توسعه پایدار می شوند. ارزان ترین و مناسب ترین راه حفاظت خاک، استفاده از پوشش گیاهی است و لذا در پژوهش حاضر، به بررسی تاثیر ارتفاع، سطح و تراکم پوشش گیاهی ماشک علوفه ای مراغه و ماشک گلشن بر کاهش رواناب و رسوب پرداخته شده است. این آزمایش با استفاده از کرت های استاندارد با ابعاد 1.8×22 متر، شیب نه درصد و جهت شیب شرقی به انجام رسید، به طوری که در مجموع نه کرت آزمایشی شامل سه تیمار و سه تکرار در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی نصب و اجرا شد. نمونه برداری رواناب از مخزن های موجود در انتهای هر کرت انجام و پارامترهای پوشش گیاهی شامل سطح تاج پوشش، تراکم بوته و ارتفاع گیاه در هر نوبت نمونه برداری، اندازه گیری شد. سپس، میانگین پارامترهای اندازه گیری شده با استفاده از آزمون دانکن مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. بیشترین کاهش حجم رواناب (97 درصد) و غلظت رسوب (94 درصد) برای تیمار ماشک مراغه به دست آمد. همچنین، مشاهده شد که خصوصیات گیاهی نظیر سطح تاج پوشش و تراکم پوشش گیاهی همبستگی عالی با کاهش رواناب و رسوب و در نتیجه حفاظت آب و خاک دارند. بنابراین، انتخاب رقم و گونه گیاهی، یک گام مهم در افزایش کارایی این روش بیولوژیک به شمار می رود. بر اساس یافته های این پژوهش، به منظور حفاظت آب و خاک و نیز کمک به معیشت ساکنین حوزه آبخیز، استفاده از گیاهان علوفه ای دیم سازگار با شرایط اقلیمی هر منطقه توصیه می شود و گیاه انتخابی باید خصوصیات مناسب گیاهی مانند سیستم ریشه ای و ساقه قوی و متراکم و نیز سطح پوشش مناسب داشته باشد. همچنین، انجام آبیاری اولیه و آبیاری در مراحل مهم رشد گیاه علوفه ای دیم مورد استفاده در شرایط خشکسالی و کم بارش توصیه می شود.
    کلیدواژگان: چم خانی، حفاظت خاک، روش های بیولوژیک، فرسایش، کرت های آزمایشی
  • امید رجا، مسعود پارسی نژاد*، مسعود تجریشی صفحات 109-129

    مدل SWAT، به ‏عنوان یک مدل جامع شبیه‏ سازی آب سطحی در برآورد مولفه های بیلان آب با قابلیت امکان بررسی سناریوهای مختلف مدیریتی بر منابع آب پذیرفته شده است. در اغلب مطالعات، مدل SWAT بر اساس دقت در برآورد رواناب سطحی و مقایسه آن با اندازه‏گیری‏ های میدانی در ایستگاه‏ های هیدرومتری واسنجی می‏ شود. هدف از انجام این مطالعه، استفاده از مدل واسنجی شده SWAT در برآورد برخی مولفه های بیلان آب شامل نفوذ عمقی، نشت جانبی، جریان برگشتی از آبخوان به رودخانه در دشت مهاباد است. ارزیابی مولفه های بیلان آب در منطقه غیراشباع و اثربخشی آن در بیلان آب آبخوان در مدیریت بهره برداری از منابع آب تلفیقی، مهم است. بررسی ‏ها نشان داد، مدل واسنجی شده SWAT قادر به برآورد تفاوت میزان نفوذ عمقی در سال تر نسبت به سال‏ نرمال و تفاوت نفوذ در سال تر نسبت به سال خشک تحت تاثیر افزایش سطح بارندگی بوده است، به طوری که نتایج نشان داد مقدار نفوذ عمقی در سال تر نسبت به سال‏ های نرمال و خشک به ترتیب حدود 23 و 43 درصد افزایش یافته است. به‏ طور متوسط میزان نفوذ عمقی برابر با 157.86 میلی‏ متر (17.1درصد) برآورد شده است. در عین حال، مدل قادر به برآورد تفاوت میزان نفوذ در پهنه های مختلف دشت و در فصول مختلف سال با توجه به نوع کاربری و الگوی مدیریتی اراضی بوده است. میزان جریان جانبی نیز در سال تر نسبت به سال خشک افزایش یافته است، به طوری که میزان این مولفه دو برابر شده است. در این مطالعه، میزان متوسط جریان برگشتی از آبخوان به رودخانه نیز به میزان 14.1درصد (129.6میلی‏ متر) برآورد شد. بررسی ‏ها نشان داد، وجود سطح آب زیرزمینی کم‏ عمق، سهم قابل توجهی در ایجاد جریانات سطحی برگشتی از آبخوان به رودخانه دارد. به طورکلی، نتایج نشان داد تغذیه ناشی از بارندگی و آب آبیاری از منطقه غیراشباع به ‏عنوان یکی از مهم ترین مولفه‏ های ورودی مدل ‏‏های آب‏ زیرزمینی مانند MODFLOW در مناطق خشک و نیمه‏ خشک است. میزان تغذیه در برآورد دقیق ‏تر نوسانات سطح ایستابی حایز اهمیت است. با توجه به این که مدل MODFLOW به‏ خوبی قابلیت برآورد فرایندهای تغذیه و جریان جانبی در منطقه غیراشباع را ندارد، لذا استفاده هم زمان از مدل های شبیه سازی SWAT و MODFLOW در برآورد مولفه های بیلان آب منطقه غیراشباع و تلفیق آن با مدل زیرزمینی در مطالعات و مدیریت بهره برداری از منابع آب تلفیقی اهمیت دارد.

    کلیدواژگان: تبخیر و تعرق، تغذیه، جریان برگشتی، رواناب، MODFLOW
  • نادر حیدری* صفحات 130-154
    حوزه آبخیز کرخه در ناحیه غربی تا جنوب غربی ایران و در منطقه ای خشک تا نیمه خشک قرار دارد. وجود سامانه های کشاورزی مختلف، از جمله کشاورزی آبی و دیم، پایین بودن بهره وری آب در تولید محصولات کشاورزی، وجود محدودیت های تولید (شوری و مدیریت زهاب در پایین دست)، فقر و کمبود معیشت جوامع محلی (در بالادست)، مسایل تاثیرات بالادست بر پایین دست حوضه، مسایل زیست محیطی و غیره، موجب پیشنهاد حوزه آبخیز کرخه به عنوان مدل مناسب در کشور برای برنامه جهانی چالش آب و غذای CGIAR (موسوم به CPWF) شد. لذا، این حوضه به عنوان یکی از حوزه های آبخیز معرف از میان نه حوزه آبخیز دیگر این برنامه جهانی، به عنوان مدلی برای مناطق خشک و نیمه خشک جهان انتخاب و طی فاز یک (2004 تا 2008)، برنامه در آن اجرا شد. در اجرای این برنامه، رویکردها، سازمان و سازوکار، ساختار مدیریتی، معیارهای فنی و برنامه ای، اصول مدیریت حوضه، مشارکت ذی نفعان، نوآوری ها و شیوه های ارایه خروجی ها، در مراحل مختلف انتخاب حوضه، شروع برنامه و حین اجرای پروژه های مصوب برنامه، اتخاذ و به کار برده شدند. لذا، هدف از تدوین این مقاله، مستندسازی روش شناسی به کار رفته در جریان فرایند اجرای برنامه پژوهشی-توسعه ای بین المللی CPWF در حوضه کرخه است، تا از این طریق، دانش پنهان آن آشکار شده، تجارب و دستاوردهای مرتبط مستند شوند و برای استفاده در سایر برنامه ها و پروژ های مشابه در این حوضه و یا سایر حوزه های آبخیز در کشور مورد استفاده قرار گیرند. روش مطالعه به طور عمده متکی و برگرفته از مطالعه و تحلیل مطالب آرشیو مستندات برنامه، گزارش ها، بحث های انجام شده در جریان جلسه ها، نتایج کارگاه های هم اندیشی و همایش های ملی و بین المللی برگزار شده و گزارش های بازدید های میدانی انجام شده در جریان اجرای برنامه CPWF جهانی و اجرای این برنامه در حوضه کرخه است. از دستاوردها و روش شناسی های مهم و شاخص مستند شده حاصل از برنامه، می توان روش شناسی توسعه مشارکتی فناوری ها، بررسی مسیرهای اثرهای پروژه، معیارهای انتخاب سایت های پژوهشی و روش شناسی تعیین اصول مدیریت یکپارچه حوزه آبخیز را نام برد که در این مقاله به تفصیل ارایه و تشریح شده اند.
    کلیدواژگان: بهره وری آب، تاب آوری، توسعه فناوری، جامعه محلی، مستندسازی، مسیر اثرات
|
  • Reza Chamani, Mehdi Vafakhah *, Seyyed Hamid Reza Sadeghi Pages 1-12

    Today, drought has become one of the hot topics of global concern, but its impact on the provision of services and functional health of watersheds in the face of this natural disaster has been less evaluated. Accordingly, in this study, the effect of drought on the Efin Watershed health has been evaluated based on changes in Reliability (Rel), Resilience (Res) and Vulnerability (Vul) indicators in the period 2005-2019. Based on this, the rainfall data of three rain gauge stations were interpolated using Inverse Distance Weighting (IDW) for the watershed and sub-watersheds. Standardized Precipitation Index (SPI) was then determined based on the mean and standard deviation of monthly data and was used to calculate the Rel, Res and Vul indicators. Finally, the overall health status of the watershed was determined by calculating the geometric mean of these indicators. The annual results showed that Efin Watershed in terms of Rel, Res and Vul indicators extends between 0.83-0.92, 0.17-0.33 and 0.24-0.54, respectively. The RelResVul index also has values between 0.37-0.53. The average watershed health indicator in this period was also calculated to be 0.42, which indicates mean watershed health condition. Spatial variations of watershed health also showed that Rel, Res and Vul indicators fluctuated between 0.85-0.86, 0.21-0.24 and 0.76-0.78 in different sub-watersheds. The results of rainfall analysis of the region, indicate that due to the relative stability of rainfall, the impact of human intervention and intensification of watershed health threatening factors, more than ever effect on the current situation and if not addressed will have harmful effects.

    Keywords: Climate change, Comprehensive Watershed Management, Human Interventions, Meteorological drought, South Khorasan
  • Seyed Ahmad Hosseini * Pages 13-26

    Sediment dams are built with multi-purpose goals including flood control, erosion, sedimentation and aquifer feeding. These dams, with the aim of controlling the sediment from transferring part of it to the reservoirs of the dams in the downstream, and by causing a delay in the surface runoff, they control a part of the flood and feed the aquifer of the area. Improper design or lack of optimal implementation of these structures causes the reduction of useful life and sometimes premature destruction of these structures. Evaluating the function and technical performance of such plans with the aim of improving and managing the system is of special importance. For this reason, in this article, a number of sediment dams implemented in Abdanan City of Ilam Province were investigated and evaluated. This research was conducted in the form of hydraulic simulation and comparison of the current situation with the conditions before the implementation of the project, in a section of the waterway about seven kilometers long. It should be mentioned that six stone and mortar dams have been built during the last decade. The results of the hydraulic simulation of the flooding of waterways and constructed structures showed that, based on the discharge with a return period of 100 years, the average overflow width of the construction dams is about 25% larger than the required value and the length of the stilling basin is about 40% less than the required value. In general, in all construction dams, the length of the stilling pond is not chosen correctly, so that the short length of the stilling pond has caused the hydraulic jump to leave the pond or to form at its end. Due to the high flow speed in the area of the hydraulic jump, erosion and destruction in the end zone of the calm pond has intensified, which has been extended to the upstream side and the main structure of the sediment dam. Based on the hydraulic simulation of the flood and the relative comparison of the results in the conditions before and after the construction of the dams, it was found that the constructed dams have a positive effect on the parameters of flow speed, flow strength and flow shear stress, which are all factors that aggravate erosion in the waterway. So that for discharge with a return period of 25 years, the speed, power and shear stress parameters of the flow have decreased by 23, 29 and 27%, respectively, during the research period. Therefore, the average reduction of these parameters locally and at the construction site of the six dams was estimated as 73, 85 and 82%, respectively. In general, according to the field visits and investigations, the implementation of the plan has been effective in controlling floods and sediments, and in case of annual protection and repair, its effects will be doubled.

    Keywords: Flow strength, Sediment dam, Shear Stress, Stilling Basin, Wier
  • Mehran Zand *, Morteza Miri, Mohammadreza Kousari Pages 27-41
    Climate change can lead to changes in the frequency, intensity, and duration of extreme climate events in different parts of the world. The purpose of this research is to investigate temperature and precipitation extremes in Lorestan Province. The data used in this study included precipitation and the maximum and minimum daily temperature of nine synoptic stations in Lorestan Province during a 28-year (1990-2017) common period. The matrices of minimum and maximum temperatures and precipitation daily data for each station were prepared and used to compute the extreme climate indices (26 precipitation and temperature extreme indices based on the recommendation of CLIVAR \ CLL expert group) using the R programming software. The results of studying the trend of cold and hot extreme weather indicators during the period 1990-2017 in the province using the Mann-Kendall trend test showed that for all stations, the hot indices have increased and more cold indices have decreased. In different regions of the province, positive and negative trends of hot and cold indices with different intensities have occurred. The highest upward trend of the warm extreme indices has occurred for the hot night’s index. Among the cold indicators, the greatest decrease occurred for several frost days and cold days indices. The decreasing trend of ice days is significant for 45% of stations at 99% level and the decreasing trend of cold days for 77% of stations at different levels of 90, 95, and 99%. The results of the study of the frequency of occurrence and trend of precipitation extreme indicators in Lorestan province showed that the total rainfall of this province, like many regions of the country, has decreased. In contrast, the occurrence of maximum rainfall in addition to being significant in the province has an increasing trend during the period 2017-1990. These conditions can indicate an increase in the number of occurrences of heavy and short-term rainfall events and, shorten the period of the rainfall season in the region.
    Keywords: Cold days, Cold Nights, precipitation, temperature, Warm days
  • Mahtab Safari Shad *, Mahmoud Habibnejad Roshan, Karim Solaimani, Alireza Ildoromi, Hossein Zeinivand Pages 42-54

    Many of the environmental problems are caused by the changes in the main components of the hydrological cycle. However, water balance modeling can help to better understanding the components of the hydrological cycle in order to develop appropriate management options. The purpose of this study is to calculate three important components of surface water balance using the WetSpass model and evaluate the model in Hamadan-Bahar Watershed located in Hamadan Province on a monthly time scale. The results of the model evaluation in the study showed that the coefficient of determination between the observed and simulated runoff in the calibration and validation period is equal to 0.79 and 0.83, respectively. Groundwater nutrition assessment was also performed according to manual calculations of the variable for 2012-2013. Then, the results of Kramer correlation coefficient between spatial distribution maps of runoff, actual evapotranspiration and groundwater recharge were investigated with input maps of the model. In general, due to the importance of evapotranspiration in water balance calculations, the evaporation and transpiration maps of the model were evaluated separately for different uses. The evaluation results confirmed the capability of the WetSpass model in simulating runoff, evapotranspiration and groundwater feeding with an acceptable accuracy. The results of spatial distribution maps of runoff, actual evapotranspiration and groundwater recharge indicate a high correlation between evapotranspiration component with land use (0.54), soil texture (0.45), evapotranspiration potential (0.42) and temperature (0.31). Also, these results indicate a high correlation between runoff components with land use (0.62) and soil texture (0.58), and average correlations between groundwater recharge component with land use (0.32) and soil texture (0.34). Therefore, land use and soil texture were the first and second factors affecting the distribution of surface balance components, respectively.

    Keywords: Evapotranspiration, groundwater recharge, Hydrological models, Kramer correlation coefficient, land use
  • Saeideh Khaloei, Shahram Khalighisigaroodi *, Khaled Ahmadauli, Arash Malekian Pages 55-67
    Recently, the effects of climate change on the hydrological cycle and regime have become an important research topic. The results of atmospheric general circulation models (GCMs) together with hydrological models are used to determine the impacts of climate change on hydrologic regime. The daily minimum and maximum temperatures, rainfall and sunshine hours of the Shiraz synoptic station were simulated using the LARSE_WG6.0 statistical model. The efficiency of the model for simulating climate variables was determined using historical data of Shiraz station. To investigate climate change on runoff, two scenarios of the HadGEM2-ES model for two periods were downscaled using the LARSE_WG model. In the next step, runoff was simulated using the SWMM model and its results were compared with the measured runoff. For this purpose, 2 events were used for calibration and one event for validation. Based on coefficient correlation (R), root mean square error (RMSE) and Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), the model has a suitable efficiency for simulating runoff. Then, LARSE_WG downscaled data were used in SWMM model and the runoff changes in future periods compared to present. According to RCP4.5 and RCP8.5 climate scenarios, precipitation will increase from 16.10 to 8.88% in 2021-2040 and 14.49% and 19.73% in 2061-2080. Therefore, assuming no change in landuse in Shiraz district 8, the volume of runoff will increase from 13.35 to 21.48 percent.
    Keywords: Climate scenarios, General atmospheric circulation, Runoff simulation, Runoff volume, depth, SWMM model
  • Hamzeh Saeediyan *, Hamidreza Moradi Pages 68-79
    By determining the threshold of runoff and erosion by rain simulator, it can be determined rainfall amount that causes runoff in different conditions with more speed and accuracy and lower cost. After determining the threshold of runoff and erosion in each region, using biological methods and operations can prevent the conversion of runoff to flood. In this research, considering that the threshold of runoff and erosion occurs simultaneously and mistakenly only the term of runoff threshold is used in different researches and do care less about erosion threshold and in order to determine the most important factors affecting the simultaneous threshold of runoff and erosion of different land uses of Aghajari and Gachsaran formations, part of Margha and Kuhe Gach watersheds of Izeh city with an area of 1609 and 1202 Hectare selected. This study was conducted to determine the relationship between runoff and erosion threshold using a rain simulator with some soil physical and chemical properties such as very fine sand percentage, sand, clay, silt, pH, electrical conductance, moisture, calcium carbonate and organic matter in different land uses of Aghajari and Gachsaran formations. Then, sampling was done at 13 points and with three replicates in Aghajari and Gachsaran formations at different rainfall intensities of 0.75, 1, and 1.25 mm/min in 3 land uses of rangeland, residential area, and agricultural land using a rain simulator. SPSS and EXCEL soft wares were used for statistical analysis. The most important factors affecting runoff and erosion threshold were identified by multivariate regression. In general, in Gachsaran formation in all three land uses, clay and calcium carbonate showed the highest role in increasing the threshold of runoff and erosion. The most roles in reducing runoff and erosion threshold showed very fine sand and moisture content in Gachsaran Formation. However, in the Aghajari Formation, in all three land uses, the highest role in increasing the threshold of runoff and erosion, showed clay and organic matter. In addition, the most roles in reducing the threshold of runoff and erosion in the Aghajari formation showed very fine sand and soil sand and salinity.
    Keywords: Aghajari, formation, land use, Rain simulator, Runoff, erosion threshold
  • Bromand Salahi *, Mahnaz Saber, Abbas Mofidi Pages 80-95
    In this study, the perspective of reference crop evapotranspiration (ETo) in the southern part of the Aras River Basin under climate change condition was drawn using SDSM downscaling. For this purpose, meteorological data of selected synoptic stations located in this basin were used and after receiving the downscaling outputs for the parameters required for estimating ETo by Penman-Monteith FAO-56, basin ETo was calculated for the near future (2021-2050). In this regard, daily reanalysis NCEP data and station daily data include: maximum and minimum temperature, wind speed, relative humidity and sunshine hours as well as output data on CanESM2 model under RCPs scenarios were used to generate future station data for estimate Aras Basin ETo. The studied stations included: Ahar, Ardabil, Parsabad, Jolfa, Khoy and Makoo and the base period for the data was considered 1985-2005. First, the efficiency of SDSM in simulating the parameters required for ETo estimation was evaluated by comparing NCEP simulated data with station data. Their comparison indicated the appropriate performance of the model in simulating data. Therefore, climatic parameters were simulated using the CanESM2 model under RCPs scenarios for the future. After calculating their monthly values, in CROPWAT was entered to estimate the basin ETo and trend of the variable for the next three decades were calculated. The results showed that the basin ETo in the future period compared to the base period will increase by an average of about 7 mm per year. In terms of stations, there will be an increase in Parsabad (102 mm) and Jolfa (66 mm). This increase also means an increase in the water needs of plants. Also, the future trends of ETo in Khoy, Makoo, Ahar and Ardabil will be decreasing.
    Keywords: Climate change, Climatic Models, downscaling, Penman-Monteith FAO, SDSM
  • Iman Saleh *, Majid Khazayi, Hamidreza Peyrowan, Behrouz Vaezi Pages 96-108
    Soil erosion and sedimentation is one of the main problems in most of watersheds in Iran and a fundamental limitation against sustainable development. The usage of vegetation cover is the cheapest and most suitable approach for soil conservation. In the present study, the height, vegetation cover and density of Vicia Dasicarpa and Villosa Vicia investigated on reducing runoff and sediment. The experiments conducted using standard plots with dimensions of 22×1.8 m, slope of nine percent and east direction; so that, nine experimental plots including three treatments and three replications installed and performed in the form of randomized complete block design. Runoff sampling was conducted from the tanks installed at the end of each plot, and the parameters of vegetation surface cover, vegetation density and plant height were measured at each sampling time. Then, the means of measured parameters were statistically analyzed and compared using Duncan Test. According to the results, the maximum runoff  (97%) and sediment (94%) reduction were observed for Vicia Dasicarpa during the experiment. Also, it was detected that plant properties such as vegetation cover and density have a great correlation with runoff and sediment reduction which means soil and water conservation. Therefore, selecting the cultivar and plant species is an important step to increase the efficiency of this biological method. Based on the findings, in order to conserve soil and water as well as assisting the livelihood of the watershed residents, the use of legumes compatible with rainfed conditions having appropriate properties such as strong root, stem system and coverage along with initial irrigation at important growth stages of the plant in drought conditions is recommended.
    Keywords: Biological methods, Chamkhani, erosion, Experimental plots, Soil conservation
  • Omid Raja, Masoud Parsinejad *, Masoud Tajrishy Pages 109-129

    The SWAT Model has been accepted as a comprehensive surface water simulation model in estimating water balance components with the ability to study different management scenarios on water resources. In most studies, the SWAT Model is calibrated based on the accuracy of surface runoff estimation, and its comparison with field measurements in hydrometric stations. In a previous study, the performance of the SWAT Model in estimating runoff, evapotranspiration, and yield of wheat, barley, corn, sugar beet, alfalfa, apple, and grape crops in the Mahabad Plain was satisfactory and acceptable. The purpose of the present study was to use the SWAT calibrated model in estimating other components of water balance including deep percolation, lateral flow, return flow from the aquifer to the river in the same area. Assessing the components of water balance in the unsaturated zone, and its effectiveness in aquifer balance is important in managing the utilization of integrated water resources. The results showed that the calibrated model was able to estimate the difference between the deep percolation in the wetted year compared to normal years, and the difference in the infiltration in the wet year compared to the dry year under the influence of increasing rainfall. The results showed that the amount of deep percolation in the wetted year compared to normal and dry years has increased by about 23% and 43%, respectively. The average depth percolation is estimated 157.86 mm (17.1%). At the same time, the model has been able to estimate the difference in the amount of infiltration in different areas of the plain, and in different seasons of the year according to the type of land use and land management patterns. The amount of lateral flow has also increased in the wetted year compared to the dry year, so that the amount of this component has doubled. In this study, the average return flow from the aquifer to the river was estimated to be 20.9% (129.6 mm). Surveys have shown that the presence of shallow groundwater level has a significant role in creating surface return flow from the aquifer to the river. In general, the results showed that recharge due to rainfall and irrigation water from unsaturated zone is one of the most important input components of groundwater models such as MODFLOW in arid and semi-arid regions. The amount of recharge is important in more accurately estimating water level fluctuations. Given that the MODFLOW Model is not well able to estimate the recharge processes and lateral flow in the unsaturated zone. Therefore, the simultaneous use of SWAT and MODFLOW models in estimating the water balance components of the unsaturated zone and combining it with the groundwater model is important in studies and management of operation of integrated water resources.

    Keywords: Evapotranpiration, MODFLOW, recharge, Return Flow, Run off
  • Nader Heydari * Pages 130-154
    Karkheh watershed is located in the western to southwestern region of Iran and in a dry to semi-arid region. The existence of different agricultural systems, including irrigated and rainfed agriculture, low water efficiency, the existence of production limitations (salinity and drainage management in the downstream), poverty and lack of livelihood of local communities (upstream), the issues of upstream-downstream impacts of the basin, environmental issues, etc., led to the proposal of the Karkheh watershed as a suitable model in the country for the CGIAR Global Water and Food Challenge Program (known as CPWF). Therefore, this basin was chosen as one of the representative watersheds among the other nine watersheds of this global program, as a model for arid and semi-arid regions of the world, and the program was implemented during phase one of the program (2004 to 2008). In the implementation of this program, approaches, organization and mechanism, management structure, technical and program criteria, basin management principles, stakeholders' participation, innovations and ways of presenting outputs, in different stages of basin selection, program start and during The implementation of projects approved by the program were adopted and used. The main objective of this article is to document the methodology used during the process of implementing the CPWF international research and development program in the Karkheh Basin, so that its hidden knowledge is revealed, related experiences and achievements are documented, and used for future uses in other similar projects in this or other basins in the country. The study method is mainly based and derived from the study and analysis of program documentation archives, reports, discussions held during the meetings, the results of workshops and national and international conferences and the reports of the field visits carried out during the implementation of the global CPWF program and the implementation of this program in Karkheh basin. Among the important achievements and methodologies and the documented indicators of the program, one can include the methodology of collaborative development of technologies, the examination of the paths of project results, the criteria for selecting research sites, and the methodology for determining the principles of integrated watershed management which are presented and explained in detail in this article.
    Keywords: Documentation, Impact pathway, Local community, Participatory technology development, Resilience, Water Productivity