فهرست مطالب

تحقیقات منابع آب ایران - سال هجدهم شماره 4 (پیاپی 63، زمستان 1401)

مجله تحقیقات منابع آب ایران
سال هجدهم شماره 4 (پیاپی 63، زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/20
  • تعداد عناوین: 11
|
  • حامد مازندرانی زاده*، محمد فلاح کلاکی، اصغر عزیزیان صفحات 1-18

    در برنامه ریزی پروژه های منابع آب، برآورد میزان دسترسی به آب نقش مهمی ایفا می کند. اولین مرحله در برآورد در دسترس بودن آب، محاسبه رواناب در حوضه های آبریز است. از طرفی، تغییر اقلیم به صورت مستقیم بر روی مولفه های هیدرولوژیکی و منابع آبی تاثیرگذار است؛ لذا بررسی اثرات تغییر اقلیم بر مولفه های آبی همچون رواناب امری ضروری است. از این رو در این مطالعه وضعیت جریان ورودی به دریاچه های طشک- بختگان به عنوان یکی از مهمترین دریاچه های کشور مورد بررسی قرار گرفت. از آنجا که فرآیند بارش- رواناب به دلیل ماهیت غیرخطی و چند بعدی، مفهومی پیچیده است، تاکنون مدل های مفهومی و فیزیک- پایه مختلفی به منظور پیش بینی رواناب توسعه یافته است. وابستگی زیاد این مدل ها به پارامترها و نقشه های متعدد، عملا کارایی آنها را در حوضه های با آمار محدود با چالشی اساسی روبرو می نماید. در مقابل، مدل های مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنتاج فازی به عنوان ابزارهای کاربردی درنظر گرفته می شوند که می توانند در چنین شرایطی به هیدرولوژیست ها در فعالیت های عملیاتی کمک کنند. در این مطالعه مدل های شبکه عصبی انتشار به جلو FFBPNN و سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی ANFIS و تلفیق آن با الگوریتم های فراابتکاری بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) و ژنتیک (GA) به منظور بررسی وضعیت رواناب در شرایط تاریخی و نیز تغییر اقلیم تحت سناریوهای RCP و SSP مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که مدل های FFBPNN و ANFIS تلفیق شده با الگوریتم PSO (ANFIS_PSO) با استفاده از متغیرهای بارش، دمای حداقل و دمای حداکثر به عنوان متغیرهای ورودی، به ترتیب با مقادیر ضریب همبستگی، ریشه میانگین مربعات خطا (متر مکعب بر ثانیه)، ضریب نش- ساتکلیف و کلینگ گوپتا (0/99، 2/07، 0/99 و 0/98 در دوره آموزش و 0/94، 3/61، 0/91 و 0/88 در دوره آزمون) و (0/98، 2/94، 0/97 و 0/98 در دوره آموزش و 0/93، 3/87، 0/85 و 0/88 در دوره آزمون) عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل‎ها با ورودی های متفاوت داشته اند. نتایج این تحقیق می تواند برای بررسی اثرات این سناریوها بر حوضه های مهم کشور و در نتیجه برنامه ریزی و مدیریت منابع آب در شرایط تغییر اقلیم مفید باشد.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، FFBPNN، ANFIS، الگوریتم های فراابتکاری
  • نوشدخت بیات افشاری، محمد دانش یزدی* صفحات 19-36
    در این مطالعه، با گردآوری، تکمیل و صحت سنجی داده های مربوط به ایستگاه های بارش در حوضه های درجه سوم کرخه، دز، کارون و کارون پایین‎دست، نحوه تغییرات بلندمدت الگوی بارش و پیامدهای آن برای رخدادهای سیل در آینده تحلیل شدند. همچنین، ضمن بررسی مقدار و دوره بارگشت بارش سال آبی 1398-1397 در مقایسه با سال های گذشته، چگونگی پیش بینی بارش توسط برخی نهادهای رسمی کشور به همراه کیفیت گزارش های آنها در مورد پیش بینی سیل های فروردین 1398 بحث شده است. طبق نتایج، منطقه مورد مطالعه از وضعیت مناسبی از لحاظ تعداد و تراکم ایستگاه های قابل اعتماد هواشناسی برخوردار است. این مهم در خصوص ایستگاه های سینوپتیک در مناطق کوهستانی صدق نمی کند، به طوری که تنها 4 درصد ایستگاه ها در بیشتر از 10 درصد طول دوره آماری 30 ساله داده ثبت شده دارند. نتایج این مطالعه نشان داد که روند اقلیمی منطقه به طور متوسط در جهت کاهش بارش بوده است. همچنین، نتایج حاصل از بررسی تغییرات الگوی بارش، نشان دهنده تداوم رطوبت بالای خاک به دلیل افزایش بارش های حداقلی طی سال های اخیر بوده است که می تواند منجر به افزایش احتمال وقوع سیلاب شود. نتایج تحلیل بارش های فروردین سال 1398 نشان داد که در کل منطقه مطالعه، میزان بارش نسبت به میانگین 10 سال اخیر بین 24 تا 108 درصد افزایش داشته و دوره بازگشت مجموع بارش سال آبی 98-97 در ایستگاه اهواز 297 سال بوده که بی سابقه است. علاوه بر این، بررسی پیش بینی های سازمان هواشناسی کشور و موسسه تحقیقات آب در خصوص سیل فروردین 1398 خوزستان حاکی از خطای قابل ملاحظه آنها است.
    کلیدواژگان: خوزستان، سیل فروردین 1398، الگوی بارش، پیش بینی بارش، تحلیل فراوانی بارش
  • ایمان رئیسی دهکردی، سمیه سیما*، نعمت الله کریمی صفحات 37-56

    برآورد دقیق تبخیرتعرق واقعی روزانه (ETa) و تحلیل تغییرات زمانی و مکانی آن به ویژه در مقیاس محلی برای مدیریت مصارف آب ضروری است. مدل عملیاتی بیلان انرژی سطح ساده شده (SSEBop) یکی از ساده ترین مدل‎های تک منبعی بیلان انرژی سطحی بر مبنای داده های سنجش از دور است که کارایی مناسب آن در برآورد تبخیرتعرق واقعی نشان داده شده است. با این وجود، مطالعات محدودی در خصوص عملکرد این مدل در ایران انجام شده است. در این مطالعه، عملکرد مدل SSEBop برای تخمین تبخیرتعرق واقعی روزانه محصول یونجه در مزرعه کشت و صنعت بهاران واقع در شرق اصفهان بررسی شد. پس از کالیبراسیون پارامترهای مدل، بروزرسانی کد و اعتبارسنجی خروجی های میانی مدل، نتایج تبخیرتعرق واقعی بدست آمده از مدل SSEBop با ETa برآورد شده با داده های دستگاه سنتیلومتر و یک ایستگاه هواشناسی خودکار مجاور آن در مزرعه مقایسه شد. نتایج بدست آمده، عملکرد قابل قبول مدل SSEBop را برای برآورد ETa از سطح مناطق پوشش گیاهی همگن تایید می کند (RMSE= 0.8 mm.day-1، r= 0.81). اما در حین و بعد از برداشت محصول که توده گیاهی کاهش می یابد  (NDVI<0.4) مدل عملکرد مناسبی ندارد. باتوجه به اینکه مدل SSEBop نیاز به حداقل داده های زمینی دارد و اجرای خودکار آن آسان است، می تواند برای استفاده های عملیاتی در مدیریت آبیاری و مصارف آب در کشور توصیه شود.

    کلیدواژگان: تبخیرتعرق پتانسیل، بیلان انرژی، سنتیلومتر
  • محمد جواد امامی اسکاردی، غلامرضا شوبیری*، رضا کراچیان صفحات 57-74
    تعامل و تعارض ها، یا روابط بین گروداران مختلف در یک محیط آبی بزرگ مقیاس، از عوامل تاثیرگذار بسیار مهم بر وضعیت سامانه های آبی است. در این پژوهش، با استفاده از روش تحلیل شبکه اجتماعی، تحلیل مطلوبیت گروداران و درخت تعارض، به بررسی، نگاشت و ریشه یابی تعارض در یک سامانه آبی پرداخته شد. ابتدا و پس از شناخت مشکلات عمده و مهم در یک سامانه آبی، گروداران موثر شناسایی شدند. آنگاه با به کارگیری روش تحلیل شبکه اجتماعی، روابط بین گروداران برای برآورد تعارض بین آن ها مورد مطالعه قرار گرفت. سپس با استفاده از برآورد مطلوبیت گروداران، زمینه های تعارض بین ایشان از منظر نگاشت مطلوبیت بررسی شد. در ادامه با استفاده از خروجی بخش تحلیل مطلوبیت ها، تحلیل شبکه اجتماعی و شناخت مشکلات مهم در محدوده مطالعاتی، ریشه، هسته اصلی و نتایج تعارض، با استفاده از رویکرد درخت تعارض ارایه شد. حوضه آبریز کن در غرب تهران با استفاده از روش بیان شده بررسی و مطالعه شد. علاقه مندی کمتر نهاد شهرداری به مدیریت برداشت از آب زیرزمینی، معضل فرونشست و کیفیت منابع آب در کنار علاقه به گسترش فضای سبز و توسعه شهری از زمینه های چالش بین شهرداری و آب منطقه ای است. کم بودن اهمیت مطلوبیت مدیریت برداشت غیرمجاز، آب بازگشتی، اکوسیستم های آبی و کیفیت آب، زمینه تعارض بین نهاد کشاورزی و آب منطقه ای بوده است. علاقه مندی بخش صنعتی تنها بر توسعه صنایع و اهمیت کمتر دیگر مطلوبیت ها برای این بخش نیز جالب توجه است. نبود علاقه در نهادهایی همانند مسکن و شهرسازی برای لحاظ نمودن اهمیت چرخه آبی در توسعه شهری نیز جالب توجه است.
    کلیدواژگان: تعارض، تحلیل شبکه اجتماعی، درخت تعارض، حوضه آبریز شهری، نگاشت مطلوبیت
  • صدیقه ابراهیمیان، ناصر طهماسبی پور*، محسن عادلی، حسین زینی وند صفحات 75-87

    در مناطق خشک و نیمه خشک علت عمده تلفات آب را می توان پدیده ای به نام تبخیر سطحی دانست که در دماهای پایین تر از نقطه جوشش آب اتفاق می افتد. بنابراین، یک پدیده اجتناب ناپذیر است و با توجه به موقعیت و شرایط آب وهوایی کشورها، به عنوان یک عامل مهم در میزان تلفات منابع آبی در یک کشور، نقش ایفا می کند. یکی از روش های عمده در کاهش میزان تبخیر از سطح مخازن روباز که در بسیاری از مناطق گرم و خشک به کار برده می شود، استفاده از پوشش های فیزیکی و شیمیایی است. در پژوهش حاضر که با هدف کاهش میزان تبخیر از تشتک های تبخیر کلاس A انجام گرفت، سعی شده است تا برای اولین بار کارایی سه نوع توپ با ترکیب مونولایر هگزادکانول به عنوان پوشش کاهنده تبخیر بررسی گردد. توپ های مورد استفاده شامل سه نوع توپ دو روزنه و شش روزنه و بدون روزنه با قطر 7 سانتی متر از جنس پروپیلن مورد استفاده قرار گرفت. به منظور بررسی عملکرد این پوشش ها در کاهش تبخیر تشتک های کلاس A به مدت 2 ماه از 1400/6/1 تا 1400/7/30 بررسی شدند. با توجه به این که اندازه گیری تبخیر در طول مدت تبخیر به صورت سری زمانی تکرار شده است به طوری که در هر روز در طی 10 ساعت و هر ساعت یک بار از 8 صبح تا 17 بعد از ظهر عملیات تکرار شده است مباحث مربوط به سری زمانی مورد توجه قرار گرفتند و از نظر آماری تجزیه و تحلیل شده اند. مقادیر تبخیر اندازه گیری شده در نرم افزار SAS آنالیز شد و مقایسه میانگین ها در سطح احتمال 99 درصد بر اساس آزمون مقایسه میانگین دانکن انجام شد، ترکیب مونولایر هگزادکانول و سه نمونه توپ به لحاظ تغییرات میزان تبخیر و دما با شاهد اختلاف معناداری در سطح 5 درصد داشتند. نتایج مقایسه میانگین تاثیر پوشش های مختلف بر میزان تبخیر نشان داد که تشتک شاهد بیشترین مقدار تبخیر را در بین دیگر تشتک ها داشته، در حالی که تشتک های پوشیده شده با ترکیب مونولایر هگزادکانول و توپ های بدون روزنه کمترین مقدار تبخیر را نشان داد. مقایسه مقادیر میانگین تبخیر در آزمون دانکن هیچگونه حروف مشترکی را نشان نمی دهد. این امر بدان معناست که تمام زوج پوشش ها در سطح 5 درصد اختلاف معنی داری با هم دارند. نتایج به دست آمده نشان داد ترکیب مونولایر هگزادکانول و توپ های بدون روزنه با کارایی 7/86 درصد بیشترین سهم را در کاهش تبخیر داشتند در حالی که ترکیب مونولایر هگزادکانول و توپ های دو روزنه و شش روزنه با کارایی 6/59 و 7/56 درصد در اولویت های بعدی قرار گرفتند. در نهایت ترکیب مونولایر هگزادکانول و توپ های بدون روزنه به دلیل زبری مناسب در سطح و ثابت ماندن درصد فضاهای خالی در طول زمان، به عنوان بهترین پوشش کاهنده تبخیر در پژوهش حاضر شناسایی گردیدند.

    کلیدواژگان: تبخیر، توپ شناور، تشتک کلاس A، هگزادکانول
  • محمدعلی غلامی سفیدکوهی*، زهرا باقری خلیلی صفحات 88-104

    طی سال های اخیر، با توجه به افزایش جمعیت و عدم قطعیت تامین منابع آب سالم، استفاده از سامانه های جمع آوری آب باران جایگاه ویژه ‏ای یافته است. هدف از این تحقیق ارزیابی فنی و مالی این سامانه در تولید آب بسته‏ بندی در دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری می باشد. در گام اول با استفاده از داده های تاریخی ایستگاه هواشناسی دشت‏ ناز ساری و مدل اقلیمی GFDL-CM3،  مقدار بارش روزانه برای دوره 2047-2022 پیش نگری شد. به منظور تحلیل فنی و مالی سامانه‏هایی با سطوح آبگیر 200، 850 و 1700 مترمربع، از مدل روزانه بیلان آب و شاخص‎ ‏های مالی (IRR، NPV و B/C) استفاده شد. یافته ها نشان می دهد؛ با هدف تامین نیاز روزانه آب شرب بسته بندی دانشگاه، افزایش ظرفیت تصفیه روزانه این سامانه، تاثیری بر عملکرد آن در این منطقه ندارد. از منظر شاخص مالی مخزن ذخیره با حجم 8، 20 و 40 مترمکعب به ترتیب برای سامانه های با سطوح آبگیر 200، 850 و 1700 مترمربع مخزن مناسب است. شاخص ‏های مالی سه ‏گانه فوق به‏ ترتیب 45 درصد، 917 میلیون ریال و 1/2 برای سطح آبگیر 200 متر مربع، 103 درصد، 4768 میلیون ریال و 1/31 برای سطح آبگیر 850 مترمربع و 117 درصد، 8918 میلیون ریال و 1/33 برای سطح آبگیر 1700 مترمربع می‏ باشد.

    کلیدواژگان: ارزیابی مالی، حجم مخزن ذخیره سازی، ظرفیت تصفیه روزانه، ساری، مدل های اقلیمی
  • اشکان نوری، سید حسین مهاجری*، مجتبی مهرآیین، امیر صمدی صفحات 105-117

    با توجه به اهمیت و جایگاه پایش وضعیت خصوصیات کیفی منابع آب، استفاده از فناوری هایی همچون سنجش از دور که موجب افزایش سرعت و دقت اطلاعات پایش وضعیت کیفی آب می شوند، ضروری به نظر می رسد. یکی از کلیدی ترین خصوصیات کیفی آب ها؛ کدورت می باشد، که از منابع اصلی رسوب در پهنه های آبی است که به طور مستقیم بر موضوعاتی همچون؛ انتقال رسوب، زندگی آبزیان، مدیریت دریاچه ها و مخازن اثر می گذارد؛ درنتیجه پایش کدورت آب ها از بحث های مهم در زمینه مدیریت منابع آبی می باشد. پایش به روش سنتی و آزمایشگاهی دقیق؛ اما زمان بر و پرهزینه است، درنتیجه استفاده از قابلیت های علومی همچون سنجش از دور در این زمینه می تواند مفید باشد. رویکرد انجام شده در این پژوهش برای برآورد نقشه های پهنه بندی پارامتر کدورت مبتنی بر روش های تجربی و مدل های توسعه داده شده براساس الگوریتم های شبکه عصبی بوده است. هدف اصلی در مطالعه حاضر، بررسی و مقایسه ترکیبات باندی مختلف جهت برآورد پارامتر کدورت با استفاده از داده های طیفی تصاویر ماهواره ای سنتینل-2 و لندست-8 است. با توجه اهمیت پارامتر کدورت آب و محدودیت های موجود در اندازه‎ گیری ‎های زمینی و همچنین موقعیت منطقه مطالعاتی مدنظر که همواره در معرض چالش های گوناگون محیطی و جغرافیایی است؛ استفاده همزمان از قابلیت های مدل های شبکه عصبی برای مدل سازی و همچنین سنجش از دور به منظور برآورد پارامترهای کیفی آب لازم و کاربردی است. با توجه به بررسی های انجام شده در این مطالعه؛ می توان نتیجه گرفت که به واسطه داده های طیفی تصاویر ماهواره ای سنتینل-2 و لندست-8 می توان نقشه های پهنه بندی پارامتر کدورت آب را با دقت مطلوبی برآورد کرد. در این پژوهش از چهار فرم ترکیب باندی مختلف (باندهای تکی، نسبت باندی، نسبت مشتق طیفی و شاخص اختلاف نرمال) استفاده شده است که به ترتیب نتایج مرتبط با مقدار ضریب تشخیص و معادل 0/86، 0/83، 0/83 و 0/89 و RMSE برابر با 3/26، 3/52، 3/43 و 2/79 هستند، به نحوی که در فرآیند مدل سازی هر کدام از ترکیبات به صورت مستقل به عنوان ورودی مدل درنظر گرفته شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان دهنده آن است که ترکیب باندی شاخص اختلاف نرمال، نتایج به مراتب بهتری را برآورد می کند؛ اما با توجه به این موضوع که نتایج ترکیبات باند تکی نیز نتایج خوبی را دارا بود و اختلاف اندکی با مدل مشتق شده از ترکیبات شاخص اختلاف نرمال داشت و همچنین ذکر این موضوع که انتخاب باند تکی موجب کاهش محاسبات می شود؛ می توان از ترکیبات باندهای تکی به عنوان ترکیبات بهنیه باندی جهت برآورد پارامتر کدورت آب در این منطقه مطالعاتی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: پایش کیفیت آب ها، ترکیبات باندی، پارامتر کیفی کدورت، تصاویر ماهواره ای سنتینل 2، لندست 8، شبکه عصبی
  • فاطمه میرزایی ندوشن، سعید مرید*، حسین دهقانی سانیج صفحات 118-133
    برآورد مصرف آب بخش کشاورزی براساس مبانی غیردقیق، موجب سیاست گذاری های غیرواقع بینانه، بارگزاری های بیشتر و تشدید بحران آب موجود کشور می شود. دراین راستا، استفاده از داده و اطلاعات وسیع تر- بخصوص بیلان منابع آب که کمتر مورد توجه بوده است- می تواند در تدقیق این برآورد موثر باشد. در این تحقیق، با توسعه چارچوبی که براساس گروه بندی محصولات کشاورزی و مفهوم «ردپای آب» است، این مهم دنبال شد. در چارچوب پیشنهادی، یک مدل بهینه سازی نیز درنظر گرفته شد که تبعات سیاست های بالادستی در خصوص افزایش ضریب خودکفایی محصولات کشاورزی را بر بیلان آب کشور در بهینه ترین شکل مدیریتی مورد بررسی قرار دهد. بر این اساس در دوره آماری مورد بررسی، مصرف بخش کشاورزی برای سال 1397 حدود 64 میلیارد مترمکعب برآورد شد که همراه با تراز 5/5- میلیارد مترمکعب است. همچنین، اهداف برنامه ششم توسعه درخصوص افزایش تولید سه گروه محصول دانه های روغنی، گیاهان قندی و ذرت دانه ای که به ترتیب 3/2، 1/4 و 3/2 برابر تولید آن در سال 1397 بوده، در 3 سناریوی مدیریتی ارزیابی شد. نتایج نشان داد، با گسترش سطح کشت فعلی برای حصول این اهداف، تراز آب کشور تا 12/5- میلیارد مترمکعب افزایش خواهد یافت. با این پیش فرض و 30 درصد کاهش سبزیجات و میوه های جالیزی، تراز به 10/5- و در بهینه ترین الگوی تولید محصولات در استان ها به 8/5- میلیارد مترمکعب خواهد رسید. آنچه آمد، زیرساختی برای برآورد مصرف آب بخش کشاورزی، کاهش عدم قطعیت ها و تبیین تبعات افزایش ضریب خودکفایی بر بیلان منابع آب بود، با این حال همچنان ارتقاء آن لازم به پیگیری است.
    کلیدواژگان: ردپای آب، مصرف بخش کشاورزی، سیاست های خودکفایی محصولات زراعی، بیلان آب
  • رامین قربانزاده*، ناهید میرحاجی، حسین رضایی صفحات 134-161

    خشکسالی به عنوان یک پدیده طبیعی در مناطق مختلف به ویژه در مناطقی با اقلیم خشک و نیمه‏ خشک مانند ایران یکی از چالش های بسیار مهم در تامین آب هست. در این مطالعه، خشکسالی هیدرولوژیک در زیرحوضه های آبریز غرب دریاچه ارومیه به کمک شاخص تامین آب های سطحی (SWSI) از سال‏ آبی 89-88 تا سال آبی 98-97 (از اکتبر 2009 تا سپتامبر 2019) بررسی شده است که در آن از داده های بارش، آب معادل برف، رواناب ‏های سطحی و حجم مخازن سطحی (یا تغییرات حجم ذخایر آب زیرزمینی)، در مقیاس سالانه استفاده شده ‏است. روش‎ شناسی تحقیق مبتنی بر شاخص خشکسالی هیدرولوژیکی SWSI، استفاده از تصاویر ماهواره ای در سامانه تحت وب گوگل ارث انجین، تعیین سطح پوشش برف با استفاده از شاخص NDSI و در نهایت تحلیل روند خشکسالی با استفاده از آزمون روند من -کندال است. نتایج حاصل از تعیین اوزان مولفه های فوق ‏الذکر با استفاده از روش رتبه دهی سلسله مراتبی (AHP)، نشان داد که در زیرحوضه‏ های مورد مطالعه، بارش مهمترین عامل در خشکسالی های هیدرولوژیکی است. همچنین، نتایج حاصل از شاخص SWSI، نشان داد که طی دوره آماری 10 سال آبی مورد مطالعه، در هیچ یک از زیرحوضه های مورد مطالعه شرایط مرطوب، خشکسالی زیاد و خشکسالی شدید رخ نداده و بطور کلی در 54 درصد موارد شرایط نزدیک نرمال، در 19 درصد موارد شرایط خشکسالی کم، حاکم بوده و شرایط نیمه مرطوب و خشکسالی متوسط به ترتیب با 14 درصد و 13 درصد در رتبه های بعدی قرار دارند. همچنین، سال آبی 98-1397 (از اکتبر 2018 تا سپتامبر 2019) مرطوب ترین سال آبی و سال های آبی 96-1395 (از اکتبر 2016 تا سپتامبر 2017) و 91-1390 (از اکتبر 2011 تا سپتامبر 2012) خشک ترین سال های آبی بوده اند. مضافا در تمامی زیرحوضه های آبریز مورد مطالعه به استثنای زیرحوضه آبریز زولاچای، وضعیت هیدرولوژیکی نزدیک نرمال بیشترین وضعیت رخ داده در طول دوره آماری مورد مطالعه بوده ‏است. همچنین، نتایج حاصل از آزمون روند ناپارامتری من -کندال نشان داد که تنها در زیرحوضه های آبریز باراندوزچای و رشکان-تلخاب، روند وضعیت هیدرولوژیکی حوضه افزایشی (افزایش رطوبت) بوده‏ است.

    کلیدواژگان: خشکسالی، دریاچه ارومیه، شاخص NDSI، شاخص SWSI، گوگل ارث انجین
  • مسعود نوبخت، بهرام ثقفیان*، صالح امین یاوری صفحات 162-178
    پیش بینی های فصلی نقشی حیاتی در مدیریت منابع آب و توسعه سامانه های پیش بینی و خشکسالی ایفا می کنند. در تحقیق حاضر پیش بینی های همادی ماهانه بارش و دمای سه مرکز پایگاه داده C3S در طول سال های 1993 تا 2018 برای هشت گروه بارشی ایران در افق های زمانی 1 تا 3 ماه مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. همچنین با هدف بهبود مهارت پیش بینی های خام در هشت گروه بارشی، از روش های نگاشت چندک (QM)، روش مقیاس ‎دهی خطی (LS) و روش نگاشت توزیع گاما (GDM) برای پس پردازش پیش بینی های بارش و از روش های مقیاس دهی خطی (LS) و روش مقیاس دهی واریانس (VS) برای پس پردازش پیش بینی های دما استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که پیش بینی های خام بارش مدل ها در گروه های بارشی غرب ایران بهترین و در گروه های بارشی شمال ایران ضعیف ترین عملکرد را دارند. پیش بینی های دما در اغلب موارد، فرو پیش بینی و تقریبا همه روش های پس پردازش قادر به تقلیل خطاها و بهبود دقت پیش بینی ها در بیشتر گروه های بارشی بخصوص برای پیش بینی های مدل ECMWF بودند. در حالت کلی مدل های ECMWF بعد از پس پردازش بهترین عملکرد و مدل MF بدترین عملکرد را داشت. در بین روش های پس پردازش بارش دو روش GDM و LS عملکرد بهتری داشتند که در گروه های پربارش شمال ایران (G6 و G8) برتری روش های LS و GDM کاملا محسوس است. در خصوص پس پردازش پیش بینی های همادی دما، روش  VSکمی بهتر از LS بود و عملکرد روش های پس پردازش در ماه های سرد سال (اواخر فصل پاییز و فصل زمستان) بسیار موثر و در ماه های گرم (فصل تابستان) اندکی ضعیف تر از بقیه ماه ها بود.
    کلیدواژگان: پیش بینی همادی هواشناسی، C3S، پیش بینی بلندمدت، پس پردازش
  • علی یوسفی* صفحات 179-185

    هدف این نوشتار، پرداختن به چالش های اصلی رودخانه زاینده رود و سپس ارایه تحلیلی از چرایی این چالش ها و درنهایت، پیشنهاد راهبردهایی برای اصلاح جهت گیری های موجود است. مهمترین چالش حوضه زاینده رود ساماندهی رودخانه و کنترل برداشت ها در حوضه است که این موضوع با تعیین سهم و اولویت استفاده کنشگران و کاربری های مختلف در کلیه نقاط حوضه و در شرایط آبی مختلف گره خورده است. همچنین، تداوم مشکلات این رودخانه فراتر از کمبود فیزیکی آب و حکمرانی ناکارامد آب است و کاوش بیشتر در بستر اقتصادی، اجتماعی و سیاسی ایران را می طلبد. بنابراین، مقصر جلوه دادن حکمرانی آب، آدرس دهی غلط است. مهمترین راهبرد برای گذار به وضعیت تعادلی جدید، جاری‎سازی جریان حداقلی ولی دایمی رودخانه به صورت طبیعی در فرایندی گام به گام و رفت و برگشتی است. جاری بودن آب هر چند کم، می تواند نمادی از امکان ایجاد تغییر و نیروی محرکه ظرفیت سازی برای ساماندهی رودخانه و کنترل برداشت ها از آب های سطحی و زیرزمینی باشد.

    کلیدواژگان: احیای رودخانه، انطباق مداوم مساله محور، بستر اجتماعی، سیاسی و اقتصادی، حکمرانی آب
|
  • Hamed Mazandarani Zadeh *, Mohammad Fallah Kalaki, Asghar Azizian Pages 1-18

    Estimating the available water plays a vital role in planning water resources projects. The first step in assessing water availability is to calculate runoff in catchments. Moreover, it is necessary to study the effects of climate change on water components such as runoff since climate change directly affects the hydrological components and water resources. In this study, the status of the inflow to Tashk-Bakhtegan lakes as one of the most important lakes in the country was investigated. Because generation of runoff is a complex concept due to its nonlinear and multidimensional nature, various theoretical and physical models have been developed to predict runoff. The high dependence of these physical models on numerous parameters and maps, practically challenfged their efficiency in basins with limited observations. On the other hand, models based on artificial neural networks and fuzzy inference systems are considered applied tools that can help hydrologists in such circumstances. In this study, FFBPNN and ANFIS models and their combination with PSO and GA metaheuristic algorithms have been investigated in evaluating the runoff in historical conditions and under RCP and SSP climate change scenarios.  The obtained results showed that the FFBPNN and ANFIS models combined with the PSO algorithm (ANFIS_PSO) using precipitation, minimum temperature, and maximum temperature as inputs had better performance compared to other models with different inputs. The values of the correlation coefficient, root mean square error (m3/s), Nash-Sutcliffe coefficient and Kling Gupta were respectively 0.99, 2.07, 0.99 and 0.98 in the training period and 0.94, 3.61, 0.91 and 0.88 in the test period and 0.98, 94. 2, 0.97 and 0.98 in the training period and 0.93, 3.87, 0.85 and 0.88 in the test period. The results of this study can be used in investigating the effects of the above mentioned scenarios on important basins of the country and consequently in planning and managing water resources in the context of climate change.

    Keywords: climate change, FFBPNN, ANFIS, Metaheuristic Algorithms
  • Nooshdokht Bayat-Afshary, Mohammad Danesh-Yazdi * Pages 19-36
    In this study, long-term changes in the precipitation pattern and how they affect the future flood events were explored by collecting, completing and validating precipitation data in the Karkheh, Dez, Karun, and Great Karun Basins. Also, the depth and frequency of precipitation in the water year 2018-2019 have been carefully investigated. Finally, the quality of precipitation forecast and awareness by some official organizations has been discussed. The study area has a sufficient number and density of reliable meteorological stations. However, this does not hold for the synoptic stations in mountainous areas, such that only 4% of the stations have recorded data in more than 10% of the entire 30-year statistical period. The results showed that the climatic trend of the region is on average in the direction of decreasing precipitation amount. The investigation of rainfall pattern has revealed the continuation of high soil moisture due to the increase of low rainfall events in recent years, which can lead to enhanced probability of flood occurrence. The analysis of April 2019 precipitations showed that in the entire study area, the amount of precipitation was 24% to 108% higher than the last 10-year average. The return period of total precipitation in Ahvaz station in the water year 2018-2019 was 297 years, which is unprecedented. In addition, the forecasts of the Iran Meteorological Organization and the Water Research Institute for the flood of April 2019 in the Khuzestan province were significantly erronous compared to the observations.
    Keywords: Khuzestan Province, April 2019 Floods, Precipitation pattern, Precipitation frequency analysis
  • Iman Raissi-Dehkordi, Somayeh Sima *, Neamat Karimi Pages 37-56

    Accurate estimation of the actual evapotranspiration (ETa) and analysis of its spatiotemporal variations is crucial for irrigation water management, particularly at local and daily scales. The Operational Simplified Surface Energy Balance (SSEBop) model is among the most efficient and practical single-source surface energy balance models based on remote sensing data. Nevertheless, limited studies are made to assess the performance of this model in Iran. In this study, a modified version of SSEBop (based on the use of local weather data, automatic calculation of daily reference evapotranspiration, and variable surface albedo) was introduced and its performance was examined over a 14-ha alfalfa farmland in East Isfahan. To this end, the model was calibrated and both the intermediate model outputs (e.g., surface temperature and albedo) and the estimated actual daily evapotranspirations were validated against the in-situ ETas obtained from a scintillometer and an adjacent automatic weather station. The results showed an acceptable performance (RMSE= 0.8 mm.day-1, r= 0.81) of the modified and locally calibrated SSEBop model for estimating daily ETa throughout the growth season. However, during and after harvesting, when the crop biomass was low (NDVI<0.4), the model failed. This study reveals the promising application of the SSEBop for operational irrigation management practices

    Keywords: Potential Evapotranspiration, Energy balance, Scintillometer
  • Mohammad Javad Emami-Skardi, Gholamreza Shobeyri *, Reza Kerachian Pages 57-74
    Interactions and conflicts, or in general, the relationships between different stakeholders in a large-scale water resources scheme, are very important factors affecting the status of water systems. In this study, the conflict was studied, mapped, and rooted in a water system using the social network analysis approach, utility analysis, and conflict tree. After finding the major problems in a water system, influential stakeholders were first identified. Then, using the social network analysis method the relationships between these stakeholders were studied to estimate their conflicts. Next, by assessing the desirability of stakeholders, the ground of conflict emerging between them was investigated using desirability mapping. Using the output of the desirability analysis, social network analysis, and important problems recognition, the roots, core, and results of the conflict were presented using the conflict tree approach. The catchment area in the west of Tehran, namely the Kan River basin, has been studied using the mentioned method. The little interest of the municipal institution in utilizing groundwater resources, the problem of subsidence and the quality of water resources, coupled with the interest in expanding green spaces and urban development are among the challenge between the regional municipality and the regional water authority. The minor consideration for the management of illegal water extraction, return water, aquatic ecosystems, and water quality has been the cause of conflict between the agricultural institution and the regional water authority. It is also critical that the interest of the industrial sector is focused on development of industries and other interests are of less importance in this sector. The lack of interest in institutions such as the urban development stakeholder to consider the water cycle's importance in urban development is another challenging issue.
    Keywords: conflict, social network analysis, Conflict tree, Urban catchment, Desirability mapping
  • Sedighe Ebrahimian, Naser Tahmasebipour *, Mohsen Adeli, Hossein Zeinivand Pages 75-87

    In arid and semi-arid regions, surface evaporation can be considered the main cause of water loss. Evaporation occurs at temperatures lower than the boiling point of water and it is an inevitable phenomenon and it plays an important role in the loss of water resources in countries according to their geographical and meteorological conditions. One of the main methods to reduce evaporation from the surface of open tanks, which is used in many hot and dry regions, is the use of physical and chemical coatings. In the current research, which was conducted with the aim of reducing the rate of evaporation from class A evaporation pans, it was tried for the first time to investigate the efficiency of three types of balls with monolayer composition of hexadecanol as an evaporation reducing coating. Three types of balls with a diameter of 7 cm made of propylene were used; balls with two holes, six holes, and no holes. In order to investigate the performance of these coatings in reducing the evaporation of class A pans, they were investigated for 2 months from 1400/6/1 to 1400/7/30 (two months). The measurement of evaporation has been repeated once every hour from 8:00 am to 5:00 pm and the resulted times series were analyzed statistically. The measured evaporation values were analyzed in SAS software and the comparison of averages was done at the 99% probability level based on Duncan's average comparison test. Results showed that the combination of hexadecanol monolayer and three ball samples had a significant difference at the 5% level in terms of changes in evaporation rate and temperature. The results of comparing the average effect of different coatings on the rate of evaporation showed that the control pan had the highest amount of evaporation among other pans, while the pans covered with the monolayer combination of hexadecanol and non-porous balls showed the lowest amount of evaporation. The comparison of average evaporation values in Duncan's test did not show any common letters which means that all pairs of coatings have a significant difference at the 5% level. The results showed that the combination of hexadecanol monolayer and non-porous balls with an efficiency of 86.7% contributed the most in reducing evaporation. While the combination of hexadecanol monolayer with two-hole and six-hole balls with efficiency of 59.6% and 56.7% were placed in the next priorities. Finally, the combination of hexadecanol monolayer and balls without holes were identified as the best evaporation reducing coating in the present study due to the appropriate surface roughness and the constant percentage of empty spaces over time.

    Keywords: Evaporation, Floating Ball, Class A Pan, Hexadecanol
  • Mohammad Ali Gholami Sefidkouhi *, Zahra Bagheri Khalili Pages 88-104

    Due to the increase in population and the uncertainty of safe water supply, the use of rainwater harvesting systems has gained popularity in recent years. This research has evaluated the technical and financial feasibility of these systems in the production of packaged water at Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources. In the first step, daily rainfall was predicted for the period of 2022-2047 using the historical data of Dashtnaz weather station in Sari and those of the GFDL-CM3 climate model. The daily Water balance modeling and financial indicators (IRR, NPV, and B/C) were used to analyze the technical and financial aspects of the systems with catchment levels of 200, 850, and 1700 m2. Findings showed that aiming at supplying the daily requirement drinking water of the university, increasing the daily treatment capacity of this system has no effect on its performance in this area. According to the financial index, storage tanks with volumes of 8, 20, and 40 m3 are suitable for systems with catchment levels of 200, 850, and 1700 square meters, respectivel The financial indicators (IRR, NPV and B/C) were respectively 45%, 917 million Rials and 1.2 for the catchment area of 200 m2, 103%, 4768 million Rials and 1.31 for the catchment area of 850 m2, and 117%, 8918 million Rials and 1.33 for the catchment area of 1700 m2

    Keywords: Financial evaluation, Storage Tank Size, Daily Treatment Capacity, Sari, Climate Models
  • Ashkan Noori, Seyed Hossein Mohajeri *, Mojtaba Mehraein, Amir Samadi Pages 105-117

    Considering the importance and status of monitoring the quality characteristics of water resources, it seems necessary to use technologies such as remote sensing that increase the speed and accuracy of water quality monitoring information. Turbidity is one of the key water quality characteristics which is one of the main sources of sediment in water bodies and directly affects issues such as sediment transport, aquatic life, and management of lakes and reservoirs. This makes water turbidity monitoring an important concern in the field of water resources management. Traditional and laboratory methods of monitoring are accurate but time-consuming and expensive. The use of scientific capabilities such as remote sensing can therefore be beneficial. In this research experimental methods and models developed based on neural network algorithms are used to estimate opacity parameter zoning maps. The main goal of this study is to investigate and compare different band combinations to estimate the turbidity parameter using the spectral data of Sentinel-2 and Landsat-8 satellite images. Considering the importance of the mentioned quality parameter and also the location of the study area, ground measurement of these parameters was a challenge; As a result, it is necessary and practical to use neural network and remote sensing capabilities for modeling. According to the investigations carried out in this study it can be concluded that due to the spectral data of Sentinel-2 and Landsat-8 satellite images, the zoning maps of water turbidity parameter can be estimated with good accuracy. Four different forms of band combinations (single bands, band ratio, spectral derivative ratio and normal difference index) have been used for which the detection coefficient value were 0.86, 0.83, 0.83 and 0.89 and the RMSE error were 3.26, 3.52, 3.43 and 2.79, respectively. Accordingly, each of the compounds is considered independently as the model input in the modeling process. The results showed that the band combination of the normalized difference index estimates much better results. However, considering the fact that the single band combinations also had good results with little difference from the normal difference index combinations’ derivative model and since it could reduce calculations, single band combinations can be used as best band combinations to estimate the water turbidity parameter in this study area.

    Keywords: Water Quality Monitoring, Band compositions, Turbidity quality parameter, Sentinel 2, Landsat 8 satellite images, Neural Network
  • Fatemeh Mirzaie Nodoushan, Saeed Morid *, Hossein Dehghanisanij Pages 118-133
    Estimation of agricultural water consumption with unrealistic bases causes more aggravation of the current Iran water crisis. Accordingly using broader information, especially water budget components which received less attention, can be effective in enhancing such estimates. To this aim, this study developed a framework based on grouping of agricultural crops and the concept of "water footprint". The framework also includes an optimization module to examine consequences of the policies such as increasing self-sufficiency rates of agricultural crops under best optimum management on water budget. Accordingly, the consumption of agricultural sector for 2017 was estimated to be 64 BCM, which was associated with a negative balance of 5.5 BCM. Furthermore, the targets of the 6th national development plan (2016-2021) regarding three crop groups including oil seeds, sugar crops and maize were examined (target values were respectively about 3.2, 1.4 and 3.2 times of their productions in 2017). The results showed that by expansion of the cultivation area to achieve these targets, country’s negative water budget will increase to -12.5 BCM/yr. With the same assumption and a 30% reduction in vegetables and fruits, the negative budget would reduce to -10.5 and with the most optimum provincial crop patterns, it reaches -8.5 BCM/yr. What investigated here was an attempt for improving the estimation of agriculture water consumption, reducing related uncertainties and elucidating the alerting consequences of increasing self-sufficiency rates on the water balance. Nonetheless follow ups are needed to improve such methodologies.
    Keywords: water footprint, Agricultural sector consumption, Crop Products Self-Sufficiency Policies, Water balance
  • Ramin Ghorbanzadeh *, Nahid Mirhaji, Hossien Rezaie Pages 134-161

    Drought as a natural phenomenon is one of the most important challenges in water supply, especially in arid and semi-arid climates such as Iran. In this study, the hydrological drought has been investigated in the western sub-basins of Lake Urmia using the Surface Water Supply Index (SWSI) from Oct. 2009 to Sep. 2019. For this purpose, annual precipitation data, snow water equivalent, surface runoff, and reservoir storage (or changes in groundwater storage) have been used. The methodology of the study is based on the SWSI index, remote sensing using Google Earth Engine, determining the snow cover area using the NDSI index, and analyzing the drought trend using the Mann–Kendall trend test. The results showed that according to the weights of the components obtained by the Analytic Hierarchy Process (AHP), precipitation is the most important factor in the study area in hydrological droughts. Also, according to the SWSI index, during the 10 water year period, wet, extreme drought, and severe drought conditions have not occurred in the study area and generally, in 54% of the cases near-normal conditions, in 19% of the cases incipient drought conditions prevail and in the next ranks are abundant and moderate drought conditions with respectively 14% and 13% incidence. Also, the wettest water year was from Oct. 2018 to Sep. 2019 and the driest water years were from Oct. 2016 to Sep. 2017 and from Oct. 2011 to Sep. 2012. In addition, in all studied sub basins except Zolachay, the near-normal hydrological condition was the most common condition during the study period. Also, the results of Mann-Kendall non-parametric trend test showed that only in the Baranduzchay and Rashkan-Talkhab sub basins, the trend of hydrological drought time series has been increasing (increasing humidity).

    Keywords: Drought, Google Earth Engine, Mann-Kendall, NDSI index, SWSI index, Urmia Lake
  • Masoud Nobakht, Bahram Saghafian *, Saleh Aminyavari Pages 162-178
    Seasonal precipitation forecasting plays a pivotal role in water resource management and development of warning systems. This study evaluated the ensemble forecasts of three C3S models over the period 1993–2017 in Iran’s eight classified precipitation clusters for 1- to 3-month lead times. The quantile mapping (QM), the linear scaling (LS), and the gamma distribution mapping (GDM) for post-processing of precipitation forecasts, and the LS and variance scaling (VS) was used to post-process temperature forecasts. The results were then compared with the raw forecasts. It is indicated that the models performed best in western precipitation clusters, while in the northern humid cluster the models had negative skill scores. Almost all the post-processing methods were able to reduce the errors and improve the forecast accuracy in most groups. In general, after post-processing the ECMWF models had the best performance and the MF model had the worst performance. Among the precipitation post-processing methods, GDM and LS performed better, and the superiority of these methods is quite noticeable, especially in the rain-heavy groups of northern Iran (G6 and G8), which had poor raw forecasts. Regarding the post-processing of ensemble temperature forecasts, the performance of each LS and VS method is similar, they have a slight difference in increasing the accuracy of forecasts. Of course, overall, the VS method has worked a little better. The performance of post-processing methods is very effective in the cold months of the year (late autumn and winter) and slightly weaker in the hot months (summer).
    Keywords: Meteorological ensemble forecasting, Copernicus Climate Change Service (C3S), Seasonal streamflow forecasting, post processing
  • Ali Yousefi * Pages 179-185

    This essay addresses the principal challenges in the Zayandeh Rud River and their underlying causes and highlights some strategies to alter current practices. The primary problem in this basin is the need for organizing and monitoring the water withdrawals. This issue has intertwined with determining the share and priority of water rights under different climate conditions. The persistence of these challenges implies that water scarcity and poor water governance are symptoms of a deeper problem related to the impacts of Iran's socio-political situation. Therefore, blaming the water governance system is a misguided approach. The most crucial strategy for transitioning to a new equilibrium state is maintaining a minimum but steady natural flow of the river through iterative and step-by-step processes. Regardless of its size, a flowing river can be seen as a symbol of transformation and the driving force behind building capacity for river management, monitoring, and enforcement of surface water and groundwater withdrawals.

    Keywords: Restoring the river, Problem Driven Iterative Adaptation, Socio-political-economic context, Water Governance