فهرست مطالب

تحقیقات منابع آب ایران - سال نوزدهم شماره 2 (پیاپی 65، تابستان 1402)

مجله تحقیقات منابع آب ایران
سال نوزدهم شماره 2 (پیاپی 65، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/01
  • تعداد عناوین: 11
|
  • رامین قهرمان، مجید رحیم زادگان* صفحات 1-13

    تبخیر یکی از منابع مهم هدررفت آب از سطح پهنه های آبی است. روش های متعددی برای برآورد تبخیر ارایه شده است که بررسی کارایی آن ها در سطح آب شور از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلیل، هدف این تحقیق، استفاده از تصاویر ماهواره ای در مدل های محاسبه تبخیر از سطح آب شور و ارزیابی روش های مختلف برآورد تبخیر (روش ترکیبی، دما مبنا، تابش مبنا و بیلان انرژی) بود. در این راستا، با استفاده از تصاویر اسپکترورادیومتر تصویربردار با قدرت تفکیک متوسط (MODIS) و اندازه گیری های هواشناسی، تبخیر از دریاچه ارومیه با استفاده از روش های Makkink، FAO56-PM، Priestley-Taylor، Kimberly-Penman، Hargreaves-Samani و METRIC محاسبه و نقشه توزیع تبخیر در سطح دریاچه تولید شد. نتایج این تحقیق، نشان دهنده آن بود که تبخیر در سطح آب شور دریاچه توزیع یکسانی ندارد و ثابت گرفتن مقدار آلبیدو و تابش درون دریاچه باعث بروز خطا در محاسبه تبخیر از آب خواهد شد. همچنین، مشخص شد که روش های ترکیبی به دلیل درنظر گرفتن تمام پارامترهای موثر بر تبخیر، خطای کمتری داشته و نتایج قابل اعتمادتری را نسبت به دیگر روش ها ارایه می دهند.

    کلیدواژگان: تابش خالص، تبخیر پتانسیل، تبخیر آب های آزاد، سنجش از دور، آب شور
  • امیرسپهر شاملو، سمیه سیما* صفحات 14-38
    پایش پیوسته غلظت کلروفیل و تعیین سطح تغذیه گرایی در دریاچه ها به منظور مدیریت کیفیت آب آن ها ضروری است. هدف این پژوهش مدل‎سازی غلظت کلروفیل-آ به عنوان متغیر کلیدی مرتبط با تغذیه گرایی در بخش شمالی دریاچه ارومیه با استفاده از تصاویر ماهواره های لندست-8 و سنتینل-2 و الگوریتم های رگرسیون خطی چند متغیره (MLR) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) است. نتایج نشان داد در حالی که هر دو مدل مبتنی بر تصاویر لندست-8 (ANNLandsat -8 و MLRLandsat -8) از دقت بالایی در پایش غلظت کلروفیل-آ برخوردار بودند، عملکرد مدل های منتخب مبتنی بر تصاویر سنتینل-2 (ANNSentinel -2 و MLRSentinel -2) رضایت بخش نبودند. در هر دو سری مدل های کلروفیل-آ مبتنی بر داده های لندست-8 و سنتینل-2، مدل ANN (با یک لایه مخفی) نسبت به مدل MLR اندکی برتری داشت. با توجه به عملکرد مناسب مدل منتخب ANNLandsat-8  از این مدل برای تحلیل الگوی تغییرات مکانی و زمانی غلظت کلروفیل-آ و سطح تغذیه گرایی در شمال دریاچه ارومیه استفاده شد. تحلیل الگوی تغییرات مکانی غلظت کلروفیل-آ در تمامی ماه ها، افزایش غلظت به سمت مرکز و نواحی عمیق شمال دریاچه و کاهش به سمت پل میان گذر را نشان داد. همچنین، میانگین غلظت کلروفیل-آ و سطح تغذیه ‎گرایی در شمال دریاچه، از فوریه تا جولای به صورت قابل توجهی افزایش، از جولای تا سپتامبر کاهش و از سپتامبر تا اکتبر افزایش یافت. نتایج مدل منتخب (ANNLandsat -8)، نشان داد که شمال دریاچه در ماه های فوریه و سپتامبر سال 2016 در شرایط مزوتروفیک حاد و در ماه های جولای، آگوست و اکتبر در شرایط یوتروفیک خفیف قرار داشته است.
    کلیدواژگان: شرایط مغذی، کلروفیل- آ، شاخص تغذیهگرایی کارلسون، تصحیح جوی
  • رسول حاجیان، محمدرضا جلالی*، رضا مستوری صفحات 39-53

    دریاچه ها نقش مهمی در چرخه هیدرولوژیکی دارند و پیش بینی سطح آب آنها می تواند اطلاعات حیاتی برای مدیریت آینده دریاچه ها و اکوسیستم آنها فراهم کند. در پژوهش حاضر 2 مدل شامل پس هرس کردن درخت به روش کاهش خطای هرس و مدل ترکیبی REPT با مدل جنگل چرخان (ROF-REPT) توسعه و ساخته شد، و برای پیش بینی 1، 2 و 3 ماه آتی سطح آب دریاچه ارومیه در شمال غرب ایران مورد استفاده قرار گرفت. داده های سری زمانی سطح آب از سال 2001 تا 2020 به دو دسته، به ترتیب برای ساخت مدل (از سال 2001 تا 2014) و اعتبارسنجی (از 2015 تا 2020) تقسیم شد. سناریوهای ورودی مختلف برای یافتن موثرترین سناریو ورودی از متغیرهای اقلیمی ساخته شد و مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت مدل های توسعه یافته از طریق معیارهای بصری و کمی ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که مدل ترکیبی ROF-REPT دارای عملکرد بالاتری نسبت به مدل منفرد REPT برای تمامی 1، 2 و 3 ماه آینده است. ضریب نش (Nash-Sutcliffe Efficiency) برای مدل های منفرد بین 0/45 تا 0/87 و برای مدل های ترکیبی بین 0/53 تا 0/95 حاصل شد. همچنین، نشان داده شد که مدل های توسعه یافته قادر به پیش بینی سطح آب تا 3 ماه آینده هستند.

    کلیدواژگان: تراز سطح آب، دریاچه ارومیه، مدل های درخت تصمیم، مدل ترکیبی، ایران
  • رضا سبحانی، علیرضا عمادی*، رامین فضل اولی، سروین زمان زاد قویدل صفحات 54-70
    در سال های اخیر، با توجه به پدیده های خشک سالی، افزایش جمعیت و کاهش ذخایر آب های زیرزمینی، سنجش فقر آبی ضروری است. هدف اصلی در این مطالعه ارزیابی کمی و کیفی فقر منابع آب زیرزمینی بر اساس دو روش نوآورانه ریاضی-تحلیلی موثر و داده محور با درنظر گرفتن فاکتورهای شش گانه ظرفیت، محیط زیست، زیرساخت ها و دسترسی ‎ها، منابع آب، مدیریت و اقلیم (57 متغیر) (1398-1390) در استان آذربایجان غربی، است. ارزش شاخص فقر آبی جامع در دو مدل ریاضی-تحلیلی موثر و داده محور به ترتیب 53/03 و 53/67 به دست آمد. نتایج نشان می دهد که در مدل های مذکور فاکتورهای منابع آب، مدیریت و اقلیم باعث ایجاد ناپایداری نسبی در سامانه های منابع آب زیرزمینی، می شود. بر اساس نتایج، شاخص فقر آبی جامع از سال 1390 تا سال 1396 روند صعودی داشته است، در حالیکه بعد از اجرای طرح ها و پروژه های مرتبط با مدیریت منابع آب زیرزمینی مقدار این شاخص نسبتا به وضعیت ثابت رسیده است. سال های 1390، 1392 و 1396 به ترتیب نقطه عطف تغییر حالت شاخص فقر آبی جامع از حالت خیلی کم به کم، کم به متوسط و متوسط به زیاد، است. لحاظ نمودن فاکتور اقلیم به همراه پدیده های کلیماتولوژی حدی در سنجش فقر آبی جامع به عنوان یکی از نوآوری های منحصربفرد تحقیق حاضر می تواند در نحوه تصمیم گیری ها و تدوین برنامه های مدیریتی در صنعت آب، نقشی کلیدی ایفا کند. همچنین، توسعه مدل داده ‍ محور جهت سنجش شاخص فقر آبی با توجه به کاهش تعدد متغیرهای لحاظ شده، می تواند در جلوگیری از اتلاف زمان، هزینه و منابع در انجام مطالعات پروژه های مرتبط با صنعت آب، بسیار موثر واقع شود. نهایتا، بررسی تاثیر دو زیرپروژه مرتبط با طرح احیاء و تعادل بخشی آب های زیرزمینی، شامل: 1- طرح تجهیز چاه ها به ابزار اندازه گیری هوشمند و 2- پروژه فرهنگ سازی و اطلاع رسانی، بر میزان شاخص فقر آبی نشان داد که پروژه های مذکور در مواردی نیاز به اصلاحات مدیریتی دارند که بایستی مورد توجه مدیران و سیاست گذاران قرار گیرند.
    کلیدواژگان: آب های زیرزمینی، داده محور، ریاضی-تحلیلی، فقر آبی
  • جواد رحمانی، محمد دانش یزدی* صفحات 71-86

    تعیین سهم هر یک از فرایندهای موثر در تشکیل جریان رودخانه، نقش مهمی در تدقیق شبیه سازی این فرایندها در مدل سازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز دارد. اگرچه بیلان آب دید کلی از تغییرات حجمی مولفه های تشکیل دهنده آن به دست می دهد، منشایابی شارهای خروجی از حوضه و تغییرات زمانی آنها نیازمند بکارگیری رویکردهای مبتنی بر ردیابی آب است. در این پژوهش با استفاده از توسعه یک مدل فیزیکی و یکپارچه هیدرولوژیکی سه بعدی با قابلیت ردیابی آب (ParFlow-CLM-EcoSLIM)، میزان سهم هر یک از مولفه های تشکیل دهنده جریان مانند آب حاصل از باران، آب حاصل از برف و آب زیرزمینی در تشکیل جریان رودخانه و تبخیر-تعرق بررسی شده است. همچنین، توزیع زمان پیمایش جریان های خروجی شبیه سازی و مطالعه شده است. به منظور تبیین مدل های توسعه داده شده، حوضه آبریز گدارچای واقع در جنوب غرب دریاچه ارومیه به عنوان منطقه مطالعه انتخاب شد. نتایج نشان داد که ذوب برف، منشا اصلی دبی رودخانه و تبخیر-تعرق در منطقه است، به طوری که سهم برف، باران و آب زیرزمینی در تولید جریان رودخانه در طول سال آبی به طور متوسط به ترتیب برابر با 56، 5 و 39 درصد است. همچنین، در حدود 55 درصد از برف ورودی در طول سال آبی پس از فرایند ذوب و نفوذ در خاک  ذخیره می شود و در سال های بعد از سیستم خارج می شود؛ در حالیکه تنها 22 درصد از باران جدید در سیستم ذخیره می شود و 78 درصد از آن در همان سال آبی از سیستم خارج می شود.

    کلیدواژگان: مدل سازی هیدرولوژیکی، ردیابی آب، حوضه آبریز گدارچای، ذوب برف، تابع زمان پیمایش
  • محمد دانش یزدی*، سید مرتضی ملائکه صفحات 87-105
    انجام هرگونه برنامه ریزی مدیریتی برای کنترل مصارف آب در بخش کشاورزی نیازمند درک صحیح از تاثیرپذیری متغیرهای کنترل کننده   منابع آب، مصارف آب و اقتصاد کشاورزی از یکدیگر به منظور حصول اطمینان از تامین نیازهای آبی کشاورزی به صورت بهینه و همچنین تضمین بهبود وضعیت اقتصادی کشاورزان است. هدف اصلی این مطالعه، توسعه دو مدل هیدرولوژیکی و اقتصاد کشاورزی در محدوده مطالعاتی مهاباد (واقع در بخش جنوبی دریاچه ارومیه) با هدف بررسی اثرات تغییر اقلیم بر حجم آب ورودی به سد مهاباد، بررسی تغییرات بلندمدت نیاز ناخالص آبیاری، و تاثیر تغییر الگوی کشت بر نیاز ناخالص آبیاری و اقتصاد کشاورزی منطقه بوده است. نتایج نشان دادند که در صورت کنترل مصارف تا سال 1419، افزایش حجم آب ورودی به سد مهاباد تحت سناریوهای تغییر اقلیم A1B و B1 می تواند متضمن کاهش نیاز کنونی به برداشت از منابع آب سطحی و زیرزمینی و امکان انجام رهاسازی از سد مهاباد برای تامین بیشتر نیاز زیست محیطی دریاچه ارومیه باشد. از طرفی، ارزش خالص تولید گندم و جو آبی در سال های گذشته بسیار کمتر از مقدار مشابه برای سایر محصولات زراعی در منطقه مطالعه بوده است که عدم توجیه اقتصادی کشت این محصولات را تبیین می سازد. میزان تولید و ارزش خالص تولید چغندرقند روند رو به رشد قابل ملاحظه ای را نشان می دهد که این روند در مغایرت آشکار با سیاست های کاهش 40 درصد مصرف آب در بخش کشاورزی است. در صورت افزایش سطح زیر کشت محصولات پر آب بر در منطقه، بیشترین تنش وارده بر منابع آب زیرزمینی تحت سناریوی A2 خواهد بود.
    کلیدواژگان: مدل سازی هیدرولوژیکی و اقتصاد کشاورزی، تغییر اقلیم، الگوی کشت، دریاچه ارومیه، مدیریت یکپارچه منابع آب
  • مریم جوان صالحی، مجتبی شوریان* صفحات 106-132

    در این تحقیق چارچوب جدیدی از مدل سازی هیدرولوژی- اجتماعی به منظور ارزیابی عملکرد سیستم های انسانی- آبی توسعه داده شده است. بدین منظور ابتدا یک مدل جامع هیدرولوژیکی با تلفیق مدل های SWAT و MODFLOW برای شبیه سازی منابع آب سطحی و زیرزمینی توسعه داده شده است. در ادامه با استفاده از تیوری ارزش- عقیده- هنجار (Value-Belief-Norm Theory) عوامل موثر در رفتار مصرف آبی کشاورزان شناسایی شده و در نهایت با ترکیب مدل SWAT-MODFLOW و مدل عامل بنیان (Agent-Based Model) مبتنی بر تیوری VBN، الگوی رفتاری کشاورزان در انتخاب نوع کشت و شیوه آبیاری ارزیابی شده است. چارچوب نظری تیوری VBN و قوانین رفتاری عوامل در ABM بر اساس داده های جمع ‎آوری شده از پرسشنامه های میدانی کشاورزان دشت مهاباد طراحی شده است. در ادامه، با استفاده از داده های تغییر اقلیم گزارش ششم IPCC و مدلACCESS-CM2  پاسخ مدل هیدرولوژی اجتماعی توسعه داده شده در افق برنامه ریزی تحلیل و بررسی شد. نتایج بیانگر این هستند که آن دسته از کشاورزانی که زیر خط فقر هستند با انتخاب محصولات پرسود برای زراعت، سعی در بهبود بخشیدن به وضعیت نامطلوب اقتصادی خود دارند. لذا بدون ایجاد تغییر اساسی در سیاست های مدیریتی در آینده، تغییر اقلیم باعث کاهش سود بخش کشاورزی شده و الگوی کشت به سمت محصولات با سود بالا و در عین حال پر آب بر تغییر خواهد یافت. در صورت ثابت ماندن سیاست های مدیریتی در آینده، عملکرد محصولات، در آمد کشاورزان منطقه و در عین حال جریان ورودی به دریاچه ارومیه از رودخانه مهاباد کاهش چشمگیری خواهد یافت. از این رو تغییر سیاست های مدیریتی به عنوان راهکارهای مقابله با اثرات تغییر اقلیم توصیه می شود. بطورکلی، نتایج تحقیق حاضر را می توان برای برنامه ریزی و سیاست گذاری های آینده مد نظر قرار داد و تخمین زد که چگونه ایجاد تغییرات در عوامل اقتصادی و روانی برای کشاورزان بر احیای دریاچه ارومیه اثر می گذارد.

    کلیدواژگان: هیدرولوژی اجتماعی، مدل سازی عامل بنیان، تئوری ارزش- عقیده- هنجار، تغییر اقلیم
  • نادر جنت دوست، مجید منتصری*، بابک امیرعطایی صفحات 133-151
    تغییر رفتار جریان رودخانه ها به دلیل وقوع پدیده تغییر اقلیم در سال های گذشته منجر به افزایش رخدادهای هیدرولوژیکی شدید از جمله سیل های بزرگ به همراه رسوبات زیاد شده است که ضرورت شناخت مشخصات مختلف رسوبات رودخانه ‏ای را برای برنامه ریزی و طراحی سازه های آبی را بسیار پر اهمیت کرده است. در این مطالعه به صورت نوآورانه، با توسعه شاخص جدید رسوب استاندارد (SSI)، مشخصات مختلف داده ‏های رسوب از جمله تابع چگالی احتمال، بزرگی، شدت رسوب و غیره به ازای یک فرآیند شبیه ‏سازی مونت‏کارلو در رودخانه ‏های غرب حوضه دریاچه ارومیه تعیین گردید. بدین منظور، ابتدا سری داده های رسوب جریان رودخانه به ازای مدل های مختلف منحنی دبی- رسوب، تعیین و سپس سری داده‏ های مصنوعی رسوب (به تعداد 1000 سری) با استفاده از مدل استوکستیک مناسب تولید و برای پایش و تعیین خصوصیات مختلف رسوب استفاده شد. نتایج نشان داد که در اکثر ایستگاه ها روش محاسبه و برآورد رابطه دبی- رسوب به ازای روش نوآورانه این مطالعه در اولویت اول دارای عملکرد مناسب نسبت به سایر روش های پیشنهادی در مطالعات مختلف بوده است. ضمنا بر اساس نتایج، تابع چگالی احتمال داده های رسوب کاملا از توزیع نرمال تبعیت نموده است که بیانگر تطابق کامل احتمالات مذکور به عنوان رخدادهای مورد انتظار از یک فرآیند طبیعی نرمالیزه بوده و دارای رفتار نظام‏مند با ضرایب چولگی داده ‏ها است. نهایتا نتایج این مطالعه به عنوان یک راهنمای جامع در استنباط دقیق و واقعی از پدیده رسوب رودخانه به ازای شاخص SSI است و می‏ تواند تاثیر قابل توجهی در کاهش خسارات ناشی از رسوبات داشته باشد.
    کلیدواژگان: بار رسوبی، روش شبیه‏سازی مونت‏کارلو، شاخص رسوب استاندارد، مدل های استوکستیک
  • رقیه صمدی*، یعقوب دین پژوه، احمد فاخری فرد صفحات 152-178
    از پیامدهای مهم تغییرات اقلیمی روی سیلاب های حدی تغییر در فراوانی، زمان ظهور آن ها و مقدار آن ها است. در این پژوهش، تحلیل فصلی سیلاب های حدی حوضه دریاچه ارومیه با بکارگیری داده های 14 ایستگاه هیدرومتری انجام شده است. این کار با استفاده از روش نوین آمار دایره ای در دوره آماری 2019-2003 انجام شد. یکنواختی زمان وقوع رویدادهای حدی با دو روش ریلیه و کایپر در سه سطح معنی‎داری 0/1، 0/05 و 0/01 مورد آزمون قرار گرفت. از روش تخمین گر شیب سن اصلاح شده برای تخمین شیب خط روند زمان وقوع رویدادهای حدی استفاده شد. نتایج آزمون کایپر حاکی از عدم وجود یکنواختی در زمان وقوع رخدادهای حدی سیلاب بود. معلوم شد که در منطقه، دو فصل سیلابی متمایز شامل الف) اواخر اسفند تا اواسط اردیبهشت (S1) و ب) اواسط شهریور تا اوایل آذر (S2) وجود دارد. میانه شاخص قدرت فصلی رویدادها برابر با 0/695=r بود. پس از تفکیک سال به دو فصل مورد اشاره، این رقم برای فصل اول 0/9 و برای فصل دوم 0/78 بدست آمد. قدرت فصلی S1 در دو بخش غربی و شرقی دریاچه ارومیه مشابه بود، ولی در فصل S2 بخش غربی دریاچه ارومیه قدرت فصلی بیشتری نسبت به بخش شرقی آن داشت. بطور میانگین، روند تغییرات زمان وقوع رخدادها در فصلS1 در %40 ایستگاه ها منفی بود و %60 بقیه روند مثبت داشتند. این رقم برای فصل S2 بترتیب %11 برای روند نزولی و %78 برای روند صعودی حاصل شد.
    کلیدواژگان: قدرت فصلی، آمار جهت دار، تخمین گر سن اصلاح شده، ریلیه، کایپر
  • عمار صفایی*، میلاد اسدی نیا صفحات 179-195
    در این پژوهش اثرات تغییرات احتمالی در بازشدگی میانگذر بر روی خصوصیات فیزیکی و کیفی دریاچه ارومیه مورد بررسی قرار گرفته اند. بدین منظور یک مدل سه بعدی عددی هیدروینامیکی- کیفی برپایه مدل FVCOM توسعه داده شده است. از این مدل برای شبیه سازی وضعیت دریاچه در ترازهای مختلف آب و شرایط مختلف بازشدگی میانگذر استفاده شده است. حالت های مختلف بازشدگی میانگذر به پیشنهاد ستاد احیای دریاچه ارومیه شامل شرایط فعلی میانگذر، بدون در نظر گرفتن میانگذر، بدون بازشدگی و همچنین اصلاح میانگذر با اضافه شدن یک بازشدگی 500 متری بوده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد در تراز 1274/1 متر (تراز مطلوب برای احیای دریاچه که تراز اکولوژیک نامیده شده است.) در نبود میانگذر و در حالت اضافه شدن بازشدگی 500 متری، اختلاف شوری بخش های شمال و جنوب در اثر تبادل جریان بین این دو بخش به ترتیب به اندازه 11 و P.S.U 19 کم خواهد شد. بسته شدن بازشدگی میانگذر یا کم شدن تبادل جریان بین بخش شمالی و جنوبی سبب کاهش اکسیژن محلول به محدوده بی اکسیژنی و افزایش دو برابری کلروفیل-آ در شمال دریاچه خواهد شد. در تراز 1270/7 متر تغییرات میانگذر تاثیر چندانی بر روی غلظت اکسیژن محلول نداشته و دریاچه همواره در شرایط کم اکسیژنی است. در تراز 1272 متر نیز اصلاح میانگذر سبب افزایش رشد فیتوپلانکتون ها به خصوص در قسمت شمالی گشته و دریاچه را به سمت تغذیه گرایی سوق می دهد. این مطالعه نشان می دهد علاوه بر افزایش تراز آب و کاهش شوری شاخص های کیفی نیز می بایست در اهداف اصلی احیای دریاچه ارومیه مدنظر قرار گیرند.
    کلیدواژگان: دریاچه ارومیه، هیدرودینامیک، مدلسازی کیفی آب، مدل FVCOM، میانگذر شهید کلانتری
  • معصومه آمیغ پی*، سیاوش عربی، فاطمه قراییان، اکرم ملایی صفحات 196-206
    با توجه به وضعیت بحرانی دریاچه ارومیه و عزم دولت برای احیای آن، توجه به تاثیر بهره برداری های بی رویه منابع آب زیرزمینی در دشتهای اطراف دریاچه امری است که نقش موثری بر تغذیه دریاچه و احیای آن خواهد داشت. متاسفانه فشار بر منابع آب های  زیرزمینی با مقاصد کشاورزی مناطق متعددی از کشور را با پدیده فرونشست مواجه کرده است. در دشتهای اطراف دریاچه ارومیه نیز گسترش کشاورزی و فشار بر منابع آب زیرزمینی موجب فرونشست مساحت قابل توجهی از منطقه شده است. در این تحقیق با استفاده از تلفیق مشاهدات ژیودتیک نقشه فرونشست دشتهای اطراف دریاچه ارومیه به دست آمده است. نتایج نشان دهنده آن است که 13 منطقه فرونشست در اطراف دریاچه ارومیه با بیشینه نرخ  18/9  سانتی‎متر در سال ایجاد شده است، بطوری که 70 درصد محیط دریاچه ارومیه با پدیده فرونشست مواجه می باشد و در مجموع مساحتی بالغ بر 4000 کیلومتر مربع در اطراف دریاچه ارومیه در حال فرونشست می باشد. با توجه به تهدیدهایی که فرونشست برای منابع آب و خاک منطقه ایجاد می کند، لزوم مدیریت استخراج منابع آب زیرزمینی و پیاده سازی الگوی کشت و روش های آبیاری نوین می بایست به سرعت مورد توجه قرار گیرد.
    کلیدواژگان: فرونشست، تداخل سنجی راداری، دریاچه ارومیه، آب زیرزمینی
|
  • Ramin Ghahreman, Majid Rahimzadegan * Pages 1-13

    Evaporation is one of the main sources of water loss. Various methods were introduced to estimate evaporation and evaluating their performances in saline water bodies is of great significant. Accordingly, the aim of this study was to use the remote sensing images in evaporation estimation models applied to a saline water body and evaluate the results. Accordingly, using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) images and meteorological data, evaporation from the Urmia Lake was calculated by employing FAO56-PM, Priestley-Taylor, Kimberly-Penman, Hargreaves-Samani, and METRIC methods and the spatial distribution of evaporation was mapped. The result of this research showed that the evaporation is not evenly distributed over the selected saline water surface and considering a constant value of albedo for the whole surface would result in an error in the evaporation estimation. The obtained result indicated that combined methods give more reliable results compared to the other methods since they consider all effective parameters.

    Keywords: Net radiation, Potential evaporation, open water evaporation, Remote Sensing, Saline Water
  • Amirsepehr Shamloo, Somayeh Sima * Pages 14-38
    Water quality management in inland lakes requires continuous monitoring of chlorophyll-a (Chl-a) concentration and trophic state. As a critical variable of eutrophication, concentration of Chl-a in the northern part of the Lake Urmia was modeled using Multiple Linear Regression (MLR) and Artificial Neural Networks (ANN) models developed based on Landsat-8 and Sentinel-2 satellite images. Based on Landsat-8 images both models (ANNLandsat-8, MLRLandsat-8) accurately estimated Chl-a concentration in the north of Lake Urmia, while models based on Sentinel-2 images (MLRSentinel-2 and ANNSentinel-2) showed poor performances. Moreover, the ANN models performed slightly better than MLR models based on both Landsat-8 and Sentinel-2 images. According to the better performance, the optimum ANNlandsat-8 model (with a hidden layer) was used to analyze the spatiotemporal variation of Chl-a concentration and the trophic state index (TSI). In the northern part of the Lake Urmia, analysis of the spatial pattern of Chl-a concentration showed an increase towards the central deeper parts and a decrease towards the causeway. Furthermore, the average concentration of Chl-a and TSI in the northern section of the lake increased significantly from February to July followed by a drop between July to September and then a rise between September and October. Based on the optimum ANNLandsat-8 model, northern Lake Urmia experienced acute mesotrophic conditions in February and September of 2016, and mild eutrophic conditions in July, August, and October.
    Keywords: Trophic state, chlorophyll-a, Carlson trophic index, Atmospheric Correction
  • Rasul Hajian, MohammadReza Jalali *, Reza Mastouri Pages 39-53

    Lakes play an important role in the hydrological cycle and predicting the water level in them can provide vital information for the future management of lakes and their ecosystems. To this aim, in this research two models were developed and run for 1-, 2- and 3-month water level forcasts for the Lake Urmia in north-west of Iran; the tree post-pruning using the REPT method and the combined REPT model with the ROF-REPT. The water level time series data from 2001 to 2020 were divided into two categories for model building (from 2001 to 2014) and for model validation (from 2015 to 2020). Different input scenarios were developed and evaluated to find the most effective input scenario of climate variables. Finally, the developed models were evaluated through visual and quantitative criteria. The results showed that the combined ROF-REPT model has a higher performance than the single REPT model for all forecasts of 1-, 2- and 3-months. Nash-Sutcliffe Efficiency was obtained between 0.45 and 0.87 for single models and between 0.53 and 0.95 for combined models. Also, it was shown that the developed models are able to predict the water level up to 3 months ahead.

    Keywords: Water level, Lake Urmia, Decision Tree Models, Hybrid Model, Iran
  • Reza Sobhani, Alireza Emadi *, Ramin Fazloula, Sarvin Zamanzad-Ghavidel Pages 54-70
    In recent years, due to drought, population growth, and the decline in groundwater reserves, the water poverty became an essential measure to consider. The main objective of this study is to quantitatively and qualitatively assess the of groundwater resources poverty based on two innovative effective and data-mining mathematical-analytical methods considering the six factors of capacity, environment, infrastructure and access, water resources, management and climate (57 variables) in the West Azerbaijan province for the period of 1390-1398 (2011-2019). The value of comprehensive water poverty index was obtained as 53.03 and 53.67 in two effective and data-mining mathematical-analytical models, respectively. The results showed that for the models the factors of water resources, management and climate cause relative unsustainability in groundwater resources systems. The comprehensive water poverty index has increased from 2012 to 2018, while the value of this index has reached a relatively stable status after the implementation of plans and projects related to groundwater resources management. The years 2011, 2013, and 2017 are respectively the milestones for the change of the status of the comprehensive water poverty index from very low to low, low to medium, and medium to high. As one of the unique innovations of the current research, considering the climate factor along with the extreme climatology phenomena in measuring comprehensive water poverty can play a key role in decision making and formulating management plans in water sector. Also, the development of a data-mining model which reduces the number of variables included in the measurement of the water poverty index, can effectively reduce the time, cost and resources used for the water projects. Finally, investigating the effect of the two sub-projects related to the Groundwater reclamation and balancing plan i.e. 1) equipping wells with smart measuring tools, and 2) culture and information project, on the water poverty index showed that the mentioned projects in some cases require management reforms that should be taken into consideration by the managers and the policy makers.
    Keywords: Groundwater, Data-mining, Mathematical-Analytical, Water Poverty
  • Javad Rahmani, Mohammad Danesh Yazdi * Pages 71-86

    Determining the contribution of each of the effective processes to river flow plays an important role in how accurate these processes are estimated via hydrological modeling. Although water balance provides an overview of the volumetric changes of its components, the origin of the outflows and their temporal changes require utilization of approaches based on water tracking. In this study, we developed a three-dimensional physical and integrated hydrological model and coupled it to a water tracking model (ParFlow-CLM-EcoSLIM) to determine the contribution of rainfall, snowmelt, and groundwater to streamflow and evapotranspiration. Also, the distribution of the travel time of outfluxes has been simulated and studied. To demonstrate the applicability of the developed models, we chose the Godarchay basin, located in the southwest of Lake Urmia, as the study area. The results showed that snowmelt is the main source of river discharge and evapotranspiration in the region, such that the average contribution of snowmelt, rainfall and groundwater to the runoff production during a water year, is equal to 56%, 5% and 39%, respectively. Also, about 55% of the incoming snow during a water year is stored in the soil after the process of melting and infiltration, and is then removed from the system in the following years; while only 22% of new rain is stored in the system and 78% of it leaves the system in the same year.

    Keywords: hydrological modeling, Particle tracking, Gadarchay basin, SNOWMELT, Travel time distribution
  • Mohammad Danesh Yazdi *, Sayedmorteza Malaekeh Pages 87-105
    Controlling water consumption in agricultural sector requires an appropriate understanding of the interplay between water resources, water consumption and agricultural economy. This study aimed to develop two hydrological and agro-economic models in the Mahabad study area (located in south of the Lake Urmia) in order to investigate the effects of climate change on the volume of water entering the Mahabad dam, explore long-term changes in gross irrigation needs, and study the impact of the crop pattern change on the gross irrigation need and the agricultural economy of the region. The results showed that if the agricultural water consumptions are controlled up to the year 1419 (Persian Calendar), the increase in the volume of water entering the Mahabad Dam under the climate change scenarios A1B and B1 can reduce the current withdrawal from surface and groundwater sources. It would also promote the possibility of release from the Mahabad Dam to partially provide the environmental flow of Lake Urmia. We further found that the net value of the crop production in the past years was much lower for wheat and barley compared to other crops, which explains the lack of economic justification for the cultivation of these two crops. The amount of production and the net value of sugar beet production showed a significant growing trend, which is in a clear contradiction to the policies of reducing agricultural water consumption by 40%. In case of increasing the cultivated area of water-rich crops in the region, the greatest stress on groundwater resources will be under the climate change scenario A2.
    Keywords: Hydrologic, agro-economic modeling, climate change, Crop Pattern, Lake Urmia, Integrated Water Resources Management
  • Maryam Javansalehi, Mojtaba Shourian * Pages 106-132

    In this research, a new framework of socio-hydrological modeling framework has been developed in order to evaluate the performance of human-water systems. For this purpose, a comprehensive hydrological model has been developed by combining SWAT and MODFLOW models to simulate surface and underground water resources. Then by using Value-Belief-Norm Theory, the effective factors in the water consumption behavior of farmers are identified. Finally, by combining the SWAT-MODFLOW model and the Agent-Based Model based on the theory of VBN, the behavioral pattern of farmers in choosing the type of cultivation and irrigation method has been evaluated. The theoretical framework of the VBN theory and the behavioral rules of agents in ABM are designed based on the data collected from Mahabad plain farmers through field questionnaires. Afterward, an analysis and investigation were conducted on the response of the socio-hydrology model that was developed, utilizing climate change data from the 6th IPCC report and the ACCESS-CM2 model, for the planning horizon. The results showed that those farmers who are below the poverty threshold try to improve their unfavorable economic situation by choosing profitable crops for farming. Therefore, if no fundamental change is made in management policies in the future, the climate change will reduce the profit within the agricultural sector and the pattern of cultivation will change towards crops with high profits and yet high water consumptions. If the management methods remain unchanged in the future, the yield of the crops, the income of the farmers in the region, and at the same time the inflow to Lake Urmia from the Mahabad River will decrease significantly. Therefore, it is recommended to adjust the management policies as a way to deal with the effects of the climate change. In general, the results of the present research can be considered for future planning and policies and for estimating how changes in economic and psychological factors for farmers affect the restoration of Lake Urmia.

    Keywords: Socio-hydrology, Agent-based modeling, Value-Belief-Norm Theory, climate change
  • Nader Jannatdoust, Majid Montaseri *, Babak Amirataee Pages 133-151
    In the past years the climate change has altered the behavior of river flow and led to more frequent extreme hydrological events such as flash floods with high sediments. This has made it very important to know the different characteristics of river sediments when planning for and designing water structures. In this study, a new Standardized Sediment Index (SSI) was developed and different characteristics of sediment, including probability density function (PDF), magnitude, intensity, etc., were determined for the western of Lake Urmia basin using a Monte Carlo simulation process. For this purpose, first, the sediment data was determined according to different models of rating curve, and then the synthetic data series of sediment (1000 series) were generated using a suitable stochastic model and were used to determine different characteristics of sediment. The results showed that in most stations, the method of estimating the rating relationship according to the innovative method of this study, i.e. using the flow discharge index method to classify the relationship between flow and sediment, has the higher performance compared to other methods proposed in different studies. Also, the PDF of sediment data completely follows the normal distribution, as expected from a normalized natural process, and has a systematic behavior with skewness data. Finally, the results of this study are a comprehensive guide for accurate and real inference of river sediment phenomenon according to the SSI index and can significantly reduce the damages caused by sediments.
    Keywords: Sediment load, Standard Sediment Index, Monte Carlo simulation, Synthetic data generation
  • Rogaieh Samadi *, Yagob Dinpashoh, Ahmad Fakherifard Pages 152-178
    One of the important consequences of the climate change on extreme floods is the change in their frequency, timing and magnitude. In this research, the seasonality of flood in the Urmia Lake basin was analyzed based on the extreme flood data from 14 stations. This work was done in the statistical period of 2003-2019 using the new method of circular statistics. The uniformity of occurrence time of extreme floods (OTEF) was examined by Rayleigh-test and Kuiper-test, in three significance levels of 0.1, 0.05 and 0.01. The slope of the trend lines for the OTEF were estimated using the modified Sen’s estimator. The results of the Kuiper test indicated that there is no uniformity in the OTEF. It was found that there are two distinct flood seasons in the region including a) late March to mid-May (S1) and b) mid-September to early December (S2). The mean of seasonal strength index of events was equal to r̅=0.695. By dividing the year into above mentioned seasons, this index was obtained as 0.9 for the first season and 0.78 for the second season. The two eastern and western parts of the Urmia Lake had same seasonality strength in S1. However, in S2 the seasonality of the western part of the lake was stronger than the eastern part. In S1, on average, the OTEF in 40% of the stations had a negative trend while for the rest it showed a positive trend. For S2 the stations with negative and positive trends were respectively 11% and 78% of the total.
    Keywords: Seasonal strength, directional statistics, modified Sen Estimator Slope, Rayleigh, Kuiper
  • Ammar Safaie *, Milad Asadinia Pages 179-195
    To study effects of the Lake Urmia’s causeway opening configurations at different water levels on the hydrodynamics and water quality of the lake, a three-dimensional biophysical model of the Lake has been developed based on FVCOM. The causeway opening configurations, proposed by the Urmia Lake Restoration Program, include the current situation of the causeway of the lake, without the causeway, without any opening, and a modified causeway with an additional 500-meter opening.The results of this research for the water level of 1274.1 m (the desirable restoration level which is called the ecological level) showed that in the absence of the causeway and in the case of adding an additional opening of 500-meter to the present causeway, the salinity difference between the north and south parts will be reduced respectively by 11 and 19 P.S.U. due to the flow exchange between these two parts. The closure of the causeway opening or reducing the flow exchange between the northern and southern parts will cause a decrease in dissolved oxygen (DO) and a doubling of chlorophyll-a in the northern part of the lake. At the water level of 1270.7 m (the existing water level), changing the causeway opening has no significant effect on the concentration of dissolved oxygen and the lake is always experiencing the low-oxygen condition. At the water level of 1272 m (the restoration level most likely to be achieved), changing the causeway opening increased the growth of phytoplankton, especially in the northern part, which can cause eutrophication of the lake. This study highlights that in addition to increasing the water level and reducing salinity, water quality indicators should also be addressed in the main objectives of Lake Urmia restoration plan.
    Keywords: Lake Urmia, Hydrodynamics, Water quality modeling, FVCOM, Causeway
  • Masoome Amighpey *, Siyavash Arabi, Fatemeh Ghoraiyan, Akram Molayi Pages 196-206
    Considering the critical situation of the Urmia Lake and the decision made by the government on its restoration, attention should be given to the effects of over-exploitation of the ground water resources in the plains upstream the lake plays a critical role in recharging and restoring the lake. In various areas of Iran, over-extraction of ground water resources for agricultural purposes caused land subsidence. Similarly in the plains around Lake Urmia, the agricultural development and pressure on ground water resources caused the subsidence of a significant area in the region. In this study, a subsidence map of the Urmia Lake’s surrounding areas was assessed by applying combined various geodetic observations. Results showed that there are 13 subsidence areas around Urmia Lake. The maximum rate of subsidence in these areas is 18.9 cm/yr and unfortunately 70 percent of the perimeter of the lake is subsiding. The area of subsidence is about 4000 square kilometers. Considering the subsidence hazards to water and soil resources of the region, ground water resource management, optimal cultivation pattern performance and modern irrgation methods should be accounted for urgently.
    Keywords: subsidence, InSAR, Urmia Lake, Groundwater