فهرست مطالب

پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز
پیاپی 27 (بهار و تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/10
  • تعداد عناوین: 12
|
  • رضا جودی، اباذر اسمعلی عوری*، رئوف مصطفی زاده، محمد گلشن صفحات 1-14
    مقدمه و هدف

    شدت و فراوانی وقوع سیل به عواملی هم چون مشخصات فیزیکی حوزه آبخیز شامل شکل منطقه، شیب، شبکه آبراه های و ناهمواری زمین وابسته است. علاوه بر این، ویژگیهای هیدرولوژیکی مانند: بارش، ذخیره و تلفات برگابی و چالابی، نفوذپذیری و اقدامات انسانی، در بروز و تشدید سیلاب یا کاهش خسارتهای ناشی از آن دخالت دارند. تعیین مناطق سیل خیز و آسیب پذیر در برابر سیلاب از پیش نیازهای برنامه ریزی مدیریت سیل و خسارت های ناشی از آن است.

    مواد و روش ها

    این پژوهش جهت ارزیابی حساسیت به سیل مناطق مختلف حوزه آبخیز خیاوچای واقع در غرب استان اردبیل با وسعت 12680 هکتار با استفاده از روش نسبت فراوانی انجام شد. به منظور ارزیابی حساسیت به سیل و اولویت بندی زیرحوزه ها از پارامترهای طبقات ارتفاعی، شیب، انحنای زمین، شاخص رطوبت توپوگرافی، فاصله از رودخانه، جهت، تراکم زهکشی، گروه هیدرولوژیکی خاک، زمین شناسی و کاربری اراضی استفاده شد. نقشه های رقومی کلیه پارامترها با استفاده از نرم افزارهای مربوطه با فرمت رستری تهیه شدند. سپس با توجه به سیلاب های قبلی رخ داده در منطقه مطالعاتی موقعیت جغرافیایی 107 نقطه سیل گیر در منطقه تعیین شد. این مجموعه نقاط به صورت تصادفی به گروه هایی متشکل از 74 نقطه (70 درصد) برای واسنجی و 33 نقطه (30 درصد) برای اعتبارسنجی تقسیم شدند. سپس با تجزیه و تحلیل های مقایسه ای بین موقعیت رخداد سیلاب های قبلی و پارامترهای محیطی موثر بر وقوع سیلاب ها وزن تاثیر هر کلاس از پارامترها به دست آمد. در نهایت نقشه احتمال سیل منطقه مورد مطالعه به دست آمد.

    یافته ها

    بر اساس نقشه پتانسیل سیل گیری، حساسیت به سیل حوزه آبخیز خیاوچای به صورت پنج طبقه با حساسیت خیلی زیاد، زیاد، متوسط، کم و خیلی کم نشان داده شد. نتایج نشان داد زیرحوضه های واقع در مجاورت خروجی حوزه بیش ترین حساسیت به سیل را دارد. به عبارتی سیل خیزی زیرحوزه های واقع در پایین دست آبخیز خیاوچای به دلیل تجمع رواناب و نیز حساسیت بالای ناشی از تاثیر سایر متغیرهای شیب و کاربری زراعی دیم است.

    نتیجه گیری

    حفظ حریم رودخانه و انجام عملیات مختلف آبخیزداری به منظور هدایت جریان در این مناطق می‎تواند خسارت‎های احتمالی ناشی از وقوع سیل را کاهش دهد. نقشه حساسیت به سیل ارایه شده می تواند مبنای اولویت بندی مناطق سیل خیر و نیز اقدامات کنترلی در راستای مدیریت سیلاب است. لذا، انجام اقدامات آبخیزداری جهت کنترل سیل در این منطقه از اهمیت بیش تری برخوردار است.

    کلیدواژگان: آبخیزهای بحرانی، احتمال سیل، اولویت بندی، پتانسیل سیل خیزی، حفاظت آب و خاک
  • سید حمیدرضا صادقی*، عبدالواحد خالدی درویشان، مهدی وفاخواه، حمیدرضا مرادی رکابدارکلایی، زینب حزباوی، محمدرسول رجبی، زهرا ابراهیمی، سید امین زکی، ساناز پورفلاح ‎اسدآبادی، خدیجه حاجی، علی نصیری خیاوی، اعظم مومزایی، مهین کله هوئی، سونیا مهری، سوده میارنعیمی، سمیه پورنبی صفحات 15-25
    مقدمه و هدف

    پژوهش حاضر باهدف مفهوم سازی و ارزیابی وضعیت سلامت آبخیز آسیاب‏ رود واقع در شهرستان چالوس، استان مازندران انجام شد.

    مواد و روش ها

    ابتدا اطلاعات پایه منطقه ای شامل داده های اقلیمی، هیدرولوژی، فرسایش و رسوب، اقتصادی و اجتماعی از گزارش های پیشین جمع آوری و تحلیل شد. هم چنین چندین بازدید صحرایی در راستای ارزیابی عمومی از وضعیت بوم شناختی، اقتصادی و اجتماعی منطقه و تکمیل اطلاعات از حوزه آبخیز موردمطالعه به عمل آمد. سپس مفهوم سازی چارچوب عملکردی سلامت آبخیز بر اساس رویکرد مفهومی فشار، حالت، پاسخ در مقیاس زیرآبخیزهای مطالعاتی صورت گرفت. در این راستا، ابتدا شاخص فشار، از طریق تحلیل نیروهای محرکه فعالیت های انسانی و تغییرات آب وهوایی بر آبخیز موردمطالعه بررسی شد. سپس وضعیت موجود محیط طبیعی و عملکرد آبخیز به فشارهای وارده در قالب شاخص وضعیت مورد تحلیل قرار گرفت. هم چنین شاخص پاسخ آبخیز آسیاب رود برای بیان درجه ای از پاسخ جامعه و یا برآیندهای مختلف آبخیز به تغییرات تحمیل شده به سامانه آبخیز محاسبه شد.

    یافته ها

    نتایج به دست آمده نشان داد که شاخص سلامت کل آبخیز آسیاب رود با مشارکت نسبی شاخص های فشار، حالت و پاسخ به‎ترتیب 18، 39 و 43 درصد برابر 0/05 و طبعا وضعیت متوسط بود و حدود 83 درصد آبخیز در طبقه متوسط سلامت قرار گرفت.

    نتیجه گیری

    به رغم قرارگیری وضعیت سلامت آبخیز آسیاب رود در شرایط متوسط، در صورت عدم اتخاذ سیاست های مناسب مدیریتی، امکان افت وضعیت سلامت آبخیز مزبور و طبیعتا رخداد پاسخ های نامطلوب دور از انتظار نیست.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی راهبردی کمی، پایداری آبخیز، تحلیل سلامت آبخیز، مدیریت جامع آبخیز
  • بهنوش جعفری گرزین*، عطاالله کاویان، کریم سلیمانی صفحات 26-37
    مقدمه و هدف

    تغییرات کاربری اراضی یکی از عوامل مهم در تغییر وضعیت هیدرولوژیک آبخیز و فرسایش خاک بوده و نوع کاربری اراضی از عوامل مهم و تعیین کننده در تولید رواناب سطحی است. با آگاهی از روند تغییرات کاربری اراضی، می توان اثرات آن را در هیدرولوژی مناطق تحت تاثیر، مدیریت کرده و اکوسیستم های طبیعی را به سمت تعادل هدایت نمود. پژوهش پیش رو با هدف آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از داده های ماهواره ای و تحلیل نقش آن در تغییر وضعیت هیدرولوژی انجام گرفت.

    مواد و روش ها

    منطقه مورد مطالعه، بخش بالادست آبخیز رودخانه سیاهرود واقع در جنوب شهر قایمشهر است. در این تحقیق برای تهیه نقشه های کاربری اراضی از نرم افزار Idrisi Selva، و تکنیک های تلفیقی پیکسل پایه و شی گرا، طبقه بندی نظارت نشده و نظارت شده تصاویر سنجنده TM ماهواره لندست5 مربوط به سال 1377 و 1388و تصاویر سنجندهOLI  ماهواره لندست 8 مربوط به سال 1394 و 1398 استفاده گردید. پس از تهیه نقشه های کاربری اراضی برای هر مقطع زمانی، مقادیر CN برای هر کاربری براساس دستورالعمل استاندارد روش SCS تعیین شده و CN متوسط وزنی برای کل منطقه مورد مطالعه برآورد گردید. در نهایت پتانسیل تولید و ارتفاع رواناب حاصل از بارندگی محاسبه می شود.

    یافته ها

    تغییرات کاربری اراضی منطقه مورد مطالعه در بازه زمانی 22 ساله نشان داد که 281 درصد، معادل 657 هکتار به مساحت باغ های مرکبات اضافه شده است. در حدود 5 درصد از سطح جنگل پهن برگ کاسته شده و سطح مناطق مسکونی 57 درصد رشد داشته است. با توجه به تغییرات کاربری اراضی طی این دوره 22 ساله، مقدار متوسط وزنی CN از 63/01 به 62/73 کاهش یافته است. همچنین  برآورد میزان رواناب برای بارندگی معادل 59/8 میلی متر (متوسط حداکثر بارش24 ساعته طی دوره 22 ساله) نشان داد که ارتفاع  رواناب از 4/83  میلی متر در شرایط سال 1377 به 4/73 میلی متر در شرایط سال 1398، کاهش یافته است

    نتیجه گیری

    با توجه به تغییرات کاربری اراضی و اثر آن در تولید رواناب حوضه، به نظر می رسد در مجموع طی دوره 22 ساله، این اثرات تعدیل شده و تغییرات کاربری در جهت کاهش تولید رواناب نقش آفرینی نموده است. از اینرو انتظار می رود  با ادامه این روند تغییرات کاربری اراضی، تولید رواناب در بالادست آبخیز رودخانه سیاهرود کاهش یابد.

    کلیدواژگان: آبخیز سیاه رود، تصاویر ماهواره ای لندست، تغییر کاربری، شماره منحنی
  • مجید دانش*، حسینعلی بهرامی، سید مصطفی عمادی صفحات 38-51
    مقدمه و هدف

    سیلت از مهمترین اجزای بافت بوده که بطور مستقیم در فرآیند فرسایش خاک دخیل است و در بسیار از پروژه های مدیریت فرسایش و حفاظت خاک، باید مد نظر قرار گیرد. مطالعه این جزء خاک، با استفاده از روش های سنتی و مرسوم آزمایشگاهی، در مقیاس وسیع، مستلزم صرف وقت، هزینه و انرژی بالایی می باشد. امرزوه، با استفاده از روش های نوین همچون فن آوری طیف سنجی، می توان با سرعت بیشتر و صرف هزینه و وقت کمتر، به بررسی اجزای خاک پرداخت. پژوهش حاضر قصد دارد به مطالعه رفتارهای طیفی اجزای سیلت خاک در استان مازندران با استفاده از فن آوری طیف سنجی بازتابی، بپردازد.

    مواد و روش ها

    بدین ترتیب، مجموع 128 نمونه خاک از عمق 20 سانتی متری سطح خاک، بر اساس روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی (SRS) و نیز با کمک اطلاعات جانبی همچون: زمین شناسی، کاربری اراضی، نقشه راه ها، و خاک شناسی استان، جمع آوری شد. در ابتدا، مجموع نمونه ها به دو قسمت: برای ایجاد مدل (واسنجی) و برای صحت سنجی مستقل (اعتبارسنجی)، تقسیم شدند. با بهره گیری از تحلیل چندمتغیره رگرسیون حداقل مربعات جزیی (PLSR) و بر اساس تکنیک اعتبارسنجی متقاطع (CV)، و عملیات پیش پردازش ابرطیفی همچون: میانگین گیری (کاهش- داده های- طیفی)، الگوریتم های هموارسازی و مشتق اول طیفی (1st D) بر اساس الگوریتم ساویتسکی-گولای (SGA)؛ علایم طیفی و دامنه های بازتابی مختص اجزای سیلت، مشخص گردید.

    یافته ها

    بررسی علایم و رفتارهای طیفی ذرات سیلت، بر اساس عملیات مدل سازی بر مبنای الگوریتم PLS به انجام رسید. مدل نهایی با تعداد 4 فاکتور پنهان (LFs) با این مشخصات کالیبره شد، RC: 0/55، RMSEC: 8/31 %، RPDC تقریبی 1/20، و نیز RPIQC تقریبی 1/71، که به عنوان مطلوب ترین مدل جهت برآورد مقادیر سیلت خاک های استان مازندران، شناخته شد. نتایج، نشان دهنده توانایی مدل در تخمین مقادیر سیلت منطقه بوده است که در ادامه، دامنه های طیفی موثر در بررسی اجزای سیلت، نیز آشکارسازی شده و مشخص گردید. ضرایب همبستگی مقادیر سیلت با دامنه های طیفی موثر نیز بدین ترتیب محاسبه شدند: UV 390 نانومتر: 0/27، Vis 680 نانومتر: 0/31، NIR 970 الی 990 نانومتر: 0/32، SWIR: باندهای 1400 الی 1410 نانومتر: 0/34، 1910 الی 1930 نانومتر: 0/38، 2200 الی 2210 نانومتر: 0/39، 2340 الی 2350 نانومتر: 0/41 و نیز در آخر، برای باندهای 2430 الی 2460 نانومتر: 0/43 محاسبه گردید. باندهای طیفی تعیین شده با بیشترین مقادیر همبستگی (R(CCmax))، حاکی از نفوذ و تاثیر بالای آن ها به عنوان متغیرهای مستقل تخمین گر، در فرآیند مدلینگ پارامتر سیلت در استان مازندران، بوده اند. در نهایت، قابلیت فن آوری مجاورت سنجی بازتابی پراکنشی مریی-مادون قرمز نزدیک (VNIR-PS)، در بررسی اجزای سیلت در منطقه به اثبات رسید.

    نتیجه گیری

    در این شیوه، علاوه بر فرآیند مدل سازی، دامنه ها و باندهای طیفی بارز تحت اثر سیلت مشخص گردید که می تواند به عنوان مبنایی جهت بررسی مقادیر سیلت در مقیاس بسیار وسیع، با عملیات بیش مقیاس سازی توسط داده های ابرطیفی هوایی- ماهواره ای، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، این امر نشان دهنده اهمیت فن آوری طیف سنجی بازتابش خاک، به عنوان پایه ای در آشکارسازی و تشخیص طول موج های طیفی مفید و نیز ایجاد مدل، جهت استفاده آن در داده های دورسنجی ماهواره ای می باشد. همچنین، توصیه می شود برای بهبود کیفیت مدل، از داده هایی با ضریب تغییرات بالاتر و نیز رنج بیشتر استفاده گردد تا الگوریتم pls بتواند به طور بهتری عمل کند.

    کلیدواژگان: بیش مقیاس سازی، پهنه بندی رقومی، سیلت، مجاورت سنجی بازتابی، PLSR
  • رامین فضل اولی*، هدیه پوریزدان خواه صفحات 52-62
    مقدمه و هدف

    شوری آب آبیاری یکی از مهم ترین عوامل در کاهش محصولات کشاورزی است. استان مازندران یکی از مهم ترین مناطق در زمینه ی تولید مرکبات در ایران است که بخشی از باغ های مرکبات آن با آب های زیرزمینی آبیاری می شوند. بنابراین این تحقیق، با هدف بررسی شوری (EC) آب های زیرزمینی در استان مازندران و تاثیر آن بر عملکرد مرکبات انجام شد. برای این منظور، داده های شوری مربوط به 300 حلقه چاه مربوط به شرکت آب منطقه ای استان مازندران، هم به صورت مکانی و هم به صورت زمانی در نوار ساحلی استان مازندران به مساحت 8252 کیلومترمربع در مدت 9 سال متوالی و طی دوره های شش ماهه، با استفاده از نرم افزار ArcGIS 10.7.1 پهنه بندی شدند.

    مواد و روش ها

    نقشه های شوری با روش کریجینگ معمولی (OK) و با استفاده از میانگین شوری در دوره های شش ماهه از ابتدای سال  1391تا پایان سال 1399، با استفاده از نرم افزار ArcGIS 10.7.1 به دست آمد. براساس رابطه ارایه شده برای کاهش عملکرد نسبت به شوری ((4/1-EC)100-13=Y)، به ترتیب شوری های 1/40، 2/17، 2/94 و 3/71 dS/m برای حصول عملکردهای برابر 100، 90، 80 و 70 درصد، در نظر گرفته شد. بر این اساس، مساحت تحت عملکردهای 100%، 90-100%، 80-90% و 70%> به دست آمد. آزمون من-کندال و تخمین گر شیب سن نیز برای پیش بینی تغییرات در سال های آتی استفاده شد.

    یافته ها

    نقشه های EC پهنه بندی شده نشان دادند که شوری آب های زیرزمینی از غرب به شرق استان، افزایش می یابد. براساس آزمون من-کندال، روند تغییرات زمانی معنی داری برای مساحت های تحت عملکرد <70% (3/71EC>) و عملکرد 100% (1/40EC<) به دست آمد، که نشان می دهد شوری آب های زیرزمینی می تواند برای باغ های مرکبات نوار ساحلی استان مازندران نگران کننده باشد. براساس معادله حاصل از تخمین گر شیب سن، برآورد شد که چنانچه این روند ادامه یابد، از سال 1400 مساحت تحت عملکرد 100% به صفر خواهد رسید و حداکثر تا سال 1426، بازده تولید مرکبات در نوار ساحلی، به زیر 70 درصد خواهد رسید.

    نتیجه گیری

    نتایج این تحقیق نشان داد که شوری آب های زیرزمینی در قسمت شرقی با گذشت زمان بیش تر شده و سطح وسیع تری را در اطراف تالاب میان کاله در بر می گیرد که احتمالا می تواند به دلیل نشت آلودگی تالاب به سفره آب های زیرزمینی آن محدوده باشد. کاهش کیفیت آب های زیرزمینی در طی زمان، می تواند ناشی از دو عامل کاهش بارندگی در سال های اخیر و حفر چاه های غیرمجاز و متعاقبا برداشت بی رویه از چاه های منطقه دانست. در کل، پیشنهاد می شود که آب های زیرزمینی در این منطقه به صورت کاملا کنترل شده، مورد بهره برداری قرار گیرد تا از کاهش روند کیفی آن جلوگیری شود.

    کلیدواژگان: آزمون من-کندال، پهنه بندی مکانی و زمانی، تخمین گر شیب سن، کریجینگ معمولی، نوار ساحلی دریای خزر
  • پروانه حاتمی گل مکانی*، واحد بردی شیخ صفحات 63-74
    مقدمه و هدف

    خاک نقش مهمی در توسعه پایدار دارد. بنابراین حفاظت و کنترل فرسایش خاک، کمک زیادی به رفاه، امنیت و پایداری جامعه می کند. به منظور حل مشکلات روز افزون کشور در زمینه تخریب منابع طبیعی و فرسایش خاک، آگاهی کشاورزان از فرسایش خاک و شناخت نگرش کشاورزان نسبت به پدیده فرسایش خاک امری ضروری است. چرا که نگرش نوعی تمایل ذهنی و عامل اصلی تغییر در رفتار است به طوریکه تغییر نگرش موجب تغییر رفتار انسان می شود. بنابراین بررسی نگرش افراد در زمینه های مختلف از آن جهت مورد توجه است که به مدیران و مجریان کمک می کند تا از شیوه های تفکر افراد درباره موضوعات مشخص، مطلع شده و در صورت نیاز برنامه هایی را برای تغییر نگرش افراد طراحی کنند. به همین منظور هدف اصلی این پژوهش درک نگرش کشاورزان حوزه آبخیز چهل چای استان گلستان نسبت به فرسایش خاک است. همچنین روش های آموزشی مناسب، میزان اثرگذاری برخی از عوامل انسانی در بروز فرسایش خاک و دلایل اجرایی نشدن اقدامات حفاظتی در سطح مزارع کشاورزی از دیدگاه کشاورزان نظرسنجی شده و معرفی می گردد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش به منظور درک نگرش کشاورزان نسبت به فرسایش خاک، مدل مفهومی با هفت مولفه آشنایی و درک مفهوم فرسایش خاک، تاثیر عوامل طبیعی بر فرسایش خاک، تاثیر عوامل انسانی بر فرسایش خاک، مسیولیت ایجاد فرسایش خاک، پیامدهای فرسایش خاک، نحوه رفتار با فرسایش خاک و کنترل و پیشگیری فرسایش خاک طراحی شد و به تبعییت از این مدل، 45 گویه به صورتی طراحی شدند که تمامی بخش های این مدل را پوشش دهند. در ادامه تعداد 200 پرسشنامه در 4 روستای حوزه آبخیز چهل چای تکمیل و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. تجزیه و تحلیل آماری پرسشنامه ها با استفاده از نرم افزار SPSS انجام شد.

    یافته ها

    در این تحقیق ضریب آلفای کرونباخ 0/804 تخمین زده شد. نتایج این تحقیق نشان داد حدود 31 درصد کشاورزان در زمینه فرسایش خاک آگاهی بیشتر از حد متوسط، 22 درصد آگاهی متوسط و 37 درصد آگاهی کمتر از حد متوسط دارند. همچنین نتایج ارزیابی امتیازات هفت مولفه مدل مفهومی نگرش کشاورزان در خصوص فرسایش خاک نشان داد کشاورزان در رابطه با سه مولفه آشنایی کلی با مفهوم فرسایش، عواقب و پیامدهای فرسایش و نحوه رفتار با فرسایش خاک به ترتیب با میانگین امتیاز 2/4، 2/3 و 2/2 کمترین میزان آگاهی را داشتند.

    نتیجه گیری

    باتوجه به آمار ارایه شده از آگاهی کشاورزان منطقه، به طورکلی غالب کشاورزان (حدود 68 درصد) دارای اطلاعات متوسط و پایین تر نسبت به پدیده فرسایش خاک اند از این رو می توان نتیجه گرفت که آگاهی کم و نگرش نامناسب کشاورزان در مورد فرسایش خاک موجب می شود تا در این خصوص توجه کافی صورت نگیرد و لذا به منظور بهبود فرسایش خاک منطقه هیچ گونه عملیات جدی صورت نگیرد. بنابراین باتوجه به معنی دار شدن رابطه سطح تحصیلات و میزان دریافت آموزش و ترویج در خصوص فرسایش خاک پیشنهاد می شود تا با ارتقای ارایه خدمات آموزشی و ترویجی، زمینه بهبود نگرش کشاورزان منطقه فراهم شود. علاوه بر این با افزایش آگاهی کشاورزان، گامی موثر در جهت بهبود نرخ فرسایش خاک آبخیزهای بالادست برداشته خواهد شد.

    کلیدواژگان: آگاهی، ادراک کشاورزان، پرسشنامه، حفاظت خاک، مدل مفهومی، هدر رفت خاک
  • فرناز ارشادفتح، علی شاه نظری*، محمود رائینی سرجاز، یورن ایویند اولسون صفحات 75-85
    مقدمه و هدف

    استفاده از برونداد خام مدل های آب و هوایی منطقه ای در ارزیابی اثر تغییرات اقلیمی، به دلیل اریبی این داده ها چالش برانگیز است. براین اساس تصحیح اریبی این داده ها قبل از استفاده برای توسعه سناریوهای اقلیمی آینده ضروری است. هدف از این پژوهش ارزیابی عملکرد و معرفی ترکیب مناسب از روش های تصحیح اریبی فراسنجه های بارش و دمای کمینه و بیشینه ی شبیه سازی شده توسط سه مدل اقلیمی CMIP6 می باشد.

    مواد و روش ها

    عملکرد پنج روش مقیاس بندی خطی، مقیاس بندی واریانس، مقیاس بندی شدت بارش محلی، تبدیل توان و نگاشت توزیع برای تصحیح اریبی برونداد سه مدل اقلیمی با استفاده از آماره های میانگین مربع خطای ریشه (RMSE)، کارایی نش- ساتکلیف (NSE)، ضریب همبستگی (r) و آزمون t استیودنت در دوره ی تاریخی (2014-1990) مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه از میانگین برونداد سه مدل اقلیمی تصحیح اریبی شده توسط بهترین ترکیب از روش های مورد بررسی، برای پیش نگری فراسنجه ها تحت سناریوهای SSP2-4.5 و SSP5-8.5 در دوره ی آتی (2075-2051) استفاده شد.

    یافته ها

    بررسی های آماری نشان داد روش های مقیاس بندی واریانس، مقیاس بندی شدت بارش محلی و تبدیل توان برای تصحیح اریبی داده های مورد بررسی در مقایسه با سایر روش ها از خطای بیشتری برخوردارند و در مقایسه با داده های خام تفاوت معنی داری در سطح اطمینان 95% ایجاد نکردند. دو روش مقیاس بندی خطی و نگاشت توزیع کمترین مقدار RMSE  را در بازتولید فراسنجه های مورد بررسی به خود اختصاص دادند. ترکیب این دو روش برای پیش نگری داده ها نشان داد که میانگین بارش سالانه در منطقه ی همدان-بهار در آینده (2075-2051) تحت دو سناریوی SSP2-4.5 و SSP5-8.5 به ترتیب به مقدار 28 و 37 درصد کاهش خواهد یافت. همچنین میانگین سالانه دمای بیشینه تحت دو سناریوی SSP2-4.5 و SSP5-8.5  به ترتیب به مقدار 0/7 و 1/4 و دمای کمینه به مقدار 0/9 و 1/5 درجه ی سلسیوس افزایش خواهد یافت. بیشترین کاهش فصلی بارش نسبت به دوره ی مشاهداتی در فصل بهار تحت سناریوی SSP5-8.5 و به مقدار 19/75 میلی متر برآورد شد. بیشترین افزایش فصلی دمای بیشینه و کمینه در مقایسه با دوره پایه به ترتیب در فصل زمستان (oC6/1) و بهار (oC7/1) تحت سناریوی SSP5-8.5 پیش نگری شد.

    نتیجه گیری

    دو روش مقیاس دهی خطی و نگاشت توزیع برای کاهش اریبی برونداد سه مدل های اقلیمی در منطقه همدان-بهار مناسب می باشند و با توجه به افزایش دما و کاهش بارش پیش نگری شده در این منطقه، این مطالعه می تواند اطلاعات مفیدی را برای برنامه ریزی در مورد ذخیره ی آب باران، تغذیه ی سفره های آب زیرزمینی، انتخاب محصول، دوره ی کاشت، تناوب زراعی و شیوه های مدیریت محصول برای سازگاری با تغییرات اقلیمی در اختیار برنامه ریزان منابع آب و کشاورزی قرار دهد.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، سناریوهای SSP، مقیاس بندی خطی، نگاشت توزیع، CMIP6
  • تقی طاوسی، فائزه شجاع*، نسرین حسین ابادی صفحات 86-102
    مقدمه و هدف

    مسیله خشکی و بحران آب در فلات مرکزی ایران طی سال های اخیر بدلیل خشکسالی های متوالی و افزایش مصرف آب در بخش های شرب، کشاورزی و صنعت جدی شده است و از آنجاییکه در این آبخیز تنها منبع آب، بارش باران می باشد کاهش میزان بارش با این شدت، می تواند عامل وقوع یک خشکسالی وسیع و در نهایت مهاجرت های گسترده از این نواحی گردد. به همین دلیل هدف پژوهش حاضر این است که تغییرات شاخص خشکی در پهنه وسیع آبخیز ایران مرکزی را در اقلیم در حال گذار آینده مورد واکاوی قرار دهد.

    مواد و روش ها

    برای رسیدن به هدف پژوهش نخست، پارامترهای اقلیمی کمینه و بیشینه دمای هوا، ساعات آفتابی و بارش 40 ایستگاه همدید در آبخیز مرکزی ایران برای بازه زمانی 20 ساله (2010-1991) از سازمان هواشناسی کشور دریافت شد. سپس مقدار تبخیر-تعرق پتانسیل، شاخص خشکی و شاخص بارندگی انگوت به تفکیک هر ایستگاه در شرایط فعلی محاسبه گردید. به منظور پیش نگری تغییرات شاخص خشکی در چشم انداز آینده نیز برونداد سه مدل MIROC5، HadGEM2-ES و GFDL-CM3 برای دوره تاریخی (2010-1991) و آینده میانی (2060-2041) تحت سناریوی واداشت تابشی RCP4.5، بر پایه مولد تصادفی LARS-WG6 ریزمقیاس نمایی گردید و پس از ارزیابی دقت مدل ها در مقابل داده های مشاهداتی مقادیر شاخص های مورد نظر در شرایط آینده محاسبه و نقشه های پهنه بندی منطقه مطالعاتی ترسیم شد.

    یافته ها

    پیش نگری تغییرات درصد تبخیر و تعرق تحت سناریوی RCP4.5 در دوره (2060-2041) نشان داد که بیشترین تغییر مربوط به ماه های ژانویه، مارس، دسامبر و نوامبر بوده که در این میان، شهرکرد با 36/8 درصد تغییر در ژانویه نسبت به دوره پایه بیشترین درصد تغییرات افزایشی را به خود اختصاص داده است. از لحاظ رژیم بارشی آبخیز فلات مرکزی مبتنی بر شاخص بارندگی انگوت در شرایط فعلی رژیم بارش از نوع زمستانه داشته که در مدل HadGEM2-ES با دوره پایه همخوانی دارد اما براساس مدل های MIROC5 و GFDL-CM3 نوع بارش زمستانه حال حاضر در تعداد زیادی از ایستگاه ها، به رژیم بارشی همه فصول در آینده تغییر شکل پیدا خواهد کرد. پهنه بندی اقلیمی حوضه مورد مطالعه براساس شاخص خشکی یونپ نیز نشان داد که در شرایط کنونی بیش از نیمی از ایستگاه ها دارای اقلیم خشک هستند و تنها کوهرنگ با شاخص خشکی 0/78 دارای اقلیم مرطوب و شمیرانات و الیگودرز به ترتیب با ضریب خشکی 0/21 و 0/20 شرایط نیمه خشک دارند. واکاوی شرایط اقلیمی آینده مطابق مدل GFDL-CM3، گویای این مهم است که نوع اقلیم مرطوب در حوضه مرکزی به تدریج مضمحل خواهد شد در صورتی که اقلیم فراخشک در سطح این حوضه گسترش بیشتری پیدا خواهد کرد. برونداد حاصل از مدل MIROC5 نیز نشان دهنده پیشروی ناحیه آب و هوایی فراخشک در قسمت های مختلف آبخیز ایران مرکزی است.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد مقادیر به دست آمده از شاخص خشکی برمبنای مدل های GCM منتخب در حوضه مورد مطالعه نسبت به دوره مشاهداتی کاهش پیدا کرده و بنابراین تعداد زیادی از ایستگاه ها با شرایط خشک فعلی، در اقلیم آتی وضعیت فراخشک را تجربه خواهند کرد. این مسیله با توجه به روند افزایشی تبخیر-تعرق پتانسیل در سطح حوضه ایران مرکزی طی همه ماه های سال به خصوص در ایستگاه های مرطوب واقع در غرب، نشان از حاکمیت پدیده خشکی بر این منطقه در شرایط آینده دارد.

    کلیدواژگان: تبخیر و تعرق پتانسیل، تغییر اقلیم، ریزمقیاس نمایی آماری، شاخص خشکی، GCMs ​​​​​​​
  • سمیرا مصری*، فرشاد کیانی، سهیلا ابراهیمی، محمدحسین ارزانش، علی اکیر محمدعلی پورملکشاه صفحات 103-114
    مقدمه و هدف

    فرسایش آبی سبب کاهش کیفیت خاک و مشکلات زیست محیطی می شود. بهترین شیوه های مدیریت خاک پیشگیری از فرسایش خاک، مهار رواناب و رسوب و حفظ کیفیت خاک می باشد.

    مواد و روش ها

    این پژوهش برای دست یابی به اثر کمپوست زباله شهری و ورمی کمپوست بر برخی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک (بر پایه بلوک  های کامل تصادفی) و میزان رواناب و رسوب، به صورت آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح بلوک های کامل تصادفی انجام شد. بدین منظور نه کرت (سه کرت حاوی تیمار کمپوست، سه کرت حاوی ورمی کمپوست و سه کرت شاهد) احداث شدند که هر کدام از کودها در کرت مربوط به خود به مقدار 18 کیلوگرم در هر هکتار به خاک اضافه و تا عمق 30 سانتی متری با خاک مخلوط شدند و ویژگی های فیزیک وشیمیایی خاک)همانند اسیدیته، شوری، میانگین وزنی قطر خاکدانه، وزن مخصوص ظاهری، ماده آلی،کربنات کلسیم، نیتروژن، فسفر، پتاسیم، درصد اشباع) و مقدار رواناب و رسوب در سه رخداد (دو بارش طبیعی و یک بارانساز) در تیمارهای مختلف مقایسه شدند.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که تیمارهای ورمی کمپوست و کمپوست سبب افزایش غلظت عناصر غذایی NPK، ماده آلی، افزایش قطر خاکدانه، درصد اشباع و کاهش جرم ویژه ظاهری نسبت به شاهد شدند. هم چنین میانگین حجم رواناب و رسوب در تیمارهای کمپوست و ورمی کمپوست نشان داد که به واسطه بهبود ویژگی های خاک در کرت های حاوی آن ها، حجم رواناب در بارش های طبیعی اول به ترتیب 68/5 و 82/6، در بارش طبیعی دوم 62/56 و 74/2 و در شبیه ساز باران 30/3 و 45/45 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت. مقدار رسوب نیز در کرت های حاوی کمپوست و ورمی کمپوست به طور معنی داری در سطح یک درصد نسبت به شاهد کمتر بود. کرت های ورمی کمپوست به دلیل بهبود ویژگی های فیزیکی خاک نسبت به کرت های حاوی کمپوست کمترین میانگین حجم رواناب و جرم رسوب و تیمار شاهد بیشترین مقدار را نشان داد.

    نتیجه گیری

    بنابراین به نظر می رسد به دلیل دسترسی آسان کمپوست و ورمی کمپوست و تاثیر قابل ملاحظه ای که در تامین و حفاظت از مواد غذایی خاک و بهبود ویژگی های فیزیکی خاک دارند، در توسعه برنامه های مهار فرسایش خاک می توانند مفید واقع شود.

    کلیدواژگان: تلفات خاک، فرسایش خاک، کودآلی، کیفیت خاک
  • مرتضی چوبین*، محمد بشیرگنبد صفحات 115-122
    مقدمه و هدف

    در سال های اخیر پیش بینی جریان در رودخانه یکی از مسایل مهم و مورد توجه برای مدیریت منابع آب در ایران است. این پیش بینی نیازمند آمار و اطلاعات است که متاسفانه اغلب حوضه های کشور فاقد داده های با کمیت و کیفیت مورد نظر می باشند. مدل سازی هیدرولوژیکی و استفاده از هوش مصنوعی از نمونه راهکارهایی است که برای برطرف کردن چالش عدم کفایت و عدم وجود داده های باکیفیت مناسب در هیدرولوژی مورد استفاده قرار می گیرد. معیار انتخاب مدل مناسب برای این فرایند، ارزیابی عملکرد مدل ها با توجه به شرایط هیدرولوژیکی هر منطقه است.

    مواد و روش ها

    مدل های زیادی برای پیش بینی جریان رودخانه مورد استفاده قرار می گیرند. در این تحقیق از مدل بارش-رواناب IHACRES و شبکه عصبی مصنوعی به عنوان مدل داده محور برای پیش بینی جریان، در رودخانه بختیاری استفاده شد. از داده های سال های 1984 تا 1994 به عنوان داده های مرحله واسنجی و از داده های سال های 1995 تا 2006 برای صحت سنجی مدل هیدرولوژیکی استفاده شد. همچنین از شبکه Dence با تعداد نرون های 10، 20، 50 و 100 استفاده شد. معیار بهینه سازی Adam برای بهبود روند آموزشی در نظر گرفته شد و تابع خطای استفاده شده MSE است و تابع فعال ساز به علت پیوسته بودن داده ها sgmoid انتخاب شد.

    یافته ها

    نتایج ارزیابی مدل هیدرولوژیکی و شبکه عصبی مصنوعی با استفاده از شاخص های کلینگ-گوپتا، نش- ساتکلیف، ضریب تعیین، میانگین مربعات خطا و میانگین مطلق مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد شبکه عصبی مصنوعی در کلیه معیارهای ارزیابی، نتایج بهتری در شبیه سازی جریان روزانه نسبت به مدل هیدرولوژیکی دارد. مقادیر معیارهای ارزیابی کلینگ-گوپتا، نش- ساتکلیف، ضریب تعیین، میانگین مربعات خطا، میانگین مطلق خطا در مرحله صحت سنجی به ترتیب برای مدل هیدرولوژیکی و شبکه عصبی مصنوعی 0/74، 0/75، 0/77، 1/25، 0/7 و 0/94، 0/89، 0/89، 0/57، 0/26 محاسبه شد.

    نتیجه گیری

    بر اساس نتایج روش های مورد استفاده در تحقیق روش شبکه عصبی مصنوعی نسبت به مدل هیدرولوژیکی IHACRES پیش بینی دقیق تری از جریان روزانه رودخانه بختیاری دارد. توانایی قابل قبول شبکه عصبی در شبیه سازی جریان های اوج  علاوه بر شبیه سازی جریان روزانه از نتایج قابل توجه این تحقیق است.

    کلیدواژگان: بارش - رواناب، حوضه بختیاری، شبیه سازی جریان، مدل های داده محور
  • نسترن نظریانی*، اصغر فلاح صفحات 123-134
    مقدمه و هدف

    در سال های اخیر، افزایش جمعیت و گسترش سکونتگاه ها در مناطق خطرناک تا حد زیادی تاثیر بلایای طبیعی را در کشورهای صنعتی و در حال توسعه افزایش داده است. پهنه بندی خطر زمین لغزش به شناسایی نقاط استراتژیک و مناطق بحرانی جغرافیایی مستعد، کمک می کند. بنابراین اقدامات برای کاهش سریع، ایمن و برنامه ریزی استراتژیک برای آینده اهمیت دارد. در واقع ارزیابی خطر زمین لغزش ممکن است یک کمک مناسب و مقرون به صرفه برای برنامه ریزی کاربری زمین باشد، لذا در این راستا هدف از پژوهش حاضر مدل سازی خطر وقوع زمین لغزش با استفاده از داده کاوی در حوزه های جنگل شمال کشور است.

    مواد و روش ها

    برای این منظور نقشه خطر زمین لغزش به روش مورا وارسون با تاثیر فاکتورهای موثر بر وقوع زمین لغزش شامل عوامل توپوگرافیکی، عوامل هیدرولوژیکی و اقلیمی، عوامل زمین شناسی، عامل پوشش زمین، عوامل انسانی، شبکه هیدروگرافی از مدل رقومی ارتفاعی، نقشه زمین شناسی با استفاده از نقشه سازمان زمین شناسی کشور تهیه و برای به دست آوردن شاخص پستی و بلندی نسبی ابتدا با استفاده از منحنی میزان های ارتفاعی برگرفته از نقشه های توپوگرافی 1:25000 منطقه نقشه طبقات ارتفاعی تهیه شد. پس از آن، منطقه به شبکه های یک کیلومترمربعی تقسیم و نقشه های با کمترین و بیشترین میزان ارتفاع در شبکه های یک کیلومترمربعی حاصل شد؛ و در مرحله آخر با تفریق این دو نقشه، نقشه ای به دست آمد که اطلاعات آن بیانگر مقدار شاخص پستی و بلندی نسبی است. برای به دست آوردن شاخص رطوبت خاک نیز از بارندگی ماهانه استفاده شد. در نهایت با استفاده از نقشه پهنه بندی حاصل شده از الگوریتم های سه مدل جنگل تصادفی، شبکه عصبی مصنوعی و الگوریتم درخت تصمیم برای مدل سازی خطر وقوع زمین لغزش در محیط نرم افزارSTATISTICA12.0  استفاده شد. همچنین از بین شاخص های مورد بررسی و موثر در وقوع زمین لغزش که به عنوان متغیرهای ورودی در مدل سازی وارد شد؛ به ترتیب اولویت، درجه بندی صورت گرفت.

    یافته ها

    برطبق نتایج، بیشترین توزیع مساحت زمین لغزش متعلق به طبقه با خطر کم (76 درصد) است و به ترتیب متغیرهای شدت بارندگی، حساسیت لیتولوژیک، پستی و بلندی نسبی و شدت لرزه ای براساس درجه اهمیت به عنوان مهمترین عوامل وقوع زمین لغزش در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از اعتبارسنجی با سه الگوریتم جنگل تصادفی، درخت تصمیم و شبکه عصبی مصنوعی؛ با توجه به ضریب تبیین، درصد مجذور میانگین مربعات خطا و اریبی حاصل شده در مدل سازی خطر وقوع زمین لغزش نشان داد که مدل شبکه عصبی مصنوعی با تعداد 5 لایه ورودی، 7 لایه پنهان و (0/99R2=، 12/28=RMSE% و 3/33=BIAS%-) نسبت به سایر روش ها دارای دقت بالاتری است.

    نتیجه گیری

    نتایج پژوهش حاضر نشان داد روش های داده کاوی قابلیت بالایی در پیش بینی خطر وقوع زمین لغزش دارند. لذا استفاده از روش های مذکور می تواند در کاهش خطرات همراه زمین لغزش و برنامه ریزی برای کاربری زمین مورد نظر قرار گیرد.

    کلیدواژگان: حوزه های جنگلی شمال کشور، درخت تصمیم، شبکه عصبی مصنوعی، مدل سازی، مدل رگرسیون
  • مهناز کیانی مجد، محمد نهتانی*، محمدرضا دهمرده قلعه نو، زهرا شیخ صفحات 135-145
    مقدمه و هدف

    بشر در طول حیات خود شاهد حوادث مختلف هیدرولوژیکی مانند کمبود آب، خشکسالی، سیل، وقوع بهمن و... بوده است که دامنه خطر این حوادث تابع رفتار متغیرهای هیدرولوژیکی و خصوصیات حوضه های آبخیز می باشد. فقدان آمار و اطلاعات یا کافی نبودن آمار درست و مناسب سبب شده است تا بررسی و شناخت رفتار متغیرهای هیدرولوژیکی و خصوصیات حوضه های آبخیز با دقت قابل قبولی صورت نگیرد. بر همین اساس، مدل های هیدرولوژیکی ابزار مناسبی برای ارزیابی وضعیت کنونی منابع آبی و پیش بینی شرایط آتی با آگاهی و درک از اندرکنش ها و تعاملات حاکم در سطح حوضه های آبخیز می باشند.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش، با استفاده از مدل SWAT اقدام به انجام شبیه سازی بارش- رواناب حوضه آبخیز لار شد که برای این منظور از داده های روزانه بارش، دما و دبی طی دوره آماری مشترک (2017-1988) استفاده شد. شبیه سازی اولیه مدل هیدرولوژیکی در افزونه SWAT انجام و از نرم افزار SWAT-CUP و روش SUFI-2 به عنوان یک الگوریتم بهینه برای تحلیل حساسیت، واسنجی و اعتبارسنجی مدل استفاده گردید.

    یافته ها

    بر پایه مدل SWAT منطقه مورد مطالعه به 37 زیرحوضه و 308 واحد پاسخ هیدرلوژیکی تقسیم گردید. علاوه بر این، با تحلیل حساسیت 24 پارامتر موثر بر شبیه سازی رواناب ماهانه خروجی حوضه آبخیز لار مشخص شد که تعداد 7 پارامتر براساس مقادیر دو شاخص t-state وp-value، به عنوان پارامترهایی با بیشترین اثرگذاری انتخاب و از این 7 پارامتر، سه پارامتر شماره منحنی برای شرایط رطوبتی متوسط، فاکتور بازگشت جریان پایه به آبراهه اصلی و متوسط آب قابل استفاده به عنوان حساس ترین پارامترها در شبیه سازی رواناب شناسایی گردیدند. سپس مدت 18 سال از دوره آماری (1988-2005) جهت واسنجی و 12 سال (2006-2017) برای اعتبارسنجی انتخاب شد. همچنین کارآیی و راندمان مدل با استفاده از ضرایب NS، R2، p-factor و r-factor مورد ارزیابی قرار گرفت. مقادیر این ضرایب طی دوره واسنجی به ترتیب 0/80، 0/82، 0/80 و 0/33 و طی دوره اعتبارسنجی 0/90، 0/90، 0/39 و 0/43 برآورد گردید. علاوه براین، انطباق زمانی نقاط اوج و فرود هیدروگراف های شبیه سازی شده و اندازه گیری شده دبی نیز دقت بالای مدل در شبیه سازی را تایید کرد.

    نتیجه گیری

    نتایج کسب شده نشان می دهد که با وجود جریان فصلی و بدون جریان پایه و همچنین فراوانی روزهای با جریان صفر، مدل SWAT از قابلیت بالایی جهت شبیه سازی دبی ماهانه حوضه های آبخیز مناطق خشک برخوردار است.

    کلیدواژگان: روش SUFI-2، مدیریت حوضه آبخیز، مناطق خشک، SWAT-CUP
|
  • Reza Jodi, Abazar Esmali Ouri*, Raoof Mostafazadeh, Mohammad Golshan Pages 1-14
    Introduction and Objective

    The severity and frequency of floods, depends on watershed characteristics, including shape, slope, drainage density and terrain parameters. Also, hydrological characteristics such as rainfall, storage, interception, infiltration, and anthropogenic activities can intensify or reduce the flood losses. Determining flood-prone and flood-prone areas is a prerequisite for flood management planning and damage.

    Material and Methods

    This study was conducted to assess the flood susceptibility of Khiavachai sub-watersheds located in the west of Ardabil province with an area of 12,680 hectares using frequency ratio method. Parameters of elevation, slope, land curvature, topographic wetness index, distance from rivers, direction, drainage density, hydrological soil group, geology and land use were used to assess flood sensitivity and prioritize sub-watersheds. The spatial map of selected parameters was prepared in raster format. Then, according to the historical flood events, the spatial location of 107 flood points in the area was determined. The observed flood event points were randomly divided into groups consisting of 74 points (70%) for calibration and 33 points (30%) for validation. Then, by comparative analysis between the occurrence of previous floods and environmental parameters affecting the occurrence of floods, the impact weight of each class of parameters was obtained. Finally, a flood probability map of the study area was obtained.

    Results

    According to the flood potential map, flood susceptibility of Khiavachai watershed was shown as five classes with very high, high, medium, low and very low levels. The results showed that the sub-watersheds (1 and 2) adjacent to the outlet of the basin have the highest flood sensitivity. In other words, flooding of sub-watersheds located downstream of Khiavachai watershed is due to runoff accumulation and high flood prone due to the impact of other variables of slope and rainfed agricultural land use.

    Conclusion

    Protecting the river and carrying out various watershed management operations to convey the flow in these areas can reduce the potential damage caused by floods. The proposed flood sensitivity map can be the basis for prioritizing flood areas as well as control measures for flood management. Therefore, watershed management measures to control floods in this area are more important.

    Keywords: Critical watersheds, Flood probability, Flooding susceptibility, Prioritization, Soi, water conservation
  • Seyed Hamidreza Sadeghi*, Abdulvahed Khaledi Darvishan, Mehdi Vafakhah, Hamidreza Moradi Rekabdarkolaei, Zeinab Hazbavi, Mohammadrasol Rajabi, Zahra Ebrahimi Gatekesh, Seyed Amin Zaki, Sanaz Pourfallah Asadabadi, Khadijeh Haji, Ali Nasiri Khiavi, Azam Mumzaei, Mahin Kalehhouei, Sonia Mehri, Soodeh Miarnaeimi, Somaeih Pournabi Pages 15-25
    Introduction and Objective

    The present study was conducted to conceptualize and evaluate the health of the Asiabrood Watershed in Chalus Township, Mazandaran Province, Iran.

    Material and Methods

    The existing regional data, including climatic, hydrologic, erosion, sedimentation, and economic and social data, were collected and analyzed. In addition, several field visits were also made to make a general assessment of the ecological, economic, and social situation of the region and to complete the information on the study watershed. Then, the watershed health was assessed using the conceptual model of pressure, state, and response at the sub-watershed scale. Accordingly, the pressure index was first investigated by analyzing the driving forces of human activities and climate change over the study watershed. Then, the current state of the natural environment and the watershed performance to the pressures was analyzed as the status index. Further, the response index of the Asiabrood Watershed was calculated as a criterion for expressing the degree of community response or different outcomes of the watershed to the changes and concerns imposed on the watershed system.

    Results

     The results showed that the total health index of the Asiabrood Watershed with respective and relative contributions of pressure, state, and response indices of 18, 39, and 43% and an overall health index of 0.50 has a moderate health condition.

    Conclusion

    Although the health status of the Asiabrood Watershed is in moderate condition, the health status of the study watershed may decline, and, of course, adverse responses are possible if appropriate management policies are not adopted.

    Keywords: Integrated watershed management, Quantitative strategic planning, Watershedhealth analysis, Watershed sustainability
  • Behnoush Jafari Gorzin*, Ataollah Kavian, Karim Solaimani Pages 26-37
    Introduction and Objective

    Land use changes are one of the important factors in changing the hydrological status of the watershed and soil erosion, so the type of land use is one of the important and determining factors in the production of surface runoff. By knowing the process of land use changes, it is possible to manage the effects of land use changes in the hydrology of the affected areas and led the natural ecosystems towards balance. The following research was carried out with the aim of revealing land use changes using satellite data and analyzing its role in changing the hydrological situation.

    Material and Methods

    The study area is the upstream part of the Siahroud river basin located in the south of Qaemshahr city. In this research, to extract land use maps of different time periods, integrated pixel-based and object-oriented methods, unsupervised and supervised classification of TM sensor images of Landsat 5 satellite related to 1998 and 2009 and OLI sensor images of Landsat 8 satellite related to 2015 and 2019 were used. After preparing the land use maps for each time period, the CN values for each land use were determined based on the standard instructions of the SCS method and the weighted average CN was estimated for the entire study area. At the end, the amounts of runoff production and depth of runoff resulting from rainfall are calculated.

    Results

    The land use changes of the studied area in the period of 22 years showed that 281%, equivalent to 657 hectares, was added to the area of citrus orchards. About 5% of the area of deciduous forest has decreased and the area of residential areas has increased by 57%. Due to the changes in land use during this 22-year period, the weighted average value of CN has decreased from 63.01 to 62.73. Also, the estimation of the amount of runoff for rainfall equal to 59.8 mm (average maximum rainfall of 24 hours during the period of 22 years) showed that the depth of runoff has decreased from 4.83 mm in the 1988 situation to 4.73 mm in the condition of 2019.

    Conclusion

    Considering the changes in land use and its effect on watershed runoff production, it seems that these effects have been moderated and land use changes have played a role in reducing runoff production over a period of 22 years. Therefore, it is expected that with the continuation of this process of land use changes, the production of runoff in the upstream of the Siahroud River watershed will decrease.

    Keywords: Change Detection, Curve Number, Landsat, Siahroud watershed
  • Majid Danesh*, Hosseinali Bahrami, Sayed Mostafa Emadi Pages 38-51
    Introduction and Objective

    Silt is one the most important constituents of soil texture that directly influence the soil erosion process and should take into account in many projects of soil erosion management and conservation. The study of this fraction using the traditional and prevalent lab methods, especially on large scales, is time-consuming, laborious and costly. Today, this can be done in a quick and cost-effective method applying new high-techs such as the spectroscopy technology. The present work intends to investigate the spectral behaviours of the soil silt fraction using the reflectance spectroscopy technology in Mazandaran province.  

    Material and Methods

    Accordingly, 128 soil samples were collected from 20 cm of soil surface using the SRS method and auxiliary info-layers like as geology, pedology, landuse and road map of Mazandaran province. First, the sample set was sub-divided into two subsets: calibration and validation. Spectral signatures and domains specific to the silt components were detected and specified utilizing the PLSR and Cross-Validation techniques, as well, the hyperspectral pre-processing methods such as averaging, smoothing and 1st derivative algorithms based on the Savitzky-Golay Algorithm were done.

    Results

    Modeling process was done based on the PLS technique to investigate the spectral signatures and behaviours of silt constituents. The final model with 4 latent factors (LFs) was calibrated with these specs: Rc: 0.55, RMSEc: 8.31 %, RPDc: 1.20 and RPIQc: 1.71 and was eventually selected as the best model for studying the soil silt of Mazandaran province. Results showed the model potentiality in prediction of soil silt of the study area, as well, the most influential spectral domains and ranges were detected and recognized. The correlation coefficients of silt contents with the influential spectral ranges and wavebands were also defined as follows, UV-390 nm: 0.27, Vis-680 nm: 0.31, NIR-970 to 990 nm: 0.32, SWIR- 1400 to 1410 nm wavebands: 0.34, 1910-1930 nm: 0.38, 2200-2210 nm: 0.39, 2340-2350 nm: 0.41 and finally, for 2430-2460 wavebands calculated as 0.43. The obtained spectral wavebands with the highest correlation coefficients (R(CCmax)) indicate the high impact as the independent predictor variables in the processes of soil silt modeling of Mazandaran province. Finally, the capability of the proximal sensing of diffuse reflectance spectroscopy technology (VNIR-PS) was demonstrated in the study of silt contents of Mazandaran province.

    Conclusion

    In this approach, the spectral ranges and bands affected by the silt components were defined, in addition to the predictive modeling processes. That can be used as a basis for studying silt contents at large scales applying the upscaling operation via airborne/satellite hyperspectral data. Also, it indicates the importance of soil reflectance spectroscopy technology as a fundament for detecting and recognizing the useful and effective spectral wavelengths as well as creating the optimized model for the utilization by remotely sensed satellite data. Moreover, the use of data with higher coefficient of variation and greater amplitude is highly recommended to improve and boost the model preciseness so that, the PLS algorithm can process better.

    Keywords: Digital mapping, PLSR, Proximal soil sensing, Silt, Upscaling
  • Ramin Fazloula*, Hedyeh Pouryazdankhah Pages 52-62
    Introduction and Objective

    One of the main factors of the reducing agricultural production is the irrigation water salinity. Mazandaran province is one of the most important citrus-producing area in Iran, where the groundwater used for supplying the irrigation water in citrus orchards of the province. The main objective of this paper was to determine map spatial and temporal variations of groundwater salinity (EC) in the coastal strip of Mazandaran province with an area of 8252 km2. The collected data of 300 wells of the study area were measured by Mazandaran Regional Water Authority for 9 consecutive years and defined for ArcGIS 10.7.1 software as the average ECs for each 6 months.

    Material and Methods

    EC maps were obtained by ordinary kriging (OK) for each 6-month periods from and the beginning of 2012 to the end of 2020, by using ArcGIS 10.7.1 software. According to the derived empirical function of the effect of EC on the citrus yield (Y=100-13(EC-1.4)). According to this function, ECs of 1.40, 2.17, 2.94 and 3.71 dS/m, corresponding to relative yields of 100, 90, 80 and 70% were selected, respectively. Thereby, areas belonging to the classes of 100%, 90-100%, 80-90% and <70% were outlined. In addition, the Mann–Kendall test and Sen’s slope were used to project future changes.

    Results

    The result of EC maps indicated that the salinity of groundwater increases from west to east of the province. The Mann-Kendall test result showed a significant temporal trend of the size of the area below the <70% yield (EC >3.71 dS/m) and 100% (EC <1.40 dS/m), presenting that the salinity of groundwater can be a concern for citrus orchards in the coastal strip of Mazandaran province. The equation given by Sen’s slope estimator denoted that if this trend is continuing, the area under 100% yield will reach to zero in 2021 and the yield of citrus in the coastal strip will reach below 70% at the latest by 2047.

    Conclusion

    This study has shown that the salinity of groundwater was increasing in the eastern part over the time and it covered a wider area around the Miankaleh lagoon, which may be due to the leakage of the lagoon to the groundwater aquifer in that area. The reduction of groundwater quality over the time can be attributed to two factors: reduced rainfall in recent years and digging illegal wells and subsequently consumed extraction of wells in the region. Taken together, it is suggested that the wells in the area will be exploited completely controlled to prevent the reduction trend of its quality.

    Keywords: Caspian coastal strip, Mann-Kendall test, Ordinary kriging, Sen’s slope estimator, Spatial, temporal mapping
  • Parvane Hatami Golmakani*, Vahedberdi Sheikh Pages 63-74
    Introduction and Objective

    Soil plays an important role in sustainable development. Therefore, protecting and controlling of soil erosion greatly contributes to the well-being, security and sustainability of societies. In order to solve the growing problems of the country in the field of natural resource destruction and soil erosion, assessment of farmers' awareness about soil erosion and their perception and attitudes toward soil erosion phenomena would be essential. Because perception is a kind of mental inclination and the main cause of behavior changes, and hence changing the perceptions alters human behavior. Hence, the study of people's perceptions in different fields would be important to help managers and executives to be aware of people's ways of thinking about specific issues, and if necessary, to develop some plans to change the people's perceptions. Therefore, the main goal of this research is to understand the perception of the farmers of the Chehlchay watershed in Golestan province towards soil erosion. Also, appropriate training methods, the effect of some human factors on soil erosion and the reasons for not implementing conservation works at the level of agricultural fields from the farmers' point of view are surveyed and is introduced as sub-objectives of this research.

    Material and Methods

    In this study, to understand farmers' perception on soil erosion, a conceptual model with seven components including familiarity and understanding of the concept of soil erosion, the effect of natural factors on soil erosion, the effect of human factors on soil erosion, responsibility for causing soil erosion, the consequences of soil erosion, how to deal with soil erosion and control and prevention of soil erosion was designed and following this model, 45 items were defined to cover all aspects of this model. Then, 200 questionnaires were filled out with face-to-face interview with farmers in four villages and the results were analyzed. Statistical analysis of the questionnaires was performed using SPSS software.

    Results

    In this research, Cronbach's alpha coefficient was estimated 0.804. The results of this research showed that about 31% of farmers have more than average knowledge of soil erosion, 22% have average knowledge and 37% have less than average knowledge. Also, the results of evaluating the scores of the seven components of the conceptual model of farmers' perception towards soil erosion showed that the farmers with an average score of 2.4, 2.3, and 2. 2 had the lowest level of awareness, respectively.

    Conclusion

    According to the presented data on the awareness of farmers in the region, in general, the majority of farmers (about 68%) have intermediate and low knowledge about the phenomenon of soil erosion, so it can be concluded that the farmers' low knowledge and inappropriate perception about soil erosion causes insufficient attention to be paid in this regard and therefore no serious works are carried out to improve the soil erosion in the region. Therefore, according to the significance of the relationship between the level of education and the amount of education and promotion about soil erosion, it is suggested that by improving the provision of educational and promotional services, a background is provided for improving the perception of farmers in the region. Additionally, by increasing the awareness of farmers, an effective step will be taken to improve the rate of soil erosion in the upstream watersheds.

    Keywords: Awareness, Conceptual Model, Education, Extension, Farmers’ Perception, Questionnaire, Soil Conservation
  • Farnaz Ershadfath, Ali Shahnazari*, Mahmoud Raeini Sarjaz, Jorgen Eivind Olese Pages 75-85
    Introduction and Objective

    Applying the raw data of regional climate models in assessing the impact of climate change is not advisable due to possible biases. Therefore, correcting the bias of these data is necessary before using them for climate scenarios of the future. The aim of this study is to evaluate the performance and introduce the best combination of bias correction methods for precipitation and minimum and maximum temperature simulated by three CMIP6 climate models.

    Material and Methods

    Five bias correction methods including linear scaling, variance scaling, local intensity scaling, power transformation and distribution mapping were investigated using root mean square error (RMSE), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), correlation coefficient (r) and Student's t test for the historical period (1990-2014). Afterward, the combination of the best bias correction methods was used to project precipitation and temperature under SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios in the future period (2051-2075).

    Results

    Based on the results, three methods of variance scaling, local intensity scaling and power transformation for correcting the bias of the investigated data had weaker performances compared to the other methods. Two methods of linear scaling and distribution mapping had the lowest RMSE and highest r and NSE. Projecting the future climate using the combination of these two selected methods showed that the average annual precipitation in the Hamedan-Bahar region will decrease by 28 and 37 percent under scenarios of SSP2-4.5 and SSP5-8.5, respectively. Furthermore, the annual average of the maximum and minimum temperature will increase by 0.7, 0.9 under scenarios of SSP2-4.5 and 1.4 and 1.5 °C, under scenarios of SSP5-8.5, respectively. In addition, the highest seasonal decrease in precipitation (19.8 mm) compared to the baseline period will occur in the spring under the SSP5-8.5 scenario. Moreover, the highest seasonal increase of maximum and minimum temperature compared to the baseline period was projected in winter (1.6°C) and spring (1.7°C), respectively, under the SSP5-8.5 scenario.

    Conclusion

    Two methods of linear scaling and distribution mapping are suitable for reducing the bias of the CMIP6 models in the Hamedan-Bahar plain. Also, considering the projected increase in temperature and decrease in precipitation in this region, this study can provide useful information for policy-makers of water resources and agriculture to decide about the rainwater harvesting, recharging of aquifers, crop selection, cultivating period, crop rotation and management methods to reduce the impact of future climate change.

    Keywords: Bias correction, CMIP6, Climate change, Distribution mapping, Linear scaling, SSPs scenarios
  • Taghi Tavosi, Faeze Shoja*, Nasrin Hossein Abady Pages 86-102
    Introduction and Objective

    The problem of drought and water crisis in the in the central Iran watershed has become serious in recent years due to consecutive droughts and increased water consumption in drinking, agriculture and industry sectors. Since rain is the only source of water supply in this catchment area, a decrease in the amount of rainfall with this intensity can cause a widespread drought and eventually large migrations from these areas. Therefore, the aim of this research is to analyze the changes in the aridity index in the vast area of the central Iran watershed in future.

    Material and Methods

    In order to achieve the study's objective, the minimum and maximum air temperature, sunshine hours, and precipitation of 40 synoptic stations in the Central Iran watershed for a period of 20 years (1991-2010) were received from the Meteorological Organization.Then the values of potential evapotranspiration, aridity index, and Angot precipitation index were calculated for each station in the current conditions. In order to project changes in the aridity index in the future, the output of three MIROC5, HadGEM2-ES, and GFDL-CM3 models for the historical period (1991–2010) and the medium future (2041–2060) under the RCP4.5 scenario and based on the LARS- WG6 scaled down. After evaluating the accuracy of the models against the observational data, the index values were calculated in future conditions, and zoning maps were drawn for the study area.

    Results

    Projection of changes in evapotranspiration values under the RCP4.5 scenario (2041–2060) showed that the most changes were in January, March, December, and November. Shahrekord showed the highest percentage of incremental changes, with 36.8% change in January compared to the base period. In terms of rainfall regime, the Central Iran watershed has a winter rainfall regime based on the Angot precipitation index in the current conditions. The HadGEM2-ES model is consistent with the base period, but based on the MIROC5 and GFDL-CM3 models, the winter precipitation in many stations will change to the all-season precipitation regime in the future. Climatic zoning of the UNEP aridity index in the studied area indicated that in current conditions, more than half of the stations have a dry climate. Only Kohrang has a humid climate with an aridity index value of 0.78. Shemiranat and Oligoders have semi-dry conditions with values ​​of 0.21 and 0.20, respectively. The evaluation of the future climate conditions according to the GFDL-CM3 model shows that the humid climate in central Iran will gradually disappear, while the semi-arid climate will expand in this region. The output of the MIROC5 model also shows the expansion of the ultra-arid climate zone in different parts of the catchment area of Central Iran.

    Conclusion

    The results showed that the aridity index values based on selected GCM models have decreased in the studied area compared to the observation period. Therefore, a large number of stations that have dry conditions in the base period will experience ultra-dry conditions in the future climate.The evapotranspiration potential in the Central Iran watershed is increasing during all months of the year, especially in wet stations in the west. This issue shows the dominance of the aridity index over this region in future conditions.

    Keywords: Aridity Index, Climate change, Evapotranspiration potential, Gcms, Statistical downscaling
  • Samira Mesry*, Farshad Kiani, Soheila Ebrahimi, Hosein Arzanesh, Aliakbarmohamadali Pourmalekshah Pages 103-114
    Introduction and Objective

    Water erosion causes as loss of quality and environmental issues problems. The best methods of soil management are prevention of soil erosion, control of runoff and sediment, and maintenance of soil quality.

    Material and Methods

    This research was conducted in order to investigate the effect of compost and vermicompost on physical and chemical properties of soil (based on a completely randomized blocks) and runoff and sediment (factorial based on a completely randomized blocks). For the experiment 9 plots were used, (3 plots include of compost, 3 plots include of vermicompost and 3 plots control) in an average 5 percent slope area. 18 ton/ha compost and vermicompost were added to each plot and mixed it with soil 30 cm deep. Soil erosion was estimated by runoff and sediment by 2 natural rain and 1 rainfall simulator with 3 Repetition in each rain. Some physico chemical and biological properties of soil, as pH, EC, MWD, BD, NPK, OM, Sp, CaCO3 were measured.

    Result

    The results showed that Vermicompost and Compost fertilizers significantly increase the total N, available k, available P, organic matter, Mean weight diameter (MWD) and saturation percentage more than the control plot. Soil bulk density decreased in plots of Vermicompost and Compost compare to the control. The compost and vermicompost in the level of 1 percent reduce significantly the runoff volume in the first natural rainfall 68.5 and 82.6 and the second natural rainfall 62.56 and 74.2 and the simulator 30.3 and 45.45. The compost and vermicompost in the level of 1 percent reduced significantly sedimentation the compare to the control. Vermicompost treatments had the least and control treatments had the most of runoff volume and sedimentation. The compost and vermicompost in the level of 1 perecent reduce significantly sedimentation the compare of control. Vermicompost treatments had the least and control treatments had the most of runoff volume and sedimentation.

    Conclusion

    Thus, it seems Using the fertilizers such as compost and vermicompost can significantly effect on the soil nutrition preservation and improve soil properties and can be found useful in the development of erosion control programs.

    Keywords: Erosion, Organic fertilizer, Soil loss, Soil quality
  • Morteza Choubin*, Mohammad Bashirgonbad Pages 115-122
    Introduction and Objective

    In recent years, river flow forecasting is one of the most important issues for water resources management in Iran. This prediction requires statistics and information, unfortunately, most of the basins of the country lack data of the desired quantity and quality.

    Material and Methods

    Therefore, hydrological modelling and the use of artificial intelligence are examples of solutions that are used to solve this challenge in hydrology. The criteria for selecting the appropriate model for this process are to evaluate the performance of the models according to the hydrological conditions of each region. In this research, IHACRES model and Artificial Neural Network (ANN) were used to predict the streamflow in Bakhtiary basin. The data from 1984 to 1994 were used as calibration period and the data from 1995 to 2006 were used for validation.

    Results

    The evaluation results of the hydrological model and the artificial neural network were evaluated using Kling-Gupta, Nash-Sutcliffe indices, coefficient of determination, mean squared error and absolute mean error. Results showed that the artificial neural network had better results in the simulation in all the evaluated evaluation criteria.

    Conclusion

    According to the results of the methods used in the research, the artificial neural network method has a more accurate prediction of the Bakhtiary river flow than the hydrological model.

    Keywords: Bakhtiary basin, Data-driven models, Flow simulation, Rainfall-runoff
  • Nastara Nazariani*, Asghar Fallah Pages 123-134
    Introduction and Objective

    In recent years, the increases in population and expansion of settlements in hazardous areas have greatly increased the impact of natural disasters in industrialized and developing countries. Landslide risk zoning helps to identify strategic points and geographically prone critical areas. Therefore, measures for rapid, safe mitigation and strategic planning for the future are important. In fact, landslide risk assessment may be a suitable and cost-effective help for land use planning, so in this regard, the aim of the current research is to model the risk of landslides using non-parametric data mining in watersheds of Hyrcanian forests.

    Material and Methods

    For this purpose, the map of landslide risk according to the Mora and vahrson method with the effect of factors affecting the occurrence of landslides including topographical factors, hydrological and climatic factors, geological factors, land cover factors, human factors, hydrographic network from digital elevation model, geological map It was prepared using the map of the Geological Organization of the country, and to obtain the elevation index and the relative height, first, using the curve of height levels taken from the 1:25000 topographic maps of the region, the map of the elevation classes was prepared. After that, the study area was divided into one-square-kilometer grids, and maps with the lowest and highest elevations in one-square-kilometer grids were obtained; in the last step, by subtracting these two maps, a map was obtained whose information shows the value of the postal index and relative height. Monthly rainfall was also used to obtain the soil moisture index. Finally, algorithms of three random forest models, an artificial neural network, and a decision tree algorithm were used to model the risk of landslides in the STATISTICA 12.0 software environment.

    Results

    According to the results, the highest distribution of landslide areas belongs to the low-risk class (76%). TP, SL, SR, and TS variables were considered the essential factors of landslide occurrence based on their importance. The results of validation with three algorithms of RF, CART, and ANN showed; According to the coefficient of explanation obtained in modeling the risk of landslides, the artificial neural network model with (R2=0.99) is more accurate than other methods.

    Conclusion

    The results of the present study showed that data mining methods have a high capability in predicting the risk of landslides. Therefore, the use of the mentioned methods can be considered in reducing the risks associated with landslides and planning for land use.

    Keywords: Artificial neural network, Decision tree, Hyrcanian forests, Modeling, Regression model, Watershed
  • Mahnaz Kiyani Majd, Mohammad Nohtani*, MohammadReza Dehmardeh Ghaleh No, Zahra Shikh Pages 135-145
    Introduction and Objective

    mankind has witnessed various hydrological events such as water shortage, drought, flood, avalanche, etc., and the scope of these events depends on the behavior of hydrological variables and characteristics of watersheds. The lack of statistics and information or the lack of correct and appropriate statistics has caused the investigation and recognition of the behavior of hydrological variables and the characteristics of watersheds with acceptable accuracy. Based on this, hydrological models are a suitable tool for evaluating the current state of water resources and predicting future conditions with knowledge and understanding of the prevailing interactions at the level of watersheds.

    Material and Methods

    In this research, using the SWAT model, the precipitation-runoff simulation of the Lar watershed was carried out, and for this purpose, the daily data of precipitation, temperature and discharge during the common statistical period (1988-2017) were used. The initial simulation of the hydrological model was done in the SWAT plugin, and the SWAT-CUP software and the SUFI-2 method were used as an optimal algorithm for sensitivity analysis, calibration and validation of the model.

    Results

    Based on the SWAT model, the study area was divided into 37 sub-basins and 308 hydrological response units. In addition, by analyzing the sensitivity of 24 parameters affecting the simulation of the monthly runoff of the Lar watershed, it was determined that 7 parameters based on the values of the t-state and p-value indicators were selected as the parameters with the greatest effect, and out of these 7 parameters, Three parameters curve number for medium humidity conditions, base flow return factor to the main waterway and average usable water were identified as the most sensitive parameters in runoff simulation. Then 18 years of the statistical period (1988-2005) were selected for recalibration and 12 years (2006-2017) for validation. Also, the effectiveness and efficiency of the model was evaluated using NS, R2, p-factor and r-factor coefficients. Model efficiency was evaluated using NS, R2, p-factor and r-factor coefficients. The values of these coefficients were estimated as 0.80, 0.82, 0.80 and 0.33 during the calibration period and 0.90, 0.90, 0.39 and 0.43 during the validation period. In addition, the temporal compatibility of the high and low points of the simulated and measured discharge hydrographs also confirmed the high accuracy of the model in the simulation.

    Conclusion

    The obtained results show that despite the seasonal flow and no base flow, as well as the frequency of days with zero flow, the SWAT model has a high ability to simulate the monthly discharge of watersheds in dry areas.

    Keywords: Dry Areas, SUFI-2 method, SWAT-CUP, Watershed Management