فهرست مطالب

مجله سامانه های سطوح آبگیر باران
سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 40، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/03/20
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مهران سهیلی، رئوف مصطفی زاده، اباذر اسمعلی عوری، لیلا بابایی، زینب حزباوی* صفحات 1-19

    هدف از تحقیق حاضر، تجزیه و تحلیل تغییرات مکانی ردپای آب محصولات در چهار بخش مختلف آب آبی، سبز، خاکستری و سفید در زیرحوضه های خیاوچای واقع در استان اردبیل بوده است. بدین منظور از داده های هواشناسی (بارش و دمای ماهانه) به عنوان داده های ورودی برنامه CROPWAT استفاده شد. از تصاویر Google Earth برای تهیه نقشه کاربری اراضی و برآورد مساحت کاربری ها استفاده شد. نتایج نشان داد که پنج محصول سیب، آلبالو، گیلاس، گردو و انگور کشت های غالب کاربری باغ هستند. بر همین اساس، در چهار بخش کاربری باغ، زراعت دیم، زراعت آبی و کاربری مرتع رد پای آب محصولات تجزیه و تحلیل شد. نتایج نشان داد که مجموع آب مصرف شده توسط محصول سیب در همه زیرحوضه ها بیش تر از سایر محصولات بوده و میزان آب مجازی گردو نیز در اکثر زیرحوضه ها بالاست. مجموع مصرف چهار آب آبی، سبز، سفید و خاکستری در محصولات آلبالو، گیلاس و انگور به طور یکسان بوده و کم تر از دو محصول دیگر ارزیابی شد. هم چنین، میانگین مجموع آب آبی برای کاربری زراعت دیم برابر 85/2788 مترمکعب بر تن برآورد شد که در این میان محصولات عدس و نخود بیش ترین آب آبی را در بین محصولات زراعت دیم داشته اند. از نظر تحلیل مکانی، زیرحوضه های 7 و 14 واقع در بخش غربی حوضه خیاوچای بیش ترین مقادیر آب های مورد بررسی را به خود اختصاص دادند. در زیرحوضه 7 بخش اعظمی از مساحت آن را کاربری مرتع و تنها بخشی جزئی از آن مربوط به زراعت دیم بوده و 100 درصد مساحت زیرحوضه 14 کاربری مرتع بوده است. بنابراین، الگوی کشت مناسب می تواند بر اساس مقادیر آب مجازی و تغییرات مکانی آن تعیین شود.

    کلیدواژگان: آب مجازی، ارزیابی شاخص محور، تولید محصول، خدمات بوم شناختی، مدیریت آب
  • آتنا نژادرحیم، علی گلکاریان*، آذر زرین صفحات 20-46

    حوزه های آبخیز سیستم های اجتماعی-بوم شناختی هستند که به طور قابل توجهی می توانند تحت تاثیر تغییر اقلیم قرار گیرند. از آن جایی که این تغییرات از جمله تغییر در میزان و الگوهای بارش و افزایش دما، می تواند سبب افزایش آسیب پذیری حوزه های آبخیز شود، لذا شناخت اثرات تغییر اقلیم بر فرآیندهای هیدرولوژیکی و سایر جنبه های مختلف در سطح حوزه آبخیز، می تواند سبب ایجاد رویکردهایی جهت کاهش این اثرات و یا سازگاری با آن ها شود. از این رو، پژوهش حاضر با هدف ارزیابی تاثیرات تغییر اقلیم بر سلامت آبخیز رادکان در استان خراسان رضوی، انجام شده است. در این مطالعه، ابتدا سلامت آبخیز از طریق چهارچوب فشار-وضعیت-پاسخ (PSR) برای دوره تاریخی 2014-1990 تعیین شد. بدین منظور 16 معیار طبیعی و انسانی انتخاب و در قالب سه شاخص فشار، وضعیت و پاسخ طبقه بندی شدند. پس از محاسبه معیارها برای 14 زیرحوضه مورد مطالعه، استانداردسازی معیارها انجام و سپس از طریق فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) تعیین وزن شدند. در نهایت سلامت آبخیز مورد مطالعه از طریق چهارچوب PSR برای 14 زیرحوضه تعیین و در پنج کلاس سالم، نسبتا سالم، متوسط، نسبتا ناسالم و ناسالم طبقه بندی شد. سپس به منظور بررسی تاثیرات تغییر اقلیم بر سلامت آبخیز ، از داده های مدل اقلیمی MPI-ESM1.2-HR تحت دو سناریو SSP2-4.5 و SSP5-8.5، برای سه دوره زمانی آینده 2050-2026، 2075-2051 و 2100-2076 استفاده شد. نتایج نشان داد در دوره تاریخی غیر از یک زیرحوضه که در طبقه سالم و دو زیرحوضه که در طبقه نسبتا ناسالم قرار داشتند، مابقی زیرحوضه ها از نظر سلامت در طبقه متوسط بودند. مقایسه شاخص سلامت در دوره های زمانی آینده با دوره تاریخی، نشان دهنده کاهش سلامت در هر دو سناریو بود که میانگین این کاهش به ترتیب در دوره های زمانی 2050-2026، 2075-2051 و 2100-2076 تحت سناریو SSP2-4.5 برابر با 84/8 ، 49/8 و 11/11 درصد و در سناریو SSP5-8.5 به ترتیب برابر با 33/7، 04/13 و 85/9 درصد است.

    کلیدواژگان: پایداری آبخیز، تغییر اقلیم، چهارچوب فشار-وضعیت-پاسخ، سلامت آبخیز، مدیریت آبخیز
  • معین توسن، علی ماروسی، حسین خزیمه نژاد* صفحات 47-66

    تبخیر و تعرق مرجع یکی از متغیرهای مهم در هیدرولوژی و علوم کشاورزی و عامل تعیین کننده در مدیریت منابع آب است. این مطالعه به بررسی مدل هیبریدی شبکه عصبی با الگوریتم بهینه ساز خرگوش مصنوعی (ANN-ARO) برای مدل سازی روزانه تبخیر و تعرق مرجع با پارامترهای هواشناسی محدود و مقایسه آن با سایر روش های هیبریدی یعنی شبکه عصبی مصنوعی با الگوریتم بهینه سازی ذرات (ANN-PSO)، شبکه عصبی مصنوعی با الگوریتم ژنتیک گرهی (ANN-GA) و پنج مدل داده کاوی دیگر می پردازد. این مدل ها با استفاده داده های آب وهوایی روزانه بلندمدت از سال 2000 تا 2023 در دو اقلیم متفاوت ارزیابی شدند. ایستگاه های مورد بررسی شامل بیرجند (با اقلیم خشک کویری) و مشهد (با اقلیم نیمه خشک سرد) بود. مقایسه آماری نشان داد که با درنظرگرفتن کلیه پارامترهای اقلیمی مدل هیبریدی ANN-ARO در شهر مشهد با 9986/0R2= و 0001/0 MSE=و در شهر بیرجند با 9986/0R2= و 0001/0MSE= تخمین های بهتری را نسبت به سایر روش ها داشت. هم چنین الگوریتم بهینه سازی ANN_ARO با درنظرگرفتن حداقل پارامتر هواشناسی، به ترتیب با "دما" و "رطوبت نسبی" بهترین تخمین را داشته و هم چنین با درنظرگرفتن دو و سه پارامتر ورودی، عملکرد بهتری نسبت به سایر روش ها دارد. به طورکلی، الگوریتم های بهینه سازی الهام گرفته از طبیعت ابزارهای قوی برای افزایش عملکرد ANN در شبیه سازی ETo هستند و مطابق یافته های این پژوهش، مدل ANN-ARO برای تخمین تبخیر و تعرق مرجع در مناطق اقلیمی مشابه با داده های اقلیمی محدود توصیه می شوند. این مطالعه مدل های قدرتمندی را برای تخمین دقیق ETo  با ورودی های محدود در اقلیم های خشک و نیمه خشک پیشنهاد می کند که مفاهیمی عملی برای توسعه کشاورزی دقیق ارائه می دهد.

    کلیدواژگان: تبخیر و تعرق مرجع، شبکه عصبی، بهینه ساز خرگوش مصنوعی، کشاورزی دقیق
  • سلاله کبیری شاه آباد، علی گلکاریان*، محمدتقی دستورانی صفحات 67-88

    فرآیند تغییر اقلیم یکی از اصلی ترین چالش هایی است که در دهه های اخیر، زندگی انسان ها را تحت تاثیر قرار داده است و به جهت تاثیر بر دما و بارش، نقش بسزایی در تغییر رواناب دارد. از این رو درک آن بر ارزیابی منابع آب و تحولات راهبردی سازگار، اهمیت زیادی دارد. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیرات تغییر اقلیم بر رواناب با استفاده از چهارچوب بودیکو است. به این منظور چهار زیرحوزه آبخیز اولنگ اسدی، ارداک بند ساروج، زشک و سد کارده از حوزه آبخیز قره قوم انتخاب شد. سپس با به کارگیری از داده های دما و بارش ریزمقیاس شده پروژه CORDEX مدل  GFDL-ESM2Mتحت دو سناریو انتشار (RCP4.5 و RCP8.5)، میزان تغییرات رواناب طی بازه زمانی (2100-2006) بررسی شد. نتایج ارزیابی مدل بودیکو-ژانگ به کمک آماره نش-ساتکلیف بین 87/0-72/0 به دست آمد که نشان گر کیفیت مناسب برآورد رواناب است. هم چنین، نتایج مدل GFDL-ESM2M حاکی از افزایش دما و کاهش بارندگی تحت هر دو سناریوی اقلیمی RCP4.5 و RCP8.5 بود. پیش بینی های دما از GCM بیان گر آب و هوای گرم تر در آینده با روند صعودی و معنادار و کاهش قابل توجه بارش با روند نزولی و معنادار بود که هر دو عامل، نقش مهم و مثبتی در کاهش رواناب آینده دارند. نتایج حاصل از آزمون من-کندال نشان داد که رواناب در همه زیرحوزه های آبخیز مورد مطالعه تحت هر دو سناریوی RCP4.5 و RCP8.5 و طی دوره 2100-1989، روندی نزولی داشته است و بنابراین می توان گفت افزایش دما و هم چنین کاهش بارش در آینده می تواند موجب کاهش میزان رواناب شود.

    کلیدواژگان: پیش بینی بارش، پیش بینی دما، مدل GFDL-ESM2M، من- کندال، CORDEX
  • مسعود عسقی زاده*، علی طالبی، محمدتقی دستورانی صفحات 89-101

    از جمله مدل هایی که قابلیت محاسبه روندیابی جریان سطحی چندجهته را دارند، مدل لاپسوس (LAPSUS) است. در این مدل با توجه به وضعیت توپوگرافی منطقه، یک مقدار ثابت، بین 1 تا 10 به عنوان عامل همگرایی برای کل منطقه مورد مطالعه تعریف می شود. مقدار این عامل از طریق کالیبراسیون و یا مقادیر در نظر گرفته شده در مطالعات قبلی، به صورت ثابت در نظر گرفته می شود. در این تحقیق با هدف رفع مشکل ثابت بودن مقدار عامل همگرایی، تابع توزیع جریان برای این مدل تعریف شد. این مطالعه در 5 زیرحوضه در حوضه آزمایشی کاخک واقع در شمال شرق ایران و در شهرستان گناباد انجام شد. در این تحقیق تابع توزیع جریان به جای عامل همگرایی برای مدل لاپسوس تعریف شد. در این تابع برای مدل کردن اثر ویژگی های توپوگرافی بر توزیع جریان از پارامتر شیب استفاده شده است. بدین ترتیب قسمت روندیابی جریان در مدل لاپسوس با تغییر کد برنامه نویسی شده آن در محیط C++ برای تابع توزیع جریان توسعه داده شد. بر اساس نتایج حاصل بهترین مقدار عامل همگرایی می تواند بین 1 تا 10 باشد که پس از اعمال روش توسعه روندیابی مدل با تعریف تابع توزیع جریان برای مدل، مقدار تابع توزیع جریان برای زیرحوضه 4 مقدار 3/6 و برای سایر زیرحوضه ها بین 7/5 تا 5/6 محاسبه شد. نتایج اعتبارسنجی خروجی های مدل، مقدار ضریب تبیین برای حجم رواناب را 99/0 و برای فرسایش و رسوب 92/0 نشان داد. هم چنین مقدار RMSE نرمال شده نیز برای رواناب 5/3 درصد و برای فرسایش و رسوب 5/5 درصد بوده است. بر اساس نتایج حاصل، تابع توزیع جریان توانایی تعریف مقدار عامل همگرایی را بر اساس شیب توپوگرافی برای مدل لاپسوس داشته و با وارد کردن شیب متوسط حوضه، مقدار عامل همگرایی است برای مدل قابل تعریف است. لذا یکی از مسائل اصلی در بحث روندیابی جریان چند جهته که تعیین مقدار عامل همگرایی بود، بر طرف شد

    کلیدواژگان: تابع توزیع جریان، جریان سطحی، روندیابی، مدل لاپسوس
  • فاطمه عبدی* صفحات 102-112

    امروزه فن آوری نانو کاربرد وسیعی در حفظ سلامت محیط زیست و مدیریت آب دارد. هم چنین، کمبود جهانی آب آشامیدنی باعث شده است تا سامانه های مختلفی برای جمع آوری آب طراحی شود. با توجه به این که خوردگی میلگرد درون سازه های بتنی به ویژه در مناطق با باران اسیدی و سازه های دریایی منجر به تخریب سازه می شود. افزایش مقاومت به خوردگی میلگرد درون سازه، یک نیاز ضروری است. بر همین اساس، در پژوهش حاضر، برای بررسی تاثیر نانو ذره بر استحکام ملات و مقاومت به خوردگی میلگرد درون آن، و به دلیل پایداری بالای ایتریوم اکسید، از نانو ذرات ایتریوم اکسید استفاده شد. نانو ذرات ایتریوم اکسید (Y2O3) با یک درصد وزنی از وزن سیمان به ملات افزوده شدند. استحکام ملات با اندازه گیری مقاومت های فشاری و خمشی 7 روزه و 28 روزه و مقاومت به خوردگی میلگرد درون ملات با انجام آزمون های پلاریزاسیون و طیف سنجی آمپدانس الکتروشیمیایی (EIS) در محلول 5/3 درصد نمک بررسی شد. نتایج نشان دادند که نانو ذره  Y2O3با افزایش مقاومت های فشاری و خمشی سبب افزایش استحکام ملات می شود. هم چنین نتیجه آزمون پلاریزاسیون نشان داد که این نانو ذره با کاهش تمایل به خوردگی و کاهش سرعت خوردگی سبب افزایش مقاومت دربرابر خوردگی می شود. با بررسی نتایج آزمون EIS علت کاهش سرعت خوردگی به افزایش امپدانس ملات نسبت داده شد. در نهایت، حفظ سیستم های جمع آوری آب یا زیرساخت های آبخیزداری با استفاده از  Y2O3به عنوان یک راه حل جدید مبتنی بر فناوری در برابر شرایط خوردگی پیشنهاد این تحقیق است.

    کلیدواژگان: امپدانس الکتریکی، خوردگی، استحکام سازه، حفاظت از آب
  • سید حسن احمدی، علی حشمت پور*، سید مرتضی سیدیان، چوقی برام کمکی صفحات 113-128

    به منظور انتخاب مکان های مناسب جهت احداث آب بندان، برای ذخیره سازی و تامین آب بخش کشاورزی، پرورش ماهیان گرم آبی و هم چنین تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی در دشت شمال شهر گرگان، از تلفیق سامانه های تصمیم گیری چندمعیاره و سامانه اطلاعات جغرافیایی استفاده شد. بدین ترتیب که برای مکان یابی آب بندها از مدل بولین و جهت اولویت بندی از فرآیند تحلیل سلسه مراتبی و کپلند استفاده شد. در ادامه با استفاده از گوگل ارث هفت محور مناسب برای احداث آب بندان در مناطق پتانسیل دار تعیین شد. در نهایت این مکان ها با استفاده از روش فرآیند تحلیل سلسه مراتبی و کپلند و بر اساس معیارهای اصلی و زیرمعیار ها اولویت بندی شد، نتایج نشان داد که در مقایسه معیار ها با ضریب سازگاری (03/0)، معیار آب و هواشناسی در نتیجه با وزن (315/0) به عنوان معیار برتر و زیرمعیار بارندگی با وزن (485/0) معیار برتر آب و هواشناسی با ضریب سازگاری (03/0) و زیرمعیار شیب منطقه با وزن (394/0) بالاترین معیار زمین ریخت شناسی با ضریب سازگاری (03/0) و زیرمعیار منابع قرضه با وزن (410/0) بالاترین معیار اقتصادی و اجنماعی با ضریب سازگاری (004/0) و زیرمعیار حجم نیاز آبی گیاهان با وزن (710/0) بالاترین معیار کشاورزی با ضریب سازگاری (004/0) و زیرمعیار هزینه ساخت آب بندان با وزن (349/0) بالاترین معیار فنی ساخت با ضریب سازگاری (007/0) شناخته شده اند. با تلفیق لایه های اطلاعاتی با یکدیگر، محدوده های مناسب به عنوان مکان احداث آب بندان انتخاب شده اند. یافته های این تحقیق نشان داد که با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی و سامانه پشتیبان تصمیم گیری و به کارگیری همزمان روش تحلیل سلسله مراتبی به عنوان ابزاری توانمند و انعطاف پذیر برای کاستن از پیچیدگی های موجود در شناسایی محورهای مناسب به همراه بازدیدهای میدانی نقش موثری در افزایش دقت، کاهش هزینه و تعیین مکان مناسب احداث آب بندان برخوردار هستند.

    کلیدواژگان: آب بندان، تحلیل سلسله مراتبی، سامانه های تصمیم گیری چندمعیاره، سامانه های اطلاعات جغرافیایی
  • مجید رجبی جاغرق، سید محمد موسوی بایگی*، سید علیرضا عراقی، هادی جباری نوقابی صفحات 129-147

    محصولات ماهواره ای تنها منبع داده موجود با پوشش فضایی مناسب است، با این وجود، داده های آن ها بر مقادیر مشاهداتی منطبق نبوده و دارای انحراف است، هرچند این عدم تطابق به طور دقیق قابل رفع نیست، با این حال، یک راه حل کاهش سوگیری، واسنجی داده هاست. در حال حاضر، تکنیک های یادگیری ماشین برای بهبود دقت پیش بینی انواع مختلف پدیده های آب و هوایی به کار گرفته می شوند، لذا حل رگرسیونی مسائلی از این قبیل از طریق روش های مبتنی بر یادگیری ماشین و آموزش عمیق بسیار کارآمد است. باراش روزانه 19 ایستگاه باران سنج ثبات وزارت نیرو بین سال های 2010 تا 2021 میلادی استخراج شد و در مقابل مقادیر متوسط پیکسل های بارش روزانه متناظر آن ها در پایگاه داده ERA5 قرارگرفت. به منظور واسنجی داده ها، از سه الگوریتم D-Tree، KNN و MLP استفاده شد. دامنه تغییرات ضریب همبستگی در MLP، D-Tree و KNN به ترتیب برابر [0.87, 0.98]، [0.75, 0.97] و [0.4, 0.87] است. هم چنین این دامنه تغییرات برای RMSE در MLP بین 7/0 تا 4/2 میلی متر در روز متغیر بوده و این تغییرات برای D-Tree و KNN به ترتیب بین 8/0 تا 2/2 و 2/1 تا 5/2 محاسبه شده اند. در 75 درصد ایستگاه ها RMSE در الگوریتم های MLP، D-Tree و KNNبه ترتیب کم تر از 5/1، 9/1 و 2/2 میلی متر در روز است. دامنه تغییرات سوگیری در MLP، [18/0، 6/0- میلی متر در روز] بوده و این دامنه تغییرات برای D-Tree و KNN به ترتیب [16/0، 5/0 میلی متر در روز] و [6/0، 8/0- میلی متر در روز] محاسبه شده اند. سوگیری داده های اصلاحی و مقادیر مشاهده شده، در الگوریتم های MLP، D-Tree و KNN برای میانه ایستگاه ها به ترتیب برابر 09/0-، 11/0- و 16/0- میلی متر در روز است. ارزیابی عملکرد سه الگوریتم یادگیری ماشین (MLP، D-Tree و KNN) در تصحیح بارش روزانه پایگاه داده ERA5 و مقایسه شاخص های آماری CC، RMSE و سوگیری برای داده های بازتولید شده نسبت به مقادیر زمینی نشان داد که در هر سه شاخص آماری الگوریتم MLP نسبت به دوالگوی دیگر بهتر عمل نموده و از دقت مناسبی برای تصحیح بارش روزانه برخوردار است.

    کلیدواژگان: پایگاه داده، شاخص های آماری، یادگیری ماشین، واسنجی
|
  • Mehran Soheili, Raoof Mostafazadeh, Abazar Esmali Ouri, Leyla Babaei, Zeinab Hazbavi* Pages 1-19

    This research aims to analyze the spatial water footprint of agricultural products in four categories of blue, green, gray, and white water in Khiavchai sub-watersheds. To this end, the meteorological data (monthly rainfall and temperature) were used as input data for the CROPWAT program. The Google Earth images were used to map the land use areas and estimate the area of agricultural and rangelands. It was found that apples, sour cherries, cherries, walnuts, and grapes are the dominant crops produced in the orchard area. The four types of virtual waters of agricultural products were analyzed in four land uses, i.e., orchards, rainfed agriculture, irrigated agriculture, and rangelands. The total water consumed by the apple product is more than other products in all sub-watersheds and the amount of virtual water of walnut is also high in most sub-watersheds. The total consumption of blue, green, white, and gray water in sour cherry, cherry, and grape was the same and was evaluated as less than the other two products. In addition, the average amount of blue water for rainfed agriculture was estimated as 2788.85 m3 t-1, among which lentils and chickpeas had the higher blue water among the rainfed crops. According to the results, sub-watersheds 7 and 14 located in western parts of the study area had the highest of virtual water. In sub-watershed 7, a large part of its area is used for rangeland and only a small part is related to rainfed agriculture, and all area of sub-watershed 14 is used for rangeland. Therefore, the appropriate cultivation pattern can be determined based on the amount of virtual water and its spatial changes.

    Keywords: Virtual Water, Index-Based Assessment, Crop Production, Ecological Services, Water Management
  • Atena Nezhadrahim, Ali Golkarian*, Azar Zarrin Pages 20-46

    Watersheds are socio-ecological systems that can be significantly affected by climate change. Changes in the pattern and amount of precipitation and increase in temperature can increase the vulnerability potential of watersheds. Understanding the impacts of climate change on hydrological processes and other aspects at the watershed level is crucial for developing approaches to mitigate or adapt to these effects. Therefore, this research aims to assess the impact of climate change on the health of the Radkan watershed in Razavi Khorasan province. In this study, the health of the watershed was initially evaluated for the historical period of 1990-2014 using the Pressure-State-Response (PSR) framework. Sixteen natural and human criteria were selected and classified into three indices: pressure, state, and response. After calculating the criteria for the 14 studied sub-watersheds, they were standardized and weighted using the Analytic Hierarchy Process (AHP). Finally, the health of the studied watershed was determined using the PSR framework for the 14 sub-watersheds and classified into five categories: healthy, relatively healthy, moderately healthy, relatively unhealthy, and unhealthy. To investigate the impact of climate change on the health of the watershed, data from the climate model MPI-ESM1.2-HR were used under two scenarios: SSP2-4.5 and SSP5-8.5. The predicted climate data in three future time periods of 2026-2050, 2051-2075, and 2076-2100 were investigated. The results indicated that during the historical period, one sub-watershed was classified as healthy, two sub-watersheds were relatively unhealthy, and the remaining sub-watersheds were moderately healthy. Comparing the health index in the future time periods with the historical period revealed a decrease in health under both scenarios. The average decrease in the time periods of 2026-2050, 2051-2075, and 2076-2100 under the SSP2-4.5 scenario was 8.84, 8.49, and 11.11%, respectively. Under the SSP5-8.5 scenario, the average decrease was 7.33, 13.04, and 9.85% for the same time periods.

    Keywords: Climate Change, Pressure-State-Response Framework, Watershed Health, Watershed Management, Watershed Sustainability
  • Moein Tosan, Ali Maroosi, Hossein Khozeymehnezhad* Pages 47-66

    Reference evapotranspiration (ETo) is considered one of the important variables in hydrology and agricultural science and is a determining factor in water resources management. This study investigates a hybrid model of an artificial neural network with an artificial rabbit optimization algorithm (ANN-ARO) for daily modeling of ETo with limited meteorological parameters. It compares it with other hybrid methods, i.e. ANN with a particle optimization algorithm (ANN-PSO). ANN with genetic algorithm (ANN-GA) and five different data mining models. These models were evaluated using long-term daily climate data from 2000 to 2023 in two climates. The investigated stations included Birjand (with a desert climate) and Mashhad (with a cold semi-arid climate). The statistical comparison showed that considering all climatic parameters, the hybrid ANN-ARO model in Mashhad city with R2=0.9986 and MSE=0.0001 and in Birjand city with R2=0.9986 and MSE=0.0001 gave better estimates than other methods. In addition, the ANN_ARO optimization algorithm has the best estimation with "temperature" and "relative humidity" by considering the minimum meteorological parameter, and also by considering two and three input parameters, it performs better than other methods. In general, nature-inspired optimization algorithms are powerful tools to enhance the performance of ANN in ETo simulation. According to the results, the ANN-ARO model is highly recommended for estimating ETo in similar climate regions with limited climate data. This study proposes powerful models for accurate estimation of ETo with limited inputs in arid and semi-arid climates, which provide practical implications for the development of precision agriculture.

    Keywords: Reference Evapotranspiration, Neural Network, Artificial Rabbit Optimizer, Precision Agriculture
  • Solale Kabiri Shah Abad, Ali Golkarian*, Mohammad Taghi Dastoorani Pages 67-88

    Climate change is one of the main challenges that has affected human life in recent decades. It plays a significant role in changing runoff due to its effects on temperature and precipitation. Therefore, evaluating this phenomenon is very important for assessing water resources and land management based on sustainable development. This research aimed to investigate the effects of climate change on runoff using the Budyko framework. Four sub-watersheds named Olang Asadi, Ardak Band Sarooj, Zoshk, and Kardeh Dam were selected from the QareQom watershed. Then, using the downscaled temperature and precipitation data of the CORDEX project of the GFDL-ESM2M model, under two emission scenarios (RCP4.5 and RCP8.5), the runoff variation was evaluated for the times period of 2006-2100. The Nash-Sutcliffe statistic for the results produced by the Budyko-Zhang model for the studied areas was between 0.72-0.87, which indicated the appropriate performance of this model in runoff estimation. In addition, the results of the GFDL-ESM2M model indicated an increase in temperature and a decrease in rainfall under both RCP4.5 and RCP8.5 climate scenarios. The temperature forecasts from GCM indicated a warmer climate in the future with a significant upward trend and a significant decrease in precipitation with a significant downward trend, both of which play an important role in reducing future runoff. The results of the Mann-Kendall test showed that the runoff in all the studied areas under both RCP4.5 and RCP8.5 scenarios and during the period of 1989-2100 had a downward trend. It can be concluded that the increase in temperature and also the decrease in precipitation in the future can reduce the runoff.

    Keywords: CORDEX, GFDL-ESM2M Model, Mann-Kendall, Rainfall Change, Temperature Change
  • Masoud Eshghizadeh*, Ali Talebi, Mohamad-Taghi Dastorani Pages 89-101

    LAndscape ProcesS modeling atmUlti dimensions and scaleS (LAPSUS) model is one of the models that can calculate the multiple flow direction routing. In this model, according to the topography of the watershed, a constant value between 1 and 10 is defined as the convergence factor for the entire studied watershed. The value of this factor is considered constant through calibration or the values considered in previous studies. In this research, to solve the problem of constant convergence factor value, the flow distribution function was defined for this model. This study was conducted in five sub-catchments in the Kakhk experimental watershed located in the northeast of Iran in Gonabad county. In this research, the flow distribution function was defined instead of the convergence factor for the LAPSUS model. In this function, the slope parameter is used to model the effect of topographic characteristics on the flow distribution. In this way, the flow trending part in the LAPSUS model was developed by changing its programmed code in the C++ environment for the flow distribution function. Based on the calibration results, the best value of the convergence factor can be between 1 and 10. After applying the flow distribution function to the model, the value of the flow distribution function was calculated to be 6.3 for sub-catchment 4 and between 5.7 and 6.5 for other sub-catchments. The results of validation of the model outputs showed that the value of the coefficient of determination is 0.99 for runoff volume and 0.92 for erosion and sediment. Also, the amount of normalized RMSE was 3.5% for runoff and 5.5% for erosion and sediment. Based on the results, the flow distribution function can define the value of the convergence factor based on the topographic slope for the LAPSUS model. The value of the convergence factor can be defined for the model by entering the average slope of the watershed. Therefore, one of the main issues in the multiple flow direction routing was solved.

    Keywords: Flow Distribution Function, Flow Routing, LAPSUS Model, Surface Runoff
  • Fatemeh Abdi* Pages 102-112

    Recently, nanotechnology has received wide applications in environmental health and sustainable water management. Besides, global drinking water shortages lead to the construction of different water collection systems. Therefore, considering that the corrosion of rebar inside concrete structures, especially in areas with acid rain and water structures, is an essential requirement. To this end, in the current research to investigate the effect of nanoparticles on the strength of the mortar and the corrosion resistance of the rebar inside it, Yttrium oxide (Y2O3) nanoparticles were used. Yttrium oxide (Y2O3) nanoparticles were added to the mortar with one weight percent of the cement weight. The strength of the mortar was investigated by measuring the 7-day and 28-day compressive and bending strengths, and the corrosion resistance of the rebar inside the mortar was checked by measuring the polarization and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) tests in a 3.5% salt solution. The results showed that Y2O3 nanoparticles increase the strength of the mortar by increasing the compressive and bending resistances. In addition, the result of the polarization test showed that this nanoparticle increases the corrosion resistance by reducing the corrosion tendency and corrosion rate. By examining the results of the EIS test, the reason for the decrease in the corrosion rate was attributed to the increase in the impedance of the mortar. Finally, conserving the water collection systems or watershed management infrastructures using Y2O3 is the suggestion of this research as a new technological-based solution against corrosion conditions.

    Keywords: Electrical Impedance, Corrosion, Structure Strength, Water
  • Seyed Hasan Seyed Hasan Ahmadi, Ali Heshmatpour*, Seyed Morteza Seydian, Chooghi Bairam Komaki Pages 113-128

    The integration of a multi-criteria decision-making system and a geographic information system was utilized to select appropriate locations for the construction of ponds. These ponds were intended to facilitate the storage and supply of water for agricultural purposes, the breeding of warm water fish, and the artificial feeding of underground water. This initiative was implemented in the flatlands to the north of the city of Gorgan. Thus, the Boolean model was used to locate the ponds, and the Hierarchical and Copeland analysis process was used to prioritize them. Google Earth was used to determine seven suitable axes for the construction of ponds in potential areas. The Hierarchy and Copeland analysis process was used to prioritize these places based on their main and sub-criteria. The results indicated that in the comparison of criteria with a consistency coefficient (0.03), the hydrometeorological criterion with weight (0.315) and the weighted rainfall sub-criterion (0.485) is the best criterion of hydrometeorology with the consistency coefficient (0.03) and the weighted sub-criterion of the slope of the area (0.394) is the highest criterion of geomorphology with the consistency coefficient (0.03) and the loan resources sub-criterion with weight (0.410) is the highest economic and social criterion with compatibility coefficient (0.004) and the sub-criterion of plant water requirement volume with weight (0.710) is the highest agricultural criterion with compatibility coefficient (0.004) and the sub-criterion of the cost of making a water seal by weight (0.349) is the highest technical criterion of construction with the compatibility factor (0.007) has been recognized as the superior criterion. The result of this work is that by dividing the layers of information with the composition, suitable places for the construction of dams have been selected. The findings of this research showed that the use of geographic information systems and decision support systems and the use of hierarchical analysis method as a powerful and flexible tool to reduce the complexities in identifying suitable places along with field visits in increasing accuracy, reducing costs and Determination has a role Location They are the place of construction of dams.

    Keywords: Analytic Hierarchy Process, Geographic Information Systems, Multi-Criteria Decision Making, Sealing Systems
  • Majid Rajabi Jaghargh, Seyed Mohammad Mousavi Baygi*, Seyed Alireza Araghi, Hadi Jabari Noghabi Pages 129-147

    Satellite products are the only available data source with adequate spatial coverage, however, their data do not match the observed values ​​and have biases, although this discrepancy cannot be fixed precisely, however, a solution to reduce the bias is data recalibration. Currently, machine learning techniques are used to improve the accuracy of forecasting various types of weather phenomena, so regression solving such problems through methods based on machine learning and deep learning is very efficient. The daily precipitation of 19 rain gauge stations of the Ministry of Energy between 2010 and 2021 was extracted and compared to the average values ​​of their corresponding daily precipitation pixels in the ERA5 database. To measure the data, three algorithms D-Tree, KNN, and MLP were used. The range of changes of correlation coefficient in MLP, D-Tree, and KNN is equal to [0.87, 0.98], [0.75, 0.97], and [0.4, 0.87], respectively. In addition, the range of changes for RMSE in MLP varies from 0.7 to 2.4 mm per day, and these changes for D-Tree and KNN are calculated between 0.8 to 2.2 and 1.2 to 2.5, respectively. In 75% of stations, RMSE in MLP, D-Tree, and KNN algorithms is less than 1.5, 1.9, and 2.2 mm per day, respectively. The range of bias changes in MLP is [0.18, -0.6 mm per day] and this range of changes for D-Tree and KNN is respectively [0.16, 0.5 mm per day] and [0.6, -0.8 mm per day] have been calculated. The bias of corrected data and observed values ​​in MLP, D-Tree, and KNN algorithms for the middle of the stations is -0.09, -0.11, and -0.16 mm per day, respectively. The evaluation of the performance of three machine learning algorithms (MLP, D-Tree, and KNN) in correcting the daily precipitation of the ERA5 database and the comparison of CC, RMSE, and bias statistical indices for the reproduced data compared to ground values ​​showed that in all three statistical indices, the MLP algorithm works better than the others and has good accuracy for correcting the daily precipitation.

    Keywords: Calibration, Database, Statistical Indicators, Machine Learning