فهرست مطالب

پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز - پیاپی 30 (پاییز و زمستان 1403)

پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز
پیاپی 30 (پاییز و زمستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/07/10
  • تعداد عناوین: 12
|
  • ساناز عظیمی حبشی، میرحسن میریعقوب زاده*، مهدی عرفانیان، خدیجه جوان صفحات 1-16
    مقدمه و هدف

    مهم ترین معضل کره زمین در قرن حاضر، افزایش دمای کره زمین و تغییر در متغیرهای اقلیمی به علت صنعتی شدن جوامع و افزایش گازهای گلخانه ای می باشد، از این رو بررسی روند افزایش دما و تغییر در متغیرهای اقلیمی در مقیاس جهانی و منطقه ای بسیار مهم می باشد. تاکنون برای پیش نگری وضعیت آتی اقلیم، مدل های گردش عمومی متعددی طراحی شده است؛ ولی به علت عدم استفاده بهینه از خروجی این مدل ها به علت محدودیت در تفکیک مکانی در مقیاس محلی، روش های مختلف و جدیدی به منظور استفاده از خروجی این مدل ها در مقیاس منطقه ای و محلی ابداع شده است. حوزه آبخیز گدارچای به واسطه وجود رودخانه گدار و آب های زیرزمینی، از اهمیت ویژه ای به ویژه در بخش کشاورزی برخوردار است و مطالعات مختلفی بر روی آن انجام شده است. حوزه آبخیز گدارچای به واسطه وجود رودخانه گدار و آب های زیرزمینی، از اهمیت ویژه ای به ویژه در بخش کشاورزی برخوردار است و مطالعات مختلفی بر روی آن انجام شده است. ولی تاکنون مطالعه ای در خصوص بررسی اثرات تغییر اقلیم تحت سناریوهای SSP گزارش ششم که اثر فعالیت های اجتماعی- اقتصادی را درنظر می گیرد، در این حوزه صورت نگرفته است. لذا هدف اصلی این پژوهش، بررسی تغییرات متغیرهای اقلیمی برای دوره های آتی در حوزه آبخیز گدار نقده در شرایط سناریوهای انتشار RCP در گزارش پنجم (CMIP5) و سناریوهای SSP گزارش ششم (CMIP6) که ترکیب مقادیر انتشار گازهای گلخانه ای و فعالیت های اجتماعی-اقتصادی است، می باشد. نتایج این مطالعه می تواند برای سیاست گذاری و برنامه ریزی منابع آب در آینده موثر باشد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش جهت بررسی تغییرات متغیرهای اقلیمی در حوزه آبخیز گدار نقده واقع در شمال غرب کشور از مدل ریزمقیاس نمایی SDSM استفاده شده است. ابتدا میزان کارایی این مدل برای متغیرهای اقلیمی مورد ارزیابی قرار گرفت، سپس متغیرهای مذکور تا سال 2100 پیش نگری شد. کالیبراسیون و واسنجی مدل SDSM با استفاده از داده های مشاهداتی ایستگاه سینوپتیک مهاباد و داده های NCEP انجام شد، همچنین برای ارزیابی مدل از معیارهای ضریب همبستگی، میانگین خطای مطلق و مجذور میانگین مربعات خطا استفاده شد و پس از اطمینان از کارایی مدل، خروجی های مدل CanESM2 و CanESM5 در دوره های زمانی 2050-2031 و 2081-2100  در حوزه آبخیز گدار نقده، تحت سناریوهای RCP 2.6, 4.5, 8.5 و SSP1-2.6, 2-4.5, 5-8.5 توسط مدل آماری SDSM ریزمقیاس انجام گرفت.

    یافته ها

    ارزیابی و واسنجی مدل با استفاده از داده های NCEP صورت گرفته و با استفاده از داده های CanESM2 و CanESM5، میزان بارش، دمای حداکثر و حداقل برای ایستگاه مهاباد برای دو دوره 2031-2050 و 2081-2100 پیش بینی و با دوره پایه مقایسه گردید. ارزیابی دقت مدل SDSM بر اساس آماره های میانگین خطای مطلق، با استفاده از خروجی مدل CanESM2، برای بارش، دمای حداکثر و دمای حداقل، به ترتیب، 1/645، 0/029 و 0/031 با استفاده از مدل CanESM5، برای بارش، دمای حداکثر و دمای حداقل، به ترتیب، 0/73، 1/10 و 1/89، ضریب همبستگی با استفاده از مدل CanESM2، برای بارش، دمای حداکثر و دمای حداقل، به ترتیب، 0/998، 0/999 و 0/999 و با استفاده از مدل CanESM5، برای بارش، دمای حداکثر و دمای حداقل، به ترتیب، 0/999، 0/993 و 0/971 بدست آمد. مجذور میانگین مربعات خطا نیز با استفاده از مدل CanESM2 به ترتیب 2/240، 0/043 و 0/045 و با استفاده از مدل CanESM5 به ترتیب 0/89، 1/49 و 2/07 به دست آمده است. بر اساس نتایج به دست آمده، میانگین دمای حداکثر در دوره 2050-2031 و تحت سناریوی RCP، به میزان 0/93 درجه سانتی گراد افزایش یافته ولی در دوره 2081-2100 ثابت خواهد ماند. در حالی که تحت سناریوی SSP، در دوره 2031-2050 به میزان 1/24 درجه سانتی گراد و برای دوره 2081-2100 حدود 0/35 درجه سانتی گراد افزایش خواهد یافت. افزایش میانگین دمای حداقل تحت سناریوی RCP در دوره اول و دوم به ترتیب 0/27 و 0/28 درجه سانتی گراد و تحت سناریوی SSP در دوره اول و دوم به ترتیب 0/46 و 0/43 درجه سانتی گراد خواهد بود. افزایش میزان بارش نیز تحت سناریوی RCP، در دو دوره به ترتیب 0/59 و 0/38 میلی متر و تحت سناریوی SSP، در دو دوره به ترتیب 2/15 و 1/64 میلی متر خواهد بود.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج حاصل از ارزیابی دقت مدل SDSM در پیش نگری بارش، دمای حداکثر و دمای حداقل بر اساس آماره های R، MAE و RMSE، انطباق زیادی بین مقادیر پیش نگری شده و دوره پایه وجود دارد. طبق نتایج به دست آمده، افزایش میزان بارش و دمای حداقل برای دوره های آینده نزدیک و آینده دور و نیز افزایش دمای حداکثر در دوره آینده نزدیک و ثبات آن در آینده دور مشاهده شد. با توجه به اهمیت پدیده تغییر اقلیم و به تبع آن، اثرات تغییر اقلیم در کشاورزی، محیط زیست و وضعیت منابع آبی و طبیعی لازم است کلیه مدیران، برنامه ریزان و مسئولین ذی ربط راهکارهای مناسب و لازم مانند تغییر الگوی کشت، استفاده از گونه های کشاورزی مقاوم به خشکی، ایجاد سیستم های پیش آگاهی و آموزش شیوه های سازگاری با تغییر اقلیم برای کشاورزان و نیز استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را برای تعدیل و کاهش خسارات ناشی از تغییرات اقلیم اتخاذ نمایند.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، سناریوهای RCP، سناریوهای SSP، گدار نقده، مدل CMIP5، مدل CMIP6
  • پدرام سوداگر* صفحات 17-31
    مقدمه

    بارش یکی از مهم ترین ورودی ها در مدل های هیدرولوژیکی است. از آنجا که بارش از نظر مکانی و زمانی بسیار متغیر است، داده های با تفکیک زمانی و مکانی بالا برای مدل سازی دقیق هیدرولوژیکی مورد نیاز است. اندازه گیری دقیق بارش را می توان به طور کلی از ایستگاه های هواشناسی معمولی به دست آورد. با این حال، ایستگاه های باران سنجی پراکنده می توانند منجر به نمایش ضعیف بارش از نظر مکانی شوند. این کمبود در دقت مکانی می تواند به خصوص در مناطق با تغییرات جغرافیایی شدید، مانند نواحی کوهستانی، تاثیر قابل توجهی بر نتایج مدل سازی داشته باشد. فقدان داده های بارش با وضوح بالا می تواند به شبیه سازی های هیدرولوژیکی با کیفیت پایین و راه حل های نامناسب برای مشکلات منابع آب منجر شود. در کشورهای در حال توسعه، مانند ایران، کمبود منابع مالی و فنی منجر به شبکه های باران سنجی با توزیع پراکنده و غیریکنواخت می شود. این توزیع نابرابر می تواند مشکلات عمده ای در زمینه پیش بینی و مدیریت منابع آب ایجاد کند. به منظور پر کردن این شکاف، داده های بارش، دما و تبخیر و تعرق مورد نیاز برای مدل سازی هیدرولوژیکی توسط سازمان های مختلف با استفاده از محصولات سنجش از راه دور مبتنی بر ماهواره ارائه شده اند. محصولات بارش شبکه ای در مقیاس جهانی یا شبه جهانی با وضوح های زمانی و مکانی مختلف در چند دهه اخیر تولید شده اند. این محصولات شامل داده هایی هستند که از منابع مختلف جمع آوری و سپس با استفاده از مدل های پیچیده پردازش می شوند تا نقشه های بارش با دقت بالا تولید شود. بنابراین، نیاز به ارزیابی کیفیت، تناسب و صحت این محصولات در مناطق مختلف قبل از استفاده از آن ها در مدل سازی هیدرولوژیکی و تصمیم گیری در زمینه منابع آب وجود دارد.

    مواد و روش

    این مطالعه کیفیت داده های چهار محصول پرکاربرد برآورد بارش ماهواره ای با وضوح بالا شامل: CMORPH، 3B42RT، 3B42 و PERSIANN را برای شبیه سازی جریان آب با استفاده از مدل هیدرولوژیکی ابزار ارزیابی خاک و آب (SWAT) در حوضه آبخیز کوهستانی 312 کیلومتر مربعی تیغ سیاه در جنوب شرقی ایران ارزیابی می کند. حوضه آبخیز تیغ سیاه به دلیل ویژگی های جغرافیایی و اقلیمی خاص خود، محیط مناسبی برای بررسی دقت و کارایی داده های ماهواره ای در شبیه سازی هیدرولوژیکی فراهم می آورد. در این مطالعه، دو رویکرد مختلف واسنجی مدل SWAT به منظور ارزیابی کیفیت داده های ماهواره ای برآورد بارش مورد بررسی قرار گرفت. اولین رویکرد واسنجی با استفاده از داده های اندازه گیری شده بارش در ایستگاه های باران سنجی به عنوان ورودی مدل انجام شد. در این رویکرد، داده های اندازه گیری شده به عنوان مرجع و پایه ای برای ارزیابی دقت و صحت داده های ماهواره ای استفاده شدند. دومین رویکرد واسنجی با هریک از محصولات بارش ماهواره ای به عنوان ورودی مدل صورت گرفت. در این روش، داده های ماهواره ای به طور مستقیم به مدل SWAT وارد شده و نتایج شبیه سازی جریان آب با استفاده از این داده ها با نتایج حاصل از داده های اندازه گیری شده مقایسه شدند. این مقایسه ها به منظور تعیین دقت و کارایی هریک از محصولات ماهواره ای در شبیه سازی جریان آب در حوضه آبخیز تیغ سیاه انجام گرفت. نتایج حاصل از این مطالعه می تواند به شناسایی نقاط قوت و ضعف هر یک از محصولات ماهواره ای برآورد بارش کمک کرده و راهکارهایی برای بهبود دقت شبیه سازی های هیدرولوژیکی ارائه دهد.

    یافته ها

    نتایج این مطالعه نشان دهنده خطای قابل توجهی در تخمین های مربوط به داده های ماهواره ای برآورد بارش است. با این حال، عملکرد هر محصول ماهواره ای برآورد بارش متفاوت می باشد. به طور خاص، محصولات 3B42RT و CMORPH کیفیت بهتری در برآورد بارش نسبت به 3B42  وPERSIANN نشان دادند. این تفاوت ها در دقت داده های ماهواره ای می تواند تاثیر زیادی بر نتایج شبیه سازی های هیدرولوژیکی داشته باشد. مدل واسنجی شده با داده های ماهواره ای برآورد بارش در مقایسه با مدل واسنجی شده با داده های ایستگاه باران سنج، عملکرد بهتری در شبیه سازی جریان نشان داد. از طرفی، مدل واسنجی شده با داده های ماهواره ای برآورد بارش منجر به بیش برآورد شماره منحنی (CN) شد. بنابراین، هنگام استفاده از مقادیر پارامترهای واسنجی شده با ورودی های ماهواره ای برآورد بارش باید احتیاط کرد. برای بهبود دقت شبیه سازی ها، تصحیح خطای داده های ماهواره ای برآورد بارش در دو مرحله انجام شد. در مرحله اول، در هر پیکسل تخمین، خطا در هر گروه داده ماهواره ای با تقسیم تخمین بارش ماهانه بر مقدار بارش باران سنج مربوطه برآورد شد. سپس، مقدار بارش ماهانه هر داده ماهواره ای در مقدار خطای به دست آمده ماهانه ضرب شد تا خطا در تمامی داده های ماهواره ای برآورد بارش از بین برود. نتایج نشان داد که تصحیح خطای تخمین های حاصل از داده های ماهواره ای برآورد بارش به طور قابل توجهی شبیه سازی جریان با استفاده از مدل SWAT را بهبود می بخشد. این بهبود نشان می دهد که با انجام تصحیحات مناسب، داده های ماهواره ای می توانند ابزار مفیدی برای شبیه سازی های هیدرولوژیکی باشند، به ویژه در مناطقی که داده های زمینی محدود یا پراکنده هستند. این مطالعه همچنین تاکید می کند که استفاده از داده های تصحیح شده می تواند دقت و قابلیت اعتماد نتایج مدل سازی را افزایش دهد و به تصمیم گیری های بهتر در زمینه مدیریت منابع آب کمک کند.

    نتیجه گیری

    این مطالعه نشان داد که تخمین های حاصل از ماهواره های برآورد بارش هنگامی که مستقیما توسط مدل هیدرولوژیکی به جریان شبیه سازی شده تبدیل می شوند، منجر به خطاهای زیادی می شوند. این خطاها ممکن است به دلیل وسعت کوچک و کوهستانی بودن حوضه آبخیز تیغ سیاه باشد. در این مورد، تصحیح خطای داده های ماهواره ای برآورد بارش به طور قابل توجهی شبیه سازی مدل را بهبود می بخشد. نتایج این مطالعه حاکی از آن است که بهترین شبیه سازی مدل بر اساس ورودی های بارش ماهواره ای پس از تصحیح خطا و واسنجی مجدد مدل با استفاده از داده های ماهواره ای تصحیح شده به دست می آید. این یافته ها بر اهمیت اصلاح داده های ماهواره ای پیش از استفاده در مدل سازی های هیدرولوژیکی تاکید دارد و نشان می دهد که با انجام تصحیحات مناسب، می توان به دقت بالاتری در پیش بینی ها و تصمیم گیری های مرتبط با مدیریت منابع آب دست یافت.

    کلیدواژگان: تصحیح خطا، داده های ماهواره ای برآورد بارش، رویکرد واسنجی، شبیه سازی جریان
  • کامله آقاجانلو*، حسین فتحی المالو صفحات 32-48
    مقدمه و هدف

    تغییرات اقلیمی می توانند به طور قابل توجهی بر فعالیت های اجتماعی-اقتصادی و کیفیت زندگی به ویژه در کشورهایی که در حال حاضر نیز با تنش های آبی مواجه هستند، تاثیر بگذارند. مدل های اقلیمی، نقش کلیدی در ارزیابی تاثیر تغییرات آب و هوایی و توسعه راهبردهای سازگاری و تاب آوری دارند. با توجه به اهمیت امنیت غذایی و به دنبال آن امنیت آبی در بحث تاب آوری در برابر تغییرات اقلیمی و همچنین سهم قابل توجه استان مازندران در تولید محصولات کشاورزی و تامین غذای کشور، بررسی وضعیت خشکسالی این استان و روند تغییرات اقلیمی آن اهمیت بسیاری دارد. بنابراین در این مطالعه، شرایط خشک سالی و ترسالی دوره 20 ساله پایه استان مازندران، با استفاده از شاخص تک متغیره بارش استاندارد شده مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با به کارگیری پنج مدل گردش جهانی (GCM) موجود در فاز 6 پروژه برونداد اقلیمی (CMIP6)، تحت سه سناریو SSP2.6، SSP4.5 و SSP8.5، پیش نمایی های دما و بارش در مقیاس محلی در دوره های آینده انجام شد.

    مواد و روش ها

    در منطقه مورد مطالعه، شش ایستگاه هواشناسی رامسر، نوشهر، سیاه بیشه، بابلسر و قراخیل، به دلیل پوشش بیشترین سال آماری و توزیع مکانی مناسب در سطح منطقه انتخاب شدند. سری های زمانی بارش، دمای حداکثر و حداقل روزانه برای شش ایستگاه انتخابی در منطقه با دوره آماری پایه 20 ساله (دوره ژانویه 1999 االی دسامبر 2018) جمع آوری شدند. پس از اطمینان از کیفیت داده ها، روند تغییرات آن ها با استفاده از آزمون های من کندال و شیب سن مورد بررسی قرار گرفتند. مقادیر شاخص بارش استاندارد در بازه های مختلف محاسبه شد و مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، داده های در مقیاس بزرگ از پنج مدل گردش عمومی (ACCESS-CM2، CanESM2، CNRM-CM-6-1، MRI-ESM2-0 و NESM3)، توسط مولد آب و هوایی LARS-WG6 ریزمقیاس نمایی شدند. بدین ترتیب، پیش یابی های تغییرات فصلی و سالانه برای Tmax، Tmin و بارش در دو دوره آینده (2060-2040) و(2100-2080) با استفاده از میانگین GCMهای منتخب انجام گرفت.

    یافته ها

    نتایج بررسی آماری داده های تاریخی، روندهای افزایشی برای دمای حداقل و حداکثر و روند کاهشی برای بارش در دوره پایه را نشان می دهند، اما هیچ یک از این روندها در سطح احتمالاتی 0/05 معنادار نبوده است. همچنین، تجزیه و تحلیل ها بیانگر وقوع حاد ترین خشک سالی ها در استان در سال های 2007 ، 2009 و اواخر 2011 و اوایل 2012 و نیز 2018 می باشد، به طوری که در تمامی ایستگاه ها مقدار SPI به کمتر از 1/0- رسید. مرطوب ترین سال های استان نیز سال های 2004 الی 2006 و نیز سال 2017 هستند. در تمامی ایستگاه های منطقه فراوانی نسبی دوره های مرطوب بیشتر از دوره های خشک می باشد. در بحث ریزمقیاس نمایی، نتایج تائید کننده ی قابلیت مدلLARS-WG6 در شبیه سازی دما با دقت بیشتری نسبت به بارش در سطح استان هستند که خطاهای شبیه سازی بارش در فصل های پرباران، بیشتر هستند. در این نتایج برای دمای حداکثر و حداقل ماهانه، کمترین مقادیر ضریب همبستگی، 0/941 و مقادیر ریشه میانگین مربعات خطا مابین 1/05 و 3/82 درجه سانتی گراد می باشد. بیشترین تفاوت های مقادیر بارش تولید شده و مشاهداتی در ماه های پرباران بود که GCMها حجم بارندگی ها را بسیار دست پایین تخمین می زنند. در تجزیه و تحلیل تغییرات اقلیمی در آینده، هر پنج GCM نشان دادند که افزایش مداوم دما در منطقه مورد مطالعه پیش بینی می شود. با این حال، تفاوت در میزان تغییرات پیش یابی شده در GCM ها و SSP ها مختلف دیده شد. این تغییرات دمای پیش بینی شده قابل توجه و قابل اعتماد هستند زیرا تمامی مدل ها در مورد جهت تغییر دما در کل استان توافق دارند. به طور کلی، افزایش میانگین Tmax و Tmin تحت SSP8.5 در مقایسه با SSP4.5 به دلیل انتشار گازهای گلخانه ای کاهش نیافته، قابل ملاحظه است. به طوری که تحت سناریوی SSP8.5 در سال های 2050 و 2090 بیشترین تغییرات متوسط در سطح استان برای دمای حداکثر، به ترتیب 2/64 و 4/72 درجه سانتی گراد افزایش در فصل بهار و بیشترین تغییرات متوسط دمای حداقل، به ترتیب 2/97 و 4/83 درجه سانتی گراد افزایش در فصل پاییز محاسبه گردید. تغییر بارش آینده پیچیدگی و عدم قطعیت بیشتری را نسبت به دما نشان داد. بالاترین میزان تغییرات افزایشی حجم بارش در سطح استان در سال 2090 در سناریوهای SSP4.5 و SSP8.5 در ایستگاه رامسر به میزان 40/5 و 51/9 درصد اعلام می گردد. همچنین، در سطح استان به طور متوسط تحت سناریوهای SSP4.5 و SSP8.5 در افق (2060-2040) به ترتیب 38/86 و 43/95 درصد و در افق (2100-2080) به ترتیب 45/11 و 65/94 درصد افزایش حجم بارندگی پیش یابی می شود. به این ترتیب، با استناد به نتایج مطالعه حاضر، در سطح استان، تغییرات به سمت دوره مرطوب تر در طول دوره های آینده پیش می رود که بخش غربی استان با افزایش بارندگی بیشتری مواجه می گردد.

    نتیجه گیری

    بررسی وضعیت خشک سالی در دوره پایه بیانگر وقوع دوره های با بارندگی نزدیک به نرمال در بازه های طولانی تر می باشد و ایستگاه های ساری و قراخیل نسبت به ایستگاه های غرب استان خشکی بیشتری را گزارش می دهند. همه مدل های پیش یابی GCM، نتایج یکسانی را در روندهای افزایش گرمایش قابل توجهی در این استان ارائه دادند ولی برای بارش به دلیل حساسیت موضوع و عدم قطعیت های دخیل بر مساله، پیشنهاد می شود که مدل های دیگر در این رابطه مورد بررسی قرار گیرد. بنابراین، با توجه به تاثیر تغییرات پارامترهای دمایی و بارش بر منابع آبی و سیلاب های منطقه، ضروری است جهت سازگاری و تاب آوری در برابر تغییرات اقلیمی، راهکارهای مدیریتی مناسب برای آینده اتخاذ گردد.

    کلیدواژگان: استان مازندران، بارندگی، دما، شاخص بارش استاندارد، CMIP6
  • جواد آریان منش، حمید نظری پور*، پیمان محمودی، پرویز خسروی صفحات 49-64
    مقدمه و هدف

    سری های زمانی کامل هیدرولوژیکی برای مدیریت و مدل سازی منابع آب و انرژی در یک اقلیم در حال تغییر حیاتی هستند. با این حال، چنین متغیرهایی اغلب با داده های گمشده همراه هستند، که فرایند تجزیه و تحلیل را دشوار و یا گاهی غیرممکن می کند. شکاف های داده باعث مشکلاتی در تفسیر، واسنجی ناکارآمد مدل و آماره های اریب دار می شوند. در این بررسی، اعتبار یک الگوریتم ماشین یادگیری تصادفی غیرپارامتری که جنگل گمشده (MissForest) نام دارد برای پرکردن شکاف سری های زمانی جریان روزانه در منطقه ای با داده کمیاب و تغییرپذیری اقلیمی قوی، ارزیابی گردیده است.

    مواد و روش ها

    داده های جریان روزانه در ایستگاه های جریان سنجی حوزه آبریز بلوچستان جنوبی در یک دوره طولانی مدت هیدرولوژیکی (1972/09/23 تا 2018/09/22) مورد بررسی قرار گرفته است. منطقه مورد مطالعه این پژوهش (حوزه آبریز بلوچستان جنوبی) از مجموعه حوزه آبریز خلیج فارس و دریای عمان بوده و با حدود بین سدیج و مرکز پاکستان شناخته می شود. درصد گمشدگی بر اساس یک معیار قراردادی (کمتر از 50 درصد) به عنوان نسبت قابل قبول از نرخ گمشدگی در داده های جریان انتخاب و سپس مکانیسم ها و الگوهای گمشدگی داده ها تعیین گردیده است. بر این اساس، تعداد ایستگاه های جریان سنجی از 11 به 7 نمونه کاهش یافته است. سپس توزیع زمانی جریان های روزانه گمشده در طول ماه های سال و فراوانی نسبی طول گمشدگی در کل دوره مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، عملکرد الگوریتم بازسازی داده های گمشده با دو سناریوی متفاوت داده گمشده مصنوعی به چالش کشیده شده است. برای این منظور، دو نوع شکاف مصنوعی در قسمت داده های کامل ایجاد شده است. الف) در هر ایستگاه جریان سنجی یک بخش از داده ها (با طول 7، 14، 21، 30، 60، 180 و 365 روز) به طور تصادفی از کل دوره حذف شده است. ب) نقاط داده منفرد شامل مقادیر مشاهده شده روزهای (30، 60، 90، 120، 180 و 365) به طور تصادفی از کل دوره (2018-1972) حذف شده اند. الگوریتم جنگل گمشده برای پرکردن شکاف های مصنوعی اجرا و سپس اعتبارسنجی الگوریتم در پرکردن داده های گمشده جریان روزانه با مقایسه سری های پرشده با داده های مشاهده شده، از طریق آزمون های سه گانه نیکویی برازش (GoF) شامل ضریب تعیین (R2)، درصد بایاس یا اریب (PBIAS) و معیار کلینگ- کوپتا (KGE) تست شده است.  علاوه بر آن، برخی کنترل ها در عملکرد الگوریتم جنگل گمشده جهت حساسیت سنجی انجام شده است. به این مفهوم که الگوریتم جنگل گمشده با درصدهای مختلف از گمشدگی داده در ایستگاه هدف (%5، %10، %15، %20، %25 و %30) و همچنین تعداد رکوردهای پیش بینی کننده جریان ایستگاه هدف، آزمایش شده است.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که به طور کلی الگوریتم جنگل گمشده عملکرد رضایت بخش و خوبی داشته و امکان شبیه سازی دقیق و مطمئن داده های از دست رفته را به سرعت و به صورت خودکار فراهم می آورد. عملکرد الگوریتم جنگل گمشده به شدت تابعی از تعداد رکوردهای پیش بینی کننده، طول رکورد و نوع جریان رودخانه می باشد. عملکرد الگوریتم جنگل گمشده به درصد گمشدگی داده های ایستگاه هدف حساس و به تعداد رکوردهای پیش بینی کننده بی تفاوت بوده است. با افزایش درصد گمشدگی داده ها، عملکرد الگوریتم جنگل گمشده به طور قابل ملاحظه کاهش یافته است. علاوه بر آن، این الگوریتم گمشدگی های کوتاه مدت را نسبت به گمشدگی های طولانی مدت، دقیق تر برآورد می کند. عملکرد الگوریتم جنگل گمشده به تعداد رکوردهای پیش بینی کننده حساس نمی باشد. این وضعیت، به ماهیت هیدروفیزیوگرافی زیرحوضه های آبریز و موقعیت ایستگاه های آب سنجی مربوط می شود. تنها در صورتی عملکرد الگوریتم جنگل گمشده برای یک ایستگاه خاص با افزایش رکوردهای پیش بینی کننده بهبود می یابد که ایستگاه های اهداءگر در حوضه آبریز مشترک با ایستگاه هدف قرار داشته باشند در نهایت، بازسازی شکاف های واقعی در داده های جریان از طریق اعمال این الگوریتم هوشمند ممکن گردید. سری های زمانی جریان رودخانه ها با رژیم جریان طبیعی با عملکرد خوب شبیه سازی شد؛ درحالی که این عملکرد برای تغییرات دبی در نتیجه ذخیره سازی و انحراف آب برای آبیاری به ویژه در پایین دست سدها اندکی افت داشت. عملکرد این الگورتیم در پرکردن سری زمانی روزانه جریان با تغییرات شدید رژیم جریان مانند دبی اوج، مطلوب ارزیابی نشد. این افت عملکرد بیشتر متوجه شرایط هیدرواقلیمی حوزه آبریز مورد مطالعه است تا ساختار الگوریتم. هیدروگراف های بازسازی شده امکان تجزیه و تحلیل تغییر و تنوع جریان و برهم کنش آن ها با متغیرهای آب و هوایی کلیدی را فراهم می کنند.

    نتیجه گیری

    الگوریتم جنگل گمشده به عنوان یکی از روش های بازسازی مبتنی بر یادگیری ماشین دارای اعتبار و عملکرد بالا در بازسازی داده های گمشده جریان روزانه رودخانه معرفی شده و می توان از آن به صورت خودکار و هوشمند در بازسازی نواقص آماری جریان رودخانه در مقیاس روزانه استفاده نمود. پیشنهاد می گردد اثرات حوضه های مختلف با ویژگی های هیدروفیزیکی و اقلیمی خاص در مطالعات آتی بر روی عملکرد الگوریتم جنگل گمشده مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. بررسی روش پیشنهادی این مطالعه در سایر مناطق هیدرواقلیمی و جغرافیایی، سنجش حساسیت به رژیم بارندگی و جریان رودخانه و در نهایت بررسی عملکرد آن در مقایسه با سایر روش های رایج از جمله موارد دیگری است که در مطالعات آتی می توان به آن پرداخت.

    کلیدواژگان: الگوریتم جنگل تصادفی، جریان رودخانه، داده گمشده، نیکویی برازش، یادگیری ماشین
  • افسانه جعفری، حبیب نظرنژاد*، سعید نجفی، فرخ اسدزاده صفحات 65-76
    مقدمه و هدف

     از مهم ترین اهداف عملیات آبخیزداری، کاهش فرسایش و هدر رفت خاک و در مرحله بعد جلوگیری از خروج ذرات فرسایش یافته از حوزه آبخیز است. به همین منظور معمولا در سراسر آبخیزها سازه هایی جهت کنترل رسوب احداث می شود. بندهای اصلاحی نقش ویژه و مهمی در کاهش بار رسوبی رودخانه نیز ایفا می کنند. هدف از احداث بندهای رسوب گیر جلوگیری از ورود ذرات رسوب ناشی از فرسایش اراضی بالادست به رودخانه اصلی است. توزیع اندازه ذرات از مهم ترین ویژگی های فیزیکی مواد رسوبی بوده که از آن به عنوان یک عامل مهم در مدیریت رسوب در حوزه های آبخیز استفاده می شود. بسیاری از ویژگی های کمی و کیفی رسوبات مانند تخلخل، نفوذپذیری، قابلیت انتقال، واکنش پذیری شیمیایی و فرسایش پذیری تحت تاثیر اندازه ذرات و چگونگی توزیع آن ها است. برای دستیابی به نتیجه بهتر در حوزه های آبخیر و به ویژه تله اندازی رسوبات در پشت بندهای اصلاحی، شناخت نوع رسوب و خصوصیات آن کمک شایانی در زمینه مدیریت بهتر حوزه های آبخیز و منابع آب و خاک می کند. در مقایسه بندهای اصلاحی با سایر اقدامات حفاظت آب و خاک جهت کاهش رسوب، به نظر می رسد که موثرترین راه برای کاهش سریع ورود رسوبات درشت دانه به رودخانه، بندهای اصلاحی باشد. با توجه به نقش بندهای رسوب گیر در به دام انداختن ذرات رسوب، مطالعه رسوبات موجود در پشت این بندها از نظر ویژگی های توزیع اندازه ذرات دارای اهمیت به سزایی است. هدف از این پژوهش، بررسی توزیع اندازه ذرات رسوب در پشت بندهای اصلاحی و بررسی کارایی بندهای رسوب گیر در تله اندازی رسوبات در حوزه آبخیز لشکران سلماس است.

    مواد و روش ها

     حوزه آبخیز لشکران در شمال غربی شهرستان سلماس در استان آذربایجان غربی واقع شده است. بر اساس تقسیم بندی کشوری در حوزه آبریز دریاچه ارومیه قرار دارد و مختصات جغرافیایی آن در طول جغرافیایی '38°44 تا '40°44 شرقی و عرض '38°17 تا '18°38 شمالی است. مساحت این حوضه 363 هکتار است. ابتدا با پایش میدانی، محل و ابعاد سازه ها و ارتفاع رسوب انباشته شده در پشت سازه ها بررسی و اندازه گرفته شد. برای تعیین توزیع اندازه ذرات رسوبات، از رسوبات پشت هر بند اصلاحی، نمونه برداری از دو عمق 0 تا 25 و 25 تا 50 سانتی متری انجام شد. در مجموع، 32 نمونه رسوب از هشت بند برداشت شد. نمونه ها به آزمایشگاه منتقل و پس از هوا خشک شدن از الک 2 میلی متری عبور داده شد. توزیع اندازه ذرات نمونه های رسوب به روش هیدرومتری انجام شد. برای بررسی کمی توزیع اندازه ذرات رسوب، مدل بهینه از بین تعدادی از مدل های توزیع اندازه ذرات انتخاب و شاخص های توزیع اندازه ذرات مانند D50 از طریق مدل بهینه محاسبه شد.

    یافته ها

     در حوضه مورد مطالعه، بندهای اصلاحی بر روی آبراهه با سه رتبه شامل رتبه یک، سه و چهار احداث شده اند. هفت بند بر روی آبراهه رتبه سه، یک بند در آبراهه رتبه چهار و یک بند در آبراهه رتبه یک احداث شده اند. نتایج نشان داد در آبراهه های رتبه 3 توزیع اندازه ذرات از الگوی خاص و منظمی تبعیت نمی کند و میانگین شن، سیلت، رس به ترتیب 65/7 ، 28/2 و6/1 درصد است. در آبراهه رتبه 4 ، میانگین شن 80/4 درصد و سیلت و رس به ترتیب 16/5 و 3/2 درصد است. این میزان در آبراهه رتبه یک به ترتیب 82/7، 9/8 و 7/6 درصد است. به طورکلی میانگین درصد ذرات شن و پس از آن سیلت بیشترین میزان حجم ذرات تشکیل دهنده رسوبات است. توزیع اندازه رسوب آبراهه رتبه سه نشان داد میزان تغییرات ذرات رسوب روند منظمی ندارد ولی به طورکلی میزان ذرات رس و سیلت با افزایش فاصله از خروجی حوزه آبخیز حالت صعودی و ذره شن حالت نزولی دارد. آبراهه رتبه چهار دارای شدت جریان بالایی است و تصور این است که ذرات درشت تری را با خود حمل می کند. در طول مسیر با نزدیک شدن به خروجی، میزان ذرات درشت به دلیل وجود بندهای اصلاحی و به تبع آن انباشته شدن رسوبات در پشت بندها کاهش پیدا می کند. میزان رس و سیلت با افزایش فاصله از خروجی روند نزولی و شن نیز روند صعودی دارد. آبراهه رتبه یک کمترین شدت جریان را دارد. مقدار رس با افزایش فاصله ثابت بوده و سیلت افزایش و شن کاهش پیدا کرده است. به منظور بررسی کارایی مدل ها از سه ضریب کارایی استفاده شد. نتایج توزیع دانه بندی رسوبات نشان داد بندها در تله اندازی رسوبات درشت دانه مانند شن با سهم 69/5 درصد بیشترین کارایی را داشته اند. همچنین نتایج بررسی ضرایب کارایی مدل های توزیع اندازه ذرات نشان داد مدل فردلاند با بیشترین ضریب تعیین با مقدار 0/98، کمترین شاخص RMSE با مقدار 0/03 و آماره آکائیک با مقدار 59/54- کارآمدترین مدل در اندازه گیری توزیع اندازه ذرات رسوب نسبت به هفت مدل دیگر است.

    نتیجه گیری

     با توجه به اینکه میانگین ذرات شن، سیلت و رس به ترتیب 69/5، 24/7 و 5/8 درصد است نشان دهنده عملکرد بندهای اصلاحی در مهار رسوبات درشت دانه مانند شن است. نتایج نشان می دهد بندهای بالادست حوضه ذرات درشت تر را مهار کرده اند اما این روند در بندهای اصلاحی دیگر مشاهده نمی شود. به نظر می رسد در تغییرات اندازه رسوب انباشته شده، نوع بند رسوب گیر و توالی آن تاثیرگذار است. همچنین به دلیل فاصله کم بندها از یکدیگر، رواناب، ذرات ریز تا درشت را با خود حمل کرده و نمی توان تمایز قطری منظمی به دست آورد.

    کلیدواژگان: اقدامات آبخیزداری، اندازه ذرات رسوب، حوزه آبخیز لشکران
  • هایده بیانی، علی باقری*، داود اکبری نودهی، ولی الله کریمی صفحات 77-88
    مقدمه و هدف

    تغییر کاربری/پوشش زمین در یک منطقه معین نتیجه مسائل زیست محیطی و اجتماعی- اقتصادی و همچنین فعالیت های انسانی در طول زمان و مکان است. افزایش و کاهش در رشد جمعیت در سیستم، اقلیم، توسعه مالی و عناصر فیزیکی مانند مناظر، وضعیت درجه و نوع خاک همگی بر تغییرات پوشش زمین کاربری (LULC) تاثیر دارند. بررسی پژوهش های صورت گرفته و مستند در خصوص تاثیر تغییرکاربری اراضی بر پاسخ هیدرولوژیک حوضه آبخیز، بیانگر آن است که تحقیقات زیادی در این زمینه در سطح ایران و جهان صورت گرفته است. اما تاکنون در زمینه تاثیر الگوی سیمای سرزمین و روند شاخصه های آن مشاهده نشده است.در این مطالعه با در نظرگرفتن یک دوره زمانی 20 ساله در حوزه تجن با استفاده از مدل SWAT تحت سناریوهای تداوم روند تغییرات کاربری اراضی، فرایندهای تغییر سیمای سرزمین و نیز سناریوهای مدیریتی، رواناب حوزه آبخیز تجن بررسی شد. هم چنین با بررسی ارتباط پارامترهای جریان با سنجه های سیمای سرزمین امکانات بالقوه استفاده از سنجه های سیمای سرزمین در مدیریت رواناب حوزه آبخیز را موردتوجه قرار دهد.

    مواد و روش ها

    منطقه مورد مطالعاتی حوضه رودخانه تجن (حدود 4000 کیلومتر مربع) است که توسط کوه های البرز در جنوب و دریای خزر در شمال احاطه شده و در استان مازندران واقع شده است. با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT شاخص جریان هیدرولوژیکی محیطی بررسی شد. مدل SWAT یک مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیع شده و پیوسته است که برای مدیران منابع آب ایجاد شده است تا با در نظر گرفتن تاثیر شیوه های مدیریتی مختلف بر جریان رودخانه و آلودگی غیر نقطه ای، مناسب ترین استراتژی یا راه حل را انتخاب کنند. سپس در ادامه با بهره گیری از نقشه های کاربری اراضی منطقه تحت دوره زمانی 1991، 1995، 2000، 2010 ،2016 ،2020 از نظر تغییرات سیمای سرزمین، میزان شدت جریان حوزه مورد بررسی قرار گرفت. دوره های واسنجی و صحت سنجی باتوجه به موجود بودن آمار ایستگاه هیدرومتری واقع بر رودخانه تجن به ترتیب 2012-1997 و 2018-2013 انتخاب شده اند.

    یافته ها

    نتایج شبیه سازی نشان داد که مدل SWAT قابلیت شبیه سازی خوبی را در برآورد جریان ایستگاه های هیدرومتری کردخیل، پرویج، ریگ چشمه، ورند، واستان، گرم رود، کرچای و علی آباد دارد. شاخص های EFC که به جریان های کم ماهانه، جریان های بسیار کم، پالس های جریان بالا، سیل های کوچک و سیل های بزرگ تقسیم می شوند نیز در این مطالعه در نظر گرفته شدند زیرا این اطلاعات برای حفظ یکپارچگی اکولوژیکی رودخانه بسیار مهم است. اولین گروه EFC جریان کم ماهانه جریان سطحی را نشان می دهد، بنابراین هرگونه تغییر در این پارامترها می تواند با در دسترس بودن جریان سطحی مرتبط باشد. اساسا، کاهش جزئی در جریان کم ماهانه را می توان در ماه های آوریل، می و اکتبر تا دسامبر 0.2٪ تا 1.1٪ براساس پیش بینی میانگین مجموعه در مقابل، جریان های کم ماهانه از جولای تا سپتامبر، درنظر گرفت. پیش بینی می شود در سطح اطمینان 95 درصد به میزان قابل توجهی بین 4/3 تا 9/4 درصد افزایش یابد. در حالت کلی فرایند جریان با استفاده از SWAT OUTPUT WIEVER برآورد شد. پس از بررسی و قابلیت مدل در تاثیر کاربری اراضی و تاثیر آن بر میزان رواناب، نتایج نشان داد که میزان رواناب در پوشش سرزمین افزایش خواهد یافت ، لذا ضروری است استراتژی هایی جهت مدیریت روانآب رودخانه صورت گیرد. دلیل پایین بودن نتایج در یکسری ایستگاه ها به خاطر کمبود تعداد ایستگاه باران سنج و سینوپتیک در مناطق برای ثبت بارش شدید در مقیاس روزانه با پوشش فضایی بهتر بود.

    نتیجه گیری

    در مطالعه حاضر، مدل سازی SWAT و آنالیز تغییرات سرزمین به عنوان ابزارهای برنامه ریزی نو جهت بررسی پویایی سرزمین در حوزه آبخیز تجن از سال 1990 تا 2020 بررسی گردید. نتایج آنالیز تغییرات طی سال های 2020-1990، کاهش جنگل را به میزان 1211 هکتار نشان داد. بیشترین جنگل زدایی در حاشیه اراضی کشاورزی قبلی به علت دسترسی بهتر مشاهده گردید. به علاوه افزایش رشد جمعیت ، استفاده چوب جنگل به عنوان سوخت ، ساخت و ساز و تعمیر خانه های روستائیان دلایل دیگر جنگل زدایی در منطقه مورد مطالعه است. از دیگر دلایل تخریب اراضی جنگلی را می توان به چرای دام مرتبط دانست . مشابه سایر مطالعات مدل سازی ، نتایج ارائه شده در این تحقیق شامل محدودیت های ذاتی مختلف می باشند و عدم قطعیت مدل سازی به علت کاربرد شبیه سازی جریان پوشش سرزمین در مدل هیدرولوژی چند برابر شد. این مطالعه به وضوح اثرات شرایط تغییر پوشش گیاهی در حوزه آبخیز تجن را در چند بازه پیش بینی کرد. اگرچه ، کاهش در دسترس بودن آب در اواخر بهار و تابستان می تواند میزان آب جهت آبیاری در پایین دست حوزه را به خطر اندازد، مگر اینکه مدیریت مناسب آب و ذخیره آن همراه با استفاده و مدیریت بهتر رواناب اجرا شود. نتایج این مطالعه به ویژه اهمیت پوشش سرزمین که می تواند اثر اندک، کاهش و یا افزایش بر کمیت آب داشته باشد را تایید کرد. همچنین این مطالعه اطلاعات ارزشمند و مهمی را که برای تصمیم سازان به منظور طراحی سناریوهای سازگار منطبق با اصول توسعه پایدار است، فراهم می کند. در نهایت، نتایج این مطالعه به ویژه اهمیت پوشش سرزمین که می تواند اثر اندک، کاهش یا افزایش بر کمیت آب داشته باشد را تایید کرد. همچنین این مطالعه اطلاعات ارزشمند و مهمی را برای تصمیم سازان به منظور طراحی سناریوهای سازگار منطبق با اصول توسعه پایدار که هدف آن مدیریت جریان است را فراهم می کند.

    کلیدواژگان: سناریو، سیمای سرزمین، شبیه سازی، مدیریت جریان
  • حسین رویگر*، صمد امامقلی زاده، سعید قره چلو، سعید گلیان صفحات 89-104
    مقدمه و هدف

    در چند سال اخیر، تغییرات اقلیم و کاربری اراضی منجر به نوسانات منابع آب شده است. این تغییرات بر جریان رودخانه، محیط زیست، آب آشامیدنی و کشاورزی تاثیر گذاشته است. .تغییر کاربری اراضی چهار اثر مهم روی هیدرولوژی حوزه های آبخیز دارد که عبارت اند از: تغییر در خصوصیات دبی اوج، تغییر در حجم کل رواناب، تغییر در کیفیت آب و تغییر در تعادل هیدرولوژیک. به منظور پیش گیری از بلایای طبیعی، شناسایی شرایط فعلی و پیش بینی وضعیت آینده مهم است. فائق آمدن بر این بحران ها و کاهش اثرات سوء آن ها، تنها در سایه مدیریت و برنامه ریزی و با تکیه به دانش روز عملی می باشد. مطالعه حاضر با هدف تعیین چگونگی تاثیر تغییر اقلیم و کاربری اراضی بر جریان رودخانه در حوضه تالار بین سال های 2020 تا 2050 انجام شد.

    مواد و روش ها

    با توجه به اینکه اثر تغییرات کاربری آینده در حوضه آبریز تالار مازندران با استفاده از گزارش ششم تغییر اقلیم و اثر تلفیقی تغییرات کاربری و تغییر اقلیم در این حوضه مورد بررسی جدی قرار نگرفته است، در این مطالعه اثر تغییر کاربری اراضی (با استفاده از تصاویر ماهواره لندست و مدلCA-Markov) و تغییر اقلیم (خروجی های دما و بارش چند مدل گزارش ششم تغییر اقلیم و ریزمقیاس نمایی آن ها با روش های نوین delta و Qm بر میزان آبدهی رودخانه تالار (با استفاده از مدل SWAT) در سال های آینده تا  سال 2050 موردمطالعه قرار گرفت.این مطالعه داده ها را بر اساس سناریوهای تغییر اقلیم CMIP6 و همچنین پیش بینی های کاربری زمین برای سال های 2035 و 2050 تجزیه وتحلیل کرد. ابتدا، مدل (SWAT) برای ارزیابی اثرات اقلیم و کاربری اراضی بر جریان رودخانه در حوضه رودخانه تالار استفاده شد. پس از کالیبراسیون و اعتبارسنجی مدل با استفاده از بهترین پارامترها از سال 2001 تا 2020، داده های CMIP6 بر اساس شش مدل کوچک سازی شدند و تحت دو سناریو SSP2-4.5 و SSP5-8.5 پیش بینی شدند. برای کاهش مقیاس مدل های گردش عمومی اتمسفر، از دو روش استفاده شد: روش دلتا (Delta) و نقشه برداری کوانتیل (Qm). این روش ها به دلیل مقیاس بزرگ مدل ها انتخاب شدند. همچنین در این تحقیق از مدل پیش بینی مارکوف (CA-Markov) برای شبیه سازی و پیش بینی تغییر کاربری زمین برای سال های 2035 و 2050 استفاده شد. داده های بارش و دما حاصل از سناریوهای تغییر اقلیم و کاربری اراضی برای پیش بینی میانگین جریان ماهانه طی سال های 2020-2035 و 2020-2050 به مدل SWAT وارد شد.

    یافته ها

    کالیبراسیون و اعتبارسنجی در ایستگاه کیاکلا به عنوان خروجی حوضه آبریز تالار نشان داد که شاخص Nash-Sutcliffe (NSE) به ترتیب دارای بازده 0/8 و 0/76 است. بهترین مقادیر شاخص های ارزیابی برای ریزمقیاس نمایی مدل INM به دست آمد. همچنین روش Delta برای ریزمقیاس نمایی بارش و روش Qm برای ریزمقیاس نمایی دمای حداقل و حداکثر مقادیر ارزیابی بهتری را نشان می دهند. به طور مثال مطابق جداول نشان داده شده مقادیر RMSE، NRMSE و MAE برای بارش ایستگاه کیاکلا به ترتیب 2/185، 0/0402 و 1/716 با استفاده از روش Delta می باشد، تمامی این مقادیر نشان دهنده دقت خوب این روش های ریزمقیاس نمایی برای ورودی های مدل SWAT برای پیش بینی جریان در حوضه آبریز تالار می باشد. این روش ها برای تمامی ایستگاه های مورد مطالعه پیاده شده و مقادیر ریزمقیاس نمایی شده پارامترهای فوق الذکر برای پیش بینی جریان رودخانه حوضه تالار در ایستگاه کیاکلا استفاده شد.  

    نتیجه گیری

    نتایج پیش بینی شده سال های 2035 و 2050 نشان دهنده کاهش حجم رواناب، تالاب ها و زمین های شهری است. بنابراین، فعالیت های کاربری اراضی در آینده باید مبتنی بر توسعه کاربری مناسب و تنظیم کاربری باشد تا اثرات نامطلوب پایدار تغییرات کاربری اراضی را کاهش دهد. در حوضه تالار، تغییرات کاربری اراضی عمدتا توسط عوامل داخلی، مانند گسترش اراضی کشاورزی و شهرنشینی کنترل می شود، در حال که تغییرات اقلیمی به عنوان عوامل بیرونی در نظر گرفته می شود. هر دو نقش مهمی در تغییر فرآیندهای هیدرولوژیکی حوضه دارند. این مطالعه با استفاده از مدل سازی، اثرات ترکیبی کاربری اراضی و تغییرات اقلیمی آینده را بر بیلان آب در حوضه تالار ارزیابی می کند. ترکیب تغییر کاربری اراضی و تغییرات اقلیمی تاثیر بارزتری بر جریان و رواناب سطحی دارد. در مقیاس ماهانه، جریان ناشی از رواناب سطحی به طور قابل توجهی در طول فصول سال کاهش می یابد، که نشان می دهد رویدادهای شدیدتر (یعنی خشک سالی) به طور بالقوه می تواند در آینده رخ دهد. با تغییرات کاربری اراضی، این اثرات را می توان تنها کمتر از 20% کاهش داد. بنابراین، اقدامات بیشتری (به عنوان مثال، حفاظت از خاک) علاوه بر برنامه ریزی کاربری اراضی به منظور افزایش نفوذ و تغذیه آبخوان و متعاقبا کاهش خطرات ناشی از استفاده از اراضی و اثرات تغییرات اقلیمی مورد نیاز است. این تحقیق چگونگی تاثیر تغییرات کاربری اراضی و آب و هوا را بر آب در دسترس در حوضه تالار در آینده ارائه می دهد. همچنین این مقاله مطالعه ای را در مورد استفاده از مدل SWAT در هیدرولوژی برای کمک به حوزه علمی ارائه می دهد. یافته های این مطالعه همچنین می تواند برای مسئولان در کاهش تنش آبی از طریق مدیریت صحیح کاربری اراضی در آینده مفید باشد. همچنین نتایج حاکی از آن است که به دلیل تغییرات کاربری اراضی مانند گسترش مناطق شهری و کاهش زمین کشاورزی، میانگین جریان ماهانه کاهش یافته است. در آینده، تغییرات کاربری زمین و پوشش زمین ممکن است بر جریان رودخانه تاثیر بگذارد. محرک های اصلی تغییر کاربری شامل توسعه کشاورزی، جنگل زدایی، گسترش شهر سازی، سیاست مالکیت زمین و توسعه زیرساخت ها است.

    کلیدواژگان: جریان رودخانه، حوضه آبریز، ریزمقیاس نمایی سناریو، مدل CMIP6، مدل SWAT
  • مرتضی دستی گردی، مهدی نادی*، بهاره شامگانی مشهدی، محدثه حاتمی پور، امید مهدوی امرئی صفحات 105-118
    مقدمه و هدف

    پوشش گیاهی یکی از اجزای اصلی در حفاظت از زیست کره بوده که به عنوان پیوند بین خاک، آب و جو عمل می کند. این مهم اهمیت زیادی در تامین مواد آلی، تنظیم چرخه کربن و تبادل انرژی در سطح زمین دارد. در سال های اخیر، تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی، رویدادهای مکرری مانند سیل، دمای بالا و خشک سالی را ایجاد کرده که می تواند به بوم سامانه های زمینی آسیب برساند. تغییرات آب وهوایی ناشی از تغییر اقلیم مستقیما بر رشد پوشش گیاهی تاثیر می گذارد؛ از سوی دیگر، تغییرات پوشش گیاهی نیز با تنظیم آب، تبادل انرژی و غلظت دی اکسیدکربن به تغییرات آب وهوایی بازخورد نشان می دهد.

    مواد و روش ها

    پژوهش در استان مازندران که با هدف بررسی روند تغییرات پوشش گیاهی در منطقه موردمطالعه در طی دوره زمانی 2020-2001 صورت گرفت از داده های سری زمانی ترکیبی 16 روزه MODIS-NDVI به نام MOD13Q1 با اندازه تفکیک مکانی 250 متر استفاده شد؛ بنابراین در مجموع 920 تصویر NDVI مورد استفاده قرار گرفت. جهت بررسی روند تغییرات فعالیت پوشش گیاهی و معنی داری آن در این پژوهش، روش ناپارامتری من-کندال به کار گرفته شد. همچنین ارتباط روند تغییرات پوشش گیاهی با موقعیت شهرستان ها و جاده های اصلی و نیز تغییرات کاربری بررسی شد.

    یافته ها

    نتایج این تحقیق نشان داد از کل مساحت منطقه موردمطالعه 16 درصد منطقه روند کاهشی پوشش گیاهی داشته و مابقی روند افزایشی را نشان داد که البته روند کاهش و افزایش معنادار پوشش گیاهی در حدود اطمینان 95 درصد به ترتیب در 5 و 65 درصد از منطقه رخ داده است. بررسی نقشه روند تغییرات پوشش گیاهی نشان داد که بیشترین کاهش معنادار پوشش گیاهی در 20 سال گذشته در نواحی ساحلی، مناطق کم ارتفاع و به خصوص در اطراف شهرهای بزرگ و جاده های اصلی ورودی به استان به وقوع پیوسته است. البته کاهش پوشش گیاهی در اطراف کلان شهرها به دلیل افزایش جمعیت و نیاز به توسعه شهری قابل انتظار بوده اما بررسی ها نشان داد که بیشترین کاهش معنادار پوشش گیاهی در شهرستان های محمودآباد (19 درصد)، بابلسر (17 درصد)، قائم شهر (10 درصد) و جویبار (9 درصد) به وقوع پیوسته درحالی که شهرهایی مانند سرخرود، محمودآباد و بابلسر برخلاف جمعیت به مراتب کمتر نسبت به شهرهای ساری و قائم شهر در صدر کاهش پوشش گیاهی در 20 سال گذشته قرار دارند که متاسفانه دلیل آن نیاز به توسعه شهری ناشی از افزایش جمعیت نبوده و بلکه تغییرات شدید کاربری زمین های کشاورزی و باغات مرکبات و تبدیل آن به ویلاهای شخصی عامل اصلی کاهش پوشش گیاهی در یک منطقه وسیع است. همچنین در جهت تائید این واقعیت، با مقایسه نقشه روند پوشش گیاهی با راه های اصلی استان مشخص شد اطراف جاده های اصلی ورودی به استان مازندران به خصوص در جاده های هراز و فیروزکوه و جاده فریم نیز کاهش شدید و معنادار پوشش گیاهی به وقوع پیوسته است. البته دراین بین نواحی اطراف جاده چالوس مساحت کمتری از کاهش پوشش گیاهی را نشان داده است. بررسی مناطق با روند مثبت پوشش گیاهی نشان داد که ارتفاعات استان به خصوص ارتفاعات شرقی افزایش معنادار پوشش گیاهی را تجربه نموده و البته بخش های کمتری از ارتفاعات غربی افزایش معنادار پوشش گیاهی را نشان دادند و بیشتر شرایط بدون روند را در 20 سال گذشته طی کرده است که دلیل آن به خاطر گرمایش اخیر جهانی و همچنین دماهای بیشتر در شرق استان نسبت به مناطق غربی است که درمجموع موجب شده در حال حاضر شرایط مناسب دمایی برای رشد پوشش گیاهی در ارتفاعات شرق استان فراهم گردد و به نظر ارتفاعات غربی هنوز شرایط دمایی مناسبی برای رشد پوشش گیاهی ندارد.

    نتیجه گیری

    نتایج این تحقیق نشان داد که تغییرات پوشش گیاهی در استان مازندران تحت کنترل دو عامل طبیعی و انسانی قرار دارد که عامل طبیعی (اقلیم) بخصوص در ارتفاعات باعث افزایش پوشش گیاهی در 65 درصد مساحت استان شده است و به نظر با افزایش دمای ناشی از گرمایش های اخیر جهانی این امکان به وجود آمده که شرایط زیستی برای گیاهان در ارتفاعات استان به خصوص ارتفاعات شرقی فراهم گردد؛ اما عامل انسانی در حال از بین بردن پوشش گیاهی در سرتاسر استان بخصوص در مناطق توریستی و مناطق با دسترسی راحت بوده به طوری که هم در سواحل و اطراف کلان شهرها و هم در قلب جنگل های هیرکانی و در ارتفاعات نزدیک به جاده های اصلی روند معنادار کاهش پوشش گیاهی مشاهده شد. روند کاهش معنی دار پوشش گیاهی در 5 درصد از مساحت استان به وقوع پیوسته که این کاهش ها بیشتر در دشت ها و نوار ساحلی، ارتفاعات پایین و با شیب کم، حاشیه شهرها و جاده های منطقه موردمطالعه مشاهده شد. در مناطق حاشیه ای جاده های رامسر به استان غربی هم جوار، گرگان ساری، تهران چالوس، هراز و فیروزکوه نیز پوشش گیاهی در حال تخریب بوده که می تواند از عمده دلایل آن افزایش بار ترافیکی، تغییرات کاربری و ساخت اماکن تفریحی و ویلاسازی باشد. برمبنای نتایج این تحقیق تغییرات شدید کاربری در 20 سال اخیر بسیار مشهود بوده و در صورت ادامه روند انسانی تغییر کاربری ضمن از دست رفتن منابع آب وخاک، ممکن است در آینده ای نزدیک شاهد ضربات جبران ناپذیری به بوم سامانه های خزری باشیم.

    کلیدواژگان: تغییر پوشش گیاهی، تحلیل روند، سری زمانی، من-کندال، MODIS-NDVI
  • مجتبی خوش روش*، سید محمدرضا حسینی وردنجانی، هاجر طاهری سودجانی، مرضیه قهرمان صفحات 119-131
    مقدمه و هدف

    استفاده از آب های زیرزمینی برای اهداف کشاورزی، صنعت و شرب به طور قابل توجهی در سراسر جهان در حال افزایش است. این منابع به عنوان بخش مهمی از آب های تجدیدپذیر اکوسیستم به حساب می آیند و در مقایسه با آب های سطحی دارای مزیت های مختلفی مانند کیفیت بالاتر و آلودگی کمتر هستند. از طرفی خشکسالی های متناوب اخیر و کاهش چشمگیر منابع آب سطحی منجر به استفاده بیش از حد از منابع آب زیرزمینی و کاهش کیفیت آن ها شده است، بنابراین شناخت کیفیت آب زیرزمینی برای برنامه ریزی و مدیریت مناسب این منابع بسیار حائز اهمیت بوده و باید مورد توجه جدی و تجزیه و تحلیل دقیق قرار گیرد. همچنین باوجودی که یکی از مشکلات بهداشتی مناطق در حال توسعه عدم برخورداری از آب آشامیدنی سالم است و محور توسعه پایدار در منطقه در گرو سلامت انسان است لذا بدون بهره مندی از آب آشامیدنی سالم و استاندارد نمی توان رفاه و سلامت جامعه را در حد مطلوب تضمین نمود. آب از دو بعد بهداشتی و اقتصادی اهمیت دارد زیرا در بعد اقتصادی محرک چرخ صنعت و رونق بخش کسب و کار کشاورزی می باشد. در همین راستا هدف از این پژوهش ارزیابی کیفی و تحلیل تغییرات مکانی کیفیت آب زیرزمینی بر مبنای شاخص ارزیابی GQI است.

    مواد و روش ها

    این پژوهش به ارزیابی کیفی آب زیرزمینی در محدوده شهرستان های خانمیرزا، لردگان، بروجن، اردل و کیار از توابع استان چهارمحال و بختیاری جهت استفاده در مصارف شرب و تحلیل تغییرات مکانی آب زیرزمینی در محدوده مطالعاتی پرداخته و اطلاعات کاربردی از وضعیت منابع آب موجود منطقه در زمینه شرب ارائه می نماید. به همین منظور 28 نمونه آب زیرزمینی از چاه های بهره برداری مجاز واقع در نقاط مختلف در شهرستان های ذکر شده در بازه زمانی 1400-1399 برداشت شد و در آزمایشگاه مورد آنالیز شیمیایی قرار گرفت. برای ارزیابی کیفی این نمونه ها جهت استفاده در مصارف شرب از شاخص GQI استفاده شد. در این پژوهش برای محاسبه شاخص کیفی GQI مقادیر غلظت 11 پارامتر شامل پارامترهای هدایت الکتریکی، اسیدیته، مجموع نمک های محلول در آب، یون کلسیم، سدیم، منیزیم، پتاسیم، کربنات و بی کربنات، کلر و سولفات به کار برده شد. سپس با استفاده از مقادیر خصوصیات شیمیایی نمونه های برداشت شده و بهره مندی از روش درون یابی وزن دهی عکس فاصله در محیط نرم افزاری GIS، پهنه بندی مکانی مقادیر کلیه پارامترهای مورد مطالعه صورت گرفته و لایه های اطلاعاتی موردنظر به فرمت رستری به دست آمد. در ادامه با اعمال توابع محاسباتی بر لایه های اطلاعاتی موجود، همپوشانی انجام شد و در انتها مقادیر شاخص GQI برآورد و نقشه رستری شاخص تهیه گردید. با استفاده از نقشه های خروجی می توان علاوه بر تعیین مشخصه های کیفی موردمطالعه در سطح محدوده، به بررسی روند تغییرات آنها نیز پرداخته و نقشه های پهنه بندی کیفی هریک را تهیه و با مقادیر استاندارد مقایسه نمود.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که شاخص GQI محاسباتی با استفاده از نمونه های اندازه گیری شده، بخش وسیعی از وسعت منطقه مطالعاتی را در طبقه با کیفیت عالی و خوب قرار می دهد که برای مصرف شرب مناسب می باشند. همچنین طیف رنگی نقشه پهنه بندی نشانگر کیفیت بهتری از آب زیرزمینی منطقه غرب و جنوب منطقه موردمطالعه نسبت به سایر بخش های آن می باشد. به طور کلی کیفیت آب شرب از جنوب به سمت شمال و شمال شرق کاهش می یابد. مقوله تحلیل حساسیت مدل به بررسی تاثیرپذیری یک متغیر خروجی ناشی از تغییر یک متغیر ورودی در آن مدل می پردازد. با بررسی آنالیز حساسیت صورت گرفته به ترتیب پارامترهای اسیدیته، کلسیم، منیزیم، کل نمک های محلول و هدایت الکتریکی با تاثیر منفی (به معنی تاثیر در افزایش مقادیر شاخص و افزایش کیفیت آب پس از حذف تک پارامتر و کاهش کیفیت آب با افزودن تک پارامتر در محاسبه مقدار شاخص) و غلظت یون های بی کربنات، سولفات، سدیم، پتاسیم و کلر موجود در آب با تاثیر مثبت در کیفیت آب (به معنی تاثیر در کاهش مقادیر شاخص و کاهش کیفیت آب پس از حذف تک پارامتر و افزایش کیفیت آب با افزودن تک پارامتر در محاسبه مقدار شاخص) به ترتیب بیشترین تا کمترین تغییرات را در برآورد شاخص GQI به خود اختصاص داده اند. بنابراین شاخص کیفی GQI نسبت به وجود یا عدم وجود اسیدیته و بی کربنات کلسیم حساسیت بیشتری داشته و تصمیم گیری در رابطه با رده بندی کیفی آب آشامیدنی را بیش از سایر پارامترهای مورد استفاده در تعیین شاخص، تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به مقادیری که در تغییرات شاخص رخ داده است، برخی پارامترهای مورد بررسی با وجودی که وزن بالاتری در محاسبه شاخص داشته اند ولی درصد تغییرات شاخص با وجود و یا عدم وجود آن پارامتر مقدار قابل توجهی را نشان نمی دهد. به عنوان نمونه بی کربنات که وزن پایین تری را نسبت به یون منیزیم دارا بوده ولی درصد تغییرات شاخص ناشی از حذف بی کربنات در مقایسه با درصد تغییرات شاخص ناشی از حذف منیزیم، مقدار بیشتری برآورد شده است. بنابراین دارا بودن وزن بالاتر مولفه ها حاکی از حساسیت بیشتر مدل نسبت به آن مولفه نخواهد بود.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش نشان می دهد که کیفیت آب زیرزمینی در مناطق مورد مطالعه برای استفاده در شرب مطلوب بوده و آب های زیرزمینی منطقه مورد مطالعه تحت تاثیر تغییرات ناشی از پارامترهای مورد آزمون در بخش شرب قرار نگرفته اند. همچنین این مطالعه به برنامه ریزی جامع و مفید در خصوص بهره برداری و نگهداری از منابع آب زیرزمینی، کمک نموده و باعث می گردد تا با دیدی روشن با توجه به نقشه های کیفیت آب زیرزمینی بتوان در این زمینه برنامه ریزی جامع و مفیدتری ارائه داد.

    کلیدواژگان: آلودگی، تحلیل حساسیت، درون یابی، شاخص کیفیت آب
  • اسماعیل اسلامی* صفحات 132-141
    مقدمه و هدف

    دین به عنوان یک باور عمومی همواره نقشی اساسی در تکوین و تحکیم نهادهای اجتماعی داشته است. از خلقت آدم تاکنون، دین نه تنها به عنوان یک راهنمای فردی، بلکه به عنوان معیاری برای تنظیم رفتارهای اجتماعی عمل کرده و در حوزه های مختلف، از جمله مدیریت منابع طبیعی، نقش مهمی ایفا کرده است. یکی از الگوهای جالب توجه در ارتباط دین و طبیعت، رابطه ای است که براساس اهمیت و تقدس آب در آموزه های دینی شکل گرفته است. در این چارچوب، آب به عنوان نمادی از پاکی، خلوص و سلامت معنوی معرفی شده است. بر اساس این الگو، سلامت معنوی که به معنای اتصال عمیق به ارزش های دینی و الهی است، نقشی کلیدی در تنظیم روابط تربیتی، دینی، مدنی و فردی ایفا می کند. با وجود اهمیت فراوان این موضوع، تحقیقات اندکی در خصوص نقش باورهای دینی در مصرف منابع طبیعی، به ویژه در جوامع اسلامی، صورت گرفته است. علت این کمبود، چالش های فرهنگی و اجتماعی مرتبط با مطالعه این قبیل موضوعات است که اغلب محققان از آن اجتناب کرده اند. در حقیقت، باورها و نگرش های دینی افراد به طور طبیعی از طبیعت و منابع آن الهام گرفته است و در این میان آب یکی از حیاتی ترین عناصر طبیعی به شمار می رود که نقشی کلیدی در حیات و بقای بشریت دارد. دین اسلام به ویژه در آموزه های قرآنی، بارها و بارها بر اهمیت حفاظت و صرفه جویی در مصرف آب تاکید کرده است. قرآن کریم آب را مایه حیات دانسته و بر لزوم مراقبت از این نعمت الهی تاکید کرده است. در کنار این آموزه ها، باورهای دینی همواره نقشی محوری در شکل گیری نگرش ها و رفتارهای افراد ایفا کرده اند. یکی از این باورها، که به عنوان بخشی از دینداری شناخته می شود، مفهوم سلامت معنوی است. سلامت معنوی به معنای پیوند عمیق افراد با آموزه های دینی است که می تواند آن ها را به استفاده مسئولانه تر از منابع طبیعی، از جمله آب، سوق دهد. این ارتباط نه تنها در رفتارهای عبادی و مناسکی افراد قابل مشاهده است، بلکه در جنبه های روزمره زندگی، همچون تعاملات اجتماعی و نحوه استفاده از منابع طبیعی نیز تاثیرگذار است. با این حال، کمتر پژوهشی به طور خاص رابطه بین سلامت معنوی و مصرف بهینه آب را، به ویژه در جوامع اسلامی، بررسی کرده است. پیچیدگی های فرهنگی و اجتماعی مرتبط با مطالعه چنین موضوعاتی همواره چالش برانگیز بوده است و این امر سبب شده که کمتر پژوهشی در این زمینه انجام گیرد. در این راستا، پژوهش حاضر با در نظر گرفتن نقش آب و ارتباط آن با باورهای دینی و سلامت معنوی، به بررسی رابطه بین نگرش مذهبی، سطح درآمد و میزان مصرف آب در جامعه شهرستان گرگان پرداخته است. هدف این مطالعه یافتن پاسخی برای این پرسش است که آیا بین نگرش های مذهبی افراد و میزان مصرف آب آن ها رابطه ای وجود دارد یا خیر؟ همچنین، این پژوهش به بررسی تاثیر متغیرهای دیگری همچون جنسیت، سطح درآمد، تعداد اعضای خانوار و وضعیت شغلی بر میزان مصرف آب پرداخته است.

    مواد و روش ها

    این مطالعه از نوع توصیفی- همبستگی بوده و جامعه آماری آن شامل ساکنین شهری شهرستان گرگان در سال 1400 است. از این جامعه آماری، حدود 100 نفر به روش نمونه گیری تصادفی ساده انتخاب شدند. انتخاب این نمونه ها به گونه ای بوده که از بین جوامع مختلف شهری گرگان گزینش شده اند تا تنوع در خصوصیات جمعیتی، اقتصادی و فرهنگی حفظ شود. برای جمع آوری داده ها از پرسش نامه های معتبر و استاندارد استفاده شد. ابزار گردآوری داده ها شامل پرسش نامه نگرش سنج باور دینی، پرسش نامه سلامت معنوی و پرسش نامه مالی بود. پرسش نامه سلامت معنوی پولوتزین و الیسون که شامل 20 سوال است، به منظور سنجش دو بعد سلامت مذهبی و سلامت وجودی طراحی شده است. این پرسش نامه نمره کلی سلامت معنوی فرد را از 0 تا 100 تعیین می کند. پرسش نامه دوم به سنجش نگرش افراد نسبت به مصرف آب و گرایش آن ها به صرفه جویی پرداخته است. این پرسش نامه نیز شامل 21 سوال است که ابعاد شناختی، عاطفی، رفتاری و مسئولیت پذیری افراد را در ارتباط با مصرف آب مورد ارزیابی قرار می دهد. روایی این ابزارها از طریق اعتبار محتوا و پایایی آن ها از طریق ضریب آلفای کرونباخ با مقادیر 0/82 برای سلامت معنوی و 0/94 برای پرسش نامه گرایش به صرفه جویی آب تایید شده است. برای تحلیل داده ها از نرم افزار آماری SPSS استفاده شد. ابتدا از روش های آمار توصیفی برای توصیف متغیرهای جمعیتی و شاخص های مورد مطالعه (میانگین، انحراف معیار و درصدها) بهره گرفته شد. سپس، از روش های آمار استنباطی از جمله ضریب همبستگی اسپیرمن و تحلیل رگرسیون چندمتغیره برای بررسی رابطه بین متغیرهای مستقل (سلامت معنوی، جنسیت، درآمد، تعداد اعضای خانوار و وضعیت شغلی) و متغیر وابسته (مصرف آب) استفاده شد. سطح معناداری در این مطالعه 0/05 در نظر گرفته شد و تمامی اصول اخلاقی، شامل رضایت آگاهانه شرکت کنندگان و حفظ محرمانگی اطلاعات، رعایت شده است.

    یافته ها

    نتایج این پژوهش نشان داد که بین سلامت معنوی و مصرف آب رابطه ای مثبت و معنادار وجود دارد. این بدان معناست که افرادی که از سلامت معنوی بالاتری برخوردار بودند، تمایل بیشتری به صرفه جویی در مصرف آب نشان دادند. همچنین، رابطه معناداری بین میزان مصرف آب و سن افراد مشاهده شد. افراد مسن تر نسبت به جوانان تمایل بیشتری به صرفه جویی در مصرف آب داشتند. تحلیل رگرسیون چندمتغیره نشان داد که سلامت معنوی و سن دو متغیر اصلی پیش بینی کننده رفتارهای صرفه جویی در مصرف آب هستند. به بیان دیگر، افزایش سلامت معنوی و همچنین افزایش سن افراد به طور معناداری با افزایش تمایل به مصرف بهینه آب همراه است. سایر متغیرهای جمعیتی نظیر جنسیت، سطح درآمد، وضعیت شغلی و تعداد اعضای خانوار تاثیر معناداری بر مصرف آب نداشتند. نتایج این پژوهش نشان می دهد که ارتقای سلامت معنوی می تواند به بهبود رفتارهای مرتبط با مصرف آب و کاهش هدررفت منابع آبی منجر شود. این تاثیر به ویژه در میان افرادی که سن بالاتری دارند، مشهودتر است.

    نتیجه گیری

    نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان می دهد که سلامت معنوی به عنوان یک عامل مهم و تاثیرگذار، نقشی کلیدی در بهبود رفتارهای مصرفی آب ایفا می کند. تقویت سلامت معنوی و باورهای دینی در جامعه، به ویژه در مناطق خشک و کم آب، می تواند به عنوان راهکاری موثر برای مقابله با بحران آب و مصرف بهینه منابع طبیعی مطرح شود. همچنین، یافته ها حاکی از آن است که افزایش سن به عنوان عاملی مهم در کاهش مصرف آب و گرایش به صرفه جویی موثر است. بنابراین، آموزش و ترویج مفاهیم دینی مرتبط با صرفه جویی و حفاظت از منابع طبیعی، به ویژه از طریق نهادهای دینی و آموزشی، می تواند نقشی مهم در تغییر الگوی مصرف آب در جامعه داشته باشد. به طور کلی، نتایج این پژوهش نشان می دهد که ارتقای سلامت معنوی از طریق آموزش و آگاهی بخشی می تواند به کاهش مصرف بی رویه آب و حفاظت بهتر از منابع طبیعی منجر شود. این امر به ویژه در جوامعی که با بحران کمبود آب مواجه هستند، از اهمیت بیشتری برخوردار است و نیازمند توجه بیشتر سیاست گذاران و برنامه ریزان فرهنگی و آموزشی است.

    کلیدواژگان: باورهای دینی، سلامت معنوی، شهر گرگان، مصرف آب
  • زینب جعفریان*، ژیلا قربانی صفحات 142-153
    مقدمه

    کربن آلی خاک یکی از پارامترهای مهم تعیین کننده میزان حاصل خیزی خاک، قابلیت تولید و شاخص مهمی در نشان دادن کیفیت خاک های مناطق خشک و نیمه خشک است. از طرفی، مراتع یکی از مهم ترین بوم سازگان خشکی هستند که جهت ذخیره کربن به شمار می روند. آگاهی و دانش در مورد توزیع منابع کربن و تغییرات آن برای تشخیص سازوکارهای کنترلی چرخه جهانی کربن و پایداری میزان کربن فعلی در مدیریت این اراضی ارزشمند است. ازآنجایی که عملیات عرصه ای شامل نمونه برداری خاک از مکان ها و عمق های مختلف به منظور اندازه گیری میزان ترسیب کربن در خاک بسیار وقت گیر و هزینه بر است و از طرفی در بسیاری از مناطق مرتعی ویژگی های مختلف خاک ممکن است برای مقاصد دیگری اندازه گیری شده و در دسترس باشند، با کمک مدل سازی و پیش بینی آن تحت ورودی های مختلف من جمله خصوصیات خاک مانند بافت، اسیدیته، هدایت الکتریکی و... محققین و پژوهشگران عرصه مرتع می توانند ترسیب کربن خاک را نیز برآورد و ارزیابی کنند. روش های جدید پیش بینی مبتنی بر هوش مصنوعی بسیار گسترش یافته اند. هدف از تحقیق حاضر بررسی قابلیت پیش بینی میزان ترسیب کربن خاک مراتع با استفاده از سیستم استنتاج فازی-عصبی (ANFIS) است.

    مواد و روش ها: 

    منطقه مورد مطالعه در این تحقیق شامل مراتع دامنه های جنوب غربی کوه دماوند در حوزه آبخیز لار به مساحت حدود 2000 هکتار بوده و ارتفاعی بین 2500 تا 3460 را تحت پوشش خود دارد. اقلیم آن با دوره آماری 36 ساله اقلیم منطقه نیمه مرطوب تا فرا سرد و متوسط بارندگی 550 میلی متر است. گونه های گیاهی غالب در منطقه عبارتند از اسپرس کوهی (Onobrychis cornuta)، گون وحشی (Astragalus ochrodeucus)، گون بوته ای (Astragalus microcephalus)، آویشن (Thymus pubescens)، بود. در این تحقیق با توجه به وضعیت جغرافیایی حوزه آبخیز لار، 4 طبقه ارتفاعی از سطح دریا شامل طبقه ارتفاعی 1 (2700-2500 متر)، طبقه 2 (2900-2700 متر)، طبقه 3 (3100-2900 متر) و طبقه 4 (بیش از 3100 متر) معین گردید. در هر طبقه ارتفاعی، 13 نقطه تصادفی مشخص و از هر نقطه، 3 نمونه خاک (در نقش تکرار) از اعماق 15-0 و 30-15 سانتی متر تهیه گردید. مجموعا 312 نمونه خاک در کل منطقه تهیه و به آزمایشگاه خاک شناسی منتقل شد. در آزمایشگاه، ویژگی های بافت، کربن آلی و وزن مخصوص ظاهری به صورت میانگین 3 تکرار اندازه گیری شد. به واسطه این ویژگی ها، میزان ترسیب کربن خاک محاسبه شد. پس از نمونه برداری و اندازه گیری میزان ترسیب کربن تحت تاثیر عمق خاک و ارتفاع محل نمونه برداری در قسمتی از مراتع کوه دماوند واقع در حوزه آبخیز لار، اقدام به ایجاد معادلات رگرسیونی و مدل ANFIS شده و دقت آن ها در پیش بینی ترسیب کربن با یکدیگر مقایسه گشته و روش دقیق تر مشخص شد. برای ارزیابی مدل های رگرسیونی و ANFIS از مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب تعیین (R2) استفاده شد. معادله رگرسیونی در بسته نرم افزاری SPSS20 انجام شدند. برای رسم نمودار های توصیفی از نرم افزار Excel استفاده گردید. لازم به ذکر است که مدل سازی بر اساس ANFIS در نرم افزار متلب (MATLAB) ایجاد شد و بر پایه ای از مجموعه داده های ورودی/خروجی یک سیستم استنتاج فازی (FIS) است. این سیستم بر پایه قوانین ترکیبی از سه جزء توابع عضویت متغیرهای ورودی و خروجی (فازی کردن)، قوانین فازی (پایگاه قواعد)، استنتاج مکانیزم (ترکیب قواعد با ورودی فازی) و مشخصه های خروجی و نتایج سیستم (غیرفازی سازی) است.

    یافته ها:

     نتایج تجزیه واریانس داده ها نشان داد که تنها عمق نمونه برداری، اثر معنی داری بر میزان ترسیب کربن خاک داشته اما اثر ارتفاع محل نمونه برداری و اثر متقابل عمق و ارتفاع بی معنی بود. در حالت کلی، میزان ترسیب کربن در عمق 30-15 سانتی متری بیش تر از 15-0 سانتی متر بوده و در هر دو عمق، طبقه ارتفاعی 4 (3545-3119 متر) بیش ترین میزان ترسیب کربن خاک را داشت. بیش ترین میزان ترسیب کربن به میزان 604654 مربوط به طبقه ارتفاعی 4 و عمق 30-15 سانتی متر بود. درواقع، در ارتفاع های بالاتر و پایین تر، میزان ترسیب کربن خاک افزایش یافته و در ارتفاع های متوسط، این میزان ترسیب کربن روبه کاهش گذاشته است. به علاوه پس از طبقه ارتفاعی 4، بیش ترین میزان ترسیب کربن مربوط به طبقه ارتفاعی 1 بود. در بخش مدل سازی، مدل ANFIS با دقت بالاتر (4736/0=R2) و خطای کم تر (0274/0=RMSE) نسبت به مدل رگرسیونی با دقت کم تر (4308/0=R2) و خطای بیش تر (069/0=RMSE)، میزان ترسیب کربن خاک را پیش بینی نمود. این نتیجه حاکی از توانایی بالاتر مدل انفیس نسبت به مدل رگرسیونی در ایجاد ارتباط بین ورودی و خروجی و نزدیکی آن نسبت به مقادیر اندازه گیری شده است.

    نتیجه گیری

    با توجه به افزایش ضریب همبستگی و کاهش میانگین انحراف خطا در روش انفیس نسبت به رگرسیون چند متغیره خطی، به نظر می رسد روش انفیس در برآورد میزان ترسیب کربن خاک تحت تاثیر عوامل مختلف در کاربری مورد مطالعه، موفق تر عمل کرده است. عملکرد بهتر مدل انفیس در مقایسه با روش های آماری رگرسیونی را می توان در قابلیت تخمین و پیش بینی آن برای تقریب غیرخطی با حجم کم داده ها جستجو نمود. این در حالی است که عملکرد و دقت روش های رگرسیونی به شدت از حجم نمونه ها تبعیت می کند و حجم کم نمونه ها می تواند عامل محدودیت در چنین مدل های آماری گردد. سامانه های استنتاج فازی بر پایه شبکه عصبی تطبیقی، نه تنها در پیش بینی میزان ترسیب کربن خاک مراتع تحت شرایط عمق و ارتفاع نمونه برداری متفاوت عملکرد بهتری دارد، بلکه می توان از آن به عنوان ابزاری هوشمند در جهت پیش بینی پارامترهای مختلف در مراتع تحت بررسی مثلا در پیش بینی حجم زیست توده زیرزمینی و روزمینی، نحوه پراکنش گونه های مرتعی و... استفاده نمود.

    کلیدواژگان: خصوصیات خاک، رگرسیون، کربن آلی، مدل سازی، هوش مصنوعی
  • ایلین فرجی، محمدرضا طاطیان*، رضا تمرتاش، انور سنایی صفحات 154-168
    مقدمه و هدف

    با توجه به اینکه تنوع زیستی در هر جامعه زنده تعیین کننده عملکرد خاص آن جامعه است و از طرف دیگر پایداری به عنوان توانایی اکوسیستم در حفظ و نگهداری عملکرد خود محسوب میشود، بنابراین کاهش یا افزایش تنوع بر پایداری آن تاثیر میگذارد. در چند دهه اخیر، همزمان با افزایش تهدیدات جهانی از قبیل تغییرات اقلیمی و افزایش شدت بهره برداری، کارکردهای اکوسیستم مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. در این بین به دلیل تاثیر و اهمیت تنوع زیستی در حفاظت از کارکردهای مختلف اکوسیستم، بسیاری از تحقیقات به مطالعه شاخص های تنوع زیستی و کارکردهای اکوسیستم در شرایط مختلف محیطی پرداخته اند. در مطالعه حاضر از شاخص های تنوع گونه ای (غنا، شانون-وینر، سیمپسون و یکنواختی) و کارکردی (غنای کارکردی، یکنواختی کارکردی، واگرایی کارکردی) و شاخص های میانگین وزنی جامعه (CWM) برای بررسی ارتباط آن ها با مدیریت های مختلف چرا (سبک و سنگین) و دو اقلیم متفاوت در حوزه های آبخیز استان مازندران استفاده شد. هدف از این تحقیق تعیین نقش متغیرهای تاثیرگذار بر تنوع گیاهی و کارکرد اکوسیستم مرتع و کمک به مدیریت بهتر مراتع ییلاقی است که نقش حفاظتی برای مناطق پایین دست را در حوزه های آبخیز ایفا می کنند.

    مواد و روش ها: 

    به منظور بررسی اثرات چرای دام بر تنوع پوشش گیاهی و شاخص های کارکردی مناطق ییلاقی دو حوزه آبخیز زارم رود و چشمه کیله با اقلیم نیمه خشک و بسیار مرطوب در شرق و غرب استان مازندران انتخاب شدند. پس از تعیین تیپ های گیاهی در هریک از مناطق، سایت چرایی سبک و سنگین بر اساس میزان دسترسی و فاصله از منابعی مانند آغل، آبشخور و راه مشخص شدند. جهت نمونه برداری در مناطق مورد مطالعه، دامنه شمالی و با شیب یکسان (صفر تا 20 درصد) به منظور رعایت همگن بودن انتخاب شدند. نمونه برداری با استفاده از 5 پلات اصلی (10*10) متر که درون هر پلات 3 پلات 1*1 مترمربعی بود، انجام شد که در مجموع 15 پلات در هر سایت چرایی (سبک و سنگین) و در کل 30 پلات در قالب طرح تصادفی-سیستماتیک استفاده شد. برای اندازه گیری شاخص های تنوع کارکرد، علاوه بر داده های فراوانی گونه ای، ویژگی های کارکردی گیاهان که دارای سهولت در اندازه گیری باشند و ارتباطی با میزان کارکرد اکوسیستم داشته باشند انتخاب و اندازه گیری شد. در این مطالعه براساس نظر کارشناسان و همچنین مرور منابع موجود 5 صفت شامل سطح برگ، محتوای ماده خشک برگ، شاخص سطح ویژه برگ، ارتفاع گیاه، و وزن خشک برگ جهت تعیین تنوع کارکردی مورد استفاده قرار گرفت. محاسبه شاخص های تنوع گونه ای در نرم افزار PAST صورت گرفت. در این راستا سه شاخص تنوع گونه ای شامل غنای گونه ای، تنوع شانون وینر و تنوع سیمپسون محاسبه شد. همچنین، پس از بررسی نرمال بودن داده ها، مقایسه میانگین تنوع گونه ای، تنوع کارکردی، در دو حوزه آبخیز با چرا و اقلیم متفاوت با استفاده از آزمون T- student test مستقل صورت گرفت. در نهایت به منظور مقایسه آماری داده ها از آزمون تجزیه واریانس در قالب مدل عمومی خطی (GLM) و برای تفکیک پذیری مناطق چرایی که با استفاده از شاخص های تنوع کارکردی قابل تفکیک هستند از تجزیه مولفه های اصلی (PCA) استفاده شد.

    یافته ها:

     نتایج نشان داد که متغیرهای وابسته (میانگین وزنی سطح برگ و میانگین وزنی محتوای ماده خشک) به صورت معنی دار در اقلیم مختلف و چرای دام مختلف، متفاوت هستند. همچنین به طور مشابه متغیر مستقل منطقه و چرای دام با متغیرهای غنای گونه ای، شانون-وینر و میانگین وزنی سطح برگ دارای اختلاف معنی داری هستند. با توجه به نتایج، در مراتع تحت چرای سبک چاشتخوران در حوضه چشمه کیله شاخص های سیمپسون (=0.000P-value)،شانون-وینر (=0.000P-value)، غنای کارکرد (0.001P-=value)، واگرایی کارکرد (=0.08P-value)، بیشتر از مراتع تحت چرای سنگین میانبند از حوضه زارم رود بوده است. همچنین میانگین وزنی سطح برگ (0.001P-=value) در منطقه چاشتخوران تحت چرای سبک بیشتر از منطقه میانبند بوده و در چرای سنگین میانبند بیشتر از مرتع چاشتخوران بوده اما میانگین وزنی محتوای ماده خشک (=0.001P-value) عکس میانگین وزنی سطح برگ است. با توجه به نتایج تجزیه مولفه های اصلی، مولفه اول به ترتیب مربوط به شاخص های سیمپسون، شانون-وینر، غنای کارکرد و واگرایی کارکرد و مولفه دوم مربوط به یکنواختی، یکنواختی کارکرد، میانگین وزنی سطح برگ، میانگین وزنی محتوای ماده خشک و میانگین وزنی ارتفاع می باشد. بنابراین این عوامل با توجه به تاثیر بالای خود به عنوان موثرترین عوامل در تفکیک مناطق تحت چرای سبک و سنگین شناسایی شدند. مولفه اول 3/36 درصد و مولفه دوم 19/8 درصد از تغییرات را توجیه می کنند. تعامل قابل توجه بین اقلیم و چرا نشان داد که تفاوت بین نواحی چرای سبک و سنگین دو منطقه آب و هوایی، با دو متغیر میانگین وزنی سطح برگ و میانگین وزنی محتوای ماده خشک مشخص می شود. به گونه ای که سطح برگ مقادیر بیشتری برای کرت های چرای سنگین در منطقه خشک نشان داد، و در منطقه مرطوب این فاکتور در چرای سبک بیشتر بوده است. این مطالعه اهمیت حفاظت از چرا را به عنوان یک ابزار مدیریتی موثر برای حفظ پوشش های گیاهی برجسته می کند. به طور کلی به نظر می رسد ترکیب صفات گیاهی در پوشش گیاهی مناطق کوهستانی ایران بیشتر تحت تاثیر چرای شدید بوده تا تفاوت های آب و هوایی. با توجه به نتایج، اجرای برنامه های مدیریت چرایی در جهت بهبود شاخص های عملکردی مرتع پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: تجزیه مولفه‎ های اصلی، حوضه چشمه کیله، حوضه زارم رود، غنای گونه ‎ای، مراتع ییلاقی، میانگین وزنی جامعه
|
  • Sanaz Azimi-Habashi, Mirhassan Miryaghoubzadeh*, Mahdi Erfanian, Khadijeh Javan Pages 1-16
    Background

    The primary issue facing the Earth in this century is the increase in global temperatures and changes in climate variables due to industrialization and rising greenhouse gas emissions. Therefore, it is crucial to investigate temperature trends and climatic changes on both global and regional scales. While several general circulation models have been developed to predict future climate states, different and new methods have been invented to use the output of these models on regional and local scales due to the lack of optimal use of the output of these models caused by the limitation in spatial resolution on the local scale. The Gedarchay watershed is significant for its Gedarchay river basin and groundwater resources—especially in agriculture—, hence it has been the focus of various studies. However, no research has yet studied the impacts of climate change under SSP scenarios of the 6th report, which incorporate socio-economic factors. Thus, this study aims to analyze future changes in climate variables for the Gedarchay Naghadeh watershed under the RCP emission scenarios of the fifth report (CMIP5) and the SSP scenarios of the sixth report (CMIP6), integrating greenhouse gas emissions and socioeconomic activities. The findings could significantly inform future water resource policymaking and planning.

    Methods

    This research utilized the SDSM microscale exponential model to analyze climatic variable changes in the Gedarchay Naghadeh watershed in northwestern Iran. The model's effectiveness was first assessed for climate variables, followed by predictions extending to 2100. Calibration and recalibration were performed using observational data from the Mahabad Synoptic Station and NCEP data. The model's performance was evaluated using correlation coefficients, mean absolute error, and mean square error. After confirming the model's reliability, outputs from the CanESM2 and CanESM5 models were studied for the periods 2031-2050 and 2081-2100 under the RCP 2.6, 4.5, 8.5 and SSP1-2.6, 2-4.5, 5-8.5 scenarios by the microscale SDSM statistical model.

    Results

    The model's evaluation and recalibration were done using NCEP, CanESM2, and CanESM5 data to forecast and compare precipitation, maximum, and minimum temperatures for the Mahabad station across two periods 2031-2050 and 2081-2100, against a baseline. The accuracy of the SDSM model was assessed using average absolute error statistics, and the errors for precipitation, maximum, and minimum temperatures were 1.645, 0.029, and 0.031, respectively, with CanESM2; their values were 0.73, 1.10, and 1.89. Correlation coefficients were also calculated, yielding 0.998, 0.999, and 0.999 for the CanESM2 model and 0.999, 0.993, and 0.971 for the CanESM5 model. The mean squared errors were 2.240, 0.043, and 0.045 for CanESM2, and 0.89, 1.49, and 2.07 for CanESM5. Results indicate that the average maximum temperature is projected to rise by 0.93 °C from 2031 to 2050 under the RCP scenario but it remains stable from 2081 to 2100. Increases of 1.24 °C in 2031-2050 and 0.35 °C in 2081-2100 were anticipated under the SSP scenario. The average minimum temperature increases for the RCP scenario were 0.27 and 0.28 °C for the respective periods, and 0.46 and 0.43 °C for the SSP scenario. Rainfall is projected to rise by 0.59 and 0.38 mm in the RCP scenario during the two periods, compared to increases of 2.15 and 1.64 mm, respectively, under the SSP scenario.

    Conclusion

    The evaluation of the SDSM model's accuracy in predicting precipitation, maximum temperature, and minimum temperature using R, MAE, and RMSE statistics indicates a strong alignment between predicted values and the base period. Results show an increase in precipitation and minimum temperature in both the near and distant futures, with a rise in maximum temperature in the near future and stability in the distant future. Given the significance of climate change and its impacts on agriculture, the environment, and water resources, it is essential for managers and planners to implement effective solutions. These include altering cultivation patterns, using drought-resistant crops, establishing early warning systems, training farmers in climate adaptation methods, and promoting renewable energy to mitigate climate change effects.

    Keywords: Climate Change, CMIP5, CMIP6, Gedarchay Basin, RCP Scenarios, SSP Scenarios
  • Pedram Sodagar* Pages 17-31
    Background

    Precipitation is one of the most critical inputs in hydrological models. Due to its significant spatiotemporal variability, high-resolution temporal and spatial data are required for accurate hydrological modeling. Precise precipitation measurements are generally obtained from conventional meteorological stations. However, sparse rain gauge stations can lead to poor spatial representation of precipitation. This spatial inaccuracy can have a significant impact on modeling results, especially in areas with significant geographic variations, such as mountainous regions. The lack of high-resolution precipitation data can result in low-quality hydrological simulations and inadequate solutions for water resource problems. In developing countries such as Iran, financial and technical limitations result in sparsely and unevenly distributed rain gauge networks, creating major challenges in water resource prediction and management. To address this gap, precipitation, temperature, and evapotranspiration data required for hydrological modeling are provided by various organizations using satellite-based remote sensing products. Gridded precipitation products on a global or quasi-global scale with various temporal and spatial resolutions have been produced in recent decades. These products are compiled from various sources and processed using complex models to generate high-accuracy precipitation maps. Therefore, evaluating the quality, suitability, and accuracy of these products in different regions is necessary before their use in hydrological modeling and water resource decision-making.

    Methods

    This study evaluates the quality of four widely used high-resolution satellite-based precipitation estimation products: CMORPH, 3B42RT, 3B42, and PERSIANN, for simulating water flow using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrological model in the 312 km2 mountainous Tigh Siah catchment in southeastern Iran. The unique geographic and climatic features of the Tigh Siah watershed provide an appropriate environment for assessing the accuracy and efficiency of satellite data in hydrological simulations. Two different calibration approaches for the SWAT model were examined to assess the quality of satellite-based precipitation estimates. The first approach involved calibration using measured precipitation data from rain gauge stations as model inputs. These measured data served as a reference for evaluating the accuracy and precision of the satellite data. The second approach involved calibration using each of the satellite precipitation products as model inputs. In this method, satellite data were directly input into the SWAT model, and the simulated water flow results were compared with those obtained using measured data. This comparison aimed to determine the accuracy and efficiency of each satellite product in simulating water flow in the Tigh Siah watershed. The results of this study can help identify the strengths and weaknesses of each satellite-based precipitation product and provide strategies for improving the accuracy of hydrological simulations.

    Results

    The results indicate significant errors in the estimates from satellite-based precipitation data, despite variation in the performance of each satellite product. Specifically, 3B42RT and CMORPH demonstrated better quality in precipitation estimation than 3B42 and PERSIANN. These differences in the accuracy of satellite data can significantly affect hydrological simulation outcomes. The model calibrated with satellite-based precipitation estimates performed better in simulating flow than that calibrated with rain gauge station data. However, the model calibrated with satellite data led to the overestimation of the Curve Number (CN), suggesting caution when using parameter values calibrated with satellite-based inputs. To improve simulation accuracy, the error correction of satellite precipitation estimates was conducted in two stages. First, the error in each satellite data group was estimated in each pixel by dividing the monthly precipitation estimate by the corresponding rain gauge precipitation. Then, the monthly precipitation of each satellite data was multiplied by the estimated monthly error to eliminate errors in all satellite precipitation estimates. The results showed that error correction significantly improved flow simulation using the SWAT model, indicating that satellite data with appropriate corrections can be a valuable tool for hydrological simulations, especially in areas with limited or scattered ground data. This study also emphasizes that using corrected data can enhance the accuracy and reliability of modeling results, aiding better decision-making in water resource management.

    Conclusion

    This study demonstrates that precipitation estimates from satellites, when directly converted to simulated flow by the hydrological model, result in substantial errors, which may be attributed to the small and mountainous nature of the Tigh Siah watershed. In this case, correcting the errors in satellite-based precipitation estimates significantly improved the model simulation. The findings suggest that the best model simulations are obtained using satellite precipitation inputs after error correction and recalibrating the model with corrected satellite data. These results highlight the importance of correcting satellite data before using them in hydrological models. They show that higher accuracy in predictions and water resource management decisions can be achieved with appropriate corrections.

    Keywords: Bias Correction, Calibration Approach, Satellite Rainfall Estimation Data, Streamflow Simulation
  • Kameleh Aghajanloo*, Hossein Fathi Almalou Pages 32-48
    Background

    Climate changes can significantly affect socioeconomic activities and quality of life, especially in countries that are currently facing water tensions. Climate models play a key role in assessing the impact of climate change and developing adaptation and resilience strategies. Considering the importance of food security and then water security in resilience against climate change, as well as the significant contribution of Mazandaran province in the production of agricultural products and food supply of the country, it is very important to examine the drought situation of this province and its climate change process. In this study, therefore, the wet and dry durations in the 20-year base period of Mazandaran province were evaluated using the standardized standard precipitation index. Then, projections of temperature and precipitation at the local scale were made in future periods using the five global circulation models (GCM) available in phase 6 of the climate output project (CMIP6) under three scenarios SSP2.6, SSP4.5, and SSP8.5.

    Methods

    In this research, six meteorological stations, viz. Ramsar, Noshahr, Siyabisheh, Babolsar, and Qarakhil, were selected due to the coverage of the most statistical years and suitable spatial distribution in the region. Time series of precipitation and daily maximum/minimum temperatures were collected for six selected stations in the region with a base statistical period of 20 years (January 1999 to December 2018). After ensuring the quality of the data, the trend of their changes was analyzed using Mann-Kendall and age slope tests. Standard precipitation index values were calculated and evaluated in different intervals. Finally, large-scale data from five general circulation models (ACCESS-CM2, CanESM2, CNRM-CM-6-1, MRI-ESM2-0, and NESM3) were downscaled by the LARS-WG6 climate generator. Thus, predictions of seasonal and annual changes for Tmax, Tmin, and precipitation in two future periods (2040-2060 and 2080-2100) were made using the average of selected GCMs.

    Results

    As a result of the statistical analysis of the above data, minimum and maximum temperatures increased and precipitation decreased during the standard period, but no significant trend was found at the 0.05 level. The analysis also shows that the state's worst droughts occurred in 2007, 2009, late 2011, early 2012, and 2018, with SPI values below-1.0 at stations. The wettest years in the region are 2004-2006 and 2017. The frequency of wet periods is higher than dry periods for all seasons in the region. In the microscale aspect, the results confirmed the ability of the LARS-WG6 model to simulate temperature more accurately than local precipitation, with more precipitation errors in wet seasons. Among these results, the lowest value of the correlation coefficient (0.941) was obtained for maximum and minimum monthly temperatures, which means that the squared error value is between 1.05 and 3.82°C. The largest differences between modeled precipitation and observations occurred during the rainy season when GCMs underestimated precipitation. The analysis of future climate changes revealed that all five GCMs indicated a continued increase in temperature in the study area. However, differences in the magnitude of signal changes were observed in different GCMs and SSPs. These predicted temperature changes are significant and reliable because all models agree on the direction of temperature change across the province. Overall, the increase in average Tmax and Tmin is significant in SSP8.5 compared to SSP4.5 because of no reduction in greenhouse gas emissions. Thus, the largest mean changes in the SSP8.5 scenario for 2050 and 2090 at the provincial level for maximum temperature are increases of 2.64 and 4.72 °C during spring, and the largest mean changes in minimum temperature were calculated to rise to 2.97 and 4.83 °C during autumn. Future changes in precipitation proved to be more complex and unpredictable than temperature. The largest incremental changes in local precipitation in 2090 under the SSP4.5 (40.5%) and SSP8.5 (51.9%)scenarios were shown by the Ramsar station. In the study area, it is projected 38.86% and 43.95% on average in the feature period (2040-2060) and 45.11% and 65.94% in the feature period (2080-2100) under SSP4.5 and SSP8.5. Thus, the results of this study show that the shift toward wetter seasons at the provincial level in the future will cause more precipitation in the western part of the province.

    Conclusion

    Examining the drought situation in the base period shows the occurrence of periods with near-normal rainfall in longer intervals, and Sari and Qarakhail stations report more drought than stations in the west of the province. All GCM forecasting models presented the same results in significant warming trends in this province. For precipitation, however, it is suggested to investigate other models in this regard due to the sensitivity of the issue and the uncertainties involved in the issue. Considering the effect of changes in temperature parameters and precipitation on water resources and floods in the region, it is necessary to adopt suitable management strategies for the future to be resilient against climate change.

    Keywords: Temperature, Rainfall, CMIP6, Standard Precipitation Index, Mazandaran Province
  • Javad Aryanmanesh, Hamid Nazaripour*, Peyman Mahmoodi, Parviz Khosravi Pages 49-64
    Background

    Long-term hydrometeorological variables can be used for planning and managing water resources at the basin level using different physical models, such as hydrological and hydraulic models. However, such variables are often accompanied by missing data, which makes analysis difficult or sometimes impossible. Data gaps cause problems in interpretation, model calibration, and biased statistics. In this study, the validity of a non-parametric random learning machine algorithm, called MissForest, has been evaluated to fill the gap of daily streamflow series in a region with scarce data and strong climate variability.

    Methods

    The daily streamflow data in the gauge stations of the Southern Baluchestan catchment were analyzed in a long-term hydrological period (09/23/1972 to 09/22/2018). First, the missingness percentage was selected based on a conventional criterion (less than 50%) as an acceptable ratio of the missing rate in the streamflow data, followed by investigating the mechanisms and patterns of the missing data. Accordingly, the number of gauge stations was reduced to seven samples. Then, the temporal distribution of the missing daily streamflows during the months of the year and the relative frequency of gap length were investigated during the period. Next, the performance of the missing data reconstruction algorithm was challenged with two different artificial missing data scenarios. Two types of artificial gaps were generated, namely a) Removed contiguous segments: at each gauge only a segment (having lengths of 7, 14, 21, 30, 60, 180, and 365 days) was randomly removed from the entire record (1972–2018); b) Removed single data points: observed values (30, 60, 90, 120, 180, and 365 days) were randomly removed from the entire record (1972–2018) at each of the gauges. MissForest was applied to fill the gaps contained in the records together with the artificial gaps. Our analysis includes reconstructions of the 1972–2018 period at each of the streamflow gauges. Finally, the performance of MissForest in infilling daily streamflow data was tested by comparing the filled series with the observed data using goodness-of-fit (GoF) indicators, coefficient of determination (R2 ), the percent bias (PBIAS), and the Kling-Gupta efficiency (KGE).

    Results

    The MissForest algorithm generally performed satisfactorily, allowing for accurately and reliably simulating lost data quickly and automatically. The performance of the MissForest algorithm is highly dependent on the number of predictor records, record length, and streamflow type. Finally, the reconstruction of real gaps in streamflow data was possible by applying this intelligent algorithm. The river flow time series were simulated with the natural flow regime with good performance; however, this performance dropped slightly for flow rate changes as a result of water storage and diversion for irrigation, especially downstream of dams. The performance of this algorithm in filling the daily time series of flow with severe changes in the flow regime, such as peak discharge, was not evaluated optimally. This drop in performance is more related to the hydroclimatic conditions of the studied watershed than the structure of the algorithm. The reconstructed hydrographs allow for analyzing flow variability and their interaction with key climate variables.

    Conclusion

    The MissForest algorithm is introduced as one of the imputation methods based on machine learning with high credibility and performance in reconstructing the missing data of the daily streamflow. It can also be used automatically and intelligently in the reconstruction of the statistical defects of the river flow in the scale used daily. Future studies are suggested to analyze the effects of different watersheds with specific hydro-physical-climatic characteristics on the performance of the MissForest algorithm. The other issues that need to be addressed in future studies include the investigation of the proposed method of this study in other climatic and geographical regions, the sensitivity measurement to the rainfall and flow regime, and finally, the investigation of its performance compared to other common methods.

    Keywords: Goodness Of Fit, Machine Learning, Missforest Algorithm, Missing Data, Streamflow
  • Afsaneh Jafari, Habib Nazarnejad*, Saeed Najafi, Farrokh Asadzadeh Pages 65-76
    Background

    One of the major goals of watershed management operations is to reduce soil erosion and waste, and in the next step, to prevent the exit of eroded particles from the watershed. For this purpose, sediment control structures are usually built throughout watersheds. Check dams also play a special and important role in reducing the sediment load of rivers. Sediment dams are constructed to prevent the entry of sediment particles caused by the erosion of upstream lands into the main river. Particle size distribution is one of the key physical characteristics of sediment materials that is used as an important factor in sediment management in watersheds. Many quantitative and qualitative characteristics of sediments, such as porosity, permeability, transferability, chemical reactivity, and erodibility, are influenced by the size of particles and their mode of distribution. To achieve better results in watersheds and especially sediment trapping behind check dams, knowing the type of sediment and its characteristics helps in the better management of watersheds and water and soil resources. Comparing check dams with other water and soil conservation measures to reduce sedimentation, it seems that check dams are the most effective way to quickly reduce the entry of coarse sediments into rivers. Considering the role of sediment traps in trapping sediment particles, it is very important to study the sediments behind these dams in terms of particle size distribution characteristics. This research aims to investigate the size distribution of sediment particles behind check dams and to investigate the efficiency of sediment trapping dams in trapping sediments in the Lashkaran Salmas watershed.

    Methods

    The Lashkaran watershed is located in the northwest of Salmas city in West Azerbaijan province. According to the country division, it is located in the Urmia Lake River basin, and its geographical coordinates are in the range of 44°38'  to 44°40'  east longitude and 38°17'  to 38°18 ' north latitude, with an area of of 363 hectares. First, the location and dimensions of the structures and the height of the accumulated sediment behind the structures were examined and measured through field monitoring. To determine the size distribution of sediment particles, the sediments behind each check dam were sampled at two depths of 0-25 and 25-50 cm. In total, 32 sediment samples were collected from eight dams. The samples were transferred to the laboratory, air dried, and then passed through a 2 mm sieve. The particle size distribution of sediment samples was determined by the hydrometric method. To quantitatively investigate sediment particle size distribution, an optimal model was selected from several particle size distribution models, and particle size distribution indices, such as D50, were calculated with the optimal model.

    Results

     In the studied watershed, check dams have been built on the streams with three orders, including order one, three, and four. Seven dams have been built on the third-order streams, one dam on the fourth-order stream, and one dam on the first-order stream. The results show that the particle size distribution does not follow a specific and regular pattern in order three streams, and the average percentages of sand, silt, and clay are 65.7%, 28.2%, and 6.1%, respectively. In order four streams, the average percentages of sand,silt, and clay are 80.4%, 16.5%, and 3.2%, respectively. The respective percentages are 82.7%, 9.8%, and 7.6% in the first order. In general, the average percentage of sand particles, followed by silt, is the largest volume of particles making up sediments. The sediment size distribution of the third-order steams shows that the amount of changes in sediment particles does not have a regular trend, but in general, the percentages of clay and silt increase with increasing distance from the outlet of the watershed, with a decrease in the amount of sand particles. The fourth-order stream has high flow intensity and assumedly carries larger particles. Along with approaching the outlet, the amount of coarse particles decreases due to the presence of check dams and the accumulation of sediments behind the dams. As the distance from the outlet increases, the amount of clay and silt tends to decrease while sand particles tend to increase. The first-order stream has the lowest flow intensity. The amount of clay is constant with increasing distance, with increased silt and decreased sand percentages. Three efficiency coefficients were used to assess the efficiency of the models. The results of the sediment granulation distribution showed that check dams were most efficient in trapping sediments such as sand with a share of 69.5%. The results of examining the efficiency coefficients of particle size distribution models show that the Fredlund model with the highest coefficient of determination (0.98), the lowest RMSE index (0.03), and Akaike's statistic (59.54) is the most efficient model in measuring the distribution of sediment particle size compared to the other seven models.

    Conclusion

    The average particles of sand, silt, and clay (69.5%, 24.7%, and 5.8%, respectively) indicate the performance of check dams in controlling coarse-grained sediments such as sand. The results show that the dams upstream the watershed have restrained larger particles, but this trend is not seen in other check dams. It seems that the type and sequence of the dam are more effective in sediment changes. Moreover, the runoff carries fine to coarse particles, and regular diameter differentiation cannot be obtained due to the short distance between the dams.

    Keywords: Lashkaran Watershed, Sediment Particle Size, Watershed Measures
  • Hayede Bayani, Ali Bagheri*, Davod Akbari Nodehi, Valiollah Karimi Pages 77-88
    Background

    Land use/land cover (LULC) change in a specific area results from environmental and socioeconomic issues, as well as human activities over time and space. Increases and decreases in population growth in the system, climate, financial development, and physical elements, such as landscapes, soil grade, and type all influence LULC changes. The examination of conducted and documented research regarding the impact of land use change on the hydrological response of a watershed indicates that numerous studies have focused on this field both in Iran and globally. However, the effect of the pattern of landscape and the trend of its characteristics has not been observed to date. In this study, the processes of changing the landscape of the land,  management scenarios, and the runoff of the Tajan watershed were investigated taking into account a 20-year period in the basin using the SWAT model under the scenarios of the continuation of land use changes. The relationship between flow and topography parameters was examined to take into consideration the potential possibilities of using topography parameters in watershed management.

    Methods

    The study area is the Tajan River basin (about 4000 km2) surrounded by the Alborz Mountains in the south and the Caspian Sea in the north, located in Mazandaran Province. The environmental hydrological flow index was investigated using the SWAT hydrological model, which is a semi-distributed, continuous hydrological model developed for water resource managers to select the most appropriate strategy or solution by considering the impact of various management practices on river flow and non-point source pollution. Then, the flow intensity of the area was investigated using the land use maps of the region under the periods 1991, 1995, 2000, 2010, 2016, and 2020 in terms of the changes in the landscape. Calibration and validation periods were selected based on the availability of hydro-metric station statistics located on the Tajan River for the years 1997-2012 and 2013-2018, respectively.

    Results

    The simulation results showed good simulation capability of the SWAT model in estimating the flow of Kordakhail, Parvij, Rigcheshmeh, Varand, Vastan, Garmrood, Karchai, and Aliabad hydrometric stations. EFC indicators, which are categorized into low monthly flows, very low flows, high flow pulses, small floods, and large floods, were also considered in this study because they are crucial for maintaining the ecological integrity of the river. The first EFC group, low monthly flow, represents surface flow, indicating that changes in these parameters could be associated with the availability of surface flow. Essentially, a minor decrease in low monthly flow can be observed in April, May, and October to December, ranging from 0.2% to 1.1% based on the average forecast of the ensemble. Conversely, low monthly flows from July to September are expected to increase significantly by 4.3% to 9.4% at a 95% confidence level. Overall, the flow process was estimated using the SWAT OUTPUT VIEWER. After examining the capability of the model for the effect of its effect on the amount of runoff, the results showed that the amount of runoff will increase in the land LULC, it is necessary to develop strategies for the river runoff management. The reason for the low results at some stations was the lack of a sufficient number of the rain gauge and synoptic stations in the areas to record heavy rainfall on a daily scale with better spatial coverage.

    Conclusion

    In the present study, the SWAT modeling and land change analysis were investigated as new planning tools to investigate land dynamics in the Tajen watershed from 1990 to 2020. The results of the analysis of changes during the years 1990-2020 showed the reduction of forests by 1211 hectares. The most deforestation was observed in the margins of former agricultural lands due to better access. In addition to the increase in population growth, the use of forest wood as fuel and the construction and repair of villagers' houses are other reasons for deforestation in the study area. The destruction of forest lands can also be attributed to livestock grazing. Similar to other modeling studies, the results presented in this research include various inherent limitations, and the modeling uncertainty was multiplied due to the application of land cover flow simulation in the hydrology model. This study clearly predicted the effects of vegetation change conditions in the Tajen watershed in several intervals. However, the decrease in water availability in late spring and summer can jeopardize the amount of water for irrigation downstream the basin, unless proper water management and storage is implemented along with better use and management of runoff. The results of this study especially confirm the importance of land cover, which can have a small effect, decrease, or increase the amount of water. Moreover, this study provides valuable and important information for decision-makers to design compatible scenarios in accordance with the principles of sustainable development, which aims to manage the flow. Finally, the results of this study especially confirm the importance of land cover, which can have a small, decreasing, or increasing effect on water quantity.

    Keywords: Face Of Land, Flow Management, Scenario, Simulation
  • Hossein Ruigar*, Samad Emamgholizadeh, Saeid Gharechelou, Saeed Golian Pages 89-104
    Background

    In recent years, changes in climate and land use have led to fluctuations in water resources. These changes have affected the river flow, environment, and drinking and agricultural water. Land use change has four important effects on watersheds, namely changes in peak flow characteristics, changes in total runoff volume, changes in water quality, and changes in hydrological balance. To prevent natural disasters, it is important to identify the current conditions and predict the future situation. Overcoming these crises and reducing their adverse effects are only possible in the shadow of management, planning, and relying on practical knowledge. The present study aimed to determine the impact of climate change and land use on the river flow in the Talar basin between 2020 and 2050.

    Methods

    The effects of future land use, climate changes, and their combined effect in the Talar basin (Mazandaran province) have not been seriously investigated using the sixth climate change report. Therefore, this study analyzed data based on CMIP6 climate change scenarios and land use projections for 2035 and 2050. First, the SWAT model was used to evaluate the effects of climate and land use on the river flow in the Talar River basin. After calibration and validation of the model using the best parameters from 2001 to 2020, CMIP6 data were downscaled based on six models and projected under two scenarios SSP2-4.5 and SSP5-8.5. The scale of atmospheric general circulation models was reduced using two methods the delta method and quantile mapping (Qm). These methods were chosen due to the large scale of the models. In this research, the Markov prediction model (CA-Markov) was used to simulate and predict land use changes for the years 2035 and 2050. Precipitation and temperature data obtained from climate change and land use scenarios were entered into the SWAT model to predict the average monthly flow during the years 2020-2035 and 2020-2050.

    Results

    Calibration and validation at the Kiakola station as the output of the Talar watershed showed that the Nash-Sutcliffe index (NSE) had efficiencies of 0.8 and 0.76, respectively. The best values of the validation indices were obtained by the INM model. The Delta method for downscaled precipitation data and the Qm method for downscaled minimum and maximum temperatures showed better evaluation values. For example, the presented tables show that the values of RMSE, NRMSE, and MAE for the rainfall of the Kiakola station are 2.185, 0.0402, and 1.716, respectively, using the Delta method. All these values show the good accuracy of these downscaling methods for SWAT model inputs to predict the streamflow in the Talar River basin. These methods were implemented for all the studied stations, and the downscaled values of the aforementioned parameters were used to predict the streamflow of the Talar River basin at the Kiakola station.

    Conclusion

    The predicted results for 2035 and 2050 show a decrease in the runoff volume, wetlands, and urban land. Therefore, land use activities in the future should be based on appropriate land use development and land use regulation to reduce the long-term adverse effects of land use changes.In the Talar River basin, land use changes are mainly controlled by internal factors, such as agricultural land expansion and urbanization, while climate change is regarded as an external factor. Both have an important role in changing the hydrological processes of the basin. This study evaluates the combined effects of land use and future climate changes on the water balance in the Talar River basin. The combination of land use change and climate change has a more obvious effect on surface runoff. On a monthly scale, runoff from surface runoff decreases significantly across seasons, indicating that more extreme events (i.e., droughts) could potentially occur in the future. With land use changes, these effects can only be reduced by less than 20%. Therefore, more measures (for example, soil conservation) are needed in addition to land use planning to increase infiltration and aquifer nutrition and, subsequently, reduce risks from land use and climate change impacts. This research presents the effects of changes in land use and climate on the available water in the Talar River basin in the future. Furthermore, this paper presents a study on the use of the SWAT model in hydrology to help the scientific field. The findings of this study can also be useful for officials in reducing water stress through proper management of land use in the future. The results indicate that the average monthly streamflow of the Talar River basin has decreased due to land use changes, such as the expansion of urban areas and the reduction of agricultural land. In the future, changes in land use and land cover (LULC) may affect streamflow. The main drivers of LULC changes include agricultural development, deforestation, urban planning, land tenure policy, and organization development.

    Keywords: CMIP6 Model, Downscaling, Scenario, Streamflow, SWAT Model, Watershed
  • Morteza Dastigerdi, Mehdi Nadi*, Bahareh Shamgani Mashhadi, Mohaddeseh Hatamipour, Omid Mahdavi Amrei Pages 105-118
    Background

    Vegetation is one of the main components of biosphere preservation that acts as a link between soil, water, and atmosphere. It is crucial in providing organic matter, regulating the carbon cycle, and exchanging energy on the surface of the earth. In recent years, climate change and global warming have caused frequent events, such as floods, heat waves, and droughts, which can damage terrestrial ecosystems. Climate change directly affects the growth of vegetation; on the other hand, changes in vegetation cover give feedback to climate change by regulating water, energy exchange, and carbon dioxide concentration.

    Methods

    The research was carried out in Mazandaran province to analyze vegetation trend in the study area during the 2001-2020 period. The 16-day composite MODIS-NDVI time series data, named MOD13Q1, with a spatial resolution of 250 meters (920 NDVI images) were used for this purpose. The non-parametric Mann-Kendall method was employed to investigate changes in vegetation activity and trend significance. The overlying vegetation trend map and the location of big cities and main roads of the province were also investigated in this research.

    Results

    A decreasing trend of vegetation cover was observed in 16% of the total studied area, and the rest showed an increasing trend, although the significant decrease and increase of vegetation cover occurred in 5% and 65% of the area, respectively, with a 95% confidence level. The vegetation trend map showed that the most significant reduction of vegetation in the last 20 years occurred in coastal areas and low-altitude regions, especially around big cities and main roads entering the province. Decreased vegetation around the metropolises is expected due to the increase in population and the need for urban development. However, the results showed that the most significant decrease in vegetation occurred in the cities of Mahmudabad (19%), Babolsar (17%), Ghaemshahr (10%), and Jouybar (9%). Unlike the big cities of Sari and Ghaemshahr, the cities of Sorkhrood, Mahmudabad, and Babolsar are at the top of the cities with reductions in vegetation cover in the last 20 years. Unfortunately, this is not due to urban development and increasing population, but drastic changes in the use of agricultural land and citrus orchards and turning them into private villas are the main factor in the reduction of vegetation. Comparing the vegetation trend map with the main roads of the province reveals that a significant reduction of vegetation has occurred around the main roads entering Mazandaran province, especially on the Haraz, Firouzkouh, and Farim roads. In contrast, smaller areas of vegetation cover reduction were observed around the Chalus road.The investigation of the areas with positive vegetation cover trends showed that the highlands of the province, especially the eastern highlands, experienced a significant increase in vegetation cover. However, a less significant positive trend of vegetation was observed in the western highlands. Rather, most of these areas have experienced no trend conditions in the past 20 years, which could be due to the recent global warming and the higher temperature in the east of the province than in the western regions, which generally has caused suitable temperature conditions for the growth of vegetation in the eastern highlands of the province. It seems that the western highlands still do not have suitable temperature conditions for the growth of vegetation. 

    Conclusion

    The results of this research show that the changes in vegetation in Mazandaran province are under the control of two natural and human factors, and the former (climate) has caused an increase in vegetation in 65% of the area of the province, especially in the highlands, probably caused by the increase in temperature. The recent global warming has made it possible to provide living conditions for plants in the highlands of the province, especially the eastern highlands. Nevertheless, the human factor has been destroying vegetation throughout the province, especially in tourist areas and those with easy access. As such, a significant trend of vegetation reduction was observed both on the coasts, around metropolises, in the heart of the Hyrkan forests, and in the heights near the main roads. A significant decrease in vegetation cover has occurred in 5% of the area of the province, and these decreases were observed mostly in the plains, coastal strip, low altitudes with low slopes, outskirts of cities, and roads of the studied area. Vegetation is also being destroyed in the marginal areas of the roads from Ramsar to the neighboring western province, Gorgan Sari, Tehran, Chalus, Haraz, and Firuzkouh, which can be the main reason for the increase in traffic load, changes in land use, and the construction of recreational facilities and villas. Based on the results of this research, extreme changes in land use in the last 20 years are very evident, and if the human process of land use change continues along with the loss of water and soil resources, we may see irreparable blows to the ecosystem of the Caspian systems in the near future.

    Keywords: Mann-Kendall, MODIS-NDVI, Time Series, Trend Analysis, Vegetation Change
  • Mojtaba Khoshravesh*, Seyed Mohammadreza Hosseini Vardanjani, Hajar Taheri Soudjani, Marzieh Ghahreman Pages 119-131
    Background

    The use of groundwater for agricultural, industrial, and drinking purposes is significantly increasing worldwide. These resources are considered an important part of the renewable water ecosystem and have various advantages over surface waters, such as higher quality and less contamination. However, recent intermittent droughts and a noticeable decrease in surface water resources have led to the excessive use of groundwater sources and a decline in their quality. Therefore, understanding the quality of groundwater is crucial for proper planning and management of these resources and requires serious attention and detailed analysis. Additionally, one of the health problems in developing areas is the lack of access to safe drinking water, and human health is at the core of sustainable development in the region. Therefore, ensuring the welfare and health of the community at an acceptable level is not possible without access to clean and standardized drinking water. Water is important from both health and economic perspectives as it serves as a catalyst for industrial growth and the prosperity of the agricultural sector. In this regard, this research aims to evaluate and analyze the quality and spatial changes in groundwater quality based on the GQI assessment index.

    Methods

    This research focuses on evaluating and analyzing spatial changes in groundwater quality within the study areas of Khanmirza, Lordegan, Boroujen, Ardal, and Kiar, located in  Chaharmahal and Bakhtiari province, for drinking purposes. Practical information is provided regarding the status of available water resources in the region for drinking purposes. To this aim, 28 groundwater samples were collected from legally operating wells in various locations within the mentioned counties during the  2020-2021 period and subjected to chemical analysis in the laboratory. The GQI (Groundwater Quality Index) was used to assess the quality of these samples for drinking purposes. In this study, the GQI was calculated based on the concentration values of 11parameters, including electrical conductivity, acidity, total dissolved salts, calcium ion, sodium, magnesium, potassium, carbonate, bicarbonate, chloride, and sulfate. Subsequently, spatial zoning of the overall parameter values was performed using the chemical characteristics of the collected samples and employing the inverse distance weighting (IDW) interpolation method in the GIS software environment, and the desired information layers were obtained in raster format. Furthermore, overlays were performed by applying computational functions to the available information layers,, followed by estimating the GQI values and preparing raster maps of the index. The output maps can be utilized not only to determine the qualitative characteristics within the study area but also to analyze the trends of their variations, prepare zoning maps for  each parameter, and compare them with standard values.

    Results

    The calculated GQI using measured samples categorizes a significant portion of the  study area within the excellent and good quality categories suitable for drinking. Additionally, the color spectrum of the zoning map indicates better water quality in the western and southern  parts of the study area than in the other sections. Generally, water quality decreases from the south toward the north and northeast. The sensitivity analysis of the model focuses on examining the impact of changing one input variable on a model's output variable. The sensitivity analysis revealed that parameters such as acidity, calcium, magnesium, total dissolved salts, and electrical conductivity had a negative effect (meaning an increase in index values and water quality improvement after removing these parameters and deterioration with their addition in the index calculation). Conversely, the concentrations of bicarbonate ions, sulfate, sodium, potassium, and chloride had a positive impact on water quality (meaning a decrease in index values and deterioration after removing these parameters and improvement with their addition in the index calculation). These parameters have allocated the highest to lowest changes in estimating the GQI index. Therefore, the GQI quality index shows greater sensitivity to the presence or absence of acidity and calcium bicarbonate than the other parameters used in determining the index, influencing decision-making regarding the classification of drinking water quality more than the other parameters. Despite having higher weights in calculating the index, some parameters show insignificant percentage changes in the index due to their presence or absence. For example, despite a lower weight of bicarbonate than magnesium ions, it shows a higher percentage change in the index after its removal than the percentage change caused by removing magnesium. Thus, higher weights for these components do not necessarily imply greater sensitivity of the model to them.

    Conclusion

    The results of this study indicate that the groundwater quality in the studied areas is suitable for drinking purposes, and the groundwater in the study area has not been affected by changes resulting from the tested parameters in the drinking sector. Additionally, this study contributes to comprehensive and useful planning for the management and conservation of groundwater resources, enabling more informed decision-making based on groundwater quality maps in this regard.

    Keywords: Interpolation, Pollution, Sensitivity Analysis, Water Quality Index
  • Esmaiil Eslami* Pages 132-141
    Background

    As a public belief, religion has always played a fundamental role in the development and strengthening of social institutions. Since the creation of mankind, religion has not only acted as a personal guide but also as a measure for regulating social behaviors and has played an important role in various areas, including natural resource management. One of the interesting patterns in the relationship between religion and nature is the connection formed based on the significance and sanctity of water in religious teachings. In this context, water is introduced as a symbol of purity, innocence, and spiritual health. According to this pattern, spiritual health, which refers to a deep connection to religious and divine values, plays a key role in regulating religious, civic, and individual relationships. Despite the great importance of this topic, few studies have investigated the role of religious beliefs in the consumption of natural resources, especially in Islamic societies. This shortage of research is largely due to the cultural and social challenges associated with studying such topics, avoided by many researchers. In reality, people’s religious beliefs and attitudes are often naturally inspired by nature and its resources, among which water is one of the most vital elements of nature, playing a crucial role in the survival and life of humanity. Islam, particularly in its Qur'anic teachings, repeatedly emphasizes the importance of water conservation and careful use. The Holy Qur'an refers to water as the source of life and stresses the need to care for this divine blessing. Alongside these teachings, religious beliefs have always played a central role in shaping people's attitudes and behaviors. One such belief, which is recognized as part of religious practice, is the concept of spiritual health, which refers to an individual's deep connection with religious teachings that can guide them toward more responsible use of natural resources, including water. This connection is not only evident in religious and ritualistic behaviors but also influences everyday life aspects, such as social interactions and the use of natural resources. However, fewer studies have specifically examined the relationship between spiritual health and optimal water use, particularly in Islamic societies. Cultural and social complexities associated with studying such topics have always posed challenges, leading to limited research in this field. Considering the role of water and its connection to religious beliefs and spiritual health, the present study seeks to investigate the relationship between religious attitudes, income levels, and water consumption in the community of Gorgan. This study aims to answer the question: Is there a relationship between individuals' religious attitudes and their water consumption? Additionally, the study explores the influence of other variables, such as gender, income level, family size, and employment status, on water consumption.

    Methods

    This descriptive-correlational study focuses on the urban population of Gorgan in 2021. A total of 100 individuals were selected from this population using simple random sampling. The samples were selected to ensure diversity in demographic, economic, and cultural characteristics. Standard and validated questionnaires were used as data collection tools, including a Religious Attitude Scale, a Spiritual Health Questionnaire, and a Financial Questionnaire. The Spiritual Health Questionnaire, by Polotzin and Ellison, consists of 20 questions designed to measure two dimensions: religious health and existential health. This questionnaire determines an individual's overall spiritual health score from 0 to 100. The second questionnaire assessed individuals' attitudes toward water consumption and their inclination toward water conservation. This questionnaire included 21 questions to evaluate cognitive, emotional, behavioral, and responsibility dimensions related to water consumption. The validity of these tools was confirmed through content validity, and their reliability was verified using Cronbach's alpha, with values of 0.82 for spiritual health and 0.94 for the water conservation attitude questionnaire. Data were analyzed using SPSS statistical software. Initially, descriptive statistics were employed to describe demographic variables and study indices (mean, standard deviation, and percentages). Then, inferential statistics, including Spearman's correlation coefficient and multivariate regression analysis, were used to examine the relationship between independent variables (spiritual health, gender, income, family size, and employment status) and the dependent variable (water consumption) at a significance level of 0.05. All ethical principles, including informed consent from participants and confidentiality of information, were observed in this study.

    Results

    A significant positive relationship was observed between spiritual health and water consumption, meaning that individuals with higher spiritual health were more inclined to conserve water. Additionally, a significant relationship was observed between water consumption and age. Older individuals were more likely to conserve water than younger ones. Multivariate regression analysis showed that spiritual health and age were the two main predictors of water-saving behaviors. In other words, an increase in spiritual health and age was significantly associated with a greater tendency toward optimal water use. Other demographic variables, such as gender, income level, employment status, and family size, did not significantly affect water consumption. The results suggest that improving spiritual health can lead to better water consumption behaviors and a reduction in water waste. This impact is particularly noticeable among older individuals.

    Conclusion

    The findings of this study indicate that spiritual health, as an important and influential factor, plays a key role in improving water consumption behaviors. Strengthening spiritual health and religious beliefs in society, especially in arid and water-scarce regions, can serve as an effective strategy for addressing the water crisis and promoting the optimal use of natural resources. The findings also suggest that age is an important factor in reducing water consumption and encouraging conservation. Therefore, promoting and educating religious concepts related to natural resource conservation and protection, particularly through religious and educational institutions, can play a crucial role in changing water consumption patterns in society. Overall, the results of this study indicate that enhancing spiritual health through education and raising awareness can lead to reduced excessive water consumption and better protection of natural resources. This is especially important in communities facing water scarcity, requiring greater attention from policymakers and cultural and educational planners.

    Keywords: Gorgan City, Religious Beliefs, Spiritual Health, Water Consumption
  • Zeinab Jafarian*, Zhila Ghorbani Pages 142-153
    Background

    Soil organic carbon is one of the important parameters to determine soil fertility, and production ability and a mind index for showing soil quality of dry and semi-dry lands. On the other hand, rangelands are one of the main dry ecosystems of carbon reservoirs. Knowing about carbon reservoir distribution and changes for detecting the controller mechanisms of the carbon world cycle and carbon stability is vital for managing ranges. Since field operations include soil sampling from different places and depths to measure the amount of soil carbon sequestration, it is very time-consuming and costly., On the other hand, different soil characteristics may be measured and available in many rangeland areas for other purposes using modeling and prediction under various inputs, including soil properties such as texture, acidity, electrical conductivity, etc. Researchers in the rangeland field can estimate and evaluate soil carbon. Novel prediction methods, including artificial intelligence, are of high interest in this field. The present research aims to study the ability of the adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to predict the carbon sequestration (CS) of rangeland soil.

    Methods

    The studied area in this research includes the rangelands of the southwestern slopes of Mount Damavand in the Lar watershed with an area of about 2000 hectares and an altitude between 2500 and 3460. With a statistical climate period of 36 years, it is a semi-humid to ultra-cold region where the average rainfall is 550 mm. Dominant plant species in the region are Onobrychis cornuta, Astragalus ochrodeucus, Astragalus microcephalus, Thymus pubescens, etc. Considering the Lar watershed region geographic conditions, four height groups relative to sea level, including height group 1 (2500-2700 m), group 2 (2700-2900 m), group 3 (2900-3100 m), and group 4 (3100-up m) were selected for sampling soil at different depths in this research. Thirteen random points were determined at all height groups, and three samples from each point were dug at depths 0-15 cm and 15-30 cm. In total, 312 soil samples were collected in the entire region and transferred to a soil science laboratory, where soil characteristics (texture, organic carbon, and bulk gravity) were measured as an average of three repetitions. These characteristics were used to calculate the amount of soil carbon deposition. After soil sampling and measuring the amount of carbon sequestration under the effect of soil depth and height in the sampling location at the Mount Damavand rangelands at the Lar watershed region, the regression and ANFIS prediction equations were developed and their accuracy was compared together for CS prediction plus introducing the more accurate approach. The root mean square error (RMSE) and correlation coefficient (R2) were applied to evaluate the regression and ANFIS models. The regression analysis was performed using the SPSS20 software. Excel software was used to draw descriptive charts. ANFIS modeling was created in MATLAB software and is based on the input/output dataset of a fuzzy inference system (FIS). This system is based on the combination of three components: membership functions of input and output variables (fuzzification), fuzzy rules (rule base), mechanism inference (a combination of rules with fuzzy input), output characteristics, and results of the system (de-fuzzification).

    Results

    The results of the analysis of variance (ANOVA) revealed that only soil sampling depth significantly affected the soil CS, but the effect of sampling location and the interaction effect of depth and height were not significant. More amount of CS was obtained at a depth of 15-30 cm than at a depth of 0-15 cm, and the utmost amount of CS was measured in gang 4 of height (3119-3545 m) at both depths. The highest amount of CS (604656) belonged to gang 4 of height and a depth of 15-30 cm. In fact, the amount of soil CS increased at higher and lower altitudes while its amount decreased at medium altitudes. After gang 4 of height, the second most CS was recorded for the gang 1 of height. In the modeling part, the ANFIS model with higher accuracy (R2 = 0.4736) and lower error (RMSE = 0.0274) predicted the soil CS related to a regression model with lower accuracy (R2 = 0.4308) and higher error (RMSE = 0.069). This result indicates the higher ability of the ANFIS model than the regression model in creating a relationship between input and output and its proximity to the measured values.

    Conclusion

    The increase in the correlation coefficient and the reduction of the mean error deviation in the ANFIS method compared to the linear multivariate regression show that the ANFIS method is more successful in estimating the amount of soil CS under the effects of various factors in the studied land use. The better performance of the ANFIS model than statistical regression methods can be found in its estimation and prediction capability for the nonlinear estimation with a small amount of data. This is despite the fact that the performance and accuracy of regression methods strongly depend on the sample size, and a small sample size can be a limiting factor in such statistical models. The adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) satisfied operation in predicting rangeland soil CS under the different sampling depths and heights. Furthermore, it will be used as an intelligent tool for predicting different parameters in studied ranges and rangeland science, such as above and underground biomass volume, distribution of rangeland plant species, and so on.

    Keywords: Artificial Intelligence, Modelling, Organic Carbon, Regression, Soil Properties
  • Ailin Faraji, Mohammadreza Tatian*, Reza Tamartash, Anvar Sanaei Pages 154-168
    Background

    Decreasing or increasing diversity affects a community’s sustainability because biodiversity in any living community determines its specific function, and on the other hand, sustainability is considered the ability of an ecosystem to preserve and maintain its function. At the same time as the global threats of climate change and the increase in harvesting intensity in the last few decades, ecosystem functions have been the focus of many researchers. Due to the impact of biodiversity on the protection of different ecosystem functions, many studies have investigated biodiversity indicators and ecosystem functions in different environmental conditions. In the present study, species diversity (richness, Shannon-Wiener, Simpson, and evenness) and functional (functional richness, functional evenness, functional divergence, and CWM indices) indices were used to investigate their relationships with different grazing managements (light and heavy) and two different climates in the basins of Mazandaran province. This research aims to determine the role of variables influencing plant diversity and the pasture ecosystem functioning to help better manage summer pastures that play a protective role for downstream areas in watersheds.

    Methods

    The effects of livestock grazing were investigated on the diversity of two selected watersheds, Zaremrood and Cheshmehkileh, in the east and west of Mazandaran province. After determining plant types in each of the areas, light and heavy grazing sites were determined based on the accessibility and distance to sources, such as livestock husbandry, watering places, and roads. For sampling in the sites, the northern slopes with the same slope (0-20%) were selected to ensure homogeneity. Sampling was done using five main plots (10 × 10 m) so that three plots (1 × 1 m2) were within each plot. Thus, a total of 15 plots were used in each grazing site (light and heavy), and a total of 30 plots were used in the random-systematic design. To measure functional diversity indicators, the easily measurable functional characteristics of plants related to the level of ecosystem functioning were selected and measured in addition to species abundance data. Based on experts, opinions and a review of available sources, five traits (leaf area, leaf dry matter content, leaf specific area index, plant height, and leaf dry weight) were used to determine functional diversity. Species diversity indices were calculated in PAST software by calculating three indices of species diversity, including species richness, Shannon-Wiener diversity, and Simpson diversity. Data were statistically compared using the analysis of variance (ANOVA) in the form of the general linear model (GLM) and principal component analysis (PCA) to separate the grazing regions that can be separated using functional diversity indices.

    Results

    The dependent variables (weighted average of leaf area and dry matter content) were significantly different in various climates and different livestock grazing patterns. Similarly, the independent variables (area and livestock grazing) were significantly different from the variables of species richness, Shannon-Wiener, and weighted average of leaf area. In the light grazing site of Chashtkhoran rangelands in the Cheshmeh-Kileh basin, the indices, including Simpson (P-value = 0.000), Shannon-Wiener (P-value = 0.000), functional richness (P-value = 0.001), and functional divergence (P-value = 0.08), were more than the heavy grazing site in the Mianband rangeland of the Zaremrood basin. Moreover, the weighted average of the leaf area (P-value = 0.001) was greater in the Chashtkhoran area under light grazing than in the Mianband rangeland. It was higher in the heavy grazing of the Mianband than in the Chashtkhoran Rangeland, but the weighted average of the dry matter content (P-value = 0.001) was vice versa. According to the PCA results, the first component belonged to Simpson, Shannon-Wiener, functional richness, and functional divergence, and the second component is related to evenness, functional evenness, the weighted average of leaf area, the weighted average of dry matter content, and height mean. Due to their high impact, therefore, these factors were identified as the most effective factors in separating areas under light and heavy grazing. The first and second components explain 36.3% and 19.8% of the changes, respectively.

    Conclusion

    The significant interaction between climate and grazing shows that the difference between the light and heavy grazing areas of the two climate zones is characterized by two variables, viz. the weighted averages of leaf area and dry matter content. The leaf area showed higher values for heavy grazing plots in the dry region, and this factor was greater in the light grazing of the humid region. This study highlights the importance of grazing control as an effective management tool for vegetation conservation. It seems that the plant composition in the mountainous rangelands of Iran is more influenced by grazing intensity than climate differences.

    Keywords: Cheshmehkileh Basin, Community Weighted Average, Species Richness, Summer Rangelands, Zaremrood Basin