فهرست مطالب

مجله مهندسی و مدیریت آبخیز
سال هفدهم شماره 1 (بهار 1404)

  • تاریخ انتشار: 1404/01/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • نگین قادری دهکردی، عبدالواحد خالدی درویشان*، محمدرضا زارع، پائولو پورتو صفحات 1-13
    مقدمه

    برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از عناصر پرتوزا، یکی از روش هایی است که برای ارائه نقشه فرسایش/رسوب گذاری و محاسبه اجزای بودجه رسوب در مقیاس های زمانی رگبار تا سالانه و حتی متوسط سالانه بلند مدت استفاده می شود. مقیاسه نتایج حاصل از میانگین سالانه بلند مدت فرسایش/رسوب گذاری با مقادیر رسوب مشاهداتی دهه های اخیر می تواند برای بررسی روند تغییرات فرسایش و تولید رسوب مورد استفاده قرار گیرد. پژوهش حاضر با هدف مقایسه شدت متوسط فرسایش خاک در دوره های زمانی 120-100 و 60 سال اخیر، به ترتیب با استفاده از هسته های پرتوزای سرب-210 و سزیم-137 از طریق اندازه گیری و تحلیل روند تغییرات شدت متوسط فرسایش خاک و تولید رسوب در یک قرن اخیر در زیرحوزه آبخیز شاهد حوضه معرف-زوجی خامسان انجام شد.

    مواد و روش ها

    نمونه برداری از خاک در زیرحوزه آبخیز شاهد با روش نظام مند-تصادفی در تعداد 75 نقطه با پراکنش مناسب در کاربری های مختلف انجام شد. برای محاسبه شدت فرسایش/رسوب گذاری در هر نقطه، مدل پخش و انتقال برای اراضی غیرکشاورزی و مدل موازنه جرمی نوع II برای اراضی زراعی با استفاده از میزان موجودی سرب-210 و سزیم-137 در خاک بر حسب بکرل بر مترمربع و دیگر عامل های مورد نیاز اجرا شد. نقشه محدوده های فرسایش/پایدار/رسوب گذاری از طریق مقایسه موجودی سرب-210 و سزیم-137 با مناطق مرجع تهیه شد. در نهایت، نقشه توزیعی متوسط شدت فرسایش/رسوب گذاری با استفاده از رهیافت واحد کاری تهیه شده و اجزای بودجه رسوب به ترتیب برای متوسط 120-100 سال اخیر با استفاده از سرب-210 و متوسط 60 سال اخیر با استفاده از سزیم-137 محاسبه شد.

    نتایج و بحث:

    مقایسه نتایج بودجه بندی رسوب در زیرحوزه آبخیز موردمطالعه حاصل از دو روش سرب-210 و سزیم-137 نشان داد که در دوره زمانی 120-100 سال و 60 سال اخیر متوسط فرسایش خاک کل به ترتیب 292.87 و 526.87 تن در سال، متوسط رسوب گذاری کل به ترتیب 7.07 و 20.26 تن در سال و متوسط فرسایش خاک خالص (رسوب دهی) به ترتیب 285.79 و 506.61 تن در سال بوده است. در دو دوره زمانی 120-100 و 60 سال اخیر متوسط شدت فرسایش به ترتیب 2.92 و 5.25 تن بر هکتار در سال و تولید رسوب به ترتیب 2.85 و 5.05 تن بر هکتار در سال برآورد شد. همچنین، نسبت تحویل رسوب زیرحوزه آبخیز مورد بررسی در دوره های زمانی 120-100 و 60 سال اخیر به ترتیب 0.98 و 0.96 بود. به عبارت دیگر، در دوره زمانی 120-100 سال به طور متوسط تنها دو درصد از خاک فرسایش یافته مجددا در سطح زیرحوزه آبخیز توزیع شده است و در دوره زمانی 60 سال اخیر این مقدار به چهار درصد رسیده است.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج به دست آمده و تحلیل تغییرات فرسایش خاک و تولید رسوب زیرحوزه آبخیز شاهد در حوزه آبخیز معرف خامسان با روش هسته های پرتوزا می توان بیان کرد که به طورکلی از 120-100 سال گذشته تا به امروز شدت فرسایش در سطح آبخیز افزایش یافته است. نتایج نشان داد که متوسط فرسایش کل، متوسط رسوب گذاری کل و متوسط فرسایش خالص در دوره زمانی120-100 سال اخیر نسبت به دوره زمانی 60 سال اخیر به ترتیب حدود دو برابر، سه برابر و دو برابر افزایش پیدا کرده است. با بازدیدهای میدانی از زیرحوزه آبخیز موردمطالعه مشخص شد که افزایش فرسایش و تولید رسوب در 60 سال اخیر عمدتا به دلیل تمرکز بیشتر عملیات خاک ورزی در کاربری کشاورزی دیم به ویژه در اراضی شیب دار و شخم در جهت شیب رخ داده است. نتایج پژوهش حاضر می تواند علاوه بر درک روند تغییرات فرسایش و تولید رسوب در یک قرن اخیر، برای پیش بینی وضعیت فرسایش خاک آینده در حوزه های آبخیز نیز مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: بودجه رسوب، تاریخچه فرسایش، منشایابی رسوب، نسبت تحویل رسوب، نقشه فرسایش
  • پویا اللهویردی پور*، یعقوب دین پژوه صفحات 14-28
    مقدمه

    در سال ها و دهه های اخیر به دلیل تغییرات اقلیمی و مشکلات ایجاد شده در دسترسی به منابع آب کافی و با کیفیت، مساله تامین منابع آب پایدار مورد توجه محققان و پژوهشگران مختلف قرار گرفته است. کمبود منابع آب سالم و با کیفیت مانعی بزرگ در جهت توسعه پایدار محسوب می شود. به همین علت شناخت فرایندهای چرخه آب بسیار مهم بوده و نیازمند اطلاعات دقیق از پدیده های هیدرولوژیکی است. رواناب های حاصل از بارش یکی از منابع اصلی تامین نیازهای آبی مختلف ازجمله کشاورزی، صنعت و مصارف خانگی هستند. تخصیص منابع آب به این بخش ها با استفاده از داده های مربوط به رواناب در زمان های مختلف، برنامه ریزی می شود. برآورد و پیش بینی دقیق رواناب، اصلی ترین مساله در استحصال منابع آب های سطحی و استفاده بهینه از پتانسیل حوضه های مختلف آبخیز است. حوزه آبخیز دریاچه ارومیه، به عنوان یکی از مهم ترین حوضه های آبی ایران، در سال های اخیر رو به خشکی نهاده است. با توجه به این موضوع، اطلاع و آگاهی در زمینه منابع آبی این حوضه و زیرحوضه های آن و نیز شبیه سازی و پیش بینی منابع مختلف ورودی به آن ازجمله رواناب ها بسیار مهم است.

    مواد و روش ها

    حوزه آبخیز آجی چای، یکی از زیرحوضه های دریاچه ارومیه است. این حوضه در ناحیه شمال غربی ایران و در استان آذربایجان شرقی قرار دارد. در این پژوهش از داده های بارش ایستگاه همدیدی تبریز و رواناب ایستگاه هیدرومتری نهند واقع در این حوضه از سال آبی 77-1376 تا 97-1396 استفاده شد. جهت مدل سازی بارش-رواناب از روش های شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، برنامه نویسی بیان ژن (GEP)، ماشین بردار پشتیبان (SVM) و جنگل تصادفی (RF) استفاده شد. 70 درصد از داده ها برای آموزش و 30 درصد از داده ها برای صحت سنجی مدل ها استفاده شد. برای ارزیابی عملکرد مدل ها از معیارهای آماری ضریب تعیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب نش-ساتکلیف (NSE) و شاخص ویلموت (WI) استفاده شد.

    نتایج و بحث:

    نتایج این پژوهش نشان داد که تمامی مدل های مورد بررسی در این پژوهش عملکرد بسیار خوبی در شبیه سازی بارش-رواناب روزانه در حوضه آجی چای دارند. بر اساس نمودارهای پراکنش و سری های زمانی، مدل GEP در مدل سازی مقادیر بارش-رواناب این حوضه با همبستگی بالا نسبت به سایر مدل ها بیشترین دقت را داشت. با توجه به نتایج و معیارهای آماری، مدل GEP با مقادیر R2، RMSE، NSE و WI به ترتیب برابر 0.84، 0.024، 0.864 و 0.968، دقیق ترین مدل در شبیه سازی فرایند بارش-رواناب روزانه حوضه آجی چای بود. مدل های مورد بررسی در شبیه سازی رواناب های بیشینه خطا داشته و این مقادیر را کمتر برآورد کرده اند. این نکته می تواند به دلیل خاصیت مدل های هوشمند باشد که به داده های آموزش حساسیت بسیار زیادی دارند. از عوامل موثر در عملکرد مدل ها در برآورد رواناب های بیشینه می توان تعیین نوع و ساختار مدل ها را نام برد.

    نتیجه گیری

    به طورکلی نتایج این پژوهش نشان داد که مدل GEP نسبت به سایر مدل های مورد بررسی، در شبیه سازی بارش-رواناب دقت بیشتر و عملکرد بهتری دارد. نتایج این پژوهش نشان دهنده عملکرد مناسب مدل های یادگیری ماشین در شبیه سازی فرایند بارش-رواناب است. به طورکلی با توجه به دقت بالای مدل های هوشمند به ویژه مدل GEP در پیش بینی فرایند بارش-رواناب روزانه، استفاده از این روش ها در مسائل هیدرولوژیک توصیه می شود. همچنین، پیشنهاد می‎شود، در تحقیقات آینده از روش های هوشمند و داده کاوی در مدل سازی فرایند بارش-رواناب در حوضه های مختلف به طور جداگانه برای سال های درگیر خشکسالی و ترسالی استفاده شود.

    کلیدواژگان: برنامه نویسی بیان ژن، حوضه آجی چای، جنگل تصادفی، شبکه عصبی مصنوعی، مدل GEP
  • حسن نیکخو*، امین صالح پور جم، زهرا گرامی صفحات 29-43
    مقدمه

    امروزه منابع طبیعی کشور با معضلات و تهدیدات جدی همچون کمبود آب، خشکسالی، تغییر اقلیم، آلودگی آب، خاک و هوا، بیابان زایی، فرسایش خاک و مشکلات ناشی از بهره برداری و مدیریت غیراصولی و نامناسب اراضی نظیر جنگل تراشی، تخریب مراتع، افزایش دام و کشاورزی غیراصولی روبه رو است. این مساله نشان‏ دهنده اهمیت ضرورت توجه جدی تر به مقوله تحقیق و توسعه پایدار در مدیریت منابع طبیعی و محیط زیست کشور برای ارایه راه کارهای برون رفت از مشکل و بهبود سلامت و پایداری زیست ‏بوم کشور است. این در حالی است، که در بعد تحقیقات، تاکنون مقالات زیادی در زمینه آبخیزداری با تاکید بر جنبه ‏های فنی و مدیریتی آن در مجلات داخلی و خارجی به چاپ رسیده است. با این‏ حال، دسته ‏بندی و تحلیل موضوعی مقالات علمی-پژوهشی چاپ شده در نشریات داخلی کشور، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. دراین ارتباط، این پژوهش، با هدف بررسی موضوعی و طبقه ‏بندی انواع مقالات چاپ شده در مجله مهندسی و مدیریت آبخیز و نیز بررسی و تحلیل روند موضوعی هر طبقه در دوره‏ های زمانی سه ‏گانه انجام شده است.

    مواد و روش ها

     این پژوهش، با هدف بررسی و ارزیابی مقالات چاپ شده در مجله "مهندسی و مدیریت آبخیز" طی دوره زمانی 1388 تا پایان سال 1402 (دوره 15،شماره 4) انجام شد. در این ارتباط، ابتدا طبقه ‏بندی موضوعی انواع مقالات چاپ شده انجام شد. همچنین، به منظور بررسی فراوانی انواع مقالات چاپ شده در طبقات تخصصی مربوطه و نیز فراوانی واژه های کلیدی ارایه شده در این مقالات، سه دوره زمانی مشتمل بر دوره زمانی 1388 تا 1392 (دوره 1 تا 5)، 1393 تا 1397 (دوره 6 تا 10) و 1398 تا 1402 (دوره 11 تا 15) در نظر گرفته شد. همچنین، در این پژوهش، اقدام به بررسی دیدگاه اعضای هیئت علمی و کارشناسان محقق گروه های پنج گانه پژوهشی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری درخصوص ارسال مقاله به نشریه "مهندسی و مدیریت آبخیز" و نیز کیفیت، ویژگی ها، چالش ها و کارکردهای مقالات چاپ شده در این نشریه طی دوره زمانی 1388 تا پایان سال 1402 (دوره 15، شماره 4) شد. در این ارتباط، پس از دسته بندی موضوعی انواع مقالات چاپ شده به تفکیک گروه های پنج گانه پژوهشی و طراحی گویه های مرتبط، نظرسنجی در خصوص نقش عوامل منتخب در ارسال مقالات و نیز انواع مقالات چاپ شده به تفکیک هر گروه مبتنی بر پرسش نامه متشکل از 11 متغیر ترتیبی کیفی و ارزش گذاری منطبق با طیف پنجگانه لیکرت انجام شد. پس از بررسی روایی و پایایی ابزار اندازه گیری و تعیین حجم نمونه با استفاده از فرمول کوکران، در این پژوهش از تحلیل آماری (آمار توصیفی) به منظور تحلیل نتایج استفاده شد.

    نتایج و بحث:

    نتایج نشان می ‏دهد، که طبقات موضوعی "هیدرولوژی" و "باغبانی" به ترتیب بیشینه و کمینه فراوانی تکرار را دارا هستند. نتایج نشان داد، که تعداد مقالات ارائه شده در طبقات "اقلیم"، " ژئومورفولوژی"، " مدیریتی"، " هیدروژئولوژی" و " هیدرولوژی" دارای روندی صعودی طی دوره ‏های زمانی سه‏ گانه 1388 تا 1392 (دوره 1 تا 5)، 1393 تا 1397 (دوره 6 تا 10) و 1398 تا 1402 (دوره 11 تا 15) است. نتایج نشان داد، که پنج واژه کلیدی "سامانه اطلاعات جغرافیایی"، "رواناب"، "فرسایش خاک"، "رسوب" و "سنجش از دور" دارای بیشترین فراوانی در مقالات چاپ شده در بازه زمانی 1388 تا پایان سال 1402 (دوره 15، شماره 4) است. نتایج نشان داد که کلیه گروه های پژوهشی، میانگین امتیاز بالاتر از متوسط را برای انتخاب نخستین این نشریه برای چاپ مقالاتشان داده اند. همچنین، "طول زمان داوری و انتشار مقاله"، "هزینه داوری و چاپ مقاله" و نیز "سهولت کار با سامانه این نشریه (سینا وب)" با میانگین امتیاز متوسط و بیش از متوسط، نقش مهمی در ترغیب پژوهشگران برای ارسال مقالات به این نشریه ایفا می کند. این درحالی است، که نقش اعضای هیئت تحریریه، مدیر مسئول، سردبیر، مدیران داخلی و اجرایی در ارائه مقاله به این نشریه دارای مقادیر مختلف اهمیت بوده، به طوری که، از اهمیت کم تا کمتر از زیاد را به خود اختصاص داده است. همچنین، نتایج نظرسنجی نشان داد که گروه های پنجگانه پژوهشی، میانگین امتیاز بیش از متوسط تا کمتر از خیلی زیاد را  به هم راستا بودن موضوعات مقالات با محورهای نشریه داده اند. در این مورد، مقالات چاپ شده مرتبط با تخصص گروه پژوهشی مدیریت حوزه آبخیز، دارای بیشترین تطابق (زیاد تا خیلی زیاد) با محورهای نشریه است. این در حالی است که نوآوری مقالات بیشتر در حد متوسط بوده که این مساله در ارتباط با مقالات مرتبط با تخصص گروه پژوهشی خشکسالی و تغییر اقلیم، کمتر از متوسط (کم تا متوسط) ارزیابی شده است. همچنین، نتایج نشان می دهد، که میزان کاربست ابزارها و روش ‏های نوین تحقیقی در مقالات این نشریه در حد متوسط تا کمتر از زیاد است. علاوه بر این، نتایج نشان می دهد که موضوع مقالات چاپ شده در این نشریه برای رفع نیازها و چالش ‏های کشور از میانگین امتیاز بیش از کم تا کمتر از زیاد برخوردار است. این مساله در ارتباط با مقالات مرتبط با گروه مهندسی رودخانه و حفاظت سواحل کمتر از حد متوسط و برای سایر گروه ها بین متوسط تا کمتر از زیاد ارزیابی شده است. به استثنای گروه خشکسالی و تغییر اقلیم، کاربست نتایج و دستاوردهای این مقالات در شرح خدمات مطالعات تفصیلی-اجرایی آبخیزداری، از میانگین امتیاز کمتر از متوسط برخوردار است. این مساله، اهمیت ضرورت بازنگری در شرح خدمات مطالعات تفصیلی-اجرایی آبخیزداری توسط سازمان منابع طبیعی و آبخیزداری کشور را نشان می دهد.

    نتیجه گیری

    به طور کلی، نتایج نشان داد، که تعداد 674 مقاله تاکنون در بازه زمانی 1402-1388 در این نشریه به چاپ رسیده است. در این پژوهش، مقالات بر اساس عناوین خویش در 12 طبقه موضوعی مشتمل بر "اقلیم"، "باغبانی"، "GIS و سنجش از دور"، "خاکشناسی"، "زمین شناسی"، "ژئومورفولوژی"، "عملیات حفاظت آب و خاک"، "مدیریتی"، "مرتعداری"، "مهندسی رودخانه"، "هیدروژئولوژی" و "هیدرولوژی" طبقه ‏بندی شدند. نتایج نشان می‏ دهد که طبقات موضوعی "هیدرولوژی" و "باغبانی" به ترتیب بیشینه و کمینه فراوانی تکرار را دارا هستند. نتایج نشان داد که تعداد مقالات ارائه شده در طبقات "اقلیم"، " ژئومورفولوژی"، " مدیریتی"، " هیدروژئولوژی" و " هیدرولوژی" دارای روندی صعودی طی دوره‏ های سه‏ گانه زمانی هستند. همچنین، واژه های کلیدی "سامانه اطلاعات جغرافیایی"، "رواناب"، "فرسایش خاک"، "رسوب" و "سنجش از دور" دارای بیشترین فراوانی در مقالات چاپ شده در این نشریه طی دوره انتشار 1402-1388 است. در ارتباط با تمایل و عوامل موثر در ارسال مقالات اعضای هیات علمی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری به این نشریه، نتایج نشان داد که کلیه گروه های پژوهشی، میانگین امتیاز بالاتر از متوسط را برای انتخاب نخستین این نشریه برای چاپ مقالات داده اند. همچنین، "طول زمان داوری و انتشار مقاله" ، "هزینه داوری و چاپ مقاله" و نیز "سهولت کار با سامانه این نشریه (سینا وب)" با میانگین امتیاز متوسط و بیش از متوسط، نقش مهمی در ترغیب پژوهشگران برای ارسال مقالات به این نشریه ایفا کرده است. نتایج نشان داد که گروه های پنج گانه پژوهشی، میانگین امتیاز بیش از متوسط تا کمتر از خیلی زیاد را  به هم راستا بودن موضوعات مقالات با محورهای نشریه داده اند. این در حالی است، که نوآوری مقالات و میزان کاربست ابزارها و روش ‏های نوین تحقیقی در مقالات این نشریه به ترتیب در حد متوسط و متوسط تا کمتر از زیاد است. همچنین، نتایج ارزیابی کیفیت چاپ مقالات در این نشریه از نظر مواردی مانند ویرایش، صفحه بندی و جانمایی اشکال، نشان دهنده وضعیت نسبتا خوب (بیش از متوسط تا کمتر از خیلی زیاد) نشریه است. علاوه بر این، نتایج نشان داد که موضوع مقالات چاپ شده در این نشریه برای رفع نیازها و چالش‏ های کشور از میانگین امتیاز بیش از کم تا کمتر از زیاد برخوردار است. همچنین، به استثنای گروه خشکسالی و تغییر اقلیم، کاربست نتایج و دستاوردهای این مقالات در شرح خدمات مطالعات تفصیلی-اجرایی آبخیزداری، از میانگین امتیاز کمتر از متوسط برخوردار است. ارزیابی جاری می‏ تواند به عنوان الگویی برای بررسی و تحلیل سایر نشریات و بهبود کیفیت انواع محتوای علمی چاپ شده در آنها پیشنهاد شود.

    کلیدواژگان: آبخیزداری، تحلیل نشریه، روش های نوین تحقیق، طبقه بندی موضوعی مقالات، نوآوری مقالات
  • فاطمه وطن پرست قلعه جوق، برومند صلاحی* صفحات 44-63
    مقدمه

    حیات انسانی دائما تحت تاثیر انواع مخاطرات طبیعی قرار دارد که برخی از آن ها برآمده از پیشامدهای آب و هوایی و گرمایش جهانی است. ارزشمندی این مسئله به اندازه ای است که هیئت بین الدول تغییر اقلیم تاسیس شده تا دگرگونی های اقلیمی را در سطح جهانی مطالعه کند و نقش فعالیت بشر را در این مورد ارزیابی کند. یکی از پیامدهای تغییر اقلیم، وقوع رخدادهای حدی نظیر خشکسالی است. در واقع با رخداد تغییر اقلیم، شدت و فراوانی خشکسالی نیز پیچیده تر می شود و به دلیل نقش حیاتی آب در زندگی انسان، تولیدات کشاورزی و محیط زیست، ارزیابی تاثیرات سوء آن بر وقوع و شدت خشکسالی ها اهمیت زیادی دارد. دلیل اصلی پدید آمدن خشکسالی ها نیز نوسانات در مولفه های اقلیمی ازجمله کمبود بارش و افزایش دما است.

    مواد و روش ها

    پژوهش حاضر با هدف پیش بینی خشکسالی در ایستگاه های اردبیل، اهر، پارس آباد، جلفا، خوی و ماکو واقع در حوزه آبخیز رودخانه ارس انجام شده است. برای این منظور، دقت مدل گردش عمومی هیئت بین الدول تغییر اقلیم (CMIP6) مورد ارزیابی قرار گرفت. مدل های اقلیمی مورد استفاده در این پژوهش برای پیش نگری داده بارش طی دوره آینده (2043-2024) شامل مدل های CanESM5، NorESM2-MM و MPI-ESM1-2-HR تحت سناریوهای انتشار خوش بینانه (SSP1-2.6) و بدبینانه (SSP5-8.5) هستند. آنگاه با استفاده از شاخص بارش استانداردشده (SPI)، ویژگی های خشکسالی در مقیاس سالانه طی دوره پایه (2014-1985) با دوره آینده مورد سنجش قرار گرفت. سپس صحت سنجی مدل ها با استفاده از سنجه های R2، RMSE و NSE انجام و در نهایت با داده های تولید شده بارش، شاخص خشکسالی SPI از لحاظ شدت و فراوانی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

    نتایج و بحث:

    ارزیابی مدل ها با سنجه های خطاسنجی مختلف نشان داد که در شبیه سازی بارش ایستگاه های مورد مطالعه، مدل CanESM5 بهترین عملکرد را نسبت به سایر مدل ها دارد. مقایسه مدل ها و سناریوهای استفاده شده در این پژوهش نشان داد که بر مبنای خروجی مدل MPI-ESM1-2-HR، شدت خشکسالی ها و تحت مدل CanESM5، فراوانی خشکسالی ها نسبت به سایر مدل ها بیشتر شده است. همچنین نتایج نشان داد که در بدبینانه ترین حالت ممکن، تعداد و شدت دوره های خشک نسبت به سناریوی خوش بینانه افزایش خواهد داشت. طبق نتایج حاصل از این پژوهش، دوره های دارای وضعیت نرمال کاهش یافته و به تعداد و فراوانی دوره های دارای وضعیت خشک افزوده شده که ناشی از پیامدهای تغییر اقلیم در محدوده مورد بررسی است. همچنین، فراوانی و شدت ترسالی ها هم به مقدار اندکی نسبت به دوره مورد نظارت افزایش داشته است. بنابراین، تغییرات اقلیمی تا اندازه قابل قبولی بر وضعیت خشکسالی حوزه رود ارس در آینده اثر دارد.

    نتیجه گیری

    در مجموع می توان بیان کرد، آگاهی از میزان تغییرات بارش و منابع آب به دلیل مصارف گوناگون آن برای کشاورزی، شرب و صنعت از ارزشمندی فراوانی برخوردار است. در حالت کلی می توان اظهار داشت که قدرت مدل های اقلیمی دوره آینده بنا به آب و هوای هر گستره، ماه و متغیر اقلیمی پیش نگری شده مختلف است. حوضه رود ارس، به علت انجام فعالیت های کشاورزی بیش از ظرفیت و مصرف آب در بخش های مختلف کشاورزی در معرض کاهش منابع آبی قرارگرفته است. بنابراین، پژوهش حاضر تلاشی به منظور بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر شدت و فراوانی خشکسالی حوزه رود ارس بود که می تواند سیاست های هوشمندانه در مورد مدیریت با پابرجا منابع آب و زمین را ساده نماید. نتایج این پژوهش بر مبنای مدل های اقلیمی مورد استفاده، وقوع تغییر اقلیم و به خصوص تکرار خشکسالی ها را در ایستگاه های مورد بررسی تایید می کند. استفاده از مدل های اقلیمی متعدد، به عنوان معتبرترین ابزار تولید سناریوهای اقلیمی، پیش بینی ها و مهم تر از آن عدم قطعیت ها را در شرایط اقلیمی آینده بهتر ارزیابی می کند و به برنامه ریزان و تصمیم گیران کمک می کند تا برای مقابله با اثرات سوء خشکسالی در بخش های مختلف منابع آب و کشاورزی نظارت بهتری داشته باشند و نیز برنامه ریزی های قبل از وقوع بحران جهت کاهش خسارات در منطقه را آسان تر می کند.

    کلیدواژگان: اقلیم، دره رود ارس، شاخص خشکسالی SPI، گرمایش جهانی، مدل های GCM
  • مریم سادات جعفرزاده*، ابراهیم کریمی سنگچینی صفحات 64-81
    مقدمه

    اقدامات آبخیزداری در جهت حفظ یا بازیابی عملکرد اکوسیستم حوزه های آبخیز، با کاهش اثرات رویدادهایی چون سیل، زمین لغزش، فرسایش و غیره در پایین دست و در عین حال، افزایش بهره وری منابع موجود و بهبود معیشت محلی، انجام می شوند. این اقدامات زمانی موثر می شوند که مناطقی با ارزش اکولوژیکی بالا که باید از تخریب یا تبدیل به سایر مصارف محافظت شوند را شناسایی و بازسازی یا تقویت نمایند. ازاین رو، بررسی و ارزیابی اثربخشی اقدامات آبخیزداری، به منظور داشتن الگویی از اقدامات صحیح و یا اثرات منفی ناشی از این اقدامات، به جهت راهنمایی کاربران (چه در بخش پژوهش و چه در بخش اجرا)، در برنامه ریزی و اجرای طرح های موفق مدیریت حوزه آبخیز آتی، بسیار ضروری است. در گزارش هر پروژه عمدتا نقاط قوت و اثرات مثبت اقدامات برجسته می شود و کمتر به نتیجه بخش نبودن برخی اقدامات اشاره می شود. در این پژوهش، گزارشاتی از جدیدترین پروژه های اثربخشی اقدامات آبخیزداری انجام شده تهیه شد تا نقاط قوت و نقاط ضعف آنها بررسی شود.

    مواد و روش ها

     در این پژوهش به بررسی اثربخشی چند نمونه از جدیدترین پروژه های اثربخشی اقدامات آبخیزداری اجرا شده سازمان منابع طبیعی و آبخیزداری کشور (حوزه های آبخیز بهشهر-گلوگاه، مراغه-استان مرکزی، خاوه-دلیجان، آسیابرود شهرستان چالوس و فاریاب- گلاشگرد استان کرمان) پرداخته شد. روش پژوهش به صورت کتابخانه ای و با بررسی اسناد و گزارش های موجود بوده است.

    نتایج و بحث:

    هر یک از پروژه های مورد نظر و نتایج مثبت و منفی حاصل از اقدامات آبخیزداری در هر کدام، مورد بررسی قرارگرفتند. نتایج اجرای پروژه در حوزه‏های آبخیز ساحلی بهشهر-گلوگاه نشان داد، در زیرحوضه های که عملیات آبخیزداری به صورت ترکیبی از سازه های متفاوت نسبت به رژیم آبراهه احداث شده، در کاهش دبی پیک سیلاب و افزایش زمان تمرکز تاثیرگذار بود. در زیرحوضه هایی با سازه های اصلاحی به تعداد کم، با توجه به مساحت زیرحوضه ها و طول زیاد آبراهه ها، این سازه ها نقش چندانی در کاهش طول آبراهه و تغییر در زمان تمرکز و دبی اوج سیل نداشته ولی منجر به تثبیت پروفیل طولی آبراهه شده اند. بر اساس یافته های اثربخشی عملیات آبخیزداری در حوزه های آبخیز مراغه-استان مرکزی نیز، میزان فرسایش و رسوب ویژه این حوضه در قبل و بعد از اجرای طرح به ترتیب 78/10 و 14/3 (تن بر کیلومترمربع) و 1/3 و 66/9 (تن بر کیلومترمربع) ارزیابی شد. پروژه اثربخشی اجرای عملیات آبخیزداری حوزه آبخیز خاوه دلیجان نیز نشان داد، احداث سازه های اصلاحی باعث کاهش دبی اوج (برای دروه بازگشت های پنج، 10، 20، 50 و 100 ساله دبی اوج به ترتیب از 6/0 به 3/0، 9/4 به 7/2، 4/9 به 1/5، 6/14 به 8 و 4/22 به 4/12 مترمکعب بر ثانیه)، افزایش زمان پایه هیدروگراف و افزایش میزان تاخیر در زمان تا اوج برای هیدروگراف ها (حدود 5/3 ساعت) شده اند. بر اساس نتایج پروژه اثربخشی اجرای عملیات آبخیزداری حوزه آبخیز آسیابرود شهرستان چالوس نیز، بعد از اجرای اقدامات آبخیزداری، میزان فرسایش ویژه در حوضه برابر 89/3 تن بر هکتار بر سال و میزان رسوب ویژه نیز 87/1تن بر هکتار بر سال برآورد شد. با توجه به مطالعات بخش هیدرولوژی منطقه در بین سال های 2019-2000 میلادی، CN کاهش، زمان تمرکز افزایش و دبی پیک و حجم سیلابی به میزان 49/1078 میلیون مترمکعب کاهش یافت. متعاقبا با کاهش حجم سیلابی، خسارات مالی ناشی از سیل نیز در این حوضه کاهش یافت. پژوهش یافته های پروژه اثربخشی عملیات آبخیزداری حوزه آبخیز فاریاب- گلاشگرد نیز افزایش قابل توجه زمان تمرکز و کاهش دبی اوج را در تمام دور برگشت های مورد بررسی نشان داد.

    نتیجه گیری

    این پژوهش ها در بیشتر موارد اثرات مثبت و مهمی در کاهش دبی اوج سیلاب، کاهش فرسایش و تولید رسوب، افزایش زمان تمرکز و غیره داشتند. اما ادامه اثربخشی این اقدامات وابسته به رسیدگی و حفظ این سازه ها و عملیات اجرا شده دارد. همچنین، اقدامات بیولوژیکی مناسب در کنار سازه های مکانیکی که در حوضه ها انجام می شوند، در تداوم اثربخشی این عملیات بسیار حائز اهمیت هستند.

    کلیدواژگان: سازه مکانیکی، سازه اصلاحی آبخیزداری، طرح های آبخوان داری، منابع آب، هدررفت خاک
  • مهجبین ردایی، اسماعیل صالحی* صفحات 82-102
    مقدمه

    در گذار از جامعه سنتی درون گرا به جامعه مدرن برون گرا، بیشتر مکان ها نمی توانند در برابر تنش های مدرنیته و درگیری های فرهنگ غالب پایدار و تاب آور باشند. تلاش برای ایجاد زیرساخت ‎های قابل اعتماد، ایمن، اقتصادی و تاب‎ آور در برابر مخاطرات اقلیمی، اصلی انکارناپذیر در عصر حاضر محسوب می ‎شود. سازه های آبی کهن، میراثی آبی و حاوی راه حل های موفقیت آمیز ساختاری، عملکردی و مدیریتی برای پایداری و تاب آوری در برابر شرایط سخت اکولوژیک هستند. ازاین رو، استنتاج تفکر باستان ارتباط انسان با طبیعت و راه حل های مبتنی بر طبیعت، به منظور توسعه الگوهای کاربردی در مواجهه با بحران های طبیعی و انسانی، همچنین کاربست آن در فرایندهای برنامه ریزی و شهری سیمای سرزمین و حوزه های آبخیز می تواند تاب آوری شهرهای معاصر را بهبود بخشد. نظر به این که پیشینیان هر منطقه راهکارهای مدیریتی را در پاسخ به چالش های اجتماعی، اکولوژیک و نیازهای انسانی با توجه به ویژگی های فرهنگی، اقتصادی، جغرافیایی توسعه داده اند و به همراه عملکردها، تجربیات، ارزش ها و اعتقادات طی هزاران سال به منصه آزمون و خطا گذاشته اند، پایه های شکل گیری عقلانیت اکولوژیک را بنا نهاده ‎اند. در پژوهش حاضر، سوال اصلی پژوهش بدین صورت قابل طرح است که توسعه اصول و قواعد حاکم بر ساختار و عملکرد میراث آبی چگونه بر تحقق شهرهای تاب آور در برابر سیلاب موثر خواهد بود. ازاین رو، ضمن انتخاب و بررسی نمونه ای از سازه آبی کهن در چین باستان، به استنتاج تفکرات باستانی ارتباط انسان با طبیعت پرداخته شد و الگوی کاربردی تحقق شهرهای تاب آور در برابر سیلاب ترسیم شد تا ضمن ترکیب دانش سنتی با دانش علمی و کاربست آن بتوان به تحلیل راهبردی تاب ‎آوری شهری در برابر سیلاب پرداخت.

    مواد و روش ها

    این پژوهش، یک بررسی توصیفی-تحلیلی با هدف تحلیل الگوی سیستم زهکشی توانچنگ در چین باستان به منظور تحقق تاب آوری در برابر سیلاب شهری است. مبتنی بر روش استنتاجی-تطبیقی، اصول و قواعد ساختاری-عملکردی حاکم بر سیستم زهکشی توانچنگ به عنوان تجربه کهن مدیریت سیلاب شهری با تجربیات مدرن در مقیاس های چندگانه تطبیق داده شد و الگوی کاربردی تحقق تاب آوری در برابر سیلاب و مدیرت منابع آب تدوین شد. ازاین رو، مراحل انجام پژوهش شامل بررسی سیستم زهکشی چین باستان، سمبل عقلانیت اکولوژیک در میراث کهن،- تبیین معیارهای تاب آوری در سازه های آبی و زهکشی، استنتاج اصول و قواعد حاکم بر سیستم زهکشی چین باستان، تدوین الگوی کاربردی تاب آوری در برابر سیلاب و رواناب در شهرهای معاصر است.

    نتایج و بحث:

    سازه های آبی کهن که توسط فرهنگ های گذشته مهندسی شده اند، بر تحقق عملکردهای اساسی هیدرولوژیک استوارند و با حفظ منابع آب، مدیریت رواناب، حفظ یکپارچگی اکولوژیک، مدیریت آبخیز، محافظت از خاک و تنوع زیستی و غیره، بینش های ارزشمندی را ارائه می دهند که علی رغم تفاوت های گسترده در پیچیدگی، توسعه فناوری، تقاضای منابع بین جوامع بومی باستان و دنیای مدرن، می تواند الهام بخش جوامع معاصر در مدیریت سیمای سرزمین باشد. اصول طراحی حاکم بر این سازه های کهن بر حفظ سیستم های آبی و طبیعی، بهبود فرایندها و عملکردهای اکولوژیک و افزایش خدمات اکوسیستمی موثر است. برای بهره برداری کارآمد از منابع آب بارشی به منظور کاهش چالش کمبود آب در عصر حاضر شایان توجه است. علاوه بر این با کاهش وقوع بلایای طبیعی، بروز سیل و خسارات اقتصادی، روشی مطمئن برای مدیریت منابع آبی و صرفه جویی در هزینه های مالی جوامع محلی است. همچنین، می تواند فرصت های سرمایه گذاری در ارتقاء زیرساخت ها، محصولات مهندسی و تکنولوژی های جدید ایجاد کند. ترکیب زیرساخت های سبز و خاکستری، طراحی خوشه ای و عملکرد چند ظرفیتی به طور قابل توجهی منجر به افزایش کارایی، ارتقاء عملکرد، افزایش ظرفیت مقابله با تنش و کاهش خسارات و هزینه ها می شود. برخی از فناوری های رایج در شکل گیری شهرهای اسفنجی با استفاده از سقف های سبز، فضاهای باز و سبز، پارکینگ سبز، تالاب های مصنوع برای جمع آوری باران و رواناب، ایجاد حوضچه های با قابلیت نفوذپذیری آب، تاسیسات حفظ فرایندهای بیولوژیک، ایجاد سنگ فرش های با قابلیت نفوذپذیری، کاهش سطوح صلب و نفوذناپذیر، مدیریت یکپارچه اکولوژیک، حفاظت از اکوسیستم آبی و بهره برداری از منابع بارشی و غیره، امکان توسعه هماهنگ محیط شهری و طبیعی، توسعه زیرساخت های سبز-آبی و ارتقاء تاب‎آوری در برابر بحران های آبی را فراهم می آورد.

    نتیجه گیری

    نتایج پژوهش حاکی از آن است که تجلی اصول و قواعد عقلانیت اکولوژیک در قالب سیاست ها و راهبردهای مختلف نظیر طرح های حفاظتی، افزایش نفوذپذیری، ذخیره سازی رواناب، انتقال رواناب، تصفیه آب و منظرسازی در مقیاس های ساختاری-عملکردی متعدد می‎تواند الگویی بنیادین را در تحقق شهرهای اسفنجی و تاب‎آور در برابر سیلاب ارائه نماید. ایده ای تجلی یافته از تمدن محیط‎زیستی با قابلیت کاهش اثرات توسعه شهری بر اکوسیستم های طبیعی، ترکیب زیرساخت های سبز-آبی و خاکستری، مدیریت آبخوان و غیره، در ابعاد مختلف اجتماعی، اقتصادی و اکولوژیک که سعی در مدیریت منابع آب و حل بحران آب در بسیاری از کشورهای دنیا نظیر ایران را دارد.

    کلیدواژگان: تاب‎آوری اقلیمی، سازه آبی، سازه‎ زهکشی، شهر اسفنجی، مدیریت منابع آب
  • علیرضا مجیدی* صفحات 103-119
    مقدمه

    جمع آوری و ذخیره سازی آب با کمترین تلفات ازجمله اقدامات موثر برای توسعه منابع آب در نواحی با اقلیم خشک و نیمه خشک است. فناوری سد زیرزمینی، راهکاری مناسب برای توسعه منابع آب، در این گونه نواحی است. بندهای زیرزمینی سازه های زیرزمینی هستند که با اثرگذاری بر هیدرولیک جریان در محیط متخلخل، به منظور انسداد، انحراف یا کاهش جریان زیرزمینی، احداث می شوند. سد زیرزمینی با اهداف مختلف ازجمله، کنترل، مدیریت، حفاظت و توسعه منابع آب احداث می شوند. مهم ترین عامل در موفقیت استفاده از این فناوری و پایداری این سازه، انتخاب مناسب ترین مکان برای احداث آن با توجه به هدف، نحوه عملکرد و بهره برداری از آن است. دلیل عدم موفقیت و یا شکست در پروژه های سدسازی، اکثرا ناشی از مطالعات ناکافی در زمینه انتخاب مکان مناسب است.

    مواد و روش ها

    محدوده مطالعاتی از زیرحوضه های غرب استان سمنان و از لحاظ موقعیت جغرافیایی، بین 53 درجه و 15 دقیقه تا 54 درجه و 20 دقیقه طول شرقی و 35 درجه و 20 دقیقه تا 36 درجه عرض شمالی قرار دارد. این منطقه ازنظر ساختاری و موقعیت زمین شناسی در زون های البرز و ایران مرکزی واقع شده است. مساحت حوضه 104.91 کیلومترمربع است. حداکثر و حداقل ارتفاع حوضه 1643 و 1413 متر است. ازنظر ویژگی های هواشناسی، اقلیم منطقه، مدیترانه ای نیمه خشک است. میانگین بارندگی سالانه منطقه حدود 100 میلی متر است. این بخش از استان به سه زیرحوزه آبخیز قابل تفکیک است. هندسه و توپوگرافی کنونی حوضه متاثر از وضعیت ساختارهای زمین شناسی، جنس و فرسایش پذیری سازندهای منطقه است. در سطح حوضه به علت کوهستانی بودن، فاقد سفره آب زیرزمینی آبرفتی بوده و منابع آب زیرزمینی محدود به آب زیرسطحی در آبرفت بستر آبراهه ها و یا آب سازند سخت است. بنابراین، سد زیرزمینی یکی از راهکارهای تامین آب در چنین شرایطی است. در این پژوهش، امکان سنجی احداث سد زیرزمینی در زیرحوضه های غرب استان سمنان، با استفاده از تحلیل های سلسله مراتبی و سامانه اطلاعات جغرافیایی، ارائه می شود. با توجه به ماهیت، عملکرد و اهداف سدهای زیرزمینی و براساس مرور منابع انجام شده، شرایط، مشخصه ها و معیارهای لازم در زمینه انتخاب مکان مناسب برای احداث این نوع سازه های هیدرولیکی زیرزمینی، مشخص شد. در این پژوهش، استخراج برخی معیارها و همچنین، تولید لایه های اطلااعاتی و تلفیق لایه ها و اعمال شروط انتخاب محل به صورت سلسله مراتبی، در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) انجام شده است.

    نتایج و بحث:

    کنترل و انسداد جریانات زیرسطحی در آبرفت های بستر آبراهه ها در سطح حوضه توسط سدزیرزمینی و ایجاد مخزن آب در محیط متخلخل و توسعه منابع آب، از راهکارهای توصیه شده برای تامین آب در نواحی خشک و نیمه خشک نظیر زیرحوضه های شمال غرب و غرب استان سمنان است. در این پژوهش، به منظور شناسایی نواحی دارای پتانسیل برای احداث این سازه زیرزمینی، از مشخصه ها و معیارهای لازم، ازجمله، شرایط زمین شناسی، هیدرولوژی، منابع آب، توپوگرافی و هندسه آبراهه، به عنوان مشخصه و معیارهای مکان یابی، برای منطقه مورد مطالعه استفاده شده است. با استناد به این شرایط و معیارها، نواحی که فاقد معیارهای مناسب هستند، به عنوان نواحی فاقد پتانسیل برای احداث سد زیرزمینی، محسوب و حذف می شوند. بیشتر این مشخصه ها و معیارها، خروجی هایی هستند که از تصاویر ماهواره ای و نقشه های پایه نظیر، توپوگرافی، زمین شناسی و منابع آب و با دانش موجود در این زمینه و همچنین، تجربه کارشناسان خبره، به دست می آید. در این پژوهش، پس از انتخاب معیارهای مکان یابی، آنها به دو گروه معیارهای مطلق و معیارهای تصمیم گیر، تفکیک شدند. معیارهای مطلق، برای شناسایی نواحی پتانسیل دار حکم مساعد و نامساعد (صفر و یک) و حذفی را دارد. در گام بعد، معیارهای تصمیم گیر که در انتخاب محل، در یک بازه با درجه و ارزش خیلی مناسب تا نسبتا مناسب دخالت دارند، در اولویت بندی مکان و انتخاب گزینه های برتر با استفاده از متدولوژی سلسله مراتبی و گام به گام، در بستر GIS شرکت داده می شوند. در این مسیر، استفاده از توانایی های سیستم اطلاعات جغرافیایی در روی هم گذاری لایه ها، کار با توابع و جمع جبری وزن ها و امتیازات، سبب افزایش سرعت، سهولت و دقت کار خواهد شد.

    نتیجه گیری

    نتایج پژوهش مشخص نمود، استفاده از متدولوژی سلسله مراتبی و گام به گام، در بستر تکنیک های نوین، نظیر GIS، می تواند سرعت و دقت در مطالعات مکان یابی که مطالعات در مقیاس منطقه ای است را افزایش دهد. در این روش، دقت در تعیین معیارها و نحوه وزن دهی و امتیازدهی آنها، ضریب اطمینان را در رسیدن به مناسب ترین محل هایی که نسبتا شامل تمامی شرایط باشند، بالا می برد. نتایج کار نشان داد که در متدولوژی سلسله مراتبی، با اعمال گام به گام معیارهای مطلق، به ترتیب اولویت و با حذف نواحی نامناسب، سبب کاهش سطح منطقه مورد مطالعه و افزایش تمرکز، به صورت مرحله ای خواهد شد. نتایج نشان داد که حدود 20 درصد از آبراهه های سطح حوضه های غرب استان سمنان، دارای پتانسیل احداث سد زیرزمینی و ذخیره سازی و کنترل آب با کیفیت قابل قبول، هستند. در این حوضه بیشتر نواحی مستعد در آبراهه های رده 4 و 5 و بر روی سازندهای ماسه سنگی، آهکی و مارنی، جانمایی شده اند.

    کلیدواژگان: پهنه بندی، تراوایی سازند، زمین شناسی، معیارهای حذفی، مکان یابی، منابع آب
  • حمیدرضا باباعلی*، مصطفی اکبری خیر آبادی، تورج سبزواری صفحات 120-139
    مقدمه

    تخمین سیلاب حوزه های آبخیز بدون آمار برای طراحی سازه های هیدرولیکی بسیار حائز اهمیت است. جریان کل سیلاب در حوزه های آبخیز از دو بخش جریان سطحی و زیرسطحی تشکیل شده است. در حوضه های با نفوذپذیری بالا جریان زیرسطحی سهم مهمی در رواناب کل حوضه دارد و در این موضوع تحقیقات کمی انجام شده است. مکانیسم رواناب در حوضه ها به دو شکل مکانیسم هورتونی که خاک از بالا اشباع می شود و مکانیسم دانی بلاک که خاک از زیر اشباع می شود و در این تحقیق از مکانیسم دانی بلاک استفاده شده است.

    مواد و روش ها

    یکی از روش های پیش بینی هیدروگراف جریان سطحی و زیرسطحی حوضه ها، استفاده از روش هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک بر اساس اطلاعات ژئومورفولوژیک حوضه های فاقد آمار است. اطلاعات ژئومورفولوژیکی حوضه ها با استفاده از نرم افزار ArcGIS و الحاقیه های هیدرولوژیکی محاسبه می شوند. روش GIUH، قابلیت جداسازی جریان سطحی و زیرسطحی را از کل جریان دارد. مدل GIUH در تحقیقات گذشته بیشتر برای تخمین جریان سطحی استفاده شده است، لذا معادلات این مدل گسترش یافته تا بتوان هیدروگراف جریان زیر سطحی کل حوضه را تخمین زد. در این پژوهش از مدل GIUH برای تخمین جریان سطحی و زیرسطحی دو حوضه کسیلیان در ایران و حوضه گاجاس در کشور هند استفاده شد.

    نتایج و بحث:

    مدل هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیکی (GIUH) ارائه شده در این پژوهش و برای تحلیل جریان سطحی و زیرسطحی دو حوضه کسیلیان (ایران) و گاجاس (هند) به کار گرفته شد. نتایج حاصل از شبیه سازی برای چهار رویداد بارندگی-رواناب در هر دو حوضه نشان داد که مدل توانایی مناسبی در تخمین هیدروگراف کل و مولفه های آن دارد. مقایسه دبی های پیک برآوردی و مشاهده ای در حوضه کسیلیان نشان داد که مقدار دبی پیک شبیه سازی شده در تاریخ 10 می 1992 برابر با 10.1 مترمکعب بر ثانیه بوده، درحالی که مقدار مشاهده ای آن 11.8 مترمکعب بر ثانیه است. این اختلاف در دیگر رویدادها نیز در محدوده سه تا 16 درصد قرار داشت که نشان دهنده دقت قابل قبول مدل در تخمین رواناب است. در حوضه گاجاس، مقدار حداکثر دبی کل جریان بین 44 تا 110 مترمکعب بر ثانیه متغیر بود و جریان زیرسطحی حدود پنج تا شش درصد از کل جریان را تشکیل می داد. در حوضه کسیلیان، مقدار دبی کل بین 1.6 تا 12 مترمکعب بر ثانیه و مقدار دبی پیک جریان زیرسطحی بین 35 تا 60 لیتر بر ثانیه برآورد شد. بررسی ارتباط بین میزان بارندگی و دبی پیک جریان زیرسطحی نشان داد که کاهش بارندگی منجر به کاهش دبی پیک جریان زیرسطحی شده است. تحلیل حساسیت مدل نشان داد که ضریب هدایت هیدرولیکی خاک یکی از موثرترین پارامترها بر روی شبیه سازی جریان زیرسطحی است. در خاک های با ضریب هدایت هیدرولیکی بالا، جریان زیرسطحی سهم بیشتری از کل جریان را تشکیل داده و زمان تاخیر هیدروگراف افزایش می یابد. برای نمونه، در صورتی که ضریب هدایت هیدرولیکی خاک حوضه کسیلیان از 0.0025 به 0.0009 متر بر ثانیه کاهش یابد، مقدار دبی پیک جریان زیرسطحی از 0.35 به 1.3 مترمکعب بر ثانیه افزایش خواهد یافت. همچنین، بررسی تاثیر ضریب مانینگ صفحات نشان داد که کاهش مقدار این ضریب از 0.2 به 0.4، موجب کاهش 31 درصدی مقدار دبی پیک سیلاب می شود. این یافته ها بر اهمیت ویژگی های هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی حوضه در برآورد دقیق رواناب و طراحی سازه های کنترل سیلاب تاکید دارد.

    نتیجه گیری

    در این پژوهش، مدل هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیکی (GIUH) برای تخمین رواناب سطحی و زیرسطحی در دو حوضه کسیلیان (ایران) و گاجاس (هند) ارزیابی شد. نتایج نشان داد که مدل دقت مناسبی در برآورد دبی پیک دارد، به طوری که خطای تخمین در کسیلیان بین سه تا 16 درصد و در گاجاس بین 1.6 تا 12 درصد بود. همچنین، جریان زیرسطحی در حوضه های با نفوذپذیری بالا سهم قابل توجهی دارد و در حوضه گاجاس به طور میانگین پنج تا شش درصد از کل جریان را تشکیل داد. تحلیل حساسیت نشان داد که افزایش ضریب هدایت هیدرولیکی، پیک جریان زیرسطحی را افزایش می دهد، درحالی که کاهش ضریب مانینگ صفحات موجب افزایش پیک سیلاب شد. این یافته ها اهمیت ویژگی های ژئومورفولوژیکی و هیدرولوژیکی را در مدل سازی رواناب تایید می کند. درنهایت، مدل GIUH می تواند ابزار مناسبی برای مدیریت سیلاب و ارزیابی پاسخ هیدرولوژیکی حوزه های آبخیز باشد.

    کلیدواژگان: پیک جریان، حوضه کسیلیان، رواناب زیرسطحی، رواناب سطحی، گاجاس
|
  • Negin Ghaderi Dehkordi, Abdulvahed Khaledi Darvishan *, Mohamad Reza Zare, Paolo Porto Pages 1-13
    Introduction

    Estimation of erosion and sedimentation using radionuclides is a one of the methods used to provide erosion/sedimentation maps and calculate sediment budget components at time scales ranging from storm to annual and even long-term annual averages. Comparing the results of long-term average annual erosion/sedimentation with observed sediment values over recent decades can be used to investigate trends in erosion and sediment yield. This study compares the average intensity of soil erosion over two periods: 100–120 years and the last 60 years, using the isotopes and , respectively. By analyzing changes in erosion and sediment production trends over the past century, this research was conducted in the reference sub-watershed of the Khamsan representative-paired watershed.

    Materials and methods

    Soil sampling was performed at 57 systematically random points across various land uses within the reference sub-watershed. Erosion and deposition intensities were estimated using the diffusion and transfer model for non-agricultural lands and Mass Balance Model II for agricultural lands. These calculations were based on the soil inventories of and (Bq m⁻²) along with other relevant parameters. Erosion, stable, and deposition area maps were generated by comparing isotope inventories with reference areas. The spatial distribution of erosion and deposition intensities was then mapped using the working unit approach, and sediment budget components were quantified for the 100–120-year and 60-year periods.

    Results and discussion

    The sediment budget analysis indicated that total soil erosion increased from 292.87 to 526.87 tons year⁻¹, total deposition rose from 7.07 to 20.26 tons year⁻¹, and net soil erosion (sediment yield) grew from 285.79 to 506.61 tons year⁻¹ over the two periods. The estimated average erosion intensity increased from 2.92 to 5.25 tons ha⁻¹ year⁻¹, while sediment production rose from 2.85 to 5.05 tons ha⁻¹ year⁻¹. Additionally, the sediment delivery ratio (SDR) was 0.98 for the 100–120-year period and 0.96 for the last 60 years, indicating that the proportion of eroded soil retained within the watershed increased from 2% to 4% in recent decades.

    Conclusions

    The findings demonstrate a significant increase in soil erosion intensity over the past 60 years compared to the 100–120-year period. The average total erosion, total deposition, and net erosion have approximately doubled, tripled, and doubled, respectively. Field observations suggest that this rise in erosion and sediment production is primarily due to intensified tillage operations in rain-fed agricultural lands, particularly on steep slopes, and the prevalence of contour-plowing practices. In addition to understanding the trend of erosion and sediment yield changes in the last century, the results of this study can also be used to predict future soil erosion condition in the watersheds.

    Keywords: Erosion History, Erosion Map, Sediment Budget, Sediment Delivery Ratio, Sediment Sourcing
  • Pouya Allahverdipour *, Yaghob Dinpashoh Pages 14-28
    Introduction

    In recent years and decades, due to minor changes and challenges in sufficient and high-quality water resources, sustainable water resources have been the subject of various studies and research. The lack of safe and high-quality water resources is a major obstacle to sustainable development. For this reason, understanding the processes of the water cycle is very important and requires accurate information about hydrological phenomena. Runoff from water transfer is one of the main sources meeting various water demands, including agriculture, industry, and domestic use. The allocation of water resources to these sectors is planned based on runoff data at different times. A significant portion of precipitation in the hydrologic cycle is converted into runoff due to watershed characteristics. Considering the issue that the Lake Urmia Basin is shrinking, identifying the water resources of this basin and its sub-basins is crucial.

    Materials and methods

    The Ajichai Basin is one of the sub-basins of Lake Urmia. In this study, rainfall data from the Tabriz synoptic station and runoff data from the Nahand hydrometric station were used. The aim of this research is to model the daily rainfall-runoff of the Ajichai Basin using intelligent machine learning models, including Artificial Neural Network (ANN), Support Vector Machine (SVM), Gene Expression Programming (GEP), and Random Forest (RF). Seventy percent of the data was used for training, and 30% was used for testing the models. Statistical measures such as the Coefficient of Determination (R²), Root Mean Square Error (RMSE), Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), and Willmott Index (WI) were used to evaluate the performance of the models.

    Results and discussion

    The results of this research showed that all models performed very well in simulating rainfall-runoff in the Ajichai Basin. According to the obtained results, the GEP model, with R² equal 0.84, RMSE equal 0.024 m³/s, NSE equal 0.864, and WI equal 0.968, was the most accurate in modeling rainfall-runoff in the Ajichai Basin. Based on scatter plots and time series analysis, the GEP model demonstrated higher accuracy than other models in predicting rainfall-runoff values with a high correlation.

    Conclusions

    According to the results, all the investigated models showed good capability in modeling daily rainfall-runoff in the Ajichai Basin. The findings of this research highlight the strong performance of machine learning models in rainfall-runoff modeling. In general, due to the high accuracy of intelligent models, particularly the GEP model, in predicting daily rainfall-runoff, it is recommended to apply these methods to hydrological problems. Additionally, for future research, it is suggested that intelligent methods and data mining techniques be used to model the precipitation-runoff process in different basins separately for drought-affected and wet years.

    Keywords: Ajichai Basin, Artificial Neural Network, Gene Expression Programming, GEP Model, Rainfall-Runoff, Random Forest
  • Hasan Nikkhou *, Amin Salehpour Jam, Zahra Gerami Pages 29-43
    Introduction

    Today, the natural resources of the country face serious problems and threats such as water scarcity, drought, climate change, water pollution, soil and air pollution, desertification, soil erosion, and issues arising from unsustainable and inappropriate land use practices such as deforestation, destruction of rangelands, overgrazing, and unsustainable agriculture. This underscores the urgent need for a more serious focus on the issue of research and sustainable development in the management of the country's natural resources and environment to provide solutions to problems and improve the health and sustainability of the country's ecosystems. Despite the abundance of research articles in the field of watershed management with an emphasis on its technical and managerial aspects published in domestic and international journals, the categorization and thematic analysis of scientific research articles published in domestic journals have received less attention. In this regard, this study aims to investigate the thematic analysis and classification of various types of articles published in the Watershed Engineering and Management Journal, as well as to examine the thematic trends of each category over three five-year periods.

    Materials and methods

    This study was conducted with the aim of examining and evaluating the articles published in the "Watershed Engineering and Management" journal during the period from 1388 to the end of 1402 (Volume 15, Issue 4). In this regard, the first step was to classify the types of published articles thematically. Additionally, to examine the frequency of various types of articles published in the relevant specialized categories, as well as the frequency of keywords presented in these articles, three time periods were considered, including the periods from 2009 to 2013 (Volumes 1 to 5), 2014 to 2018 (Volumes 6 to 10), and 2019 to 2023 (Volumes 11 to 15). Furthermore, in this study, an investigation was conducted into the perspectives of faculty members and research experts of the five research groups of the Soil and Watershed Conservation Research Institute regarding the submission of articles to the "Watershed Engineering and Management" journal, as well as the quality, characteristics, challenges, and functions of articles published in this journal during the period from 2009 to the end of 2023 (Volume 15, Issue 4). In this regard, after categorizing the types of published articles thematically by the five research groups and designing relevant questionnaires, a survey was conducted regarding the role of selected factors in submitting articles, as well as the types of published articles categorized by each group, based on a questionnaire consisting of 11 qualitative ordinal variables and scoring according to the Likert pentagon spectrum. After examining the validity and reliability of the measurement tool and determining the sample size using the Cochran formula, descriptive statistical analysis was employed in this study to analyze the results.

    Results and discussion

    In this study, articles were categorized into 12 thematic classes based on their titles. The results indicate that the thematic categories of "Hydrology" and "Horticulture" have the maximum and minimum frequencies, respectively. The findings reveal that the number of articles presented in the categories of "Climate", "Geomorphology", "Management", "Hydrology", and "Hydrogeology" shows an ascending trend over the triennial periods of 2009 to 2013 (Volumes 1 to 5), 2014 to 2018 (Volumes 6 to 10), and 2019 to 2023 (Volumes 11 to 15). The results also show that the five keywords "Geographic Information System", "Runoff", "Soil Erosion", "Sediment", and "Remote Sensing" have the highest frequency in the articles published during the period from 2009 to the end of 2023 (Volume 15, Issue 4). Furthermore, the results indicate that all research groups have given higher than average scores for selecting this journal as the first choice for publishing their articles. Additionally, factors such as "Review and Publication Time", "Review and Publication Costs", and "Ease of Working with the Journal System (Sina Web)" play an important role in encouraging researchers to submit articles to this journal, with average scores above average and more than average. This is while the roles of editorial board members, chief editors, editors-in-chief, internal, and executive managers in submitting articles to this journal have varying degrees of importance, ranging from low to less than high. Moreover, the survey results show that the five research groups have given scores higher than average to less than very high to the alignment of article topics with the journal's focuses.. In this regard, articles related to the expertise of the Watershed Management research group have the highest alignment (from high to very high) with the journal's focuses. This is while the innovation of articles is mostly average, which is evaluated as less than average to average for articles related to the expertise of the Drought and Climate Change research group. Furthermore, the results indicate that the level of application of innovative research tools and methods in the articles of this journal is mostly average to less than high. Additionally, the subject matter of the articles published in this journal is mostly scored higher than less than average to less than high for addressing the country's needs and challenges. This is less than average for articles related to the River Engineering and Coastal Protection group and between average to less than high for other groups. Except for the Drought and Climate Change group, the application of the results and achievements of these articles in the description of detailed-executive watershed studies is less than average. This highlights the urgent need for a review of the description of detailed-executive watershed studies by the Natural Resources and Watershed Management Organization.

    Conclusions

    The results indicate that the thematic categories of "Hydrology" and "Horticulture" have the maximum and minimum frequencies, respectively. Furthermore, the number of articles presented in the categories of "Climate", "Geomorphology", "Management", "Hydrogeology", and "Hydrology" shows an ascending trend over the three five-year periods. Additionally, the keywords "Geographic Information System", "Runoff", "Soil Erosion", "Sediment", and "Remote Sensing" have the highest frequency in the articles published in this journal during the period from 2009 to 2023. Regarding the inclination and influential factors in submitting articles by the faculty members of the Soil and Watershed Conservation Research Institute to this journal, the results indicate that all research groups have given scores higher than average for selecting this journal as their first choice for publishing their articles. Additionally, factors such as "Review and Publication Time", "Review and Publication Costs", and "Ease of Working with the Journal System (Sina Web)" play an important role in encouraging researchers to submit articles to this journal, with average scores above average and more than average. The results indicate that the five research groups have given scores ranging from above average to less than very high for the alignment of article topics with the journal's focuses. This is while the innovation of articles and the level of application of innovative research tools and methods in the articles of this journal are respectively at an average and less than high level. Additionally, the results of evaluating the quality of article publication in this journal, in terms of aspects such as editing, formatting, and illustration clarity, suggest a relatively good status (above average to less than very high) for the journal. Furthermore, the subject matter of the articles published in this journal is mostly scored higher than less  to less than high for addressing the country's needs and challenges. Also, except for the Drought and Climate Change group, the application of the results and achievements of these articles in the description of detailed-executive watershed studies is less than average. The current evaluation can serve as a model for examining and analyzing other journals and improving the quality of various scientific content published in them.

    Keywords: Innovation In Articles, Journal Analysis, Novel Research Methods, Subject Classification Of Articles, Watershed Management
  • Fatemeh Vatanparast Ghaleh Juq, Bromand Salahi * Pages 44-63
    Introduction

    Human life is constantly affected by various natural hazards, some of which result from climate events and global warming. This issue is so significant that the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) was established to study climate change on a global scale and assess the role of human activity in this matter. One of the consequences of climate change is the occurrence of extreme events such as drought. In fact, with climate change, the intensity and frequency of droughts are becoming more complex. Given the vital role of water in human life, agricultural production, and the environment, it is crucial to assess its adverse effects on the occurrence and severity of droughts. The primary cause of droughts is fluctuations in climatic components, such as decreased precipitation and increased temperature.

    Materials and methods

    This study aimed to predict drought conditions in Ardabil, Ahar, Parsabad, Jolfa, Khoi, and Maku stations, located within the Aras River watershed. To achieve this, the accuracy of the General Circulation Models (GCMs) from the IPCC’s CMIP6 dataset was evaluated. The climate models used for forecasting precipitation in the future period (2024–2043) include CanESM5, NorESM2-MM, and MPI-ESM1-2-HR under both optimistic (SSP1-2.6) and pessimistic (SSP5-8.5) emission scenarios. Then, using the Standardized Precipitation Index (SPI), drought characteristics on an annual scale during the historical period (1985–2014) were compared with those in the future period. Model validation was performed using R², RMSE, and NSE parameters. Finally, the SPI drought index was analyzed in terms of intensity and frequency based on the generated precipitation data.

    Results and discussion

    Model evaluation using different error metrics indicated that the CanESM5 model outperformed the others in simulating precipitation for the studied stations. A comparison of the models and scenarios revealed that, according to the MPI-ESM1-2-HR model, drought severity is projected to increase, while the CanESM5 model suggests a rise in drought frequency. The results also indicate that under the most pessimistic scenario, both the number and intensity of dry periods will increase compared to the optimistic scenario. Furthermore, normal conditions are expected to decrease, while the number and frequency of dry periods will rise due to the consequences of climate change in the study area. Additionally, the frequency and intensity of wet years have shown a slight increase compared to the historical period. Overall, climate change is expected to have a significant impact on the future drought conditions in the Aras River watershed.

    Conclusion

    In summary, understanding changes in precipitation and water resources is crucial due to their various applications in agriculture, drinking water supply, and industry. The accuracy of future climate models varies depending on the climate of each region, the month, and the predicted climate variable. The Aras River Basin is facing a decline in water resources due to agricultural activities exceeding capacity and high water consumption in different agricultural sectors. This study aimed to assess the impact of climate change on drought severity and frequency in the Aras River Basin, providing insights for developing intelligent policies for sustainable water and land resource management. The findings confirm the occurrence of climate change and, in particular, the recurrence of droughts in the studied stations. Using multiple climate models, as the most reliable tool for generating climate scenarios, not only allows for more accurate forecasts but also helps evaluate uncertainties in future climate conditions. These insights assist planners and decision-makers in better monitoring the adverse effects of drought on water resources and agriculture, enabling proactive planning to mitigate regional losses before a crisis occurs.

    Keywords: Aras River Valley, Climate, GCM Models, Global Warming, SPI Drought Index
  • Maryam Sadat Jaafarzadeh *, Ebrahim Karimi Sangchini Pages 64-81
    Introduction

    Watershed management measures are implemented to maintain or restore the ecological functions of watersheds by reducing the impacts of events such as floods, landslides, and erosion in downstream areas, while also enhancing resource productivity and improving local livelihoods. These measures become effective when they identify, restore, or reinforce areas of high ecological value that must be protected from degradation or conversion to other uses. Therefore, it is essential to assess the effectiveness of watershed management measures (both in research and implementation phases) to develop a model of their positive or negative impacts, guiding decision-makers in planning and executing successful watershed management projects. Project reports often emphasize the strengths and positive outcomes of these measures, while their inefficiencies are less frequently highlighted. This study reviews and evaluates recent watershed management projects to examine both their strengths and weaknesses.

    Materials and methods

    In this study, the effectiveness of several recent watershed management projects implemented in different watersheds of Iran was assessed based on the latest available documents. The evaluated watersheds include Behshahr-Galoogah, Maragheh (Markazi Province), Khaveh-Delijan, Asiaborud (Chalus City), and Faryab-Golashgerd (Kerman Province). The state of water resources in these areas was also analyzed.

    Results and discussion

    The findings indicate both positive and negative outcomes for each project. In the Behshahr-Galoogah watershed, sub-basins where a combination of different structures was implemented along the stream network experienced reduced peak discharge and increased concentration time. However, in sub-basins with few check dams relative to their area and stream length, the measures did not significantly alter stream length, concentration time, or peak discharge, but they did help stabilize the stream's longitudinal profile. In the Maragheh watershed (Markazi Province), specific erosion and sediment rates before and after the implementation of watershed measures were recorded as 10.78 and 3.14 (Ton/km²), and 3.1 and 66.9 (Ton/km²), respectively. The effectiveness of watershed measures in the Khaveh-Delijan watershed was also evident. The construction of check dams led to a reduction in peak discharge for different return periods (5, 10, 20, 50, and 100 years), with values decreasing from 3.9 to 0.6, 4.9 to 2.7, 9.4 to 5.1, 14.6 to 8.0, and 22.4 to 12.4 m³/s, respectively. Additionally, base time and lag time of the hydrograph increased by approximately 3.5 hours. The Asiaborud watershed project demonstrated that, following the implementation of watershed measures, specific erosion was recorded at 3.89 Ton/ha/year, and specific sedimentation was estimated at 1.87 Ton/ha/year. Hydrological studies from 2000 to 2019 indicated a decrease in curve number (CN), an increase in concentration time, and reductions in both peak discharge and flood volume (by 1078.49 mm³). Consequently, financial losses caused by floods in this watershed decreased due to the reduction in flood volume. Similarly, findings from the Faryab-Golashgerd watershed project indicated a significant increase in concentration time and a reduction in peak discharge across all studied return periods.
     

    Conclusion

    Overall, the results show that most of the implemented watershed management projects had significant positive effects, including reduced peak flood/runoff discharge, decreased erosion and sedimentation, and increased concentration time. However, maintaining the long-term effectiveness of these measures depends on proper care and maintenance. Additionally, integrating suitable biological measures alongside mechanical interventions in watersheds plays a crucial role in sustaining the effectiveness of these measures.

    Keywords: Check Dams, Mechanical Intervention, Watershed Measures, Watershed Projects, Soil Loss, Water Resources
  • Mahjabin Radaei, Esmaeil Salehi * Pages 82-102
    Introduction

    In the transition from an introverted traditional society to an extroverted modern one, many places cannot withstand the tensions of modernity and the conflicts of dominant culture. The effort to create reliable, safe, economical, and resilient infrastructure against climatic hazards is an undeniable principle in the present age. Ancient hydraulic structures, as a water heritage, contain successful structural, functional, and managerial solutions for sustainability and resilience against harsh ecological conditions. Therefore, deriving ancient perspectives regarding the human-nature relationship and nature-based solutions, to develop practical patterns for addressing natural and human crises, as well as applying them in the planning processes of urban landscapes and watersheds, can enhance the resilience of contemporary cities. Considering that the ancestors of each region developed management strategies in response to social, ecological challenges, and human needs, taking into account cultural, economic, and geographical characteristics, and that these strategies, along with their functions, experiences, values, and beliefs, have been tested over thousands of years, they have laid the foundations for the formation of ecological wisdom. In this study, the main research question is posed as follows: How will the development of principles and rules governing the structure and function of water heritage affect the realization of resilient cities against flooding? Therefore, by selecting and examining a sample of ancient water structures in ancient China, the ancient thoughts regarding the relationship between humans and nature were inferred, and a practical pattern for achieving resilient cities against flooding was outlined.

    Materials and methods

    This study is a descriptive-analytical investigation aimed at analyzing the drainage system pattern of Tuancheng in ancient China to achieve resilience against urban flooding. Using an inductive-comparative method, the structural-functional principles and rules governing the Tuancheng drainage system, as an ancient urban flood management experience, were compared with modern experiences at multiple scales. Based on this comparison, a practical pattern for achieving resilience against flooding and water resource management was developed. The steps of the study can be described as follows:Examining the drainage system of ancient China, a symbol of ecological wisdom in ancient heritage, Clarifying resilience criteria in water structures and drainage, Inferring the principles and rules governing the drainage system of ancient China, Developing a practical pattern for resilience against floods and runoff in contemporary cities.

    Results and discussion

    Ancient hydraulic structures engineered by past cultures are based on the realization of fundamental hydrological functions and provide valuable insights into preserving water resources, managing runoff, maintaining ecological integrity, managing watersheds, protecting soil and biodiversity, etc. Despite the vast differences in complexity, technological development, and resource demands between ancient indigenous communities and the modern world, these insights can inspire contemporary societies in land management. The design principles governing these ancient structures effectively preserve water and natural systems, enhance ecological processes and functions, and increase ecosystem services. Notably, they offer efficient utilization of rainwater resources to mitigate the challenge of water scarcity in the present age. Furthermore, by reducing the occurrence of natural disasters, flooding, and economic losses, these structures offer a reliable method for managing water resources and saving financial costs for local communities. They also create investment opportunities in upgrading infrastructure, engineering products, and new technologies. The combination of green and gray infrastructure, clustered design, and multifunctional performance significantly improves efficiency, performance, stress resistance, and reduces damages and costs. Common technologies in the formation of sponge cities include the use of green roofs, open and green spaces, green parking lots, artificial wetlands for collecting rainwater and runoff, permeable ponds, facilities to maintain biological processes, permeable pavements, reducing rigid and impermeable surfaces, integrated ecological management, protecting aquatic ecosystems, and utilizing rainwater resources. These approaches facilitate the harmonious development of urban and natural environments, the development of green-blue infrastructure, and the enhancement of resilience against water crises.

    Conclusions

    The results of the study indicate that the manifestation of the principles and rules of ecological wisdom through various policies and strategies, such as conservation plans, infiltration practices, runoff storage, runoff transfer, runoff filtration, and landscaping at multiple structural-functional scales, can provide a fundamental pattern for achieving sponge cities that are resilient to flooding. This concept reflects an environmental civilization capable of reducing the impacts of urban development on natural ecosystems, integrating green-blue and gray infrastructures, managing aquifers, and addressing various social, economic, and ecological dimensions. It aims to manage water resources and resolve the water crisis in many countries, including Iran.

    Keywords: Ancient Hydraulic Structures, Drainage Structures, Climate Resilience, Sponge City, Water Resource Management
  • Alireza Majidi * Pages 103-119
    Introduction

    Water collection and storage with minimal losses are among the most effective measures for water resource development in dry and semi-arid regions. Underground dam technology is a suitable solution for managing water resources in such areas. These subterranean structures influence hydraulic flow in porous environments and are constructed to block, divert, or reduce groundwater movement. Underground dams serve various purposes, including water resource control, management, protection, and development. The success and sustainability of these structures largely depend on selecting the most appropriate location, considering project goals, operational efficiency, and intended use. One of the primary reasons for failure in dam projects is the lack of comprehensive studies on site selection.

    Materials and methods

    The study area is located in the western sub-basins of Semnan Province, geographically positioned between 53°15' to 54°20' East longitude and 35°20' to 36° North latitude. Geologically, it lies within the Alborz and Central Iran zones. The basin spans 104.91 square kilometers, with elevations ranging from 1,643 meters to 1,413 meters. The region has a semi-arid Mediterranean climate, receiving approximately 100 millimeters of annual rainfall. The current geomorphology and topography of the basin are shaped by geological structures, rock types, and erosion susceptibility. Due to the mountainous terrain, the area lacks significant alluvial groundwater aquifers, with water resources being limited to subsurface flow in alluvial deposits along streambeds or within hard rock formations. Consequently, underground dams present a viable solution for water supply in such conditions. This study assesses the feasibility of constructing underground dams in the western sub-basins of Semnan Province using a hierarchical analysis approach within a Geographic Information System (GIS). Relevant resources were reviewed to determine the essential criteria and conditions for selecting suitable locations for underground dam construction. Informational layers were generated and integrated in a GIS environment, employing a hierarchical approach to facilitate decision-making.

    Results and discussion

    Controlling and blocking subsurface flows in alluvial deposits of streambeds through underground dams can create reservoirs within the porous environment, enhancing water resource development. This strategy is particularly relevant for dry and semi-arid regions, including the northwestern and western sub-basins of Semnan Province. To identify suitable locations for these structures, key factors such as geology, hydrology, water resources, topography, and stream geometry were analyzed. Areas that failed to meet the required standards were deemed unsuitable and excluded from consideration. Most of the necessary criteria were derived from satellite imagery, topographic and geological maps, and expert knowledge. The site selection criteria were classified into two groups: absolute criteria and decision-making criteria. Absolute criteria provided a binary assessment (favorable/unfavorable), whereas decision-making criteria were prioritized within a suitability range, from highly suitable to relatively suitable. These factors were incorporated into the site selection process using a hierarchical methodology in GIS. The application of GIS tools for overlay analysis, function execution, and weighted scoring significantly improved the speed, accuracy, and efficiency of the process.

    Conclusion

    The findings indicate that using a step-by-step hierarchical methodology within modern techniques, such as GIS, enhances the accuracy and efficiency of regional-scale site selection studies. This approach improves reliability by refining criteria determination, weighting, and scoring. The hierarchical methodology systematically eliminates unsuitable areas, progressively narrowing the study region to the most viable locations. The results showed that approximately 20% of the streambeds in the western sub-basins of Semnan Province have the potential for underground dam construction, providing effective water storage and management solutions. The most suitable locations are found in streambeds of categories 4 and 5, particularly on sandstone, limestone, and marl formations.

    Keywords: Formation Permeability, Geology, Site Selection, Water Resources, Zoning
  • Hamidreza Babaali *, Mostafa Akbari Kheirabadi, Touraj Sabzevari Pages 120-139
    Introduction

    Flood estimation in ungauged watersheds is crucial for designing hydraulic structures. The total flood flow in watersheds consists of surface and subsurface flows. In highly permeable watersheds, subsurface flow significantly contributes to total runoff, yet limited studies have addressed this aspect. Runoff mechanisms in watersheds generally follow two models: the Hortonian mechanism, where the soil saturates from the top, and the Dunne mechanism, where saturation occurs from below. This study adopts the Dunne mechanism for runoff generation.

    Materials and methods

    One method for predicting surface and subsurface hydrographs in ungauged watersheds is the Geomorphologic Instantaneous Unit Hydrograph (GIUH), which utilizes geomorphological data. These data were derived using ArcGIS and hydrological extensions. The GIUH model can separate surface and subsurface flow components. While previous studies have primarily used GIUH for surface flow estimation, the model equations were expanded in this study to estimate the total watershed subsurface hydrograph. The GIUH model was applied to estimate surface and subsurface runoff in two watersheds: Kasillian in Iran and Gagas in India.

    Results and discussion

    The proposed GIUH model was used to analyze surface and subsurface flows in the Kasillian (Iran) and Gagas (India) watersheds. Simulation results for four rainfall-runoff events in each watershed demonstrated that the model effectively estimated total hydrographs and their components. A comparison of estimated and observed peak discharges in the Kasillian watershed showed that the simulated peak discharge on May 10, 1992, was 10.1 m³/s, whereas the observed value was 11.8 m³/s. The error margin across different events ranged from 3% to 16%, indicating an acceptable model accuracy in runoff estimation. In the Gagas watershed, total peak discharge varied between 44 and 110 m³/s, with subsurface flow contributing approximately 5%–6% of the total flow. In the Kasillian watershed, total discharge ranged from 1.6 to 12 m³/s, while peak subsurface discharge was estimated between 35 and 60 L/s. The relationship between rainfall and subsurface peak discharge revealed that lower rainfall led to reduced subsurface peak discharge. Sensitivity analysis showed that hydraulic conductivity was one of the most influential parameters in subsurface flow simulation. In soils with high hydraulic conductivity, subsurface flow accounted for a larger portion of total flow, and the hydrograph lag time increased. For example, reducing the hydraulic conductivity in the Kasillian watershed from 0.0025 to 0.0009 m/s increased subsurface peak discharge from 0.35 to 1.3 m³/s. Additionally, reducing the Manning’s roughness coefficient from 0.2 to 0.4 resulted in a 31% decrease in flood peak discharge. These findings highlight the importance of hydrological and geomorphological characteristics in accurate runoff estimation and flood control structure design.

    Conclusion

    This study evaluated the GIUH model for estimating surface and subsurface runoff in the Kasillian (Iran) and Gagas (India) watersheds. Results showed that the model provided accurate peak discharge estimates, with estimation errors ranging from 3% to 16% in Kasillian and 1.6% to 12% in Gagas. The subsurface flow played a significant role in highly permeable watersheds, contributing 5%–6% of total runoff in the Gagas watershed. Sensitivity analysis revealed that increasing hydraulic conductivity led to higher subsurface peak discharge, whereas reducing the Manning’s coefficient increased flood peaks. These findings confirm the importance of geomorphological and hydrological characteristics in runoff modeling. Ultimately, the GIUH model can serve as a useful tool for flood management and watershed hydrological response assessment.

    Keywords: GAGAS, Kasillian Watershed, Peak Discharge, Subsurface Runoff, Surface Runoff