پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز
پیاپی 6 (پاییز و زمستان 1391)

روندیابی سیل در رودخانه هایی که دارای دشت های سیلابی می باشند (کانال های با مقطع مرکب) دارای پیچیدگی زیادی است. در این حالت، استفاده از معادلات سن ونان که اساس کلیه ی نرم افزارهای روندیابی سیلاب را تشکیل می دهند، توام با خطا است. برای اصلاح این معادلات، روش های ریاضی متعددی پیشنهاد شده است. این روش ها، غالبا پیچیده بوده و زمان اجرای طولانی دارند. در این مقاله راه حل ساده و بهینه ای مبتنی بر روش ماسکینگام برای روندیابی سیل در رودخانه های سیلابی ارائه شده است. برای افزایش سرعت محاسبات، ضرایب این روش به کمک الگوریتم ژنتیک، به صورت بهینه محاسبه شده اند. برای ارزیابی نتایج این روش، از داده های آزمایشگاهی روندیابی سیل در دو کانال مرکب همگن و غیرهمگن استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که روش ماسکینگام به خوبی تغییرات دبی جریان را در طول کانال شبیه سازی نموده است. با اجرای مدل ریاضی یک بعدی HEC-RAS4، مشخص شد که نتایج این مدل نسبت به نتایج روش پیشنهادی این تحقیق دارای خطای بیشتری است.

خشکسالی پدیده ای آرام و خزنده است که معمولا با کاهش بارندگی و رطوبت نسبی، همچنین افزایش درجه حرارت و سرعت باد همراه است. در دهه های اخیر در میان حوادث طبیعی که جوامع انسانی را تحت تاثیر قرار داده اند تعداد و فراوانی این پدیده بیش از سایر حوادث بوده است. لذا آگاهی از وضعیت خشکسالی با پیش بینی و پهنه بندی شدت های خشکسالی می تواند خطر زیان های ناشی از این پدیده را تا حد شایان توجهی کاهش دهد. هدف از انجام این پژوهش ارزیابی دقت روش های زمین آماری کریجینگ معمولی، کریجینگ ساده و روش معین عکس فاصله در پهنه بندی و تهیه نقشه های خشکسالی روی داده در استان فارس در سال 1389 براساس دو شاخص ناهنجاری بارندگی (RAI) و شاخص دهک بارش (DPI) می باشد. نتایج این تحقیق نشان داد که در پهنه بندی خشکسالی براساس شاخص DPI، روش کریجینگ معمولی و در مورد شاخص RAI، روش عکس فاصله دارای نتایج بهتری نسبت به سایر روش های درون یابی می باشند. همچنین با توجه به نقشه های رسم شده براساس دو شاخص RAI و DPI، به ترتیب 91/60 و 05/51 درصد از مساحت استان در سال 1389 درگیر خشکسالی بوده است.

استخراج آبنمود رواناب مستقیم، به عنوان یکی از مهمترین روش ها جهت ارزیابی وضعیت آبی حوزه های آبخیز مطرح می باشد. با توجه به نقص کمی و کیفی آمار ایستگاه های هیدرومتری، مدل های آبنمود واحد مصنوعی و به ویژه نوع لحظه ای آن ها جهت دستیابی به آبنمودهای مذکور کاربرد دارند. عملکرد مدل های آبنمود واحد لحظه ای تبدیل لاپلاس و H2U تاکنون در ایران ارزیابی نشده است لذا در مطالعه حاضر، این مدل ها در حوزه آبخیز خانمیرزا از توابع استان چهارمحال و بختیاری مورد بررسی قرار گرفتند. بدین ترتیب که 7 رخداد متناظر بارش- رواناب برای حوزه آبخیز مطالعاتی انتخاب گردید و سپس مدل تبدیل لاپلاس با استفاده از باران موثر و زمان تاخیر و مدل H2U با استخراج پارامترهای رتبه و میانگین زمان پیمایش حوزه آبخیز اجرا شدند. سپس با تبدیل آبنمود های واحد لحظه ای به دست آمده از مدل ها به آبنمود های رواناب مستقیم، امکان مقایسه آنها با آبنمود های مشاهده ای فراهم گردید. با انجام مقایسه آماری آبنمودها مشخص شد که مدل های تبدیل لاپلاس و H2U به ترتیب دارای میانگین مطلق خطای نسبی 36/0 و 56/0 هستند. بنابراین مدل تبدیل لاپلاس، آبنمودهای مشاهداتی را با دقت بیشتری نسبت به مدل H2U شبیه سازی نموده که ضریب کارایی ناش- ساتکلیف، معیار انحراف و ارزیابی ظاهری نیز این اولویت بندی را تایید می کنند.

تغییرات کاربری موجب تغییر مولفه های مختلف چرخه هیدرولوژیکی و افزایش و یا کاهش مقادیر رواناب می شوند. هدف از این تحقیق بررسی پاسخ هیدرولوژیکی حوزه آبخیز قزاقلی در پاسخ به تغییر کاربری اراضی متناظر آن است. بدین صورت بعد از تغییر نوع کاربری در محیط GIS، چهار سناریو مدیریتی در دو جهت گرایش مثبت و منفی به مدل معرفی گردید و بعد از هر اجرای مدل خروجی مدل استخراج و با در نظر گرفتن تابع هدف ناش- ساتکلیف (ENS) نتایج شبیه سازی با مقادیر مشاهده ای مقایسه شد. شبیه سازی در پایه زمانی ماهانه و با استفاده از مدل نیمه توزیعی- فیزیکی SWAT و برنامه SUFI2 در قالب بسته نرم افزاری SWAT CUP انجام پذیرفت. بعد از اجرای مدل، حوزه قزاقلی به 37 زیر حوزه و 278 واحد پاسخ هیدرولوژیکی (HRU) به عنوان کوچک ترین واحد همگن تقسیم گردید. پس از واسنجی، مدل رواناب را با ضریب همبستگی (R2) 85/0، ضریب ناش- ساتکلیف (ENS) 86/0 و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) 67/7 شبیه سازی نمود. این ضرایب برای دوره اعتبارسنجی به ترتیب 86/0، 82/0 و 05/9 بدست آمدند. در تحلیل کاربری اراضی مشخص گردید که بهبود کاربری حوزه باعث کاهش مقادیر رواناب از طریق افزایش نفوذپذیری، آب گذری به آبخوان سطحی و عمیق و افزایش تبخیر و تعرق می شود از طرفی با تخریب منطقه در جهت قهقرا مقدار رواناب افزایش یافته و مقادیر نفوذپذیری، آب گذری به آبخوان سطحی و عمیق و تبخیر و تعرق واقعی کاهش چشمگیری پیدا می نماید؛ لذا لزوم حفظ کاربری فعلی حوزه و بهبود و اصلاح آن یکی از راهکارهای اساسی در جهت مدیریت رواناب سطحی در حوزه آبخیز مورد مطالعه می باشد.

پدیده های فرسایش و انتقال رسوب در رودخانه ها یکی از مهمترین و پیچیده ترین موضوعات مهندسی رودخانه می باشد. این پدیده ها اثرات ویژه ای روی شاخص های کیفی آب، کنش کف بستر و کناره های رودخانه داشته و همچنین خسارات جبران ناپذیری به طرح های عمرانی آب وارد می نماید. پیش بینی دقیق میزان رسوب رودخانه ها اهمیت قابل توجهی در مدیریت منابع آب و طراحی و ساخت و همچنین برنامه ریزی در بهره برداری از سازه های آبی دارد. در این تحقیق سعی گردیده است که کارایی شبکه های عصبی مصنوعی در پیش بینی رسوب معلق مورد ارزیابی قرار گیرد. با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی (مدل پرسپترون چند لایه) رسوب معلق در ایستگاه هیدرومتری حیدرآباد روی رودخانه جامیشان پیش بینی گردیده و نتایج با منحنی سنجه رسوب مورد مقایسه قرار گرفته است و مزایا و معایب هر یک از این روش ها تجزیه و تحلیل شده است. براساس نتایج بدست آمده شبکه عصبی مصنوعی نتایج قابل قبولی را جهت شبیه سازی بار معلق در ایستگاه حیدرآباد ارائه می کند، بطوریکه در مقایسه با منحنی سنجه رسوب از دقت بالاتری برخوردار است. مقدار R2 که از شبکه عصبی بدست آمده برابر با حدود 92/0 و R2 که از منحنی سنجه رسوب بدست آمده برابر با حدود 83/0 است. البته لازم به ذکر است که شبکه عصبی نیز نقاط اوج را به درستی پیش بینی نمی کند که این از نقاط ضعف نوع مدل بشمار می رود.

آلودگی آب در دهه های اخیر تهدیدی جدی برای انسان و اکوسیستم های طبیعی تلقی می شود به طوری که بررسی تغییرات کیفیت آب یکی از موضوعات مهم جهت استفاده بهینه از آن است. برای ارزیابی کیفیت آب، باید چند عنصر (پارامتر) در یک دوره زمانی خاص اندازه گیری و مطالعه شوند. در این تحقیق، اولویت بندی پارامترهای کیفیت آب، ارتباط بین آنها و همچنین موضوع معدنی یا غیرمعدنی بودن آنها در طول 3 سال (1385-1382) در رودخانه تجن مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور آمار ماهانه 10 پارامتر، شامل TDS]، EC، K+، Na+، Clˉ، SO42ˉ، Ca2+، Mg2+، SAR و [HCO3ˉ در 3 ایستگاه علی آباد، کرچا و سلیمان تنگه با روش های آماری آنالیز مولفه های اصلی (PCA) و آنالیز خوشه ای(CA2+) تجزیه و تحلیل گردید. با استفاده از نتایج PCA مشخص شد که به منظور کنترل کیفیت آب رودخانه، در علی آباد بجز SAR] و [SO42ˉ، در کرچا بجز [HCO3ˉ] و در سلیمان تنگه بجز Mg2+]، Ca2+ و [HCO3ˉ همه پارامترها در اولویت قرار دارند. توسط CA نیز می توان دریافت که عامل عناصری مانند Mg2+]، Ca2+ و [HCO3ˉ سازندهای کربناتی یعنی آهک ها و دولومیت های منطقه می باشد، همچنین عامل K+] و [Clˉ شیست ها و عامل پارامتر های SAR]، Na+ و [SO42ˉ رس، مارن، دیوریت و توف سبز می باشند.

در مناطق مرتعی، سیلاب ها غالبا در اثر جریان سطحی ناشی از رگبارهای شدید به وقوع می پیوندد. محتوای رطوبتی خاک تاثیر مستقیمی روی میزان نفوذپذیری و در نتیجه رواناب سطحی حاصل از بارندگی دارد. مدل های هیدرولوژیکی ابزاری قوی برای مطالعه فرآیندهای حاکم بر حوزه های آبخیز می باشند. در این مطالعه مدل های رگرسیونی، از برقراری ارتباط بین برخی از متغیرهای مستقل موثر بر ایجاد رواناب با متغیر وابسته به دست آمده اند. در فرآیند مدل سازی استفاده شده در این مطالعه، آمار مربوط به بارندگی و دبی روزانه طی سال های 1353 تا 1379 جمع آوری، پالایش و آنالیز گردید. سپس با استفاده از مفهوم مدل سازی دینامیک و با نرم افزارهای آماری 2003 Excel و SPSS 11.5 مبادرت به تهیه و استخراج مدل های مناسب گردید. با تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده، تعداد روزهای بارندگی موثر پیشین و موثرترین روز بارندگی بر دبی روز واقعه مشخص گردید. نتایج به دست آمده دلالت بر تاثیر متفاوت و معنی دار بارش های روز واقعه و روزهای پیشین بر تولید رواناب روز واقعه در حوزه آبخیز مرتعی تنگراه، طی ماه های مختلف داشته است. نتایج هم چنین نشان داد که در اکثر ماه ها بارندگی تنها تا 3 روز پیش روی دبی حوزه آبخیز مرتعی تنگراه تاثیر معنی دار داشته که با تاکیدات سایر شیوه های معمول برآورد رواناب مبنی بر تاثیر بارندگی پنج روز پیش روی دبی روز واقعه هم خوانی ندارد. از این رو تحقیق فعلی، تعیین دقیق تعداد روز بارندگی موثر پیشین برای مناطق مختلف با توجه به تغییرات زمانی و مکانی موثر بر دبی خروجی حوزه آبخیز را تاکید می نماید.