فهرست مطالب

علوم و مهندسی آبخیزداری ایران - پیاپی 27 (زمستان 1393)

مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران
پیاپی 27 (زمستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/12/14
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقالات علمی
  • مجید کاظمی، وحید عظیمی، شهرام خلیقی سیگارودی صفحه 1
    پارامتر کل جامدات محلول عامل مهمی در بررسی کیفیت آب بوده و اثر زیادی در جا به جایی و یونیزه شدن و تبدیل شیمیایی مواد دارد. هم چنین غلظت املاح محلول در تخصیص آب برای مصارف شرب انسان، دام، کشاورزی و صنعتی نقش مهمی دارد. بنابراین هدف از این تحقیق پیش بینی میزان کل جامدات محلول تحت یک مطالعه موردی در حوزه آبخیز لیقوان با استفاده از مدل های M5 و MLP می-باشد. منطقه مورد مطالعه یکی از زیر حوزه های دریاچه ارومیه و داده های انتخاب شده از دو ایستگاه آب-سنجی بصورت ماهانه طی دوره 1351 تا 1389 است. در حالت کلی نتایج نشان داد با توجه به معیارهای ارزیابی کارایی مدل های، M5 و MLP توانایی خوبی در پیش بینی کل جامدات محلول داشته و هم چنین در بیشتر موارد هر دو نتایجی یکسانی را نشان دادند. در ایستگاه لیقوان در بین شش سناریو بر حسب ترکیب ورودی های مدلهای M5 و MLP، سناریوهای پنج و شش بیشترین ضریب همبستگی را بین مقادیر مشاهداتی و برآوردی نشان دادند و با توجه به نزدیک بودن معیارهای ارزیابی این سناریوها، سناریوهای پنج و شش بهترین سناریو ها معرفی گردیدند. در ایستگاه هروی نتایج نشان داد سناریو پنج بهترین سناریو ورودی برای پیش بینی کل جامدات بوده است. در حالت کلی سناریو پنج با پارامترهای ورودی HCO-3، Ca2+، Na+، Mg2+ جهت پیش بینی TDS بهترین نتیجه را نشان داد.
    کلیدواژگان: کل جامدات محلول، مدل M5 و MLP، پیش بینی، حوزه آبخیز لیقوان
  • مریم رستمی، علی سلاجقه، مجتبی صانعی، سعید رستمی، محمد مهدوی صفحه 11
    انتقال بار بستر به طور گسترده در دهه های اخیر مورد توجه و مطالعه قرار گرفته است و معادلات زیادی از آن ها نتیجه شده که اجزای تشکیل دهنده و شکل ارائه هر یک از این فرمول ها متفاوت از بقیه می باشد. به دلیل پیچیدگی و تنوع عوامل موثر بر فرآیند انتقال بار بستر، دست یابی به روابط قطعی یا تحلیلی، بسیار مشکل می باشد. مدل سازی شبکه عصبی که تاکنون بیشتر برای فرآیندهایی که به علم فیزیک محدود می-شوند استفاده شده و نتایج مطلوبی را در برداشته، در مطالعه آزمایشگاهی پیش رو به عنوان یک ابزار مناسب برای مدل سازی انتقال بار بستر استفاده گردیده است. بر اساس معیارهای آماری مختلف، مدل توسعه یافته کارایی بالایی را نشان داد. معنی داری پارامترهای ورودی و تاثیر و اهمیت هر یک از پارامترهای مورد مطالعه بر فرایند انتقال نیز در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: انتقال بار بستر، مطالعه آزمایشگاهی، فرآیند مدل سازی، معنی داری ورودی ها، شبکه عصبی
  • امید رحمتی، نریمان محمودی، ابوالفضل مساعدی، فرزانه حیدری صفحه 19
    چشمه های حوزه آبخیز پیرانشهر یکی از منابع مهم تامین منابع آب شرب و آبیاری اراضی کشاورزی است. به همین منظور، در این تحقیق تاثیر وضعیت سنگ شناسی و فعالیت های کشاورزی به عنوان مهمترین عوامل کنترل کننده کیفیت آب این چشمه ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. پس از ثبت موقعیت جغرافیایی 145 چشمه، نمونه برداری آن ها در تیر ماه 1391 انجام شد. مقدار پارامتر هدایت الکتریکی (EC) در محل نمونه برداری و مقدار سایر پارامترها از جمله یون های سدیم، کلسیم، منزیم، پتاسیم، کربنات، بیکربنات، کلر و سولفات در آزمایشگاه اندازه گیری گردید. پس از انجام تجزیه و تحلیل پارامتر های کیفی نمونه های آب، دیاگرام پایپر نشان داد که شش تیپ آب شامل Ca-HCO3، Mg-HCO3، Ca-SO4،Mg-SO4، Na-HCO3 و Na-SO4 از چشمه-های منطقه مورد مطالعه جاری است. برای بررسی تاثیر سنگ شناسی (7 نوع جنس سنگ) و کاربری اراضی (2 نوع کاربری اراضی) بر کیفیت آب چشمه ها، به ترتیب از آزمونهای آماری تجزیه واریانس (ANOVA) و t استفاده شد. نتایج تحلیلهای آماری نمونه آب چشمه ها نشان داد که پارامترهای EC،TDS، CO32-، HCO3-، Cl-، Ca2+، Mg2+ و TH در سازندهای مختلف منطقه مورد مطالعه اختلاف معنی داری دارند. درنهایت مقایسه میانگین پارامترهای کیفی در سنگها با آزمون دانکن صورت پذیرفت. همچنین کاربری اراضی فقط تاثیر معنی داری بر پارامترهای CO32-، Cl- و K+ داشت. دیاگرام گیبس بر اساس نتایج آنالیز شیمیایی نشان داد که ساختار شیمیایی آب چشمه ها تحت تاثیر سنگشناسی منطقه است. بنابراین در اولویت اول عامل سنگشناسی و در اولویت دوم عامل کاربری اراضی بر کیفیت آب چشمه های حوزه آبخیز پیرانشهر تاثیر معنی داری دارند.
    کلیدواژگان: کیفیت آب، چشمه، متغیرهای هیدروشیمیایی، تجزیه واریانس (ANOVA)، حوزه آبخیز پیرانشهر
  • محسن یوسفی صفحه 27
    به منظور اجرای برنامه های حفاظت خاک و کاهش رسوب زایی، همچنین محاسبه و طراحی دقیق حجم سد در احداث سدهای مخزنی، ارزیابی و برآورد میزان تولید رسوب در حوزه آبخیز بالادست سد، ضروری است. به طورکلی پدیده فرسایش و انتقال رسوب از پیچیده ترین مسایل هیدرودینامیکی است که تعیین دقیق معادلات حاکم بر آن به دلیل تاثیرات متغیرهای مختلف، به آسانی میسر نیست. هدف از این مطالعه شبیه سازی بار رسوبی معلق با استفاده از مدل تلفیقی عصبی-فازی میباشد و برای این کار لازم است ابتدا ترکیبات ورودی مختلف با استفاده از روش های رگرسیون گام به گام، مدل الگوریتم ژنتیک و آزمون گاما تعیین و سپس مناسبترین ترکیب به عنوان ورودی مدل انتخاب گردد. داده های ایستگاه سیرا سد کرج در بازه زمانی 1353-1390 (37 سال) مورد استفاده قرار گرفت به نحوی که 15 متغیر به عنوان ورودی و یک متغیر به عنوان خروجی در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد مدل عصبی-فازی در حالت استفاده از تعداد داده های آموزشی مناسب و ترکیب منتخب الگوریتم ژنتیک به مناسبترین مدلسازی دست یافت. نکته لازم به ذکر این است که در حالت استفاده از تمام متغیرهای ورودی، مدلسازی مناسبی در مدل عصبی-فازی انجام نشد لذا استفاده از روش های تعیین ترکیب ورودی مناسب ضروری به نظر میرسد. در نهایت مدل الگوریتم ژنتیک به عنوان مناسبترین روش و رگرسیون گام به گام در مرتبه دوم و آزمون گاما در مرتبه سوم به عنوان روش های مناسب تعیین ترکیب ورودی مدل عصبی-فازی انتخاب شدند. همچنین مدل عصبی-فازی در حالت استفاده از ترکیب منتخب الگوریتم ژنتیک در شبیه سازی بار رسوبی معلق با ضریب همبستگی 99/ 0 و میانگین مربعات خطا 0000009/ 0 به عنوان مناسبترین مدل سازی انتخاب شد.
    کلیدواژگان: تعیین ترکیب ورودی، رگرسیون گام به گام، الگوریتم ژنتیک، آزمون گاما، نرم افزار Wingamma، ضریب گاما
  • ام البنین بذرافشان، علی سلاجقه، محمد مهدوی، جواد بذرافشان، احمد فاتحی مرج صفحه 35
    خشکسالی یک رخداد طبیعی تکرار شونده و موقتی است که ناشی از کاهش بارندگی نسبت به میانگین بلندمدت آن می باشد و می تواند در هر اقلیمی رخ دهد. از آنجائی که خشکسالی پدیده ای تصادفی و غیرخطی است، استفاده از مدل های استوکاستیک خطی، شبکه عصبی مصنوعی و مدل های هیبرید می تواند در توسعه نتایج پیش بینی مفید باشد. مطالعه حاضر به بررسی کارایی مدل های ARIMA، شبکه عصبی مصنوعی و مدل هیبرید آریما - شبکه عصبی مصنوعی در پیش بینی خشکسالی هیدرولوژی در دو مقیاس زمانی ماهانه و فصلی در دو ایستگاه هیدرومتری واقع در بخش میانی و خروجی در حوزه آبخیز گاماسیاب در دوره آماری (1353- 1387) می پردازد و شاخص SDI بعنوان شاخص پیش بینی کننده انتخاب گردید. بازه زمانی آماری (1353- 1379) برای مرحله واسنجی و 8 سال باقیمانده جهت مرحله صحت سنجی مدل ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان می دهد، در میان سه مدل مورد استفاده جهت پیش بینی یک گام زمانی بعد، ترکیب مدل های شبکه عصبی- استوکاستیک (هیبرید) نتیجه مناسبی نسبت به مدل های مجزای آن ها در مقیاس ماهانه و فصلی دارد بطوری که مقادیر میانگین خطای نسبی و آماره کاپای این مدل در مقیاس زمانی ماهانه در ایستگاه پل چهر (بخش خروجی) به ترتیب% RME= 5/79 و K= 0.565 و در مقیاس زمانی فصلی در ایستگاه دوآب (بخش میانی) RME = 22% و K=0.231 است.
    کلیدواژگان: خشکسالی هیدرولوژی، پیش بینی، مدل های هیبرید، شاخص SDI، حوزه آبخیزگاماسیاب
  • گزارش فنی
  • گلاله غفاری، محمد مهدوی صفحه 49
    تعیین اثرات خشکسالی یا ترسالی در یک منطقه، یکی از نیازهای اساسی برنامه ریزی های محیطی و اقتصادی، به ویژه برنامه ریزی برای مدیریت منابع آب می باشد. یکی از مهم-ترین تاثیرات دوره های مذکور تاثیر بر میزان بار معلق رودخانه ها و میزان دبی رسوب است که در مباحث مهندسی رودخانه و منابع آب دارای اهمیت خاصی است. هدف از این مطالعه بررسی تاثیر دوره های خشکسالی و ترسالی بر میزان رسوب ویژه در حوزه آبخیز کرخه است که با مطالعه آمار موجود در ایستگاه های هواشناسی و هیدرومتری حوزه آبخیز کرخه و انتخاب 18 ایستگاه اقدام به تعیین دوره های خشکسالی و ترسالی با استفاده از میانگین متحرک 5 ساله شد و با برازش منحنی های سنجه رسوب هر ایستگاه و برآورد رسوب ویژه زیرحوضه های هر کدام از ایستگاه های مورد نظر این نتیجه به دست آمد که در تمام ایستگاه های مورد مطالعه میزان بار رسوب در دوره های خشک کاهش و در دوره های تر افزایش قابل توجهی را داشته است. به این صورت که در سال های مرطوب، به طور متوسط میزان رسوب ویژه 57/ 1 برابر سال های خشک است، که این میزان بین 5 تا 9/ 0 برابر تغییر می کند. همچنین در این سال ها رسوب ویژه 12/ 1 برابر رسوب ویژه دراز مدت است در حالی که در سال های خشک نسبت متوسط رسوب ویژه 74/ 0 حالت دراز مدت است.
    کلیدواژگان: خشکسالی، ترسالی، منحنی سنجه رسوب، بار معلق
  • وحید غلامی، محسن محسنی ساروی، حسن احمدی صفحه 55
    در طی دهه اخیر وقوع سیلاب های متعدد موجب خسارات جانی و مالی در سطح حوزه آبخیز حاجی قوشان گردیده است. در تحقیق حاضر، کارایی سازه ها در کنترل سیلاب مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا مدل بارش- رواناب با بکارگیری مدلHEC-HMS برای شبیه سازی رفتار هیدرولوژیک حوزه آبخیز بکار گرفته شد. با بکرگیری مدل، تمامی زیرحوضه ها، رودخانه ها و حوزه های آبخیز بالادست هر یک از سازه ها شبیه سازی شد. با استفاده از پنج واقعه سیلاب مدل سازی انجام گردید و با چهار واقعه دیگر اعتباریابی شد. سپس هر یک از سازه ها با روشارتفاع-سطح در مدل بارش- رواناب شبیه سازی شدند. نتایج تحقیق نشان داد که کارایی سازه ها در کنترل سیلاب و میزان نقش آنها در کاهش دبی اوج و حجم رواناب به حجم مخزن و موقعیت مکانی سازه بستگی دارد. به دلیل احداث سازه ها در موقعیت نامناسب سازه ها و عدم توجه به سطح تحت پوشش مخازن سد ها می باشد که نتایج مناسبی در کنترل سیل ایجاد نگریده است.
    کلیدواژگان: سد خاکی، مدل HEC، HMS، روش سطح - ارتفاع، حوزه آبخیز حاجی قوشان
  • محمد نکویی مهر، محمد روغنی صفحه 59
    تحقیق حاضر در استان چهارمحال و بختیاری با هدف بررسی تاثیر به کارگیری روش های مختلف مدیریتی در بستر سامانه های سطوح آبگیر جهت بهینه سازی تولید رواناب به اجرا در آمده است. برای این منظور تعداد نه سامانه ی آبگیر مستطیلی شکل به ابعاد سه در چهار متر با سه تیمار عایق، جمع آوری پوشش سطحی سامانه و شاهد(پوشش طبیعی زمین)، بر روی دامنه ای با شیب 20 درصد احداث گردید. در پایین دست هر سامانه، یک مخزن جهت جمع آوری و ذخیره رواناب ها تعبیه شد. اطلاعات بارش از طریق باران نگار و حجم آب جمع آوری شده در داخل هر مخزن، بعد از هر واقعه بارش اندازه گیری گردید. نتایج مقایسه میانگین تیمارها نشان داد که تیمار عایق دارای بیشترین میانگین تولید رواناب بوده به طوری که میانگین رواناب در این تیمار، حدود پنج برابر تیمار جمع آوری پوشش سطحی و 5/ 17 برابر مقدار اندازه گیری شده در تیمار شاهد(زمین دست نخورده) می باشد. تحلیل آماری نتایج با استفاده از نرم افزار SAS، حاکی از اختلاف کاملا معنی دار تیمار عایق می باشد (p<0.01). میانگین ضریب رواناب در تیمار عایق، 3/ 64 درصد محاسبه شده است. بر این اساس استفاده از سطوح عایق با هدف استحصال آب باران در جهت تامین آب باغات دامنه ای در اراضی شیب دار کم بازده توصیه می گردد.
    کلیدواژگان: جمع آوری آب باران، سامانه های سطوح آبگیر، سطوح عایق، ضریب رواناب، چهارمحال و بختیاری
|
  • M. Kazemzadeh, V. Azimi, S. Khalighi Page 1
    TDS parameter is the main factor in water quality assessment and it has many effects on the material movement، chemical alteration and ionization. Also، TDS density has important role in optimum water allocation for drinking water، agricultural and industrial uses. However، the aim of this study is TDS prediction in a case study in Lighvan Watershed using M5 and MLP models. The study area is one of the sub-basin or watershed in Urmia Lake basin and monthly data collected from two hydrometric stations during 1972 to 2010. Generally، based on the criteria which evaluate the models، M5 and MLP had the good performance in the TDS prediction and also mostly they had the same results. In the Lighavn station، among 6 scenarios، the fifth and sixth scenarios showed the highest correlation coefficient between observed and estimated series based on the inputs combination in two models. Due to these scenarios in the most errors criteria were closed together، the fifth and sixth scenarios introduced as the best scenarios. In the Hervi station the results showed that 5th scenario was the best scenario as model inputs. In general، 5th scenario with HCO-3، Ca2+، Na+، Mg2+ parameters showed the best results for the TDS prediction.
    Keywords: Total dissolved solid, M5 model, MLP, Prediction, Lighvan watershed
  • M. Rostami, A. Salajegheh, M. Saneie, S. Rostami, M. Mahdavi Page 11
    Bed load transport، has been extensively studied in the past few decades and many equations have been developed، but they differ from each other in derivation and form. As the process is extremely complex، obtaining a deterministic or analytical form of it is too difficult. Neural network modeling، which is particularly useful in modeling processes about which knowledge of the physics is limited، is presented here as a complimentary tool for modeling bed load transport. The developed model demonstrated a superior performance based on different statistical criteria. The significance of the different input parameters has been analysed in the present work to understand the influence of these parameters on the transport process.
    Keywords: bed loadransport, experimental studies, modeling processes, input significance, neural network
  • O. Rahmati, N. Mahmoodi, A. Mosaedi, F. Heidari Page 19
    The springs of Piranshahr watershed are sources that supplies drinking and irrigation water. Therefore، in this study geology and agricultural conditions is examined as the most important factor controlling spring water quality. After recording the geographical location of 145 springs، sampling was done in September 2012. The electrical conductivity (EC) were measured in the study area، whereas The values of other parameters، such as sodium ions، calcium ions، magnesium ions، potassium ions، carbonate ions، bicarbonate ions، chloride ions and sulfate ions were measured in the laboratory. Water quality parameters was analyzed، in which، the Piper diagram show the six types of water، including Ca-HCO3، Mg-HCO3، Ca-SO4، Mg-SO4، Na-HCO3 and Na-SO4. To investigate the influence of lithology (seven types of lithology) and landuse (two types of landuse) on spring’s water quality، the statistical analysis of variance (ANOVA) and t test was used، respectively. The results of statistical analysis showed that the parameters of springs، including EC، TDS، CO32-، HCO3-، Cl-، Ca2+، Mg2+ and TH in different formations of the study area have significant differences. Finally، averages of the water quality parameters of the lithology using Duncan test were compared. Also، landuse have a significant effect on parameters including CO32-، Cl- and K+. Gibbs diagram based on the results of chemical analysis showed that the chemical structure of water quality influenced by lithology. So the first and second priorities of influence on the water quality are lithology and landuse، respectively.
    Keywords: water quality, spring, hydro, chemical variables, analysis of variance (ANOVA), Piranshahr watershed
  • M. Yosefi Page 27
    In order to reduce sediment and soil conservation plan generation، the design and calculation of the exact size of the dam at dams، evaluation and estimation of sediment yield in the watershed of the dam، is essential. In general erosion and sediment transport of the most complex issues that determine the exact hydrodynamic equations for the various variables، it is not easy. The aim of this study was to simulate suspended sediment load using a neural-fuzzy model is combined This is necessary for the various input combinations using stepwise regression، genetic algorithm model and gamma test and then determine the most suitable model for the input. Karaj Dam Sierra station data in the period 1974-2011 (37 years) was used so that the 15 variables as input and output variables as was considered. Results indicated neuro-fuzzy models in a suitable combination of the number of training data to select the most appropriate modeling of the genetic algorithm to be achieved. It should be noted that in the case of all input variables، modeling neuro-fuzzy model was not appropriate Therefore، methods are necessary to determine the appropriate combination of inputs. Finally، the Genetic Algorithm model as the most appropriate method and stepwise regression، second، and third order gamma test as appropriate methods to determine combination of neuro-fuzzy model inputs selected. The neuro-fuzzy model when using a selected combination of genetic algorithms to simulate suspended sediment load 99/0 correlation coefficient and the mean square error as the most appropriate modeling 0000009/0 has been selected.
    Keywords: select of input combinations, stepwise regression, genetic algorithms, Gamma test, Wingamma Software, Gamma Coefficient
  • O. Bazrafshan, A. Salajegheh, M. Mahdavi, J. Bazrafshan, A. Fatehi Maraj Page 35
    Drought is a natural occurrence caused by repetitive and ephemeral that it is less rainfall than average long term and can occur in any climate. Since the drought phenomenon is stochastic and nonlinear، stochastic linear models، neural networks and hybrid models can be useful in the development forecasting results. This study models the performance of ARIMA، neural networks and hybrid models ARIMA prediction of hydrological drought in both monthly and seasonal time scale deals and SDI index is as a predictor of the watershed was selected Gamasiab in period (1353-1387). The period (1353 - 1379) used for calibration and the remaining 8 years used for verification in model. Results show that، among the three models used to predict one time step neural network models - stochastic (hybrid) models are suitable to the monthly and seasonal scales. So Kappa statistic values and the relative error of the model at monthly time scales Polchehr station (the outlet)، respectively RME= 5/79 %، K= 0. 565 and seasonal time scales Station Doab (the middle) RME = 22% and is K=0. 231.
    Keywords: Hydrological drought, forecasting, Hybrid models, SDI, River basin Gamasiab
  • G. Ghafari, M. Mahdavi Page 49
    Determination the effects of a drought or wet in the area، is one of the essential needs for environmental and economic plans، particularly for water resources management plan. One of the most important influences is affecting on the suspended sediment، which is very important in river engineering and water resource. The purpose of this study is the impact of drought and wet periods on the amount of sediment in Karkheh basin. With Studying of data in Meteorological and hydrometric stations and select of 18 stations، identified the drought and wet periods with using of five-year moving average. Then fitted Sediment rating curves and estimation of sediment for each of sub watershed. The result shows that in the dry periods sediment has decreased trend and in the wet period the sediment has increased trend. In wet year the sediment was 1. 57 dry year، that between 0. 9 and 5. In this year’s spatially sediment was 1. 12 spatially sediment in total periods While the in dry periods spatially sediment was 0. 74 spatially sediment in total periods.
    Keywords: drought, wet, sediment rating curve, suspended sediment
  • V. Gholami, M. Mohseni Saravi, H. Ahmadi Page 55
    Flood has caused financial and vital damages in the Hajighoshan watershed in recent decade. In this study، we investigated the efficiency of flood control structures in decrease of flood hazard and their effects in the downstream flow regime. First، a rainfall-runoff model has presented by using HEC-HMS model. The rainfall- runoff model was presented and optimized by using 5 past flood events and then was validated with 4 another flood events. The dams were simulated by using Elevation-Area method in the validated rainfall-runoff model. The results showed that The efficiency of flood control dams in decreasing of flood hazard dependents on their location، reservoir volume and the surface of watershed or sub-basin which it controlled its runoff.
    Keywords: Earth dams, HEC, HMS, Elevation, Area, Hajighoshan watershed
  • M. Nekooeimehr, M. Roghani Page 59
    Present research has been executed in Chaharmahal va Bakhtiary Province in order to investigation of rainwater harvesting techniques for runoff generation optimizing. Towards this attempt، nine rainwater harvesting systems having three different treatments (isolated surface، removed surface and natural vegetation cover) with three replicates were made on a slope of 20 percent. At the end of each system، a reservoir has been installed to collect runoff coming from the plot. Rainfall amounts are estimated using a rain-gauge nearby and runoff volume was measured in the reservoir. Compare of the mean of treatments indicated that the system with isolated surface has generated the maximum runoff volume. The runoff volume generated by isolated surface was five equal of removed surface and 17. 5 equal of natural vegetation cover. Analysis of 21 rainfall events led to runoff generation showed that the mean runoff coefficient derived from the system with isolated surface was 64. 3 percent. Statistical analyses using SAS software، proves that there is a significant difference in the system with isolated surface (p<0. 01). So utilization of isolated surfaces can be recommended in supplying water for hillside orchards in watersheds using rainwater harvesting systems.
    Keywords: Rainwater harvesting, microcatchment systems, isolated surfaces, runoff coefficient, Chahrmahal, Bakhtiari