مجله اکو هیدرولوژی
سال پنجم شماره 3 (پاییز 1397)

فرسایش کناره‏ای در رودخانه ها خسار ت های زیادی را به اراضی مجاور تحمیل می کند و تغییر ریخت‏شناسی رودخانه ها را به همراه دارد. تحقیق حاضر با هدف ارزیابی کارایی علف وتیور در افزایش مقاومت برشی خاک و کاهش فرسایش سواحل رودخانه ها صورت گرفته است. تغییرات پارامترهای ساختاری علف وتیور شامل RAR، RDR، RDDI و RLD در اعماق مختلف و همچنین توسعه عرضی و عمقی ریشه بررسی شد. با بررسی سه فاصله مختلف بین بوته های وتیور، فاصله 30 سانتی‏متری بین بوته ها به عنوان فاصله بهینه مشخص شد. نتایج نشان داد علف وتیور سبب افزایش بیش از 104 درصدی چسبندگی و حدود 83 درصدی زاویه اصطکاک داخلی در مقایسه با حالت بدون ریشه شده است. مقایسه بین پارامترهای مختلف نشان داد به ترتیب پارامترهای RAR و RDR مناسب‏ترین پارامتر برای محاسبه چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک در حضور ریشه وتیور هستند. همچنین، با انجام مقایسه‏ای بین وتیور و برخی گونه های درختی منطقه از نظر مقاومت کششی ریشه، مدت زمان لازم برای استقرار گیاه، مقاومت در برابر خشکسالی و قابلیت خودترمیمی مشخص شد که علف وتیور در مقایسه با سایر گونه های گیاهی متداول، مناسب‏تر است و می‏تواند به عنوان جایگزین مناسبی برای محافظت سواحل رودخانه در برابر فرسایش استفاده شود.

آبخوان دشت ملکان به عنوان یکی از آبخوان‏های حوضه دریاچه ارومیه، به مدیریت صحیح کمی و کیفی نیاز دارد. روش‏های مختلفی از جمله انجام آزمون پمپاژ، روش‏های آزمایشگاهی، استفاده از ردیاب‏ها و روش‏های ژئوفیزیکی برای ارزیابی پارامترهای هیدروژئولوژیکی و مدیریت مناسب آبخوان‏ها وجود دارد. هر چند تعبیر و تفسیر داده های به دست آمده از آزمون پمپاژ، بهترین روش تخمین پارامترهای هیدروژئولوژیکی آبخوان است، اما این روش‏ پرهزینه، وقت‏گیر و نتایج آن مختص به مناطق محدودی خواهد بود. با توجه به اینکه مدل‏های هوش مصنوعی توانایی هایی در برآورد پارامترهای هیدروژئولوژیکی نشان داده‏اند، در تحقیق حاضر کارایی مدل‏های شبکه های عصبی مصنوعی، منطق فازی و جنگل تصادفی در برآورد پارامتر قابلیت انتقال آبخوان دشت ملکان بررسی شده‏ است. پارامترهای ژئوفیزیکی و هیدروژئولوژیکی مرتبط با قابلیت انتقال، از جمله مقاومت عرضی، هدایت الکتریکی، ضخامت آبخوان و هدایت هیدرولیکی به عنوان مهم‏ترین ورودی در این مدل‏ها در نظر گرفته شده ‏است. بر اساس نتایج به دست آمده از بین مدل‏های شبکه عصبی و فازی و جنگل تصادفی، مدل جنگل تصادفی دقت و توانایی بیشتری در شبیه‏سازی داشته‏ است. نتایج به دست آمده از شبیه‏سازی ( 96/0 = AUC، 001/0 = MSE و 986/0= R2) و تعیین مهم‏ترین پارامترهای تاثیرگذار در پیش‏بینی قابلیت انتقال، گویای برتری این مدل نسبت به مدل‏های شبکه های عصبی مصنوعی و منطق فازی در بحث پیش‏بینی است.

دبی زیست محیطی توصیفی از زمان بندی، کیفیت و کمیت آب مورد نیاز برای پایداری اکوسیستم آبی است. هدف مقاله حاضر، ارزیابی روش های متداول تعیین دبی زیست محیطی و ارائه روش بومی سفیدرود است. دبی زیست محیطی سفیدرود با کمک روش های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و شبیه سازی زیستگاه بررسی شد و نتایج به دست آمده به صورت یک پیشنهاد بومی در غالب درصدی از میانگین دبی سالانه بیان شد. طبق ابلاغیه وزارت نیرو، شیوه تعیین دبی زیست محیطی روش تنانت (هیدرولوژیکی) است. این روش به همراه روش محیط ترشده (هیدرولیکی) با سه ایده متفاوت به کار گرفته شد و در روش شبیه سازی زیستگاه نیز فیل ماهی به عنوان گونه شاخص انتخاب و دبی زیست محیطی مطابق با شرایط زندگی گونه هدف بررسی شد. مزایا و محدودیت های روش های بررسی شده معرفی شد. بر اساس نتایج به دست آمده از مقادیر محاسباتی و ضعف ها و قوت های آنها به ترتیب 20 و 30 درصد میانگین دبی سالانه برای حفظ سلامت رودخانه در شرایط ضعیف تا نسبتا خوب پیشنهاد شد. در نهایت، روش ترکیبی شبیه سازی زیستگاه و بیشترین انحنای محیط خیس شده برای تعیین کمترین دبی زیست محیطی و بهبود شرایط اکوسیستم منطقه به عنوان روش بومی سفیدرود پیشنهاد شد.

الگوریتم‏های موجود برای آموزش سیستم استنتاج فازی- عصبی تطبیقی (ANFIS) باوجود کاربرد فراوان، نقایصی همچون به دام افتادن در بهینه محلی دارند. در پژوهش حاضر، کاربرد الگوریتم‏های بهینه‏سازی ژنتیک (GA)، ازدحام ذرات (PSO)، کلونی مورچگان برای محیط های پیوسته (ACOR) و تکامل تفاضلی (DE)، در توسعه و بهبود عملکرد ANFIS بررسی شد. به ‏عنوان مطالعه موردی، بیشترین دمای ماهانه شهر اصفهان در بازه زمانی 64 ساله (1330-1393)، شبیه‏سازی و تحلیل شد. به این منظور، ابتدا با استفاده از آنالیز حساسیت، مناسب ‏ترین ورودی ها برای هر یک از افق‏های پیش‏بینی (یک ماه، یک تا سه سال) انتخاب شد. سپس، بیشترین دما به‏وسیله مدل‏های هیبریدی ANFIS-GA، ANFIS-PSO، ANFIS-DE، ANFIS-ACOR و مدل ANFIS پیش‏بینی شد. در ادامه، عملکرد هر یک از مدل‏ها با استفاده از شاخص‏های آماری R2، RMSE و MAE ارزیابی شد. نتایج نشان داد مدل ANFIS-GA، به‏عنوان مناسب‏ترین مدل، دقت عملکرد ANFIS را در پیش‏بینی افق ‏های یک ماه و یک تا سه سال آینده در R2 به ترتیب به مقدار 06/0، 07/0، 08/0 و 12/0 و در RMSE به میزان 09/0، 09/0، 16/0 و 1/0 بهبود داده است. پس ‏از آن، به ترتیب ANFIS-DE و ANFIS-PSO مناسب‏ترین دقت را داشتند. از سوی دیگر، ANFIS با بیشترین خطا و کمترین R2، به‏عنوان ضعیف‏ترین مدل شناخته شد. نتایج نشان داد مدل‏های هیبریدی پیشنهادی، با استفاده از تکنیک جست وجوی سراسری و جلوگیری از به دام افتادن در بهینه محلی، عملکرد ANFIS را به‏طور مطلوبی بهبود داده‏اند. مدل‏های پیشنهادی پتانسیل زیادی به‏منظور استفاده در سایر مسائل مرتبط با هیدرولوژی و منابع آب دار ند.

تغییر اقلیم با توجه به ظرفیت محدود اکوسیستم‏ها می‏تواند موجب بروز مشکلاتی در تامین آب قابل‏ دسترس برای رفع نیاز بشر شود و بر توانایی منطقه‏ای در مواجهه با بلایای طبیعی مرتبط با آب تاثیر بگذارد. یکی از مشخصه های طبیعی رودخانه گاماسیاب احتمال وقوع سیلاب و خطرات ناشی از آن است. بنابراین مطالعات هیدرولوژیکی تحت شرایط تغییر اقلیم برای ساماندهی و مدیریت آن ضروری است. لزوم استفاده از مدل‏های سری CMIP5 در پژوهش‏های جدید با توجه به دقت زیاد آنها و کمبود کارهای پژوهشی به وسیله این مدل‏ها در کشور ما، سبب شد در پژوهش حاضر از خروجی های چهار مدل سری CMIP5 و دو سناریوی RCP2.6 و RCP8.5 برای آینده نزدیک (2020-2049 میلادی) و آینده دور (2070-2099 میلادی) استفاده شود. نتایج نشان می‏دهد مقدار بارندگی سالانه حوضه در پنج ایستگاه بررسی شده با توجه به سناریوهای مد نظر و دوره های زمانی مختلف بین 6/31- تا 8/52 درصد تغییر خواهد کرد. میانگین کمترین و بیشترین دمای ماهانه در ایستگاه کرمانشاه به ترتیب حداکثر تا C°75/2 و C°15/2 و در ایستگاه همدان به ترتیب حداکثر تا C°43/3 و C° 26/4 با توجه به سناریوهای مختلف افزایش می‏یابد. در این پژوهش از مدل SWAT برای شبیه‏سازی هیدرولوژیکی جریان استفاده شد. نتایج ضمن تایید کارایی مدل SWAT در شبیه‏سازی دبی حوضه، نشان داد میزان تغییرات رواناب حاصل از خروجی مدل CSIRO-Mk تحت سناریوهای مختلف نسبت به دوره مشاهداتی از 3/42 – تا 8/17 درصد متغیر خواهد بود. نتایج تحقیق ضرورت به کارگیری تدابیر لازم به منظور سازگاری با تغییر اقلیم در سیاست‏های آتی مدیریت حوضه گاماسیاب تاکید می کند.

برای درک بهتر فرایندهای هیدروژئوشیمیایی در آبخوان دشت سلماس، روش‏های گرافیکی و آماری چند‏متغیره برای تفسیر نتایج به دست آمده از آنالیز نمونه ها به کار برده شدند. نتایج دیاگرام پایپر و دیاگرام بسط داده شده دورو نشان‏ می‏دهند تیپ غالب آب‏ زیرزمینی بی‏کربنات کلسیم – منیزیم است و در قسمت‏های انتهایی و جنوب ‏شرقی دشت تیپ مختلط نیز دیده‏ می شود. آنالیز خوشه‏ای سلسله مراتبی (HCA)، پنج گروه مختلف آب ‏زیرزمینی را نشان‏ می‏دهد (HC1 تا HC5). این روش به خلاف روش‏های گرافیکی، توانایی نشان دادن تاثیر غلظت نیترات در طبقه‏بندی نمونه ها را دارد. نمودارهای استیف مربوط به گروه های HC1 تا HC5، سه منشا اصلی برای آب‏ زیرزمینی در دشت سلماس را آشکار می‏کنند، به طوری که سه گروه HC1 تا HC3 آب‏هایی هستند که از سنگ‏های آهکی و دولومیتی نشئت گرفته‏اند. در گروه HC4، Clˉ و Na+ غالب هستند و آب‏های شور را نشان می‏دهند. گروه HC5 آب‏هایی هستند که تحت تاثیر انحلال ساده یا اختلاط قرار گرفته‏اند. براساس نتایج تحلیل عاملی (FA)، سه عامل اصلی موثر بر هیدروشیمی آبخوان دشت سلماس شناسایی شدند که 03/85 درصد از واریانس کل داده ها را شامل می‏شوند. عامل‏های اول و دوم زمین‏زاد هستند و عامل سوم انسان‏زاد است. با توجه به عامل نخست انحلال کانی های تبخیری در قسمت‏های شمالی، شمال ‏غربی دشت و جاهایی که سازندهای الیگو-میوسن (OMrb)، میوسن (Mur) و پلیوسن (PLQc) برونزد دارند در هیدروشیمی آب ‏زیرزمینی کارکرد اصلی را دارد. عامل دوم حاصل تعادل آب-سنگ است که در زمینه انحلال سنگ‏های حاوی ترکیبات کلسیم و منیزیم است و مرتبط به مناطق تغذیه است و عامل سوم ناشی از فعالیت‏های انسانی و استفاده از کودهای کشاورزی است.

نبود دسترسی پایدار به منابع آبی، منازعات اجتماعی و اختلالات اقتصادی را به دنبال خواهد داشت. این موضوع در حال حاضر یکی از مسائل جدی حوضه آبخیز سرخون در استان هرمزگان است. از جمله اقداماتی که برای حل این مسئله می‏تواند مفید واقع شود، بررسی روند تغییر در خصوصیات کمی و کیفی منابع آبی این حوضه است. به این منظور، از داده های بارندگی و داده های مربوط به کیفیت و کمیت آب‏های زیرزمینی استفاده شده است. برای انجام این کار، از روش WQI به منظور تعیین کلاس کیفی آب و از آزمون من-کندال برای مشاهده روند در متغیرهای بررسی شده استفاده شده است. نتایج بیان کننده کاهش معنا‏دار و قطعی کیفیت و افت تراز آب زیرزمینی در دشت سرخون است. روند به دست آمده برای افت سطح ایستابی دشت با ضریب واریانس 03/0 و آماره S من-کندال 277- در سطح اطمینان 9/99 درصد معنا‏دار گزارش می‏شود. شیب خط به دست آمده برای افت تراز و افزایش مقدار WQI، که بیان کننده کاهش کیفیت آب است، به‏ترتیب 33/0- و 42/3 بوده است. مقادیر گزارش شده برای شیب خط بیان کننده افت 33 سانتی‏متری و افزایش 4/3 واحدیWQI به ازای هر سال است. درنهایت، بر اساس درک و شناخت جامع به دست آمده از شرایط منطقه مطالعه شده، اقداماتی از جمله دریافت عوارض منابع طبیعی به منظور تعادل‏بخشی به کیفیت و کمیت منابع آب زیرزمینی منطقه مطالعه شده پیشنهاد شده است.

هدف از تحقیق حاضر، اولویت‏بندی مکانی سیل‏خیزی زیرحوزه های آبخیز مهارلو با استفاده از پارامترهای مورفومتریک و مدل تصمیم‏گیری VIKOR است. به این منظور، 13 پارامتر مورفومتری شامل درجه شیب، تراکم زهکشی، فراوانی آبراهه، ثابت نگه داشت آبراهه، بافت زهکشی، عدد ناهمواری، ضریب گردی، ضریب فشردگی، نسبت ناهمواری، طول جریان، ضریب فرم، ضریب کشیدگی و ضریب شکل و یک پارامتر اقلیم شامل بارندگی انتخاب شد. برای تعیین وزن پارامترها از مدل فرایند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) استفاده شد . نتایج وزن‏دهی پارامتر‏ها با استفاده از مدل AHP نشان داد پارامترهای مورفومتری درجه شیب و تراکم زهکشی و پارامتر اقلیمی بارندگی به‏ترتیب با مقدار (206/0، 165/0 و 134/0) بیشترین وزن و تاثیر را در رخ‏داد سیل منطقه مطالعه شده داشتند، در حالی ‏که کمترین وزن و در پی آن حداقل تاثیر مربوط به ضریب شکل (012/0) بود. همچنین، به‏منظور اولویت‏بندی 53 زیرحوضه آبخیز مهارلو از مدل تصمیم‏گیری VIKOR استفاده شد. نتایج نشان داد زیرحوزه 34 براساس اولویت‏بندی سیل‏خیزی رتبه اول (082/0) ، زیرحوضه 31 رتبه دوم (110/0) و زیرحوضه 12 رتبه سوم (129/0) را به‏ خود اختصاص داده‏اند که باید برای انجام عملیات مدیریتی در اولویت قرار گیرند، در حالی ‏که زیرحوضه 42 آخرین رتبه [1] را در اولویت‏بندی سیل‏خیزی داشت که بیان کننده حساسیت بسیار کم آن به وقوع سیل است.

ازجمله مهم ترین مخاطرات تهدیدکننده جوامع بشری سیل است. در پژوهش حاضر با یکپارچه سازی مدل منطقی برآورد رواناب اوج، به ارزیابی مخاطره سیل حوضه آبخیز مرند در مقیاس زیرحوضه با استفاده از سنجش از دور و GIS پرداخته شده است. پس از تعیین ضریب رواناب با استفاده از لایه های پوشش/کاربری اراضی تهیه شده از تصاویر ماهواره Sentinel 2A، نقشه شیب تهیه شده از DEM 30 متری سنجنده ASTER و گروه های هیدرولوژیک خاک، با استفاده از میزان تعیین شده که با محاسبه زمان تمرکز زیرحوضه ها تعیین شد، رواناب اوج برای همه زیرحوضه ها محاسبه شد. در ادامه، با استفاده از تابع عضویت خطی در مدل منطق فازی، یکپارچه سازی دو لایه رواناب اوج‏ تهیه شده و لایه ارتفاع، بین صفر و یک فازی‏سازی شدند و سپس با اعمال همپوشانی ضربی وزن‏های مشخص براساس شاخص مخاطره سیل (FHI)، به هریک از این دو لایه و سپس جمع نتایج آنها، نقشه توزیع مخاطره سیل تهیه شد. با کلاس‏بندی نقشه مخاطره تهیه شده در پنج کلاس شامل بسیار کم‏خطر، کم خطر، متوسط، پرخطر و بسیار پرخطر با نتایج به دست آمده از سیستم اطلاعات جغرافیایی مشارکتی یا PGIS و ورود این اطلاعات به ماتریس درهم ریختگی میزان دقت نقشه های تهیه شده 83/87 درصد تعیین شد.

آب‏ های سطحی از مهم ترین منابع تامین آب‏ های آشامیدنی هستند که تحت تنش‏ های محیطی و انسانی قرار دارند. تحقیقات زیادی اثر مثبت پوشش جنگلی را بر کیفیت آب نشان داده اند، ولی نبود اطلاعات کمی و اقتصادی در زمینه تاثیر جنگل بر کیفیت آب، موجب شده است تا این مسئله فقط به طور کیفی بیان شود. اطلاعات کمی و به ویژه تاثیر آن بر هزینه پالایش آب در ایران بسیار کم است و یا موجود نیست. به این منظور، در پژوهش حاضر زیرحوضه‏ های جنگلی با درصدهای تاج‏ پوشش مختلف در حوضه تنگ شول کامفیروز فارس انتخاب و شاخص کیفیت (WQI) آب با استفاده از متغیرهای فیزیکی شیمیایی رواناب‏ های حاصل از بارندگی تعیین شد. همچنین، برای نخستین بار تابع تولید خدمت کیفیت آب در جنگل با درنظرگرفتن سایر ویژگی‏ های جنگل به‏ طور کمی برآورد شد. نتایج نشان داد شاخص کیفیت آب در درصدهای تاج پوشش بیشتر از طبقه 20 30، در مقیاس کیفی خوب قرار دارند، همچنین با افزایش هر یک درصد تاج‏ پوشش جنگلی، شاخص کیفیت به میزان 8/0 درصد بهبود می یابد و افزایش هر یک درصد مساحت زیرحوضه جنگلی، سبب کاهش 14/0درصدی کیفیت آب‏ می‏ شود. سازند آغاجاری نیز نسبت به آسماری اثر منفی و خاک شنی لومی نسبت به خاک لومی و رسی اثر مثبتی بر کیفیت آب در منطقه دارند. یافته های پژوهش افزایش تاج‏ پوشش جنگلی برای حفاظت از کیفیت آب تا 30 درصد، هزینه‏ های تصفیه را به کمترین حد می رساند و آب‏ های تامین شده از این جنگل‏ ها‏ می‏ تواند مستقیم به مصرف شرب انسانی برسد.

مقاله حاضر به طور خلاصه به تعریف فلزات سنگین از جنبه های مختلف، منابع تولید و آثار منفی آنها بر سلامتی انسان، استانداردها و قوانین تنظیمی مراجع مختلف برای رعایت حدود مجاز و در نهایت نیز به بررسی روش‏های تصفیه، جداسازی و حذف این عناصر پرداخته است. در خصوص روش‏های جداسازی، محدوده وسیعی از فرایندها و معایب و مزایای هریک از انواع قدیمی تا فناوری های نوین، بررسی شده که شامل رسوب‏دهی شیمیایی، انعقاد لخته‏سازی، شناورسازی، تبادل یونی، تصفیه الکتروشیمیایی، فیلتراسیون غشایی و جذب سطحی می شوند. در این میان، به جذب سطحی به عنوان یک رویکرد ساده ولی کارآمد، به طور ویژه پرداخته شده است و انواع جاذب‏ها شامل کربن فعال، نانولوله های کربنی، گرافن اکساید، جاذب‏های زیستی مطالعه شده ‏اند. امروزه، مواد نانو با توجه به ویژگی های منحصربه فردی همچون مساحت سطح زیاد، سایت‏های فعال فراوان و ظرفیت جذب بسیارخوب، کاربردهای چشم‏گیری در تصفیه محیط‏های آب و فاضلاب از خود نشان داده‏اند. در این میان، نانوذرات مغناطیسی اکسیدهای آهن به عنوان جاذب‏های مقرون‏به صرفه، با راندمان بالا و دوستدار محیط‏ زیست بررسی شده‏اند.

از سال‏ها پیش آلودگی نیترات در آب و خاک از نگرانی های اساسی در مسائل زیست محیطی دنیا بوده است. ترکیبات حاوی نیتروژن رهاشده در محیط زیست می‏تواند سبب بروز مشکلات جدی مانند یوتریفیکاسیون رودخانه ها و موجب بیماری خطرناکی به نام متهموگلوبینمیا و سایر اختلالات در سلامتی انسان شود. یکی از اهداف مهم تصفیه فاضلاب، حذف نیتروژن است که از طریق فرایندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی انجام می‏شود که روش‏های بیولوژیکی حذف نیتروژن موثرتر و اقتصادی‏تر ند. دنیتریفیکاسیون از فرایندهای اصلی حذف نیترات در آب‏هاست که فرایندی بدون نیاز به اکسیژن محسوب می‏شود و در آن باکتری ها از نیترات به عنوان گیرنده برای به‏دست آوردن انرژی به منظور رشد استفاده می‏کنند. دنیتریفیکاسیون فاز جامد یک فناوری نوظهور است که در سال‏های اخیر مورد توجه قرار گرفته است که در آن از پلیمرهای زیست تخریب پذیر به عنوان منبع کربنی و حامل بیوفیلم برای میکروارگانیسم‏های نیترات زدا استفاده می‏شود. این روش راهکاری امیدوارکننده و ارزان برای حذف نیترات از آب و فاضلاب است و در آینده می‏توان توجه بیشتری معطوف به حذف هم زمان نیترات و سایر آلاینده ها از آب‏ به وسیله دنیتریفیکاسیون فاز جامد شده و از این طریق سلامت محیط و انسان تضمین شود.

در تحقیق حاضر، مدل بهینه‏سازی تماما فازی با درنظرگرفتن عدم قطعیت‏ها برای برداشت تلفیقی آب سطحی و زیرزمینی برای تامین نیاز کشاورزی ارائه شده است. تراز آب زیرزمینی دشت آستانه-کوچصفهان با نرم افزار GMS شبیه‏سازی و نتایج آن به صورت روابط رگرسیونی افت – برداشت به عنوان قید مدل بهینه‏سازی استفاده شد. در ادامه، مدل بهینه‏سازی فازی به دو روش کومار و جایالاکیشمی ابتدا به حالت صریح تبدیل شده و با نرم‏افزار GAMS اجرا شد. نتایج بیشترین افت را در هر دو روش 25/1 متر در ماه فروردین برای ناحیه راست کانال سنگر و برای ناحیه چپ آن 25/1 متر در ماه مرداد نشان داد. بیشترین کمبود در روش کومار، در ناحیه چپ سنگر مربوط به سال 1381 بود که 82/59 درصد از نیازها تامین شد، در حالی که در ناحیه راست 76/56 درصد از نیازها در سال 1393 تامین شد. در روش جایالاکیشمی در بدترین شرایط، بیشترین کمبود در سال 1377 و 1393 بود که 5/66 و 96/60 درصد از نیازها به ترتیب برای ناحیه چپ و راست سنگر تامین شد و نیز در روش کومار، در شرایط بیشترین کمبود مجموع چپ و راست سنگر در سال 1377، تامین نیازها معادل حدود 9/65 درصد بود. در حالی که، در روش جایالاکیشمی این مقدار 5/66 درصد در سال 1377 بوده و در وضع موجود این درصد تامین در بدترین شرایط 54 درصد است. مدل بهینه‏سازی فازی ارائه شده با درنظرگرفتن عدم قطعیت‏ها نسبت به مدل‏های کلاسیک برتری دارد و می‏تواند برای مدیریت تلفیقی تامین آب کشاورزی به کار رود.

مدل‏سازی جریان در رودخانه ها با توجه به مسیر پیچان‏رودی آنها بسیار پیچیده بوده و اغلب مستلزم استفاده از یک مدل عددی قوی برای پیش‏بینی آثار آشفتگی است. همچنین، انتخاب نوع مدل آشفتگی می تواند در شبیه‏سازی و بررسی خصوصیات جریان موثر ‏باشد. انواع مختلفی از مدل‏های آشفتگی در مدل عددی SSIIM قابل استفاده است که در تحقیق حاضر با هدف بررسی کارایی مدل‏های آشفتگی، از سه نوع مختلف مدل آشفتگی k-Ԑ یعنی نوع استاندارد، بر اساس سرعت آب و RNG به منظور شبیه‏سازی خصوصیات جریان در نقاط مختلف از مقطع عرضی 45 درجه از یک قوس تند واقع در رودخانه دوآب صمصامی از سرشاخه های کارون بزرگ استفاده شد. با مقایسه مقادیر اندازه گیری شده مولفه های سرعت، نتایج به دست آمده از مدل ها مشخص شد. مدل k-Ԑ استاندارد در تعیین مولفه قائم سرعت و نوع مدل k-Ԑ بر اساس سرعت آب برای مولفه طولی سرعت دقت بیشتری دارد که در مجموع قابلیت کلیه مدل‏های آشفتگی یادشده مناسب ارزیابی می شود. همچنین، درنظرگرفتن دقیق ناهمواری های بستر و زبری کناره‏ کانال رودخانه در مدل عددی می تواند بر افزایش صحت نتایج مدل تاثیر بسزایی داشته باشد.

در تحقیق حاضر، آلودگی آبخوان دشت کاشان از نظر نیترات و نیتریت و مکانیسم آن بررسی شد. به این منظور، 42 نمونه آب از آبخوان تهیه و آنالیز شد. نتایج پژوهش نشان داد کلراید و سولفات، آنیون‏های غالب و سدیم و کلسیم، کاتیون‏های غالب اند. نتایج بررسی حد مجاز متغیرهای TDS، pH، Na+، K+، Cl-، SO42-، NO3-، NO2-، Ca2+ و Mg2+، نشان داد به‏ترتیب 61/97، 47/40، 100، 0، 61/97، 23/95، 09/38، 24/95، 34/83 و 23/95 درصد از منابع آب منطقه براساس استانداردهای WHO و ISIRI، وضعیت غیرمجاز دارند. همچنین، نیترات با Na+، K+، Ca2+، Mg2+، Cl-، HCO3-، SO42-، NO2-، TDS و EC به‏ترتیب همبستگی 68/0، 50/0، 63/0، 52/0، 64/0، 34/0-، 32/0، 64/0، 64/0 و 65/0 دارد. سایر نتایج نشان داد نیترات، دامنه تغییرات 86/1 تا 1034 و میانگین 76/118 میلی‏گرم بر لیتر دارد. همچنین، 49/40، 42/21 و 09/38 درصد از نمونه ها از نظر نیترات به‏ترتیب، کمی‏آلوده، آلوده و بسیار آلوده اند. به‏منظور بررسی دقیق‏تر آلودگی آبخوان طبق توصیه WHO، نتایج ترکیبی نیترات و نیتریت نشان داد 23/95 درصد از نمونه ها، غلظت بیش از حد مجاز دارند. بنابراین، فقط بخش‏های جزئی از آبخوان در جنوب، جنوب غرب و غرب، وضعیت قابل قبولی دارند.

مدل شماره منحنی (SCS-CN) در حالت متداول بر اساس رابطه خطی بین جذب اولیه (Ia) و بیشترین پتانسیل نگهداشت (S) حوضه آبریز است، ولی این مدل برای درنظرگرفتن رابطه غیرخطی Ia-S اصلاح شده است. هدف از مطالعه حاضر مقایسه مدل های متداول شماره منحنی و شماره منحنی اصلاح شده (رابطه غیرخطی Ia-S) در برآورد هیدروگراف سیلاب در پنج حوضه آبریز گالیکش، نوده، تمر، وطنا و کچیک (کاربرد 37 رویداد بارش-رواناب در محاسبات و انتخاب 14 رویداد برای مقایسه نتایج در مرحله صحت سنجی) است. برای مقایسه نتایج از معیارهای ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، نش-ساتکلیف (NSE) و خطای برآورد دبی اوج (PEP) استفاده شده است. بررسی معیارهای RMSE و NSE و PEP نشان می دهد کاربرد مدل شماره منحنی اصلاح شده (رابطه غیرخطی Ia-S) در همه رویدادهای مرحله صحت سنجی موجب بهبود برآورد هیدروگراف و دبی اوج سیلاب نسبت به کاربرد مدل متداول شماره منحنی (SCS-CN) شده است. بنابراین، نتایج نشان می دهد در حوضه های آبریز مطالعه شده مدل شماره منحنی اصلاح شده (رابطه غیرخطی Ia-S) موجب بهبود درخور توجه کارایی مدل متداول شماره منحنی (SCS-CN) شده است.

اختصاص آب به محیط زیست که با عنوان حق آبه زیست محیطی مطرح می شود، برای حفظ اکوسیستم رودخانه و پایین دست آن بسیار حیاتی و مهم می باشد. عدم تخصیص مناسب جریان زیست محیطی، موجب اختلال در فعالیت های حیاتی موجودات آب زی، کاهش ارتباطات بین اکوسیستم ها و دسترسی به مناطق مناسب جهت تخم ریزی و مهاجرت آبزیان گردیده است. در مطالعه حاضر روش های هیدرولوژیکی تنانت، تسمن و آرکانزاس به منظور برآورد حداقل جریان زیست محیطی و مدل شبیه سازی زیستگاه PHABSIM جهت تامین حداقل شرایط زیستگاه برای گونه شاخص سیاه ماهی C.capoeta gracilis در رودخانه قره سو منتهی به خلیج گرگان، مورد محاسبه و ارزیابی قرار گرفتند. آمار مورد نیاز برای محاسبات هیدرولوژیکی نیز از ایستگاه هیدرومتری سیاه آب در طول دوره آماری 44 ساله ( 1394-1350) استفاده شد. اندازه گیری و ثبت متغیرهای محیطی، داده های مربوط به مقاطع عرضی رودخانه شامل فاصله هر مقطع از مقطع پایین دست در اواخر خرداد ماه 1396، در4 ناحیه اصلی و مقاطع کنترل در هر ناحیه از پایین دست (مصب رودخانه) به سمت بالادست و در طول رودخانه قره سو انجام شد. بر اساس ارزیابی اکولوژیکی، روش تنانت نیاز آب زیست محیطی رودخانه قره سو را 30 درصد متوسط دبی سالانه برای فصول بهار و تابستان و 10 درصد متوسط دبی سالانه برای فصول پاییز و زمستان به ترتیب مقادیر 57/0 و 19/0 متر مکعب بر ثانیه و روش های تسمن 44 درصد، آرکانزاس 64 درصد و تکنیک شبیه سازی زیستگاه 85 درصد میانگین جریان سالانه در رودخانه قره سو، به ترتیب مقادیر 856/0، 22/1 و 63/1 متر مکعب بر ثانیه، جریان زیست محیطی را برآورد می نمایند. با بررسی الزامات برآورد جریان زیست محیطی در رودخانه مطالعه شده، با توجه به شرایط دینامیک اکولوژیکی و زیستگاهی رودخانه، مدل شبیه سازی زیستگاه بسیار کاراتر از روش های هیدرولوژیکی ظاهر شده و پاسخ آن ها به مسئله تخصیص رژیم اکولوژیکی جریان می تواند منطقی و حافظ بقای محیط اکولوژیکی باشد.

افزایش جمعیت جهان، استفاده بیش ‏از ‏حد از سوخت‏های فسیلی، تغییر کاربری اراضی، گسترش روزافزون فعالیت‏های صنعتی برای تامین رفاه و نیازهای جمعیت کره زمین، موجب شده است تا پس از انقلاب صنعتی به‏تدریج تغییرات مشهودی در اقلیم کره زمین به‏وجود آید که بارزترین آن افزایش متوسط دمای‏ کره زمین و تبعات آن است. برای بررسی سیستم‏های اقلیمی در مقیاس‏های جهانی از مدل‏هایی با عنوان GCM استفاده می‏شود؛ این مدل‏ها، رفتار فیزیکی سیستم زمین، جو و اقیانوس را به شکل ریاضی شبیه‏سازی می‏کنند. در پژوهش حاضر برای ریزمقیاس نمایی و بررسی تغییرات اقلیم در منطقه کرج، از مدل SDSM استفاده شد. نتایج معیارهای آماری ارزیابی کارایی مدل رگرسیون خطی چندمتغیره نشان داد توانایی این مدل در شبیه‏سازی بارندگی و دما ایستگاه کرج نسبتا قابل ‏قبول و با داده های مشاهداتی مطابقت دارد. نتایج شبیه‏سازی‏، به‏طور متوسط در سناریوی A2، در دوره های اول (1999 2020)، دوم (2021 2050) و سوم (2051 2080) درباره بارندگی به ترتیب حدود 1/0، 1/0 و 2/0 میلی‏متر نسبت به دوره پایه کاهش و در مورد دما به ترتیب حدود 1/0، 4/0 و 2/0 سانتی‏گراد نسبت به دوره پایه افزایش را نشان می‏دهد. تحت سناریوی B2 در دوره های زمانی یادشده درباره بارندگی به ترتیب حدود صفر، 1/0 و 2/0 میلی‏متر کاهش و در مورد دما به ترتیب حدود 2/0، 1/0 و 1/0 سانتی‏گراد نسبت به دوره پایه افزایش را نشان می‏دهد. تغییرات در میزان بارندگی، سبب ایجاد تغییرات مهمی در کیفیت و کمیت منابع آب خواهد شد که نیاز به برنامه ریزی برای بهره‏برداری بهتر از منابع آب را نشان می دهد.

به منظور مدل سازی جریان آب زیرزمینی می‏توان از روش‏های عددی و تحلیلی بهره ‏مند شد. در پژوهش حاضر با به کارگیری مدل ریاضی و استفاده از روش تفکیک متغیرها آثار پارامترهای مختلف بر آبخوان نشتی بررسی شده است. این آبخوان در مجاورت رودخانه واقع و دچار افت سطح جریان در مرز می‏شود. مقایسه تغییرات هد هیدرولیکی نشان می دهد با گذشت زمان، تغییرات سطح آب در آبخوان کمتر می شود و آبخوان خود را با شرایط جدید وفق می‏دهد. با افزایش ضریب هدایت هیدرولیکی، سطح جریان در آبخوان کاهش می یابد و کاهش هدایت هیدرولیکی، تاثیر بیشتری نسبت به افزایش آن بر آبخوان می‏گذارد. همچنین، با افزایش تغذیه سطحی، هد هیدرولیکی سطح جریان افزایش می‏یابد و با گذشت زمان این تغییرات مشهود‏تر است. تغییرات دبی خروجی بیشتر از تغییرات دبی ورودی است و بعد از گذشت حدود 60 روز آبخوان حالت ثباتی به خود می‏گیرد که این دو مقدار ورودی و خروجی تثبیت می‏شود. علاوه بر این‏ها، نتایج مدل سازی روابط ارائه شده در تحقیق حاضر با نتایج مدل نرم ‏افزار مادفلو مقایسه شده است. این مقایسه نشان داد حل تحلیلی ارائه شده در پژوهش حاضر بسیار کارآمد است.

خشکسالی به‏عنوان دوره‏ای مشخص می‏شود که در آن بارندگی نسبت به شرایط نرمال منطقه، کاهش یافته است. برای ارزیابی خشکسالی شاخص‏هایی وجود دارد. پدیده خشکسالی تحت تاثیر تغییر اقلیم می‏تواند تغییرات غیرقابل پیش‏بینی داشته باشد. در تحقیق حاضر ابتدا با استفاده از داده های بارندگی ماهانه، خشکسالی دوره پایه 1998 2017 در سری های زمانی 3، 6، 12 و 24 ماهه در ایستگاه های هواشناسی ایلام و دهلران واقع در استان ایلام ارزیابی شد. سپس، با استفاده از داده های روزانه بارش، دمای کمینه، دمای بیشینه و تابش با استفاده مدل ریزمقیاس LARS-WG 5.5 و تحت مدل گردش عمومی Hadcm3 و سناریوهای اقلیمی A2 و B1، مقادیر بارش ماهانه دوره آتی (2018-2037) بررسی شد. سپس، با استفاده از مقادیر بارش ماهانه، شاخص خشکسالی SPI برای دوره آینده و در سری های زمانی 3، 6، 12 و 24 ارزیابی شد. نتایج ارزیابی خشکسالی در دوره پایه در ایستگاه ایلام نشان داد دوره 2008-2014 نسبتا مرطوب بوده است. همچنین، در ایستگاه دهلران در اوایل دوره، ترسالی را نشان داده است. درضمن، مدل LARS-WG در پیش‏بینی بارش در منطقه مطالعه شده عملکرد خوبی را نشان داد. ارزیابی خشکسالی در دوره آینده بر اساس سناریوهای A2 و B1 نشان داد در ایستگاه ایلام بین سال‏های 2025 تا 2035 دوره تقریبا خشکی و نیز، در ایستگاه دهلران از سال 2019 تا 2021 دوره کامل خشکی خواهد بود. همچنین، نتایج نشان می دهد با افزایش دوره آماری، تداوم دوره های خشکسالی و ترسالی بیشتر و شدت آنها کمتر خواهد بود.

یکی از پیامدهای مهم تغییر اقلیم، افزایش شدت خشکسالی است. خشکسالی یک پدیده طبیعی تکرارشونده است که با کمبود منابع آب در دسترس در یک محدوده جغرافیایی بزرگ و در یک دوره زمانی مشخص، ارتباط دارد. در سال‏های اخیر، افزایش فراوانی وقوع پدیده های حدی اقلیمی مانند سیل و خشکسالی، همراه با شواهد گرمایش جهانی سبب افزایش توجه به موضوع های اقلیمی شده است. در تحقیق حاضر ابتدا با احصای آمارهای اقلیمی دو ایستگاه بجنورد و اسدلی وضعیت خشکسالی دشت بجنورد با توجه به شاخص‏های خشکسالی SPI، RAI و PN بررسی شده است. سپس، با استفاده از نمودارهای پایپر و ویلکاکس کیفیت منابع آب زیرزمینی طی دوره های خشکسالی و ترسالی مقایسه شده است. نتایج بررسی نشان می دهد دشت بجنورد طی سال‏های اخیر در وضعیت خشکسالی قرار داشته است. همچنین، نتایج نشان می‏دهد کیفیت منابع آب در دوره ترسالی بیشتر آب‏های ترکیبی و شیرین بوده، اما در دوره خشکسالی رخساره آب بیشتر از نوع ترکیبی و شورمزه بوده است. در ضمن، نتایج نشان می‏دهد در دوره خشکسالی بیش از 50 درصد چاه های نمونه در وضعیت بسیار شور و نامناسب برای کشاورزی قرار داشته اند.

در بیشتر کارخانه‏ها، برج‏های خنک‏کن جزء کاربردی‏ترین تجهیزاتی هستند که برای حذف حرارت اضافی در فرایند و پس‏دادن آن به محیط استفاده می شوند. مقاله حاضر یک مرور اجمالی بر روش‏های نوین در حوزه تاثیر انواع نانوسیالات بر بهبود خواص حرارتی و کاهش میزان هدررفت آب است. نانوسیالات می‏توانند خواص حرارتی همچون ظرفیت گرمایی ویژه و ضریب رسانش حرارتی را بهبود بخشند و سبب افزایش ویسکوزیته و چگالی در مقایسه با سیال پایه شوند. پراکنده شدن نانوذره سبب افزایش کشش سطحی نانوسیال شده و مقاومت در برابر تبخیرشدن آب افزایش می یابد. بنابراین، در مقاله حاضر تاثیر نانوسیالات روی‏اکساید/آب، گرافیت نانوپروس/آب، آلومینا/آب، تیتانیوم اکساید/آب و مس اکساید/آب را با غلظت‏های متفاوت بر بهبود عملکرد برج‏های خنک‏کن بررسی می شود. در تحقیقات مشاهده‏شده با استفاده از نانوسیالات مشخصه‏هایی از جمله میزان خنک‏کردن، مشخصه برج‏ خنک‏کن، ضریب انتقال حرارت حجمی و بازده بهبود می‏یابد. بهترین نمونه گزارش شده در مقالات انجام شده، استفاده از نانوسیال روی‏اکساید/آب با غلظت‏های 02/0 و 05/0 wt% است که ویژگی مشخصه حرارتی را به ترتیب به میزان 5/21 و 5/22 درصد در مقایسه با آب خالص بهبود داده ‏بود. در ادامه، نتایج آنالیز حساسیت در تحقیقات صورت گرفته تحلیل و بررسی می‏شود.

حفر بی‏رویه چاه‏های عمیق، سبب افت سطح آب زیرزمینی و مسائل ناشی از آن شده است که مهم‏ترین آن نابودی پوشش گیاهی دشت‏ها است که آب مورد نیاز خود را از رطوبت موجود در زمین می‏گیرند. هدف از تحقیق حاضر، تجزیه و تحلیل کاهش رطوبت خاک سطحی و منبع تولید گرد و غبار در حوضه هامون- هیرمند از استان سیستان و بلوچستان است. به منظور رسیدن به این اهداف، از نرم‏افزار WEAP برای شبیه‏سازی افت جریان زیرسطحی استفاده شده و سپس با اعمال سناریوهای مدیریتی منابع آب، مقدار افت جریان زیرسطحی تا سال 2031 شبیه‏سازی شد. با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی بهترین گزینه از بین سناریوها انتخاب شد. منطقه مطالعه شده تحت این سناریو در پایان سال هدف، 29 سانتی‏متر افت جریان زیرسطحی دارد و مقدار کل نیاز تامین نشده برای معیارهای مختلف همچون شرب، کشاورزی و زیست محیطی برابر 83/1804 میلیون مترمکعب است. سرعت باد در منطقه مطالعه شده بیش از سرعت آستانه حرکت ذرات است (بیش از 400 سانتی متر بر ثانیه)، بنابراین منطقه توان تولید گرد و غبار دارد. برای تجزیه و تحلیل کاهش رطوبت خاک سطحی از مدل HYDRUS-1D در مقاله حاضر استفاده شده است و نتایج به دست آمده نشان از کاهش مقدار رطوبت خاک در هر سال دارد. درضمن، ارتباط بین افت جریان زیرسطحی و کاهش مقدار رطوبت خاک در تولید گرد و غبار بررسی شد و این نتیجه به دست آمد که کاهش رطوبت خاک سطحی ارتباط نزدیکی با افت جریان زیرسطحی به اندازه حداکثر 83/93 سانتی متر و همچنین توان تولید گرد و غبار متناسب با آن را دارد.

در کشورهای کم آب مانند ایران، توجه به تمامی منابع آبی اهمیت زیادی دارد و این امر در قالب مدیریت یکپارچه منابع آبی قابل اجرا خواهد بود. مطالعه حاضر عوامل موثر بر تقاضای آب در مصارف کشاورزی و خانگی و میزان تقاضای آب و کشش‏های درآمدی و قیمتی در بخش خانگی در شمال استان سیستان و بلوچستان را بررسی کرده است. به این منظور، در بخش خانگی از تابع مطلوبیت استون گری استفاده شده و در بخش کشاورزی با به کارگیری مدل لاجیت، عوامل کمی و کیفی موثر بر مدیریت بهینه منابع آب بررسی شده است. تخمین ضرایب تابع تقاضای خانگی برای آب آشامیدنی در شهرستان های زابل و زهک نشان داد اگر در هر ماه یک نفر به جمعیت شهر اضافه شود، به متوسط ماهانه مصرف سرانه خانگی آب 00079/0 مترمکعب افزوده می‏شود. همچنین، اگر به صورت ماهانه یک ریال به قیمت واقعی آب اضافه (کم) شود، متوسط ماهانه مصرف سرانه خانگی آب 54/2 مترمکعب کاهش (افزایش) می‏یابد و اگر در هر ماه یک درجه سانتی گراد متوسط کمترین دمای روزانه افزایش (کاهش) یابد، متوسط ماهانه مصرف سرانه خانگی آب 306/0 مترمکعب افزایش (کاهش) می‏یابد. همچنین، تقاضای سرانه در حالت کلی برابر 5/61 مترمکعب در سال و اضافه مصرف سرانه در این حالت 8/26 مترمکعب است. همچنین، کشش‏های قیمتی و درآمدی تقاضای خانگی آب در این حالت به ترتیب برابر با 282/0 و 373/0 هستند که نشان‏دهنده کم کشش بودن تقاضای آب نسبت به قیمت است. کشش درآمدی نیز کمتر از یک بوده و بیان کننده ضروری بودن کالای آب است. نتایج تخمین مدل مصرف بهینه آب کشاورزی نیز نشان داد بیشترین تاثیر مربوط به متغیر سابقه و تجربه کاری است و سپس به ترتیب متغیرهای استفاده از کودها و سموم شیمیایی، نوع کانال‏های ارتباطی، روش آبیاری، آموزش و سطح تحصیلات بیشترین تاثیر را در استفاده بهینه از منابع آب کشاورزی دارند.

گیاه نیمه گرمسیری زعفران، به دلیل نیاز آبی کم و درآمد زیاد، جایگاه ویژه‏ای در الگوی کشت مناطق خشک و نیمه‏خشکی همچون منطقه خراسان ‏رضوی دارد. در تحقیق حاضر، به تعیین میزان تبخیر و تعرق پتانسیل و واقعی و مناسب‏ترین مدل برآورد تبخیر و تعرق زعفران در منطقه تربت ‏حیدریه (قطب تولید زعفران جهان) پرداخته شد. به این منظور، روش‏های مختلف فائوپنمن‏مانتیث، بلانی‏کریدل، هارگریوزسامانی، تورنت‏وایت، جنسن‏هیز و تورک ارزیابی شدند. بررسی مقایسه نتایج به دست آمده از روش فائو با سایر روش‏ها با استفاده از آزمون کای‏اسکوئر انجام شد. نتایج مقایسه روش‏های مختلف با روش فائوپنمن‏مانتیث به‏عنوان روش استاندارد و مبنا نشان داد روش‏های بلانی‏‏کریدل، جنسن‏‏هیز و هارگریوزسامانی به‏ترتیب دقت بیشتری نسبت به سایر روش‏ها داشتند. مقدار نیاز آبی سالانه زعفران در اقلیم منطقه تربت ‏حیدریه با استفاده از روش استاندارد فائوپنمن‏مانتیث، 1731 مترمکعب در هکتار به‏دست آمد. از آنجا ‏که در معادله‏ هارگریوزسامانی برای محاسبه تبخیر و تعرق فقط به دو عامل دما و تشعشع خورشیدی نیاز است و تعیین عوامل یادشده در بیشتر ایستگاه‏های هواشناسی امکان‏پذیر است، پیشنهاد می شود در برآوردهای تخمینی اولیه و سریع نیاز آبی گیاه زعفران از این روش استفاده شود.