مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران
پیاپی 4 (پاییز 1387)

در بسیاری از مطالعات هیدرولوژیک و کشاورزی برآورد میزان آبی که خاک می تواند در خود ذخیره نماید تا سطح ایستابی آن به سطح زمین برسد، یعنی ظرفیت ذخیره آب در خاک (SWSC)، دارای اهمیت است. در این بررسی مقدار SWSC به صورت تابعی چندجمله ای از عمق سطح ایستابی برای خاک سری کوی اساتید (سیلتی لوم) در حوضه آبریز باجگاه به دو روش نظری و تجربی برآورد و با یکدیگر مقایسه گردید. همچنین، تاثیر میزان هوای محبوس بر SWSC در هر دو روش بررسی شد. چهار سطح ایستابی به عمق های 30، 60، 90 و 120 سانتی متر در آزمایشگاه شبیه سازی شد همچنین رطوبت خاک در اعماق گوناگون ستون خاک اندازه گیری و سپس میزان SWSC در اعماق ایستابی گوناگون تعیین گردید. با روش رگرسیون از SWSC های به دست آمده و عمق سطح ایستابی، ضرایب تجربی معادله ی یاد شده بدست آمد. مقادیر ظرفیت ذخیره ی آب در خاک به روش های نظری و تجربی به روش رگرسیون خطی با هم مقایسه شد. ضرایب تعیین به دست آمده برای دو حالت با در نظر گرفتن هوای محبوس(96/0) و بدون در نظر گرفتن هوای محبوس (99/0) خط و تقاطع محور عمودی، نشان دهنده ی نزدیکی داده های تجربی و نظری برای حالت در نظر گرفتن هوای محبوس است. نتایج بیانگر تاثیر قابل توجه هوای محبوس بر میزان ظرفیت ذخیره ی آب در خاک بود (21% از تخلخل خاک مورد مطالعه). بنابراین منظور نمودن این مقدار در محاسبات ضروری است. تاثیر کاهنده ی صعود مویینگی در معادله به دست آمده گنجانیده شده است. در مقایسه ی آماری با در نظر گرفتن هوای محبوس در مطالعات معادله های به دست آمده اختلاف معنی داری ندارند، در حالی که نادیده گرفتن هوای محبوس اختلاف به دست آمده را معنی دار می نماید.

به منظور برآورد روانآب در حوزه های آبخیز، روش های تجربی و غیر مستقیم متعددی هم چون SCS ابداع شده است. عموما استفاده از این مدل ها در خارج از مناطق تهیه آنها با خطا همراه بوده و لذا بررسی کاربرد و واسنجی آنها ضروری است. به این منظور رگبارهای واجد اطلاعات هم زمان بارش- روانآب چهار حوزه آبخیز امامه، کسیلیان، درجزین و خانمیرزا انتخاب و مقدار روانآب ناشی از هر رگبار پس از تعیین ویژگی های گوناگون آنها و نقشه ی شماره منحنی حوزه های آبخیز برآورد و با مقادیر مشاهداتی مقایسه شد. نتایج بدست آمده از کاربرد مدل بدون واسنجی نشان دهنده ی تطابق ضعیف روانآب های مشاهداتی و برآورد شده در تمامی حوزه های آبخیز بوده است. به منظور بهبود این وضعیت، ضریب شاخص حداکثر ذخیره مدل و همچنین مقادیر شماره منحنی واسنجی و با لحاظ مقادیر جدید بار دیگر روانآب با استفاده از مدل برآورد و با روانآب های مشاهداتی مقایسه شد. نتایج کاربرد مدل واسنجی شده دلالت بر عدم کارآیی مدل یاد شده در برآورد روانآب در حوزه های آبخیز کسیلیان و درجزین و توانایی آن در برآورد روانآب در حوزه های آبخیز امامه و خانمیرزا به ترتیب با ضریب تبیین 921/0 و 914/0 داشته است.

فرسایندگی، توانایی عوامل فرساینده در جداسازی ذرات خاک را بیان می کند. این پژوهش به منظور تعیین شاخص فرسایندگی مناسب بر اساس مدل های USLE،MUSLE، RUSLE و USLE_M انجام گرفت. آزمایش های صحرایی در دیمزارهای ناحیه نیمه خشک در منطقه ای به ابعاد 30 کیلومتر در شهرستان هشترود واقع در شمال غربی ایران طی سال 1384 و 1385 انجام شد. در سطح منطقه، 36 کشتزار دارای شیب 9 درصد و تحت آیش انتخاب و در هر کشتزار، سه کرت استاندارد ایجاد شدند. مقدار رواناب و هدررفت خاک در 41 رخداد باران منجر به رسوب طی دوره ی دو ساله اندازه گیری شدند. شاخص فرسایندگی در مدل های یاد شده بر اساس داده های باران و رواناب تعیین شد. نتایج نشان داد که رواناب بالاترین همبستگی را با شاخص فرسایندگی مدل USLE_M با ضریب تبیین 90 درصد دارد. بر اساس نتایج، شاخص فرسایندگی مدل USLE، مناسب ترین شاخص (001/0> p،88/0=2R) برای پیش بینی هدررفت خاک در رخدادهای گوناگون باران در منطقه است. جهت پیش بینی آسان مقدار هدررفت خاک در ناحیه ی نیمه خشک مورد بررسی می توان به گونه ی مستقیم از شاخص انرژی جنبشی باران به گونه ی قابل اطمینانی (001/0> p،80/0=2R) استفاده کرد.

در طرح های مطالعاتی یا تحقیقاتی مرتبط با حوزه های آبخیز، داده های شبکه آبراهه ای، از جمله مهم ترین داده های مورد استفاده در محاسبه پارامترهائی نظیر پارامترهای فیزیکی حوزه های آبخیز، رواناب، رسوب، فرسایش و غیره می باشند. این داده ها که در مقیاس و قالب های مختلف به شکل رقومی تهیه می شوند به طور عمده دارای اشکالاتی در ساختار توپولوژی خود بوده که از جمله مهم ترین آن ها می توان به ناپیوستگی خطوط شبکه آبراهه ای و عدم انطباق صحیح الگوی جهت جریان آب در حوزه با جهت رقومی در این شبکه ها اشاره نمود. این نقائص، مشکلات عدیده ای را در محاسبه پارامترهای حوزه های آبخیز ایجاد نموده و این در حالی است که امکانات تعبیه شده در نرم افزارهای کنونیGIS نیز دارای محدودیت های اساسی در رفع آن ها می باشند.در پژوهش حاضر، مدل جدیدی در محیط GIS طراحی و ساخته شده است که علاوه بر رفع مشکلات نرم افزارهای GIS در تولید شبکه های آبراهه ای مصنوعی (از نظر تعداد، موقعیت شاخه ها و تعریف حد آستانه)، قادر است شبکه های آبراهه ای گسسته رقومی را به شبکه های پیوسته تبدیل نموده به نحوی که تعداد و موقعیت آبرا هه های تولیدی با تعداد و موقعیت شاخه ها در شبکه آبراهه ای اولیه برابر و جهت جریان آب در آن ها منطبق با الگوی جریان آب حوزه آبخیز اصلاح شده است. نتایج آماری گرفته شده از پژوهش، دقت زیاد نتایج مدل را نشان می دهد.

این مطالعه در منطقه ای به مساحت 2706 هکتار در طالقان، به منظور بررسی کارآیی روش زمین آمار در برآورد عمق و چگالی برف انجام گرفت. روش نمونه گیری به صورت تصادفی- سیستماتیک انتخاب و تعداد 98 عدد نمونه با شروع تصادفی در ارتفاعات گوناگون در بهمن ماه 1386 با فاصله ی نمونه گیری مساوی با فاصله100 متر برداشت شد. در هر نقطه عمق و چگالی برف اندازه گیری شده و واریوگرام با استفاده از 98 نقطه اندازه گیری شده، رسم شد. واریوگرام به دست آمده، نشان داد که مناسب ترین مدل واریوگرام از نوع کروی در رابطه با عمق و چگالی برف است. به ‘گونه ای که واریوگرام عمق برف دارای اثر قطعه ای 0010/0، سقف 05/0 و دامنه تاثیر186 متر بوده و واریوگرام چگالی برف دارای اثر قطعه ای 0103/0، سقف 0485/0 و دامنه ی تاثیر 7368 متر است. واریانس تصادفی نمونه ها در رابطه با عمق برف کم بوده و برآورد مناسبی از عمق برف را نشان می دهد. در حالی که در مورد چگالی برف واریانس تصادفی نمونه ها زیاد بوده و برآورد مناسبی از چگالی برف را نشان نمی دهد. برآورد مقادیر عمق و چگالی برف با تحلیل واریوگرام به دست آمده، به روش کریجینگ معمولی انجام گرفت و نشان داد که روش زمین آمار با تحلیل واریوگرام به روش کریجینگ برای عمق برف و چگالی برف مناسب می باشد.

بارش به عنوان مؤلفه ی اصلی ورودی حوزه های آبخیز در محاسبات سیلاب، بیلان آبی و منابع آب از اجزاء مهم می باشد. در مدل های بارش- رواناب، شبیه سازی واکنش حوزه در برابر یک واقعه ی بارش نیاز دقیق به مقدار بارش در سطح حوزه ی آبخیز دارد. بنابراین توزیع مکانی بارش از اهمیتی ویژه برخوردار است. اندازه گیری بارش به گونه ی معمول به صورت نقطه ای و محدود به بخش هایی از حوزه ی آبخیز می باشد. لذا تعمیم داده های نقطه ای به سطح به دلیل تغییرات مکانی زیاد آن، با خطای زیادی همراه است. این منبع خطا هم در مدل بارش- رواناب و هم در شبیه سازی فرآیندهای پیوسته هیدرولوژیکی و بیلان آبی یکی از مهمترین منابع خطا به شمار می آید. روش های گوناگونی برای درون یابی و برون یابی داده های بارش توسعه یافته است که هر یک دارای محدودیتی بوده و در نتیجه بکارگیری آنها نیاز به آزمون و ارزیابی همه ی روش ها و انتخاب مناسب ترین روش دارد. در این پژوهش منطقه ی وسیع جنوب غرب ایران به وسعت 258552 کیلومتر مربع انتخاب و سپس با تعیین مناطق همگن، امکان بکارگیری روش های گوناگون درون یابی و برون یابی در این مناطق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج پژوهش نشان می دهد که همگن بندی در بهبود روابط تعمیم داده های نقطه ای به سطح مؤثر است. ضمن اینکه استفاده از داده های بازسازی شده کمکی در بهبود نتایج نخواهد داشت. با این کار می توان منطقه ی وسیع را به مناطق کوچک همگن تقسیم و سپس در هر منطقه تعمیم داده های نقطه ای به سطح را انجام داد.

بارندگی یکی از عوامل هواشناسی است که در پروژه های عمرانی آبی می تواند نقش مهمی را ایفا نماید. در استان های خراسان شمالی، رضوی و جنوبی تعداد 3، 27 و 3 ایستگاه باران سنج ثبات به ترتیب با طول دوره آماری بیشتر از 8 سال (مختوم به سال آبی 82-81) مد نظر قرار گرفت. تمامی رگبارهای ثبت شده در این ایستگاه ها استخراج شد. کمترین و بیشترین تعداد رگبارها 182 و 525 به ترتیب مربوط به سنگان خواف و مشهد بود. با این وجود وقایع متعددی از رگبارها ثبت نشده بود، ولی امکان استفاده از هیچ روش مطمئنی برای ترمیم چنین رگبارهایی وجود نداشت. از بین توابع توزیع احتمال متداول، توزیع گامبل، برازش بهتری با شدت های باران در کلیه ایستگاه ها داشت. با انتخاب باران ساعتی 10 ساله () به عنوان یک نقطه ی کلیدی از منحنی شدت-مدت-فراوانی (IDF)، در پهنه ی وسیع جغرافیائی سه استان تحت مطالعه، نسبت های ثابتی بین رگبارها بدست آمد. با این وجود هیچ رابطه معنی داری برای برآورد با استفاده از عوامل سهل الوصول بدست نیامد، لذا نقشه ی هم مقدار این پارامتر ترسیم شد که از روی آن بتوان آن را برآورد کرد. نشان داده شد که میزان اریبی در برآورد باران در هر تداوم و تناوب مورد نظر برای تمامی ایستگاه های موجود ناچیز است.

جهت کاهش خسارات ناشی از خشکسالی لازم است تا شرایط آینده از نظر خشکسالی تعیین گردد. در این پژوهش عملکرد مدل های سری های زمانی(ARIMA) و شبکه عصبی (پرسپترون چند لایه) در پیش بینی مقادیر SPI مقایسه گردید. بدین منظور در ابتدا مقادیر SPI سه، شش، نه و دوازده ماهه استان خراسان رضوی تعیین کرده و سپس با استفاده از مدل های شبکه عصبی مصنوعی و سری های زمانی اقدام به پیش بینی مقادیر SPI گردید. نتایج این پژوهش نشان که مدل های سری زمانی عملکرد بهتری در پیش بینی مقادیر SPI نسبت به شبکه عصبی داشته و همچنین مقادیر SPI نه و دوازده ماهه بهتر از مقادیر SPI سه و شش ماهه پیش بینی گردید.