فهرست مطالب

پژوهش های آبخیزداری - پیاپی 140 (پاییز 1402)

نشریه پژوهش های آبخیزداری
پیاپی 140 (پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/11
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مهتاب فروتن، فاطمه شکریان*، کریم سلیمانی، امیراحمد دهقانی صفحات 2-22
    مقدمه و هدف

    در سال های اخیر، با رشد سریع جمعیت، توسعه ی روزافزون شهر نشینی و صنعتی شدن جوامع، آب شناسی (هیدرولوژی) آبخیزهای شهری، دچار تغییرات زیادی شده است. این تغییرات در طی زمان موجب بروز سیلاب و آبگرفتگی معابر در نواحی شهری شده است و از سویی دیگر رخداد سیلاب در مناطق شهری به دلیل تراکم جمعیت و امکانات، می تواند خسارت های جبران ناپذیر و کاهش کیفیت رواناب را به همراه داشته باشد. برای مدیریت رواناب ها و جلوگیری از جاری شدن سیل و آلودگی آب ها رویکردهای نوینی پیشنهاد شده است، که توسعه ی کم اثر LID  یکی از این رویکردها است. هدف استفاده از این روش، شبیه سازی شرایط آب شناختی (هیدرولوژیک) منطقه ی شهری، قبل از توسعه است. به این منظور در این پژوهش ارزیابی ویژگی های کیفیت (BOD,TP,TN) با استفاده از بهترین شیوه های مدیریت توسعه ی کم اثر (LID/BMPs) در شهر گرگان بررسی شد.

    مواد و روش ها

    ابتدا اطلاعات مربوط به منحنی های شدت-مدت-بارندگی، نقشه های کاربری شهری و زمین ها و نقشه های توسعه ی شهری آبخیز گرگان جمع آوری شد. برای ایجاد مدل آب شناختی در شهر گرگان و بررسی تاثیر LID بر رواناب از مدل EPA-SWMM استفاده شد. با توجه به توسعه ی شهری منطقه، شش گزینه ی پشت بام سبز، سامانه ی ماند زیست شناختی (بیولوژیکی)، جوی باغچه، بشکه ی باران، ترانشه ی نفوذ و روکش های نفوذپذیر، با رگبار 6 ساعته، با دوره ی بازگشت 2، 5 و 10 ساله برای تحلیل کیفی با استفاده از ویژگی های نیترات، فسفات و BOD درنظر گرفته شد.

    نتایج و بحث

    نتایج به دست آمده از واسنجی و اعتبارسنجی مدل براساس سنجه ی ناش-ساتکلیف بیشتر از 5/0 نشان داد که برای شبیه سازی کیفیت رواناب شهری، مدل SWMM دقت لازم را دارد. نتایج نشان داد که به ترتیب سامانه ی پشت بام سبز، بشکه‎ ی باران و روکش های نفوذپذیر با کاهش آلاینده های رواناب سطحی در مقایسه با وضعیت موجود بهترین عملکرد را در بهبود کیفیت رواناب سطحی در منطقه داشتند. به کارگیری روش های توسعه ی کم اثر در منطقه به عامل های مختلفی مانند عامل های محیطی، اقتصادی و کارایی آن ها بستگی دارد. نتایج گویای آن است که همه ی سناریوهای LID انتخاب شده در پژوهش در بهبود کیفیت رواناب سطحی موثر بوده اند، اما هر یک از سناریوها عملکرد متفاوتی را نشان دادند.

    نتیجه گیری و پیشنهادها

    با وجود اینکه تمام سناریوهای LID بررسی شده در این پژوهش در مهارکردن رواناب سطحی و بهبود کیفیت آن موثر بوده اند، از آنجایی که با اجرای سناریوهای پشت بام سبز، بشکه ی باران و روکش های نفوذپذیر اندازه ی فسفات، نیترات و BOD در مقایسه با وضعیت موجود و سایر سناریوها کاهش بیشتری داشت، در نتیجه تاثیر اقدام های مدیریتی پشت بام سبز، بشکه ی باران و روکش نفوذپذیر بیشتر بوده است، و پیشنهاد می شود به منظور بهبود کمیت و کیفیت رواناب سطحی، این اقدام ها در اولویت های اجرایی باشند.

    کلیدواژگان: آب های سطحی، فسفات، گرگان، مدل EPA-SWMM، LID
  • فریدون سلیمانی*، مهین کله هوئی، دادور لطف الله زاده صفحات 23-41
    مقدمه و هدف

    امروزه نابودی منابع طبیعی یکی از مهم ترین و جدی ترین چالش های فرا راه برنامه های توسعه است. فرسایش خاک یکی از فرآیندهایی است که منابع خاک و آب کشور ما را به صورت مستقیم و غیرمستقیم شدیدا تهدید می کند. فرسایش آبی با شکل های مختلفی روی زمین نمایان می شود که یکی از شکل های پیشرفته آن آبکندها است. فرسایش آبکندی از فرآیندهای مهم نابودی خاک است که در اقلیم های مختلف سبب ازبین رفتن قابل ملاحظه ی خاک و تولید رسوب فراوان می شود. هدف از این پژوهش بررسی ویژگی های ریخت شناسی آبکندهای استان خوزستان و نقش عامل های تاثیرگذار آن بر گسترش مناطق آبکندی است.

    مواد و روش ها

    نخست، با جمع آوری داده های موجود و انطباق آن ها با داده های تصویرهای ماهواره ای و سایر داده ها، مناطق آبکندی استان رسم شد. بازدید اولیه ی میدانی برای صحت و سقم این مناطق و تصحیح مرزهای آبکندی انجام شد. از کل مساحت استان خوزستان 6350179 هکتار در اقلیم خشک بیابانی و بیش از 33862 هکتار آن تحت تاثیر فرسایش آبکندی است. اقلیم گرم نیمه خشک نیز حدود 12/1% استان را فرا گرفته است و 16116 هکتار آن تحت تاثیر فرسایش آبکندی است. پس از تعیین مساحت آبکندها و تفکیک مساحت های بیشتر و کم تر از 500 هکتار، به دلیل اختلاف در شکل ظاهری، پستی بلندی و پوشش گیاهی، از اقلیم گرم و خشک بیابانی و گرم و نیمه خشک به ترتیب دو و یک منطقه معرف و از هر معرف دو تکرار انتخاب شد. نیم رخ های عرضی و طولی آبکندهای معرف و تکرار، رسم شد و پس از نمونه برداری خاک، کلیه ویژگی های شکل شناسی آبکندها اندازه گیری شد.

    نتایج و بحث

    براساس نتایج، آبکندهای استان بیشتر در دشت های با شیب کم با خاک عمیق و بافت شنی لومی، سیلت و یا سیلت لومی با زمین های مرتعی و گاهی زراعی و سطح مقطع U شکل به وجود آمده است. آبکندهای درخزینه و روستای شریف، با اندازه های 1260 و 912 سانتی متر و آبکند درخزینه با اندازه ی 420 سانتی متر بیش ترین عرض بالا و پایین را داشتند و عمق در مقطع طولی 75% بود. هم چنین آبکندهای چغازنبیل، درخزینه و چغازنبیل با اندازه های 30 سانتی متر کم ترین عمق و عرض بالا و پایین را داشتند و عمق در مقطع طولی 75% بود. نیم رخ عمومی پنجه ای و از نظر عمقی در رده ی آبکندهای با عمق متوسط و راس عمودی بودند.

    نتیجه گیری و پیشنهادها

    می توان نتیجه گرفت ویژگی های ذاتی خاک، سازند و جنس زمین شناسی، اقلیم، شدت بارندگی به عنوان عامل های طبیعی و نابودی پوشش گیاهی، تغییر کاربری زمین ها و نبودن مدیریت صحیح، عملیات غیراصولی جاده و پل سازی، احداث و نصب تاسیسات نفتی و حتی تیرهای برق به عنوان عامل های انسانی در روند گسترش آبکندها نقش دارند؛ اما تنوع و تغییر تعداد و اندازه ی تاثیر عامل های مختلف از نقطه ای به نقطه دیگر و متفاوت بودن سهم مشارکت آن ها در شکل گیری و گسترش خندق ها در تبعیت از شرایط زمین محیطی است. این شرایط ایجاب می کند که پژوهش های بیشتری برای شناسایی هر چه بهتر عامل های موثر در رخداد فرسایش خندقی و اندازه ی مشارکت آن ها در شکل گیری و گسترش این پدیده در نقاط مختلف و با شرایط زمین محیطی متفاوت اجرا شود.

    کلیدواژگان: چغازنبیل، ریخت شناسی اقلیمی، فرسایش خاک، کاربری زمین، نیم رخ عمومی
  • علی اشرف حامدی اوغولبیک*، محمدرضا قلعه نویی، فاطمه عزیزآبادی فراهانی صفحات 42-54
    مقدمه وهدف

    عامل اصلی نابودی، فرسایش و تغییر منابع طبیعی، آگاهی نداشتن بهره برداران از اهمیت این منابع است. بنابراین باید برنامه های توسعه ی روستایی را برای حفظ و احیاء منابع طبیعی، از تولید محوری به سوی مدیریت مشارکتی روستاییان سوق داد. برای اصلاح و تغییر رفتاری یکی از عامل های اصلی، تغییر باور جامعه ی روستایی است، زیرا بیشتر آحاد مردم بر این باورند که حفظ و مراقبت از منابع طبیعی کشور جزو وظایف و اختیارهای حاکمیتی است. در حالی که بررسی ها نشان داده است که افزون بر این که برخی از مداخله های حاکمیتی در این راستا کارآمد نبوده، بلکه پاره ای از اقدام ها در جهت نابودی این منابع بوده است. از آنجایی که توسعه ی منابع انسانی از اصل های اولیه ی مدیریت مشارکتی به شمار می رود، و مدیریت مشارکتی در جامعه های روستایی در سطح مطلوب و اثر گذار زمانی اجرا می شود که بتوان با توسعه ی آموزش، شکاف بین نسل گذشته و جوان روستایی را در زمینه ی داشتن آگاهی و رفتار مناسب با منابع طبیعی و نحوه ی اجرای مدیریت مشارکتی از بین برد. اولین گام، توسعه و ارتقاء آگاهی و دانش منابع انسانی از روش آموزش با هدف تغییر در رفتار، بینش و مهارت های فردی است. از این رو با توجه به محدودیت های موجود در زیرساخت های روستایی و دسترسی اندک روستاها به امکانات آموزشی و ارتباطی روز، انتقال اطلاعات، دانش و مهارت به روستاییان با استفاده از رسانه ها به ویژه رسانه های آموزشی- ترویجی، یکی از مهم ترین اقدام های توسعه ای در این زمینه است.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش با استفاده از روش پیمایشی و اسنادی اندازه ی مشارکت ساکنان آبخیز های استان آذربایجان غربی (تکاب و شاهین دژ) در طرح های آبخیزداری بررسی شد و مهم ترین عامل های تاثیرگذار بر آن مشخص شد. نمونه ها با استفاده از روش نمونه گیری تصادفی طبقه ای انتخاب شد و ابزار اصلی جمع آوری داده ها، پرسش نامه بود. روایی صوری پرسش نامه به وسیله ی متخصصان ترویج و آموزش کشاورزی و کارشناسان آبخیزداری تایید شد و پایایی آن با استفاده از آلفای کرون باخ 82% برآورد شد.

    نتایج و بحث

    تجزیه و تحلیل وایازی (رگرسیون) چند متغیره با روش توام نشان داد که درآمد، تحصیلات و اندازه ی استفاده از رسانه ها، مهم ترین عامل های اثرگذار در مشارکت مردمی بود. همچنین تاثیر رسانه ها با اندازه ی مشارکت فعال بهره برداران در طرح های آبخیزداری رابطه ی مثبت و معنی داری داشت.

    نتیجه گیری و پیشنهادها

    براساس نتایج این پژوهش، استفاده از جوانان تحصیل کرده روستایی برای تولید، نشر یا استفاده از رسانه ها می تواند کمک قابل توجهی به افزایش مشارکت روستاییان در طرح های آبخیزداری داشته باشد.

    کلیدواژگان: آذربایجان غربی، رسانه، طرح های آبخیزداری، عامل های موثر، مشارکت
  • فرزاد پارسادوست*، حمیدرضا پیروان صفحات 55-69
    مقدمه و هدف

    زمین های مارنی در مناطق خشک و بیابانی نسبت به فرسایش بسیار حساس است و از جمله منابع مهم تولید رسوب به شمار می روند. پژوهش ها نشان داده است که ارتباطی بین ویژگی های خاک شناسی مارن ها و شکل های مختلف فرسایش وجود دارد. در برخی از رخنمون های مارنی، گونه های مرتعی ویژه ای به طور چشم گیری رشد و نمو یافته اند که سبب مهارکردن فرسایش و پایداری خاک می شود. برای درک بهتر وضعیت این زیست بوم ها، این پژوهش با هدف شناسایی گونه های گیاهی استقراریافته و بررسی ارتباط بین ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مارن های منطقه سمیرم در سه نوع فرسایش سطحی، شیاری و آبراهه ای انجام شد.

    مواد و روش ها

    منطقه سمیرم از جمله مناطق مارنی است که در طرح طبقه بندی و تعیین شاخص های فرسایش پذیری مارن های استان اصفهان، برای انجام این پژوهش انتخاب شد. برای ارزیابی وضعیت فرسایش در سه شکل فرسایش سطحی، شیاری و آبراهه ای در واحدهای یکسان مارنی و مناطق فاقد پوشش، فرم BLM تکمیل شد. در مرحله ی بعد در واحدهای یکسان مارنی با سه نوع فرسایش، سه نمونه خاک از عمق 20 - 0 سانتی متر در سه تکرار برداشت شد. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک شامل بافت، EC، N، P، K، SAR، OC، CEC، CaSO4 ، pH،T.N.V  و CaCO3 اندازه گیری شد. برای بررسی پوشش گیاهی در منطقه ی پژوهش پس از تهیه ی فهرست گونه های گیاهی منطقه، ویژگی های پوشش گیاهی شامل درصد تاج پوشش و تراکم به تفکیک گونه های گیاهی و همچنین درصد سنگریزه و لاشبرگ اندازه گیری و یادداشت شد. تجزیه و تحلیل آماری داده ها با استفاده از نرم افزار SAS در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. مقایسه میانگین های ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک بر پایه ی آزمون LSD انجام شد. تحلیل همبستگی بین ویژگی های خاک و پوشش گیاهی نیز به وسیله ی نرم افزار آماری R انجام شد.

    نتایج و بحث

    نتایج نشان داد فرسایش پذیری زمین های مارنی با پوشش گیاهی در مقایسه با مناطق فاقد پوشش گیاهی وضعیت بهتری داشت. خاک تثبیت شده در عرصه فرسایش آبراهه ای، نیتروژن، فسفر و موادآلی بیشتری داشت و در مقایسه با دو نوع فرسایش دیگر، پوشش گیاهی نیز بهتر بود. نتایج همبستگی بین ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک و پوشش گیاهی نشان داد که عامل تاج پوشش گیاهی با 95% گچ و 86% شن همبستگی داشت. گونه ی گیاهی غالب در فرسایش سطحی، گونه یDc.  Astragallus cephalantus، در فرسایش شیاری، گونه ی Cousinia cylindracea Bioss. و در فرسایش آبراهه ای گونه یMelderis.  Elumus gentry به ترتیب 34/2، 33/3 و 22/05% بیشترین ترکیب تراکم و تاج پوشش گیاهی را در منطقه داشتند. شکل رویشی پهن برگان علفی در هر سه نوع فرسایش بیشترین درصد تراکم و تاج پوشش را داشتند.

    نتیجه گیری و پیشنهادها

    نتایج این پژوهش در راستای استقرار گونه های مناسب در آبرفت های مارنی با شرایط اقلیمی مشابه می تواند به عنوان دستاوردی نوین برای جلوگیری از فرسایش خاک مدنظر قرار گیرد.

    کلیدواژگان: حفاظت خاک، روش BLM، سازندهای مارنی، گونه های مرتعی
  • خدیجه حاجی، عبدالواحد خالدی درویشان*، رئوف مصطفی زاده صفحات 70-89
    مقدمه و هدف

    آگاهی از الگوی تغییرات مکانی و زمانی فرسایندگی باران برای بهبود برآوردهای فرسایش خاک به ویژه با در نظر گرفتن پوشش برف در ماه های مختلف ضروری است. در آبخیز دریای خزر به دلیل فاصله ی کم بین مناطق کوهستانی و جلگه ی پرباران، برآورد عامل فرسایندگی باران بدون اعمال ضریب های اصلاحی پوشش برف صحت و دقت لازم را ندارد. بر این اساس این پژوهش با هدف بررسی تغییرات زمانی و مکانی عامل فرسایندگی باران با اعمال ضریب اصلاحی پوشش برف در بخش ایرانی بزرگ آبخیز دریای خزر برنامه ریزی شد.

    مواد و روش ها

    برای تعیین عامل فرسایندگی باران ماهانه، فصلی و سالانه، داده های بارندگی ماهانه ی 56 ایستگاه همدید (سینوپتیک) بزرگ آبخیز دریای خزر از سازمان هواشناسی کشور و سال نامه های آماری با دوره ی مشترک آماری 25-20 ساله (1399-1375) جمع آوری شد. در نتیجه لایه ی فرسایندگی باران در پایه های زمانی مختلف با استفاده از روش زمین آماری کوکریجینگ با متغیر کمکی بلندی از سطح دریا با ریشه ی میانگین مربعات خطا (RMSE) کمتر به عنوان معمول ترین شاخص ارزیابی و انتخاب روش بهینه استفاده شد. سپس لایه ی پوشش برف ماهانه از محصول MOD10CM تهیه و نقشه ی فرسایندگی باران اصلاح شد.

    نتایج و بحث

    براساس نتایج، اندازه ی میانگین عامل فرسایندگی باران سالانه در بخش ایرانی آبخیز دریای خزر برابر با 254/61 مگاژول میلی متر بر هکتار ساعت به دست آمد، در حالی که با اعمال ضریب اصلاحی پوشش برف، فرسایندگی باران سالانه به 210/53 مگاژول میلی متر بر هکتار ساعت کاهش یافت. هم چنین ایستگاه های همدید بندرانزلی و منجیل به ترتیب بیشترین و کمترین اندازه میانگین عامل فرسایندگی باران سالانه (به ترتیب 749/30 و 162/87 مگاژول میلی متر بر هکتار ساعت) را داشتند. افزون بر این بیشترین اندازه های میانگین فرسایندگی باران ماهانه با اعمال ضریب اصلاحی پوشش برف در آوریل، اکتبر و نوامبر به ترتیب برابر با 27/27، 25/81، 25/56 مگاژول میلی متر بر هکتار ساعت مشاهده شد. از طرفی 12/81% از مساحت منطقه ی مطالعه شده در طبقه های متوسط تا خیلی زیاد فرسایندگی باران در بخش شمالی بزرگ آبخیز دریای خزر بود، که می تواند در اولویت بندی مناطق مختلف برای انجام اقدام های حفاظتی به منظور کاهش اثر عامل فرسایندگی باران بر اندازه ی فرسایش خاک و تولید رسوب استفاده شود.

    نتیجه گیری و پیشنهادها

    براساس نتایج این پژوهش می توان گفت که نوسان فرسایندگی باران در ماه ها و فصل های مختلف نیز متاثر از توزیع زمانی بارش در طول سال است. بنابراین بیشترین اندازه های فرسایندگی باران در اکثر مناطق مطالعه شده مطابق با زمان های اصلی فعالیت های کشاورزی (کاشت و برداشت محصولات) است و زمان های بحرانی برای فرسایش خاک به شمار می روند. نتایج بررسی الگوی مکانی فرسایندگی باران در بخش ایرانی بزرگ آبخیز دریای خزر نشان داد که  تغییرات نسبی زیادی بین مناطق مختلف از جلگه تا بخش های بلند است. این الگو اگرچه تا حدی منطبق بر الگوی تغییرات اقلیمی از مناطق خشک تر و کم باران تر به مناطق مرطوب تر و پرباران تر است، اما نوع نزولات جوی و به طور ویژه برف در مناطق بلند باعث کاهش فرسایندگی باران در این مناطق شده است. بنابراین در این پژوهش ارزیابی زمانی فرسایندگی باران با اعمال ضریب اصلاحی پوشش برف در آن، با زمان بندی حضور و تراکم پوشش گیاهی در سطح خاک نتایج قابل استنادتری برای استفاده ی مدیران و برنامه ریزان آمایش سرزمین به ویژه در بخش کشاورزی برای انتخاب نوع محصولات مناسب برای هر منطقه خواهد داشت.

    کلیدواژگان: نابودی خاک، زمین آمار، سطح پوشش برف، شاخص فرسایندگی باران، مدیریت آبخیز
  • زینب حزباوی*، ائلناز قابل نظام، الهام عزیزی، زهرا شریفی، سولماز فتح العلومی، محمدرضا نیکو صفحات 90-110
    مقدمه و هدف

    کیفیت بوم شناختی یک واحد اندازه گیری جامع از عناصر، ساختار و عملکرد یک بوم سازگان در مقیاس های زمان و مکان است. هم چنین، ارزیابی کیفیت بوم شناختی می تواند در اولین گام برنامه ریزی هدف مند و مدیریت جامع آبخیز اطلاعات ارزشمندی برای استفاده ی کارشناسان و مدیران داشته باشد. به این منظور، این پژوهش با هدف محاسبه ی شاخص کیفیت بوم شناختی (EQI) در یکی از آبخیزهای بالادست سد یامچی که بی تاثیر از دخالت های انسانی نیست، انجام شد.

    مواد و روش ها

    آبخیز نیر به عنوان منطقه ی مطالعاتی در بخش جنوب غرب استان اردبیل است. برای انجام پژوهش، ابتدا، متغیرهای مهم ارزیابی کیفیت بوم شناختی (شاخص بهنجار شده اختلاف پوشش گیاهی (NDVI)، نسبت پوشش گیاهی (FVC)، شاخص سطح برگ (LAI)، تولید خالص اولیه (NPP)، شاخص رطوبت (IM)، شاخص دمای سطح زمین (LST)، فرسایش خاک، شاخص پیوستگی بوم شناختی و شاخص نگهداشت رواناب) استخراج و محاسبه شدند. متغیرها به نحوی انتخاب شدند که نشان دهنده ی سه عملکرد حفظ، پشتیبانی و تنظیم بوم سازگان باشند. پس از نرمال سازی، با استفاده از رویکرد پیشرفته ی تصمیم گیری چندمعیاره به نام مدل تصور تعقیبی (PPM)، وزن دهی متغیرها انجام شد. در نهایت براساس مجموع وزنی متغیرها، شاخص کیفیت بوم شناختی (EQI) برای 11 زیرآبخیز محاسبه شد.

    نتایج و بحث

    دامنه ی تغییرپذیری بسیار زیاد متغیرهای استفاده شده در سطح کل آبخیز نیر تایید شد. به طور کلی، زیرآبخیز 1 حداکثر میانگین متغیرهای اول تا چهارم (FVC، NDVI، NPP و LAI) و حداقل میانگین LST داشت. در حالی که زیرآبخیز 11 از نظر همین پنج متغیر وضعیت عکس داشت. هر پنج متغیر منعکس کننده ی ساختار و عملکرد پوشش گیاهی و در نتیجه کیفیت بوم شناختی هستند. وضعیت سایر شاخص ها به جز پیوستگی بوم شناختی (EC) نیز در زیرآبخیز 1 در وضعیت متوسط ارزیابی شدند. براساس روش وزن دهی PPM، شاخص نسبت پوشش گیاهی (0/39) بیشترین اهمیت و شاخص های رطوبت و نگهداشت رواناب با وزن 0/01 کم ترین اهمیت را داشتند. هم چنین، نتایج ارزیابی کیفیت بوم شناختی نشان داد که زیرآبخیزهای 11 (0/10=EQI) و 1 (0/90=EQI) به ترتیب کم ترین و بیش ترین اندازه ی EQI را داشتند. به طور کلی، با توجه به نتایج پهنه بندی مشخص شد که قسمت های جنوب شرق و شمال شرق آبخیز در طبقه ی بسیار کم شاخص کیفیت بوم شناختی (EQI) هستند که 29 % آبخیز مطالعه شده را تشکیل می دهند.

    نتیجه گیری و پیشنهادها

    نتایج این پژوهش به عنوان یکی از هدف های اصلی و مهم مدیریت آبخیز در راستای حفظ سلامت و یکپارچگی بوم سازگان می تواند کاربرد داشته باشد. هم چنین، می توان اولویت بندی تخصیص بودجه ی احیاء را براساس درجه ی تاب آوری زیرآبخیز های مطالعه شده انجام داد.

    کلیدواژگان: ارزیابی شاخص محور، تاب آوری بوم سازگان، مدل تصور تعقیبی، مدیریت منابع
  • محمد محمدی هاشمی، بهرام ثقفیان*، محمود ذاکری نیری، محسن نجارچی صفحات 111-127
    مقدمه و هدف

    با توجه به کاربرد پاسخ آب شناختی آبخیز، روش های مختلفی برای تعیین این پاسخ انجام شده است و نتایج آن با توجه به داده های استفاده شده تنوع دقت و صحت زیادی داشته است. با بررسی و جمع بندی نتایج پژوهش های انجام شده در بحث مدل سازی بارش-رواناب و به ویژه روش زمان-مساحت، مشخص شد که در اغلب این پژوهش ها، از مفهوم زمان تمرکز آبخیز بهره گرفته شده است که در اکثر رابطه های تعیین اندازه ی آن، از خصوصیات فیزیکی آبخیز استفاده شده است و وابستگی زمان تمرکز به شرایط بارش بررسی نشده است. از این رو، این پژوهش با هدف ارزیابی این روش ها با بهره گیری از روش موج جنبشی در بستر GIS، روش HEC-1 و روش بهینه سازی با استفاده از دستورالعمل ژنتیک، در یک آبخیز آزمایشگاهی وی-شکل انجام شد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش به منظور مدل سازی بارش-رواناب از داده های مشاهده ای موجود در آبخیز آزمایشگاهی وی-شکل آزمایشگاه دانشگاه ایلینویز استفاده شد. آبخیز مطالعه شده، با سطح نفوذناپذیر از جنس آلومینیوم و دو صفحه ی جانبی همسان با شیب یک طرفه به سمت کانال با اندازه ی ثابت 1% بود. افزون بر این، یک کانال میانی هم با شیب یک طرفه به سمت خروجی آبخیز با اندازه ی ثابت 1% داشت. اندازه ی زبری مانینگ در این آبخیز، بر پایه ی سعی و خطا 0/014 تعیین شد.

    نتایج و بحث

    پس از تهیه نمودار زمان-مساحت آبخیز با استفاده از هریک از روش های مزبور، آب نگار خروجی آبخیز متناظر با این روش ها تعیین شد. سپس نتایج به دست آمده با داده های مشاهده ای مقایسه شد و اجزای مختلف آب نگار های محاسبه ای نیز بررسی شد. نتایج نشان داد که عملکرد دستورالعمل ژنتیک در تعیین زمان اوج آب نگار با 15% خطای نسبی، از عملکرد مدل های موج جنبشی و HEC-1 بهتر بود. همچنین مدل دستورالعمل ژنتیک با میانگین شاخص نش-ساتکلیف 0/968 و میانگین شاخص همبستگی 0/983 بیشترین تطابق را با آب نگار های مشاهده ای داشت. همچنین با برازش منحنی با نتایج مدل سازی، معادله ی تعیین زمان تعادل آبخیز نسبت به شدت بارش به دست آمد که ضریب تعیین آن 0/999 بود. این معادله بیان گر رابطه ی عکس زمان تعادل با شدت بارش (با توان 0/33) است یعنی با دو برابر شدن شدت بارش، زمان تعادل 20% کاهش می یابد. درنهایت ضریب معادله ی تعیین زمان تعادل برای این آبخیز 495/2 به دست آمد که به ازای هر شدت بارش، زمان تعادل متناظر آن با دقت زیاد قابل محاسبه است.

    نتیجه گیری و پیشنهادها

    در این پژوهش در شرایط آبخیز آزمایشگاهی مدل سازی بارش-رواناب با سه دسته رخداد و سه دسته مدت بارش گوناگون که هر دسته رخداد با چهار اندازه ی مختلف شدت بارش بود انجام شد. نمودارهای آب نگار متناظر با هر رخداد به دست آمد. با بررسی نمودارهای محاسبه ای و مقایسه با نمودارهای مشاهده ای، مشخص شد عملکرد سه مدل در تعیین حداکثر آب دهی، خطای نسبی یک تا دو درصد بود ولی در تعیین زمان رسیدن به اوج آب نگار، مدل های موج جنبشی و HEC-1، با خطای نسبی 44% ، عملکرد متوسط داشت. درنهایت با بهره گیری از دو شاخص همبستگی و نش-ساتکلیف، مشخص شد که در روش دستورالعمل ژنتیک، آب نگار محاسبه ای به اندازه های مشاهده ای نزدیک تر بودند و تطابق بیشتری با داده های مشاهده ای داشتند. شایان ذکر است در این آبخیز آزمایشگاهی وابستگی زمان تعادل به شدت بارش در شرایط نفوذناپذیری تایید شد. پیشنهاد می شود در صورت اعمال شرایط نفوذ عمقی و یا تغییر در اندازه ی زبری سطح و تعیین اندازه ی وابستگی تعیین و بررسی شود.

    کلیدواژگان: آبخیز وی-شکل، بهینه سازی، پاسخ آب شناختی، دستورالعمل ژنتیک، مدل HEC-1، موج جنبشی
  • مهدی جلالی، حمید غلامی*، مرضیه رضایی، ابراهیم امیدوار صفحات 128-145
    مقدمه و هدف

    فرسایش خاک به وسیله ی آب و باد یکی از بزرگ ترین تهدیدهای زیست محیطی در سراسر جهان است که پیامدهای منفی پرشماری مانند نابودی خاک، کاهش حاصلخیزی خاک، تخلیه ی مواد مغذی و ریزمغذی ها، نابودی ساختمان خاک، طوفان های گرد و غبار، آلودگی هوا، سیلتی شدن آبگیرهای سدها، و... روی بوم سازگان انسانی و طبیعی دارد. بنابراین داشتن اطلاعات دقیق از حساسیت زمین ها به فرسایش آبی و بادی و تهیه نقشه های مکانی از فرسایش به منظور کاهش پیامدهای منفی آن لازم است. بنابراین، هدف از این پژوهش استفاده از دو مدل یادگیری ماشین به منظور مدل سازی مکانی هم زمان فرسایش آبی و بادی در آبخیز بختگان استان فارس است.

    مواد و روش ها

    به منظور تهیه ی نقشه ی مکانی خطر فرسایش آبی و بادی خاک، به ترتیب 20 و 16 عامل تاثیرگذار بر فرسایش آبی و بادی انتخاب شد. در مرحله قبل از مدل سازی از روش انتخاب ویژگی وایازی چند متغیره اسپیلاین تطبیقی و تست هم خطی به منظور شناسایی مهمترین عامل های مهارکننده خطر فرسایش آبی و بادی استفاده شد. در مرحله ی بعد از دو روش یادگیری ماشین جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان برای مدل سازی فرسایش استفاده شد. عملکرد مدل ها با استفاده از منحنی مشخصه ی عملکرد ارزیابی شد.

    نتایج و بحث

    براساس نتایج، متغیرهای کاربری زمین ها، شیب، سنگ شناسی، زبری سطح خاک، بخش درشت دانه ی خاک، درصد رس، پوشش گیاهی، جهت شیب، وزن مخصوص خاک و شاخص رطوبت پستی بلندی به عنوان مهمترین عامل های مهارکننده ی فرسایش آبی شناسایی شدند. هم چنین مهمترین عامل های مهار کننده ی فرسایش بادی عبارت بودند از: بلندی، کاربری زمین ها، سرعت باد، شیب، پوشش گیاهی، نیتروژن خاک، ظرفیت تبادل کاتیونی، سنگ شناسی، جهت شیب، درصد رس و وزن مخصوص خاک. اندازه های سطح زیر منحنی مشخصه ی عملکرد برای نقشه ی فرسایش بادی تهیه شده به وسیله ی مدل جنگل تصادفی 99% و برای نقشه ی فرسایش آبی تهیه شده به وسیله ی مدل ماشین بردار پشتیبان 96% بود. درنهایت دو نقشه ی فرسایش بادی و آبی تلفیق شد و نتایج نشان داد که بیش ترین درصد مساحت مربوط به حساسیت کم در فرسایش آبی و حساسیت خیلی زیاد در فرسایش بادی است که 18% از منطقه را دربر می گرفت.

    نتیجه گیری و پیشنهادها

    منطقه ی مطالعه شده به دلیل وجود چندین دریاچه شامل بختگان، مهارلو و تشک و همچنین چندین سد، از نظر تامین منابع آب شرب، کشاورزی، صنعت و محیط زیست اهمیت زیادی دارد. در صورت توجه نداشتن به مشکل فرسایش به ویژه فرسایش بادی در منطقه ی مطالعه شده، این منطقه می تواند به ویژه در بستر دریاچه های خشکیده منبع تولید گرد و غبار باشد. بنابراین یافته های این پژوهش می تواند در راستای کاهش اثرات منفی این پدیده در منطقه ی مطالعه شده به وسیله ی مدیران اجرایی استان بهره برداری شود.

    کلیدواژگان: آبخیز بختگان، جنگل تصادفی، مدل ماشین بردار پشتیبان، مساحت زیر منحنی، وایازی چندمتغیره اسپیلاین تطبیقی
|
  • Mahtab Forotan, Fatemeh Shokrian *, Karim Solaimani, Amir Ahmad Dehghani Pages 2-22
    Introduction and Objective

    In recent years, due to the rapid growth of the population, the increasing development of urbanization and the industrialization of societies, as a result, the hydrology of urban watersheds has been accompanied by many changes. These changes over time have caused floods and inundation of roads in urban areas, and on the other hand, flooding in these areas due to the density of population and facilities can cause severe damages and reduce the quality of runoff. New approaches have been proposed to manage runoff and prevent flooding and water pollution, and in this case, the development of low-impact LID is one of these approaches. The purpose of using this technique is to simulate the hydrological conditions of the urban area before development. For this purpose, in this research, the evaluation of quality parameters (BOD, TP, TN) was investigated using the best low-impact development management practices (LID/BMPs) in Gorgan city.

    Materials and Methods

    In the first stage, information related to intensity-duration-rainfall curves, urban and land use maps, and urban development maps were collected for Gorgan urban watershed. EPA-SWMM model was used to create a hydrological model in Gorgan city and investigate the effect of LID on runoff. According to the urban development of the region, six options of green roof, biological system, garden waterway, rain, infiltration trench and permeable covers, with a 6-hour rainstorm were considered with a return period of 2, 5 and 10 years for qualitative analysis using parameters Nitrate, phosphate and BOD.

    Results and Discussion

    The results of the calibration and validation of the model based on the Nash-Sutcliffe criterion more than 0.5 showed that the SWMM model has the required accuracy for simulating the quality of urban runoff. The results showed that, respectively, the green roof system, rain barrel and permeable covers have the best performance in improving the quality of surface runoff in the region by reducing surface runoff pollutants compared to the existing situation. The use of low-impact development methods in the region depends on various factors, including environmental, economic and efficiency factors. The results indicate that all the LID scenarios selected in the research were effective in improving the quality of surface runoff, but each of the scenarios showed different capabilities.

    Conclusion and Suggestions:  
    Even though all the LID scenarios examined in this research were effective in controlling surface runoff and improving its quality, but with the implementation of the green roof, rain barrel and permeable covers, the amounts of phosphate, nitrate and BOD compared to the existing situation and other scenarios has decreased further. As a result, the impact of green roof management measures, rain barrel and permeable cover has been greater. Finally, it is suggested that in order to improve the quantity and quality of surface runoff, these methods should be considered in the implementation priorities.

    Keywords: EPA-SWMM models, Gorgan, low Impact Development, Phosphate, Surface water
  • Freidoon Soleimani *, Mahin Kalehhouei, Dadvar Lotfollazadeh Pages 23-41
    Introduction and Objective

    Today, the destruction of natural resources is one of the most important and serious challenges facing development programs. Soil erosion is among the processes that directly and indirectly threaten our country's soil and water resources. Water erosion appears on the earth in different forms, one of the advanced forms of which is the gulies. Gully erosion is one of the important processes of soil destruction, which in different climates causes significant soil losses and the production of large amounts of sediment. The purpose of the present research is to investigate the morphological characteristics of the gullies of Khuzestan province and the role of its influencing factors in the expansion of the gully areas.

    Materials and Methods

     First, by collecting available data and comparing it to satellite image and other data, the province's gullies have been defined. The first field visit focused on verifying the integrity of these areas and correcting the gullies boundaries. The total area of Khuzestan province approximately is 64000 km2 in the dry desert climate, and more than 33,862 ha of it is under the influence of gully erosion. The hot semi-arid climate also covers approximately 12,1% of the province and 16,116 ha have experienced gullies erosion. After determining the area of gullies and dividing the areas above and below 500 ha, due to the difference in appearance, topography, and vegetation, 2 and 1 representative areas were selected from the hot-dry desert and hot-semi-arid climates, respectively, and 2 replicates were selected from each representative. Longitudinal and cross-sectional profiles of representative and replicated gullies were drawn and after soil sampling, all morphological features of the gullies were measured.

    Results and Discussion

    According to the results, most of the gullies of the province have been created in the plains with a low slope with deep soil and loamy sand texture, silt or silt loam with pasture, and sometimes agricultural land and U-shaped cross-section. Darkhazine and Sharif gullies, with 1260 and 912 cm, and Darkhazine gullies with 420 cm value have the maximum width of top, bottom and depth in the cross-section of 75%. Also, the gullies of Choghazanbil, Darkhazine and Choghazanbil with values of 30 cm have the lowest depth, top and bottom width in the cross-section area of 75%. The overall profile is scratched, and in terms of depth class, they are in the category of medium-deep gullies with a vertical top.

    Conclusion and Suggestions

    Intrinsic characteristics of soil, formation and geological type, climate, intensity of rainfall as natural factors, and destruction of vegetation, land use change and the lack of proper management, unprincipled road and bridge construction operations, construction and installation of oil facilities and electricity bars as human factors have played a role in the process of gully expansion. However, the diversity and change of the number and degree of influence of different factors from one point to another and the difference in their participation in the formation and expansion of the gully are based on the environmental conditions of the land. These conditions require that more research be carried out to identify as many factors as possible in the phenomenon of gully erosion and their participation in the formation and expansion of this phenomenon in different places and with different environmental conditions.

    Keywords: ChoghaZanbil, General profile, land use, Morphoclimatic, soil erosion
  • Aliashraf Hamedi Ogholbeyk *, Mohammad Reza Galenoei, Fatemeh Azizabadi Farahani Pages 42-54
    Introduction and Objective

    Lack of awareness of rural people is the main factor in the destruction, erosion, and change of natural resources. Therefore, rural development programs should be pushed towards participatory management to preserve and restore natural resources. Modification and change of behavior is done when the beliefs of the rural community change. Most people believe that preserving natural resources is one of the duties and powers of governments. But the fact is that sometimes these interventions have been destructive. Since the development of human resources is one of the basic principles in participatory management, And participatory management in rural communities is implemented at an optimal and effective level when the gap between the past generation and the rural youth can be resolved by developing education in the field of awareness regarding the correct handling of natural resources. the first step is to develop and improve the awareness and knowledge of human resources through a change in behavior, attitude, and individual skills. The infrastructural limitations of villages and their limited access to education and communication facilities make educational and promotion media one of the most important means of transferring information, knowledge, and skills to rural people.

    Materials and Methods

    This research, using the survey and documentation method, try to investigate the participation of residents of watersheds in West Azerbaijan province (Takab, and Shahindej) in watershed management projects and identify the most important influencing factors. The samples were selected using stratified random sampling and the data collection tool was a questionnaire. The face validity of the questionnaire was confirmed by agricultural extension and education experts and watershed experts, and its reliability was estimated to be 82% using Cronbach's alpha.

    Results and Discussion

     Multivariate regression analysis with the combined method showed that income, education, and the amount of media use are the most important influencing factors in public participation. Also, there is a positive and significant relationship between the influence of the media and the active participation of the village people in watershed projects.

    Conclusion and Suggestions

    Therefore we conclude that, the use of educated rural youth to produce, publish or use the media can significantly contribute to increasing the participation of villagers in watershed management projects.

    Keywords: Effective factors, Influencing Factors, Media, participation, Watershed projects, west Azerbaijan
  • Farzad Parsadoust *, Hamid Reza Peyrowan Pages 55-69
    Introduction and Objective

    Marl lands are very sensitive to erosion in arid and semi-arid regions and are one of the most important sources of sediment production. Research has shown that there is a relationship between the geological characteristics of marls and different forms of erosion. In some marl formations, rangeland plant species have grown and stabilized which causes erosion control and soil stability. In order to better understand the status of these ecosystems, this study was conducted to identify the established plant species on marl lands and investigate the relationship between vegetation and physical and chemical properties of marl soil in three types of surface, rill and gully erosion in Semirom region.

    Materials and Methods

    Semirom is one of the marl regions that was selected for the current study in the classification and determination of marl erodibility indices of Isfahan province. In order to evaluate the erosion condition in three forms of surface, rill and gully erosion, BLM (Bureau of Land Management) form was completed in the same marl units and areas without vegetation cover. In the next step, three soil samples were collected from 0-20 cm depth in three repetitions in marl units including three forms of erosion. Physical and chemical soil properties including texture, EC, N, P, K, SAR, OC, CEC, CaSO4, pH, T.N.V and CaCO3 were measured. For vegetation studies in the study area, after preparing the floristic list of plant species, vegetation characteristics including canopy cover percentage and density per plant species, as well as the percentage of gravel and litter were measured and recorded. The statistical analysis of the data was done as a completely random design using SAS software and the averages of soil properties were compared according to the Least Significant Difference (LSD). Correlation analysis between soil and vegetation characteristics was also done by R statistical software.

    Results and Discussion:
    The results showed that in terms of erodibility, Marl lands with vegetation cover, had a better condition than without vegetation. The soil in the gully erosion was in better conditions in terms of nitrogen, phosphorus and organic matter and had better vegetation than the other two types of erosion. The results of correlation between physical and chemical soil properties and vegetation showed that the canopy cover factor was 95% and 86% correlated with the percentage of gypsum and the percentage of sand, respectively. The dominant species which showed the most protection capacity against erosion in surface, Rill and Gully erosions were Astragallus cephalantus, Cousinia cylindracea and Elymus gentry with 34.2, 33.3 and 22.05 percent of the highest combination of density and canopy cover, respectively. In terms of growth form, in all three types of erosion, forbs had the highest percentage of density and canopy cover.

    Conclusion and Suggestions

    The results of current research could be considered as a novel achievement in order to prevent soil erosion through establish appropriate species in marl lands with similar climatic conditions.

    Keywords: BLM Method, marl, rangeland plant species, Soil conservation
  • Khadijeh Haji, Abdulvahed Khaledi Darvishan *, Raoof Mostafazadeh Pages 70-89
    Introduction and Objective

    Awareness of the pattern of spatial and temporal variations of the rainfall erosivity is essential for improving soil erosion estimates, especially considering snow cover in different months. In the Caspian Sea Basin, due to the low distance between mountain regions and rainy plain, estimation of rainfall erosivity factor without considering snow cover correction coefficients is associated with a significant uncertainty. Accordingly, the current study aims to analyze the spatiotemporal variations of the rainfall erosivity factor with considering snow cover correction coefficient in the Iranian part of the Caspian Sea Basin.

    Materials and Methods

    To prepare monthly, seasonal and annual rainfall erosivity factor, monthly rainfall data of 56 synoptic stations of the Caspian Sea Basin were obtained from the national meteorological organization and statistical yearbooks with a common statistical period of 20-25 years (1996-2020). As a result, the rain erosive layer in different time bases using Co-Kriging geostatistical method with auxiliary variable of height above sea level with less root mean square error (RMSE) was used as the most common evaluation index and selection of the optimal method. Then the monthly snow cover layer was prepared from MOD10CM product and the rainfall erosivity for each month was modified.

    Results and Discussion

    Based on the results, the average annual rainfall erosivity factor of the Iranian part of the Caspian Sea Basin was 254.61 (MJ mm ha-1 hr-1), while by considering the snow cover correction coefficient, the rainfall erosivity value was redused to 210.53 (MJ mm ha-1 hr-1). Also, Bandar Anzali and Manjil synoptic stations have the highest and lowest values of the average annual rainfall erosivity factor equal to 749.30 and 162.87 (MJ mm ha-1 hr-1), respectively. In addition, after considering the snow cover correction coefficient, the highest monthly rainfall erosivity values of 27.27, 25.81 and, 25.56 MJ mm ha-1 hr-1 were observed in April, October and, November, respectively. On the other hand, 12.81% of the studied area is in the medium to very high levels of rainfall erosivity in the northern part of the Caspian Sea Basin, which can be used to prioritize different areas in order to carry out conservation measures to reduce the effect of the rainfall erosivity factor on the amount of soil erosion and sediment yield were used.

    Conclusion and Suggestions

    Based on the results of the current research, it can be stated that the fluctuation of rainfall erosivity in different months and seasons is also affected by the rainfall time distribution throughout the year. Therefore, the maximum amounts of rainfall erosivity in most of the studied areas correspond to the main times of agricultural activities, i.e. planting and harvesting, which are critical times for soil erosion. Investigating the spatial pattern of rainfall erosivity in the Iranian part of the Caspian Sea Basin shows many relative changes between different regions from the plains to the highlands. Although this pattern is somewhat consistent with the pattern of climate changes from drier and less rainy areas to wetter and morerainy areas, the type of precipitation and especially snow in high areas has reduced the rainfall erosivity in these areas. Therefore, the temporal evaluation of rainfall erosivity resulting from the current research, in which the snow cover correction coefficient is applied, with the timing of the presence and density of vegetation on the soil surface, provides more reliable results for land management managers and planners, especially in the agricultural sector, to choose the right type of crops for each will place the area.

  • Zeinab Hazbavi *, Elnaz Ghabelnezam, Elham Azizi, Zahra Sharifi, Solmaz Fathololoumi, Mohammad Reza Nikoo Pages 90-110
    Introduction and Objective

    Ecological quality is an inclusive measurement unit of the elements, configuration, and performance of an ecosystem in the temporal and spatial scales. In addition, assessing ecological quality could provide valuable information for experts and managers in the first step of directed planning and comprehensive watershed management. Therefore, the current research was conducted to calculate the ecological quality index (EQI) in one of the upland watersheds of Yamchi Dam, which is not without the effect of human interference.

    Materials and Methods

    Nir Watershed as a study area is located in the southwestern part of Ardabil Province. To carry out the current research, first, the essential variables of ecological quality assessment (normalized difference vegetation index (NDVI), fractional vegetation coverage (FVC), leaf area index (LAI), net primary production (NPP), moisture index (IM), land surface temperature (LST), soil erosion, ecological integrity index, and runoff retention index) were collected and calculated. The variables were chosen to represent the three functions of ecosystems maintaining, supporting, and regulating. After standardization, weighting of the variables was done using the advanced multi-criteria, i.e., Projection Pursuit Model (PPM). Afterward, the EQI was calculated based on the sum weight of all variables for 11 sub-watersheds of Nir.

    Results and Discussion

    The wide range of variability of the variables used in the entire Nir Watershed area was confirmed. In general, sub-watershed 1 had the maximum mean of the first to fourth variables (FVC, NDVI, NPP, and LAI) and the minimum mean LST. While sub-watershed 11 had the opposite situation in terms of these five variables. All five variables reflect the structure and function of vegetation and therefore the ecological quality. The status of other indicators except ecological continuity (EC) was also evaluated in sub-watershed 1 in a medium status. Based on the PPM weighting method, the FVC (0.39) has the highest importance, and moisture and runoff retention indices with an equal weight of 0.01 have been assigned the least priority. In addition, the ecological quality results showed that watersheds 11 (0.10) and 1 (0.90) respectively have the lowest and highest levels of EQI. In general, according to the zoning resultd, it was found that the northeastern and southeastern parts of the watershed have the lowest EQI which covered 29% of the area.

    Conclusion and Suggestions

    The results can be used as one of the main goals of managing watersheds regarding preserving the ecosystem's health and integrity. Moreover, the priority of rehabilitation budget allocation can be assigned according to the resilience degrees of studied sub-watersheds.

    Keywords: Ecosystem resilience, Index-based assessment, Resource management, Projection pursuit model
  • Mohammad Mohammadi Hashemi, Bahram Saghafian *, Mahmoud Zakeri Niri, Mohsen Najarchi Pages 111-127
    Introduction and Objective

    Given the application of hydrological response in a watershed, various methods have been used to determine this response and the results have shown a high degree of accuracy and accuracy variability depending on the data used. By reviewing and summarizing the results of research carried out in the modeling of rainfall-runoff, particularly the time-area method, it was found that in most of these studies, the concept of watershed time concentration was used, which in most of the formulas used, the physical properties of the watershed were used and the dependence of time concentration on rainfall conditions was not studied. Therefore, this study was conducted to evaluate these methods using the kinematic wave method in the GIS environment, the HEC-1 method, and optimization methods using genetic algorithms in a V-shaped experimental watershed.

    Materials and Methods

    Observational data available in the V-shaped experimental watershed of the University of Illinois was used for rainfall-runoff modeling. The studied watershed had an impermeable aluminum surface and two uniform side sheets with a one-sided slope towards the channel with a constant value of 1%. In addition, a central channel with a one-sided slope towards the outlet of the watershed with a constant value of 1% was present. The roughness coefficient in this watershed was determined based on trial and error at 0.014.

    Results and Discussion

    After preparing the time-area histogram of the watershed using each of the mentioned methods, the corresponding outflow hydrographs of the watershed were determined. Then, the results were compared with observational data, and various components of the computational hydrographs were also examined. The results showed that the performance of the genetic algorithm in determining the peak time of the hydrograph with a 15% relative error was better than the performance of the kinematic wave and HEC-1 models. Additionally, the genetic algorithm model had the highest correlation coefficient with observational hydrographs with an average Nash-Sutcliffe Index of 0.968 and an average correlation coefficient of 0.983. Furthermore, by fitting the curve to the modeling results, an equation was obtained to determine the equilibrium time of the watershed relative to rainfall intensity, with a determination coefficient of 0.999. This equation expresses the inverse relationship between equilibrium time and rainfall intensity (with a power of 0.33), i.e., doubling the rainfall intensity reduces the equilibrium time by 20%. Finally, the coefficient of the equation determining the equilibrium time for this watershed was found to be 495.2, and for each rainfall intensity, its corresponding equilibrium time can be calculated with high accuracy.

    Conclusion and Suggestions

    In this study, under experimental watershed conditions, rainfall-runoff modeling was performed with three categories of events and three categories of different rainfall durations, each event category having four different rainfall intensity sizes. Corresponding hydrographs were obtained for each event by examining the computational hydrographs and comparing them with observational hydrographs, and it was found that the three models had one to two percent relative error in determining the maximum runoff, but in determining the time to reach the hydrograph peak, the kinematic wave and HEC-1 models had an average error of 44%. Finally, using the correlation and Nash-Sutcliffe coefficients, it was determined that the computational hydrographs produced by the genetic algorithm method were closer to the observational hydrographs and had a higher degree of correlation. It is worth mentioning that in this experimental watershed, the dependence of equilibrium time on rainfall intensity in impermeable conditions was confirmed. It is recommended that the effect of infiltration or changes in surface roughness and the determination of the dependence size be investigated.

    Keywords: Genetic algorithm, HEC-1 model, Hydrological response, kinematic wave, optimization, V-shaped watershed
  • Mehdi Jalali, Hamid Gholami *, Marzieh Rezaie, Ebrahim Omidvar Pages 128-145
    Introduction and objective

    Soil erosion by water and wind is one of the biggest environmental threats worldwide which it has various negative consequences such as soil degradation, mitigation of soil fertility, depletion of nutrients and micro-elements, degradation of soil structure, dust storms, reservoir siltation, and etc. on the natural and anthropogenic ecosystems. Therefore, accurate information of land susceptibility to soil erosion hazard by water and wind, and production of spatial maps of these hazards are necessary for mitigation of their consequences. Therefore, the goal of this research is application of two machine learning models for the spatial modelling of water and wind erosion in the Bakhtegan basin, Fars province.

    Materials and methods

    In order to generate the spatial maps of soil erosion by water and wind, we have used 20 and 16 effective factors on water and wind erosion, respectively. Before the modelling stage, the multivariate adaptive regression spline (MARS) feature selection algorithm and multicollinearity test were used to identify the most important factors controlling water and wind erosion. In next stage, two random forest and support vector learning machine techniques were applied to model soil erosion. Area under curve (AUC) was applied to assess the model performance.

    Result and discussion

    According to results, land use, slope, lithology, roughness, coarse fragment, clay, vegetation cover, aspect, soil bulk density and topographic wetness index were identified as the most important factors controlling water erosion. The most important factors controlling wind erosion are including elevation, land use, wind speed, slope, vegetation cover, soil nitrogen, cation exchange capacity, lithology, aspect, clay and bulk density. The AUC value for wind erosion map generated by random forest model was 99, and for water erosion map produced by support vector machine is 96. Finally, we integrated two maps and results indicate an area of study area about 18% has very high susceptibility to wind erosion and low susceptibility to water erosion.

    Conclusion and suggestions

    Due to study area has several lakes consisting of Bakhtegan, Maharlo and Tashk, and also several dams, it is so important to supply water for different purposes such as drinking, agricultural, industry and environment. In case of not paying attention to this challenge especially wind erosion in the study area, this case study especially dried beds for lakes can play as sources for generating dust particles. Therefore, the findings of this research can use by managers to mitigate negative effects of this phenomena.

    Keywords: area under curve (AUC), Bakhtegan basin, multivariate adaptive regression spline (MARS), random forest (RF), support vector machine (SVM) model