فهرست مطالب

تحقیقات منابع آب ایران - سال نوزدهم شماره 4 (پیاپی 67، پاییز 1402)

مجله تحقیقات منابع آب ایران
سال نوزدهم شماره 4 (پیاپی 67، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/28
  • تعداد عناوین: 14
|
  • پریا مومن زاده*، علی اصغر پورعزت، علی حمیدی زاده صفحات 1-15
    بحران های زیست محیطی، معمولا خاموش و رونده اند و فراتر از جغرافیای کشورها، جامعه جهانی را تحت تاثیر قرار می دهند. بحران آب از این جمله است. این بحران، گاهی چنان مهار ناپذیر جلوه می کند که سازمان ملل متحد ، وقوع جنگ آب را در بسیاری از مناطق جهان (تا سال 2050)، همراه با تنش امنیتی، اقتصادی و تامین غذایی، برای جمعیتی بالغ بر 5 میلیارد نفر از مردم جهان، محتمل دانسته، به حکمرانان، دولت ها و نهاد های بین المللی، درباره پیامدهای این فاجعه، هشدار داده است (سازمان ملل متحد ، 2021) . مدیریت صحیح منابع محدود آب در ایران، برای بهره برداری امروز و بهتر آیندگان، در قالب دغدغه های شدید متخصصان محیط زیست، متجلی شده است. بنابراین، برحسب حساسیت موضوع، اتخاذ یک نگاه کل نگر و خردورز، مبتنی بر گزاره های پشتیبان خط مشی، حایز اهمیت است. پژوهش پیش رو، با طراحی یک سیستم پشتیبان دانش مبنا برای خط مشی گذاری عمومی، مساله پیچیده آب را در کانون توجه قرار داده است و این بحران پیچیده (مساله شر) را، با توجه به مقوله هایی چون امنیت، اقتصاد، عدالت بین نسلی، فرهنگی و اجتماعی، در سطح اداره عمومی و نهاد حاکمیت در نظرمی گیرد. در این پژوهش از روش نمونه گیری هدف مند طبقه ای استفاده شده است و با 13خبره، مصاحبه شده است، با کسب آرا و مطالعه و بررسی اسناد و مدارک، گزاره های بنیادین پژوهش حاصل شده اند. سپس با کدگذاری آنها، با استفاده از نرم افزار Maxqda، مختصات سیستم پشتیبان شناسایی شده، برای مهار بحران آب در راستای توسعه پایدار، ویژه سازی شده اند.
    کلیدواژگان: سیستم پشتیبان خط مشی گذاری، بحران آب، پیشرفت پایدار، تمدن آب، حکمرانی آب
  • سحر مصطفایی، وحید موسوی*، رونی برندسون صفحات 16-33
    تخمین رواناب ناشی از بارش مازاد حوزه آبخیز می تواند کمک شایانی به طراحی دقیق سازه های آبی، مدیریت جامع حوزه های آبخیز و مدیریت سیلاب نماید. لذا در این پژوهش سعی شده است قدرت برآورد روش های یادگیری عمیق در مقایسه با شبکه عصبی چند جمله ای و مدل HEC-HMS در حوزه های آبخیز بار اریه، کسیلیان و لتیان مورد ارزیابی قرار گیرد. برای این منظور رواناب روزانه با استفاده از مدل LSTM شبیه سازی و نتایج آن با نتایج مدل های MLP به عنوان رایج ترین مدل هوش مصنوعی، مدل GMDH به عنوان یکی از قوی ترین شبکه های عصبی مصنوعی و مدل HEC-HMS به عنوان یک مدل فیزیک پایه مقایسه شد. نتایج پژوهش نشان داد ضریب R2 در مدل های مختلف بازه ای بین 8715/0 تا 9864/0، ضریب RMSE بازه ای از 086/0 تا 2165/2 و ضریب NRMSE بازه ای بین 88/18 تا 96/65 را در حوزه های آبخیز مختلف به خود اختصاص داده است. نتایج حاکی از عملکرد متوسط مدل MLP با متوسط NRMSE معادل 17/51 درصد، عملکرد مناسب مدل GMDH با متوسط NRMSE معادل 6/44 درصد و عملکرد بسیار خوب مدل LSTM با متوسط NRMSE معادل 8/26 درصد می باشد. با توجه به هزینه محاسباتی بالای LSTM در مقایسه با مدل GMDH می توان توصیه کرد که اگر دقت و صحت خیلی بالا از طرف کاربر مورد انتظار نیست از مدل GMDH استفاده شود و در صورت نیاز به صحت بالاتر کاربر می تواند هزینه محاسباتی بالای روش LSTM را پذیرفته و از این مدل استفاده نماید. همچنین اگر فرآیند محاسباتی و مدل سازی سناریو محور مد نظر است مدل HEC-HMS ارجحیت دارد.
    کلیدواژگان: سیلاب، مدل سازی، فرآیند بارش-رواناب، هوش مصنوعی
  • مریم میرهاشمی، علی شاهنظری*، کامران نصیر احمدی صفحات 34-47
    در سال های اخیر تغییرات اقلیمی و گسترش فعالیت های کشاورزی و صنعتی و تخلیه پساب و زه آب خروجی از این واحدها کیفیت آب تالاب میانکاله را تحت تاثیر قرار داده است. لذا ارزیابی وضعیت کیفی تالاب امری ضروری به شمار می رود. در همین راستا هدف پژوهش حاضر ارزیابی مقدار آلودگی نیترات و فسفات تالاب میانکاله با استفاده از مدل WASP می باشد. اطلاعات ورودی به مدل، شامل داده های اندازه‎گیری شده توسط اداره کل حفاظت محیط‎زیست استان مازندران در 6 ایستگاه دهنه چپقلی، میان قلعه، بندر گز، قره سو، اسماعیل سای و گلوگاه می باشند، که طی 6 فصل و 8 دوره نمونه‎برداری از آب تالاب جمع آوری شده اند. 4 دوره نمونه برداری برای واسنجی و 4 دوره برای صحت سنجی مدل در نظر گرفته شد. عملکرد مدل براساس سه شاخصR2، RMSE و CP مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج ارزیابی مدل نشان دهنده عملکرد مطلوب مدل در شبیه سازی پارامترهای فسفات و نیترات می باشد. با توجه به نتایج به دست آمده، غلظت نیترات موجود در تالاب در محدوده مجاز قرار گرفته، اما در ایستگاه های دهنه چپقلی، میان قلعه، بندرگز، قره‎سو و اسماعیل سای روند صعودی داشته است. در حالی که غلظت فسفات در همه ایستگاه ها بیش تر از حد مجاز می باشد. به طور کلی نتایج نشان دهنده زوال کیفیت آب تالاب می باشند. بنابراین مدیریت صحیح تخلیه پساب مراکز مختلف، پایش کمی و کیفی آب تالاب، استفاده از روش های مدل‎سازی به منظور ارایه و ارزیابی راهکارهای مدیریتی و همچنین استفاده از کودهای ارگانیک به عنوان جایگزین کودهای شیمیایی در اراضی کشاورزی و مزارع آبزی پروری می تواند موجب کنترل و عدم تشدید میزان آلودگی فسفات و نیترات در تالاب میانکاله شود.
    کلیدواژگان: آلاینده، پساب، شبیه سازی، کیفیت آب، مدل&lrm، سازی
  • مهرداد خشوعی*، حمید صفوی صفحات 48-61

    امروزه با توجه به تغییر اقلیم شاهد پدیده های حدی منابع آب مانند خشکسالی و سیلاب در سراسر نقاط دنیا هستیم. از گذشته تا اکنون به منظور ذخیره آب، تولید انرژی برق، مصارف کشاورزی شرب و صنعت از سدها استفاده شده است، که در کنار مزیت های خود البته باعث اثرات مخرب محیط زیستی خواهد شد. احداث سدها موجب تقسیم بندی حوضه ها به حوضه های مهندسی و طبیعی خواهد شد و یکی از رویکردهای این تحقیق تبیین تفاوت ها وعملکرد این دونوع از حوضه ها از لحاظ شاخص های منابع آب و خشکسالی می باشد. هدف از این تحقیق بررسی و ارزیابی شاخص های موجود و ارایه یک شاخص یکپارچه در برگیرنده عوامل تاثیر گذار خشکسالی است که به دلیل موقعیت حساس حوضه آبریز زاینده رود در فلات مرکزی ایران، این حوضه به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردیده است. عدم تعادل بین منابع و مصارف به خصوص در سال های اخیر به عنوان عامل اصلی تشدید کننده خشکسالی محسوب می شود. شاخص یکپارچه خشکسالی دربرگیرنده عوامل مختلف مانند عوامل هواشناسی و هیدرولوژیکی می باشد و با استفاده از عوامل کشاورزی صحت سنجی می شود. نتایج نشان داد در حوضه طبیعی مورد مطالعه مقدار همبستگی شاخص برپایه بارندگی و تبخیر و شاخص صحت سنجی به ترتیب 52/0 و 53/0 درحالیکه همبستگی شاخص دومتغیره و شاخص صحت سنجی 66/0 می باشد. در حوضه مهندسی مورد مطالعه تفاوت همبستگی از مقدار 26/0 و 41/0 به ترتیب برای شاخص های برپایه بارندگی و تبخیر تا 91/0 برای شاخص دومتغیره متفاوت می باشد.

    کلیدواژگان: خشکسالی، شاخص، حوضه های طبیعی و مهندسی، آنتروپی
  • میثم عطاخرمی، سمیه سیما* صفحات 62-79
    پایش سطح برف و برآورد میزان رواناب حاصل از ذوب برف در مناطق مرتفع و کوهستانی حایز اهمیت می باشد. رویکردهای موجود برای بهبود عملکرد مدلهای بارش-رواناب با تمرکز بر مدل سازی رواناب ذوب برف شامل بهبود پارامترهای برف از طریق داده های مشاهداتی و ارتقای مدل مفهومی ذوب برف می باشند. در این تحقیق با هدف بهبود برآورد مقدار ذوب برف در مدل SWAT، در حوضه کوهستانی زرینه رود اثر این دو رویکرد در بهبود مدل بررسی شد. در بخش اول دو پارامتر برف، به کمک محصولات روزانه سطح برف سنجنده MODIS و همچنین مقادیر عمق برف اندازه گیری شده در ایستگاه های برفسنجی، برآورد و در مدل پایه جایگزین شد. در بخش دو مدل بیلان انرژی UBCWM جایگزین مدل درجه روز شد و اثر آن مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از مدل پایه در شبیه سازی رواناب حوضه در دو ایستگاه صفاخانه و نظام آباد نشان داد که به طور کلی میزان رواناب دست پایین برآورد شده است. همچنین نشان داد که مدل با مقادیر اصلاح شده پارامترهای برف منجر به بهبود عملکرد مدل پایه در دو ایستگاه مذکور به ترتیب به میزان 6 و 14 درصد از نظر شاخص نش-ساتکلیف و به میزان 35 و 14 درصد در مقدار KGE، شده است. اما مدل UBCWM در شبیه سازی ضعیف عمل کرده و مقادیر اوج سیلاب را کمتر از مقدار واقعی و طول بازه ذوب برف را بیشتر پیش بینی نموده است. استفاده از نتایج این تحقیق می تواند به برآورد دقیق تر رواناب به ویژه در زمان اوج در حوضه های کوهستانی منجر شود.
    کلیدواژگان: مدل بارش &ndash، رواناب، سطح پوشش برف، مدل بیلان انرژی UBCWM، منحنی کاهش برف (SDC)
  • پریسا یوسفی*، بهزاد حصاری، آدریانا بروگمن، مهدی ضرغامی صفحات 80-94

    در حال حاضر، کمبود آب در بسیاری از زیرحوضه های حوضه دریاچه ارومیه تجربه میشود. حوضه آبریز گدارچای یکی از حوضههایی مهم حوضه آبریز دریاچه ارومیه است که تخصیص و مدیریت صحیح آب در آن از اهمیت بالایی برخوردار است. یک سیستم پشتیبان تصمیم مبتنی بر ارزیابی و برنامهریزی سامانه های آب (WEAP) میتواند در تخصیص و تحلیل عرضه و تقاضای آب این حوضه موثر باشد. در مطالعه حاضر، برای تحلیل و شبیهسازی عرضه و تقاضای آب کشاورزی در سه زیرحوضه اصلی واقع در حوضه آبریز گدارچای از مدل WEAP-MABIA استفاده شده است. در روند مدل سازی، سال 2009 به عنوان سال پایه انتخاب شده و کلیه مولفههای منابع و مصارف حوضه، ایجاد و شبیه سازی بارش- رواناب و مصارف آب انجام گردید. پس از آن، واسنجی مدل با ابزار PEST و الگوریتم گاس-مارگواردتت لونبرگ انجام شد. نتایج نشان داد ضریب ناش در دوره واسنجی و صحتسنجی بین 0.68 تا 0.87 بوده که نشانگر کارایی لازم مدل در مدل سازی منابع آب منطقه است. در نهایت، اثرات چندین سناریوهای مدیریتی از قبیل اعمال آیش، تغییر الگوی کشت و افزایش راندمان آبیاری بر روی نتایج مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که اعمال همزمان 10 درصد آیش و نیز افزایش پنج درصدی راندمان آبیاری میتواند اطمینانپذیری تامین تقاضاهای آبی در سه حوضه اشنویه، نقده و حسنلو را نسبت به شرایط موجود، به ترتیب حدود 12، 19 و 11 درصد افزایش داده و از این طریق، با کاهش تقاضاهای برآورده نشده، نقش بسزایی را در پایداری منابع آب حوضه گدارچای ایفا نماید.

    کلیدواژگان: WEAP، MABIA، حوضه گدارچای، تخصیص آب
  • مژگان احمدی، عباس کاویانی*، هادی رمضانی اعتدالی، علیرضا توکلی صفحات 95-109

    خشکسالی می تواند عمدتا بر کشاورزی، به ویژه کشاورزی دیم به دلیل وابستگی زیاد به آب باران تاثیر بگذارد و در نتیجه امنیت غذایی و حفاظت اجتماعی را به خطر بیندازد. در این پژوهش به بررسی ارتباط بین شاخص های خشکسالی SPI و SPEI با عملکرد گندم دیم 5 مزرعه در شهرستان سقز طی دوره 2020-2001 با شبکه عصبی، جنگل تصادفی و رگرسیون بردار پشتیبان پرداخته شد. برای محاسبه شاخص های خشکسالی SPI و SPEI از بارش TRMM و تبخیر تعرق CRU استفاده شد. مدل AquaCrop با داده های مشاهداتی کالیبره شد و سپس عملکرد مزارع برای دوره 2020-2001 با مدل AquaCrop شبیه سازی شد. میانگین عملکرد مزارع با میانگین عملکرد کل شهرستان سقز ارزیابی شد و نتایج نشان داد داده های شبیه سازی شده با مدل، همبستگی (R2=0.90) خوبی با میانیگن عملکرد گندم دیم شهرستان سقز دارند. نتایج ارزیابی ارتباط بین شاخص های SPI و SPEI با عملکرد گندم دیم نشان داد که روش شبکه عصبی و جنگل تصادفی با احتمال معنی داری 95% (0/0P-value=) و ضریب تبیین بیش از 70/0 درصد و مقدار بالای شاخص نش ساتکلیف و مقدار اندکی کم برآورد، تخمین مناسبی از عملکرد محصول گندم دیم داشته است و ارتباط معنی داری بین شاخص های خشکسالی SPI و SPEI با عملکرد گندم دیم در منطقه مورد مطالعه وجود دارد.

    کلیدواژگان: لکرد گندم دیم، شاخص های خشکسالی، جنگل تصادفی، شبکه عصبی مصنوعی، ماشین بردار پشتیبان
  • مصطفی دین محمدی*، رویا عباسی صفحات 110-125

    در پژوهش حاضر با استفاده از رهیافت فنی- اقتصادی آب مجازی مصرف شده و شاخص های مرتبط با آن در 13 محصول آبی زراعی و باغی منتخب اصلی استان کردستان تحلیل شده است. یافته های پژوهش نشان می دهد که یونجه کمترین بهره وری آبی و بیش ترین میزان آب مجازی و گوجه فرنگی بیشترین بهره وری آبی و کم-ترین میزان آب مجازی در محصولات زراعی را به خود اختصاص می دهد. گردو و شلیل نیز در بین محصولات باغی کمترین و بیشترین بهره وری آبی (بیش ترین و کم ترین میزان آب مجازی) را دارا بوده اند. 67 درصد آب مجازی در محصولات منتخب اصلی آبی استان در بخش زراعت و 27 درصد هم در محصولات باغی استفاده شده است.محصولات زراعی کمترین ارزش بازاری برای آب مصرفی را به صورت ضمنی در بازار مبادله می کنند. در میان این محصولات یونجه به نسبت آب مصرفی ویژه ای که دارد کمترین رد قیمتی از آب را با خود مبادله کرده است. از میان محصولات زراعی و باغی سیب زمینی و شلیل دارای بیش ترین میزان بهره وری بازاری محصول است. نتایج نشان داد که محصولات باغی به طور متوسط 7 برابر عایدی بازاری آب مجازی نسبت به محصولات زراعی دارند و محصولات با آب مجازی بیشتر در بازار قیمت و ارزش بازاری کمتری داشته اند. هم جهت نبودن بهره وری بازاری آب مصرفی و مقدار مصرف آب مجازی نشان می دهد که ساختار نظام تولید و الگوی کشت متناسب با وزن و اندازه آب مصرفی محصولات نبوده و حتی به شکل معکوس است.

    کلیدواژگان: آب مجازی، بهره وری آب، کشاورزی، استان کردستان
  • رضا مصطفی نژاد، محمد همتی، سمیه حجابی* صفحات 126-140
    مدل سازی دمای سطح آب دریاچه می تواند به بهبود شبیه سازی مولفه تبخیر کمک کند. در مطالعه حاضر، با هدف شبیه سازی دمای سطح آب دریاچه ارومیه، از مدل یک بعدی FLake برای دوره 2021-2001 استفاده شد و نتایج با مشاهدات حاصل از تصاویر سنجنده MODIS مقایسه شد. نتایج نشان داد که شمال (N) و جنوب (S) دریاچه دارای تفاوت های ترمودینامیکی هستند. در هر دو بخش شمالی و جنوبی دریاچه، روند افزایشی (به ترتیب، 0.084C/year و 0.117C/year) در دمای سطح آب مشاهده می شود و شیب تغییرات در جنوب دریاچه تندتر از شمال دریاچه است. مدل FLake به طور نسبتا مطلوبی قادر به شبیه سازی نوسانات دمای سطح آب است. با این وجود مدل در هر دو بخش، اریبی گرم در حدود 3C نشان می دهد. به طور کلی مدل در شبیه سازی دمای روزهای زمستان (MBE_N=4.4C و MBE_S=4.2C) دقت کمتری نسبت به روزهای تابستان (MBE_N=1.9C و MBE_S=1.0C) دارد. لایه بندی مدل سازی شده دریاچه از نوع تک آمیختی گرم است و بررسی الگوی لایه بندی حرارتی حاکی از شروع زودتر دوره آمیختگی در جنوب دریاچه است. همچنین بررسی رابطه بین روند تغییرات دمای سطح آب و مشخصه های جوی نشان داد که دمای هوا و رطوبت هوا بیشترین واریانس موجود در دمای سطح آب را تبیین می کنند؛ اما روند افزایشی دمای سطح آب تنها با روند افزایشی دمای هوا مرتبط است.
    کلیدواژگان: دریاچه ارومیه، دمای سطح آب، گرماشیب، لایه بندی حرارتی، مدل FLake
  • درناز کبیرصمدی، علیرضا شکوهی*، هادی مدبری صفحات 141-160

    سیلاب ها در مناطق شهری همواره با خسارت های جانی و مالی همراه بوده اند. در حالیکه برآورد میزان خسارت وارد بر محتویات داخلی ساختمان های مسکونی در سیلاب اهمیت زیادی دارد، مدل های موجود تنها به برآورد میزان خسارت مستقیم وارده بر سازه ساختمان پرداخته و سپس در بهترین حالت خسارت وارد بر محتویات داخل ساختمان را به صورت درصدی از خسارت وارد بر سازه برآورد می نمایند. با توجه به عدم دقت روش های موجود و در نظر گرفتن این نکته که چنین تحقیقی تا کنون در ایران انجام نشده است، در این پژوهش تعیین میزان خسارت مستقیم وارد شده بر محتویات داخل ساختمان های مسکونی اعم از منقول و غیر منقول با جزییات کامل مورد توجه قرار گرفته است. مطالعه در پنج محله با سطوح متنوع اقتصادی در شهر رشت صورت گرفت و از طریق پرسشنامه از 381 فرد ساکن در منطقه وسایل موجود در منازل ارزیابی و به قیمت روز ارزش گذاری شد. در نهایت منحنی های خسارت سیلاب برای کلیه اقلام منقول و غیر منقول بر حسب عمق ارایه و نتایج حاصل از آن ها با نتایج بدست آمده از مهمترین توابع خسارت مورد استفاده در سطح دنیا مقایسه گردید. متوسط خسارت محاسبه شده توسط مدل توسعه یافته تا عمق یک متر کمتر و از این عمق به بعد بیشتر از مدل های جهانی بود. این امر گویای نیاز به تولید توابع خسارت ناشی از سیلاب شهری در سطح ملی است. روش مورد استفاده در این تحقیق و همچنین توابع بدون بعد خسارت توسعه داده شده قابل توصیه برای بسیاری از مناطق شهری مشابه در سطح ایران می باشد.

    کلیدواژگان: سیلاب، خسارت اقتصادی مستقیم، توابع عمق-خسارت، منازل مسکونی شهری، مدلهای جهانی خسارت
  • آناهیتا بهرامی*، رضا مدرس، سعید سلطانی، پوریا محیط اصفهانی صفحات 161-171
    در پژوهش حاضر متغیر فاصله زمانی بین دبی اوج سیلاب تا اوج خشک سالی هواشناسی در سیزده زیر حوضه کرخه، بررسی گردید. از آنجایی که متغیر فاصله زمانی از اوج سیل تا اوج خشک سالی پیش از آن دارای ماهیت گسسته است برای تحلیل فراوانی هشت تابع توزیع احتمال گسسته مشهور مورد آزمون قرار گرفتند. بطورکلی نتایج پژوهش نشان داد که به صورت مشترک در اغلب حوضه های کوچک و درجه چهار مورد مطالعه، با افزایش شدت خشک سالی های سالانه تا 1-= SPI دبی های اوج سیلاب متناظر کاهش پیدا خواهند کرد و پس از آن با ادامه تشدید خشک سالی ها (1- SPI <) دبی های اوج سیلاب با یک الگو نمایی و درجه دو افزایش پیدا خواهند کرد. در حالی که در حوضه های بزرگ و درجه سه با تشدید خشک سالی دبی های اوج سیلاب نیز کاهش خواهند یافت. . نتایج تحلیل فراوانی مشخص کرد که توابع توزیع احتمال DPO و NBI دارای مناسب ترین برازش ها به متغیر فاصله زمانی بین اوج سیلاب تا اوج خشک سالی هستند. براساس تحلیل فراوانی های صورت گرفته مشخص شد که فاصله زمانی بین اوج سیلاب تا اوج خشک سالی تقریبا بین 6 الی 8 ماه می باشد. متغیر تعریف شده بازگو کننده اثر متقابل و اثرگذاری دو رویداد حدی سیل و خشک سالی در یک حوضه می باشد.
    کلیدواژگان: فاصله سیل تا خشکسالی، توابع توزیع احتمال گسسته، رویدادهای حدی، حوضه کرخه
  • نرگس آزاد، آزاده احمدی* صفحات 172-198
    مدل های گردش عمومی (GCMs) ابزارهای بسیار مهمی برای درک تغییر اقلیمی آینده هستند. با این حال استفاده از داده های خروجی GCM نیازمند ارزیابی دقت آن در مقایسه با داده های مشاهداتی است. هدف این مطالعه مقایسه خروجی های 13 مدل CMIP6 با مشاهدات، با استفاده از دو تکنیک اصلاح خطا به نام نگاشت چندکی و مقیاس گذاری خطی، به همراه یک رویکرد میانگین گیری بیزی است. برای بررسی تغییرات آینده متغیرهای دما و بارش در حوضه خزر، پیش نگری های شبیه سازی شده مدل های اقلیمی، در دو سناریویSSP245 و SSP585 انتخاب شدند .نتایج نشان می دهد روش نگاشت چندکی با وجود عملکرد بهتر آن در اصلاح مدل های اقلیمی، اما در ایستگاه هایی که اریبی در طول زمان ناایستا است کارایی پایین داشته و تصحیح به درستی صورت نمی-گیرد. همچنین استفاده از همادی مدل ها میزان دقت بالاتری نسبت به مدل های فردی فراهم می کند. با وجود اینکه، میانگین گیری از مدل ها پس از اصلاح خطا، نوسانات حدی سری زمانی را کاهش می دهد، اما دارای دقت و عملکردی بهتر از میانگین گیری از مدل های قبل از اصلاح و سپس اصلاح اریبی آن، است. نتایج نشان داد که میانگین بارش حوضه آبریز خزر طبق دو سناریوی SSP585 و SSP245 در هر دو دوره ی آینده نزدیک (2050-2021) و دور (2080-2051) نسبت به دوره های مشاهداتی قابل توجه نبوده و بین صفر تا 6 درصد قرار دارد؛ این در حالی است که افزایش میانگین دمای حوضه طبق سناریوی SSP245 (SSP585) در دو دوره ی آینده نزدیک (2050-2021) و آینده دور (2051-2080) نسبت به دوره های مشاهداتی به ترتیب 67/1 و 14/3 (8/1 و 65/3) درجه سلسیوس خواهد بود.
    کلیدواژگان: دما و بارش، تغییر اقلیم، تصحیح اریبی، همادی، مدل میانگین گیری بیزین
  • شریف جورابیان شوشتری، فاطمه جهانی شکیب*، طاهره اردکانی صفحات 199-213
    آبدهی یک شاخص کلیدی عملکرد و خدمت بوم سازگان با ارزشی است که مستقیما بر توسعه پایدار اقتصاد، رفاه انسان و بوم سازگان حوضه تاثیر می گذارد. با استفاده از مدل ارزش یکپارچه خدمات محیط زیستی (InVEST)، تغییرات آبدهی در 10 حوزه آبخیز واقع در مرز شرقی کشور (استان خراسان جنوبی) تحت تاثیر تغییرات کاربری اراضی و پوشش سرزمین شبیه سازی شد. مدل با استفاده از داده های طولانی مدت دبی در ایستگاه های افین، خونیک علیا، منصورآباد، گزیک و آهنگران واسنجی گردید. همچنین ارزش اقتصادی خدمت تولید آب در هر کدام از کاربری اراضی/پوشش های مختلف سرزمین محاسبه شد. نتایج، بیشترین حجم آبدهی را حوزه آبخیز اسفدان با میزان 8126129 مترمکعب و کمترین را حوضه نمکزار خواف با میزان 185590 مترمکعب نشان داد. میزان آبدهی در کل منطقه مورد مطالعه 14836168 مترمکعب بدست آمد. بیشترین میزان تولید آبدهی در کاربری مرتع متراکم و نیمه متراکم با بیش از 12 میلیون و 430 هزار مترمکعب و پس از آن در کاربری مرتع تنک با بیش از 1 میلیون و 990 هزار مترمکعب قرار داشت. آبدهی از جنوب شرق به شمال غرب در حوزه های آبخیز منطقه موردمطالعه افزایش می یابد. ارزش کل اقتصادی تولید آب در حوزه آبخیز مرزی شرقی معادل 5/16115806 میلیون ریال بدست آمد. نمایش فضایی توزیع ارزش های اقتصادی اکوسیستم که در این پژوهش از طریق کمی سازی، نقشه سازی و ارزش گذاری خدمات بوم سازگان انجام شد می تواند به عنوان ابزارهای مهم و قابل اعتماد برای مدیریت سرمایه های طبیعی و سیاست گذاری استفاده شود.
    کلیدواژگان: خدمت بوم سازگان، آبدهی، ارزیابی صحت، خراسان جنوبی
  • نادر حیدری*، سالومه سپهری صادقیان صفحات 214-228

    هدف مدرن سازی آبیاری به طور عمده بر افزایش راندمان آبیاری (Irrigation Efficiency)، ارتقاء بهره وری آب (Water Productivity)، و در نهایت کاهش مصرف آب آبیاری و صرفه جویی در منابع آب کمیاب است. مطالعات مختلف نشان داده اند که افزایش راندمان آبیاری و ارتقاء بهره وری آب از طریق توسعه کاربرد سیستم های کارا و مدرن آبیاری بعضا منجر به صرفه جویی واقعی و کاهش مصرف آب کشاورزی به اندازه مورد انتظار نشده و یا بالعکس سبب افزایش آن نیز شده است. این پدیده "اثر بازگشتی" (Rebound Effect) آب نامیده شده است. عوامل موثر و دلایل وقوع پدیده اثر بازگشتی به طور عمده عبارتند از: افزایش سطح زیر کشت فاریاب به دنبال کاهش مصرف آب در اثر کاربرد فناوری ، افزایش تبخیرتعرق به دلیل تغییر در الگوی کشت محصولات (گسترش کشت محصولات پر آب بر و در عین حال اقتصادی تر) و افزایش عملکرد محصول (ناشی از مدیریت بهتر آب و تنش آبی کمتر به محصول، و استفاده مطلوب از سایر نهاده های تولید)، کاهش در کمیت و کیفیت جریانات برگشتی (Return flows) (ناشی از افزایش راندمان آبیاری، کم آبیاری محصولات برای تامین آب کافی برای سطح زیر کشت افزایش یافته به دلیل کم ابیاری و تامین آب لازم برای سطح بزرگتر) و در نتیجه کاهش آبشویی و شوری ثانویه خاک. نیاز است ادبیات موضوع جاری-سازی شده و پس از تعیین میزان اثر بازگشتی، و تجزیه و تحلیل های لازم، هشدارهای مرتبط به سیاست گذاران و مسیولین توسعه فناوری های نوین آبیاری برای اتخاذ سیاست مناسب و اقدام به منظور اجرای راهکاری از نوع فنی، اقتصادی- اجتماعی و سیاستی لازم داده شود

    کلیدواژگان: اثر بازگشتی، الگوی کشت، تبخیرتعرق، مدرن سازی آبیاری
|
  • Parya Momenzadeh *, Ali Asghar Pourezzat, Ali Hamidizadeh Pages 1-15
    Environmental crises are usually silent and go beyond the geography of countries, affecting the global community. The water crisis is one of them. This crisis, sometimes seems such unstoppable that the United Nations considered the occurrence of water war in many regions of the world (until 2050), along with security, economic and food supply tensions for a population over 5Billions of people in the world, probable. Therefore, it has warned legislators, governments and international institutions about the unfortunate consequences.This disaster has warned (United Nations 2, 2021). In Iran, the correct management of limited water resources is important for the exploitation of today and the future. It has been manifested as severe concerns of environmental experts in Iran; Therefore, according to importance of the issue, it’s logical to have a holistic and wisely thought, based on the policy. In this research, by designing a knowledge-based supporting system, the ambiguity of water issue is in center of attention and should be consider wicked problems at the level of public administration and governance organization according to categories such as security, economy, intergenerational, cultural and social justice, at the level of public administration and governance institutions comments. In this research, stratified purposive sampling method was used and during it, interviewed with 13 and analyzing votes of them. Then by coding them, Using Maxqda software, the coordinates of the support system were identified to contain the water crisis in line with development sustainable.
    Keywords: policy support system, water crisis, sustainable development, watercivilization, Water Governance
  • Sahar Mostafaei, Vahid Moosavi *, Ronny Berndtsson Pages 16-33
    Estimating runoff caused by excess rainfall at the watershed scale is necessary for precise design of water structures, comprehensive watershed, and flood management. In this research, we evaluated deep learning methods in comparison to polynomial neural networks and HEC-HMS models in three watersheds, i.e., Bar-Erieh, Kasilian, and Latian. For this purpose, daily runoff was simulated using a long short-term memory (LSTM) deep learning model and compared to multi-layer perceptron (MLP) as the most common artificial intelligence model, group method of data handling (GMDH) and HEC-HMS as a physically based model for robust neural network modeling. The results showed that the R2 ranged from 0.872 to 0.986, RMSE from 0.086 m3/s to 2.22 m3/s, and NRMSE from 18.9 to 66.0%. The results indicate that the performance of the MLP model is mediocre with an average NRMSE of 51.2%, the performance of the GMDH model is good with an average NRMSE of 44.6%, and the LSTM model is very good with an average NRMSE of 26.8%. Considering the high computational cost of LSTM compared to the GMDH model, it can be recommended that the GMDH model should be used if the user does not expect very high accuracy and precision, and if higher accuracy is required, the user may need to accept a high computational cost and the LSTM model. Also, if the process and scenario-based modeling are the focus, the HEC-HMS model is preferred.
    Keywords: Artificial intelligence, flood, Modeling, Rainfall-Runoff Process
  • Maryam Mirhashemi, Ali Shahnazari *, Kamran Nasir Ahmadi Pages 34-47
    Therefore, it is necessary to evaluate the quality of the wetland. In this regard, the aim of the present study is to evaluate the amount of nitrate and phosphate pollution of Miankaleh wetland using the WASP model. The input information to the model includes the data measured by the General Department of Environmental Protection of Mazandaran province in 6 stations of Dahaneh-ye-chopoghli, Mian ghaleh, Bandar-e-Gaz, Gharesu, Ismaeilsay and Galougah during 6 seasons and 8 sampling periods of lagoon water. have been collected. 4 sampling periods were considered for calibration and 4 periods for model validation. The performance of the model was evaluated based on three indicators, R2, RMSE and CP. The evaluation results of the model show the optimal performance of the model in the simulation of phosphate and nitrate parameters. According to the obtained results, the concentration of nitrates in the wetland is within the permissible limits, but it has been increasing in Dahaneh-ye-chopoghli, Mian ghaleh, Bandar-e-Gaz, Gharesu and Ismaeilsay stations. While the concentration of phosphate in all stations is more than the permissible limit. In general, the results show the deterioration of lagoon water quality. Therefore, correct management of wastewater discharge from different centers, quantitative and qualitative monitoring of wetland water, use of modeling methods in order to provide and evaluate management solutions, as well as the use of organic fertilizers as an alternative to chemical fertilizers in agricultural lands and aquaculture farms can control and not intensify the amount Phosphate and nitrate pollution in Miankala wetland.
    Keywords: Effluent, Modeling, Pollutant, Simulation, Water Quality
  • Mehrdad Khoshoei *, Hamid Reza Safavi Pages 48-61

    Today, due to climate change, we are witnessing limited water resources such as droughts and floods in all parts of the world. From the past until now, dams have been used for water storage, electricity production, and agricultural and industrial uses, which, along with their advantages, will cause environmental damage. The construction of dams will divide the basins into engineering and natural basins, and one of the approaches of this research is to explain the differences and performance of these two types of basins in terms of water resources and drought indicators. The purpose of this research is to review and evaluate the existing indicators and provide an integrated index including the influencing factors of drought, which was chosen as a case study due to the sensitive location of the Zayandeh Rood watershed in the central plateau of Iran. The imbalance between resources and consumption, especially in recent years, is considered as the main factor aggravating drought. The integrated drought index includes various factors such as meteorological and hydrological factors and is verified using agricultural factors. The results showed that in the studied natural basin, the correlation value of the index based on rainfall and evaporation and the validation index is 0.52 and 0.53, respectively, while the correlation of the bivariate index and the validation index is 0.66. In the studied engineering basin, the correlation difference varies from 0.26 and 0.41 respectively for the indices based on rainfall and evaporation to 0.91 for the bivariate index.

    Keywords: Drought, Index, natural, engineering basins, Entropy
  • Meysam Atakhorami, Somayeh Sima * Pages 62-79
    Monitoring snow cover areas and estimating the resulting snowmelt runoff in mountain areas is highly important.There are mainly two approaches to improve the performance of snowmelt runoff in rainfall-runoff models, including improvement of snow parameters through observations and modifying their snowmelt module. This study investigates the impact of these approaches on the accuracy of snowmelt runoff using the SWAT model in the mountain Basin of Zarineh River, northwest of Iran. Firstly, the snow parameters of SWAT were extracted through the MODIS daily snow cover products and the in-situ snow depth data and were replaced in the model. Secondly, the UBCWM energy balance model was substituted for the original SWAT snowmelt module, which is based on the degree-day method. Results show that the baseline SWAT model underestimates runoff at the upstream and downstream hydrometric stations. However, the performance of the model with the modified snow parameters improves at the two stations by 6% and 14% for Nash–Sutcliffe Efficiency (NSE) and 35% and 14% for Kling-Gupta Efficiency (KGE), respectively. On the contrary, using UBCWM in SWAT deteriorates the simulated runoffs at the two stations due to underestimating the peaks and overestimating the snowmelt duration. This study's findings can help achieve more accurate runoff estimations in mountain basins, especially during peak runoffs.
    Keywords: Rainfall-Runoff model, Snow cover area, UBCWM energy balance model, Snow Depletion Curve (SDC)
  • Parisa Yousefi *, Behzad Hessari, Adriana Bruggeman, Mahdi Zarghami Pages 80-94

    Currently, numerous sub-basins located in the Urmia Lake Basin (ULB) are experiencing water shortages. Gadar River basin is one of the most important basins of the ULB in which proper water allocation and management are paramount of importance. A decision support system based on a water evaluation and planning system (WEAP) could be highly beneficial in water allocation plans at the basin scale. In this research, the WEAP-MABIA model has been used to analyze and simulate water supply and demand in the three major catchments of Gadar River basin. The year 2009 was chosen as the base year of modeling, all nodes of supply and resources were created, and the rainfall-runoff model was simulated. Then, the Gauss-Levenberg-Marquardt optimization algorithm, embedded in the PEST tool, is implemented for calibration. The efficiency of the model is proved by the Nash-Sutcliffe coefficient for the calibration and validation period, which is ranged from 0.68-0.87. Ultimately, several management strategies such as a slight increase in irrigation efficiency, fallow implementation, and cultivation of low-demanded were employed to investigate the sustainability of water resources in the Gadar River basin. The results revealed that simultaneous implementation of %10 fallow along with 5% increase in irrigation efficiency could enhance the water supply reliability, compare to status que, in Oshnaviyeh, Naqadeh and Hasanlu basins %12, %19, and %11 respectively. Hence, this scenario, with decreasing the unmet demand, would play a major role to ameliorate the water shortages in the study area.

    Keywords: WEAP, MABIA, Water allocation, Gadar River Basin
  • Mojgan Ahmadi, Abbas Kaviani *, Hadi Ramezani Etedali, Alireza Tavakoli Pages 95-109

    Drought can mainly affect agriculture, especially rainfed agriculture due to its high dependence on precipitation, thereby compromising food security and social protection. In this study, the correlation between SPI and SPEI drought indices with rainfed wheat yield of 5 filds in Saqqez city during the period of 2001-2020 was investigated with neural network, random forest and support vector regression. TRMM precipitation and CRU evapotranspiration were used to calculate SPI and SPEI drought indices. The AquaCrop model was calibrated with observational data and then filds performance was simulated with the AquaCrop model for the period 2001-2020. The average yield of the filds was evaluated with the average yield of the entire Saqqez city, and the results showed that the data simulated with the model had a good correlation (R2=0.90) with the average rainfed wheat yield of Saqqez city. The results of evaluating the relationship between SPI and SPEI indices with rainfed wheat yield showed that the neural network and random forest method with a significant probability of 95% (P-value=0.0) and an explanatory coefficient of more than 0.70% and a high value of Nash Sutcliffe index And a small amount of underestimation has had a good estimate of the rainfed wheat yield and there is a significant relationship between SPI and SPEI drought indices with the rainfed wheat yield in the study area.

    Keywords: Rainfed wheat yield, Drought Indices, Random forest, Artificial Neural Network, Support Vector Machine
  • Mostafa Din Mohammadi *, Roya Abbasi Pages 110-125

    In this study, by using the technical-economic approach of virtual water and related indicators in 13 selected agricultural crops in the province of Kurdistan has been evaluated and analyzed.Water productivity is the inverse of virtual water consumption. Alfalfa had the lowest and tomatoes had the highest water productivity in crops. Walnuts and nectarines also had the lowest and highest water productivity among garden products.Crops implicitly exchange the lowest market value for water for consumption. Among these products, alfalfa has exchanged the lowest price range of water due to its special water consumption. Among crops and horticulture, potatoes and nectarines have the highest market productivity. The results showed that horticultural products have on average 9 times the market revenue of virtual water compared to agricultural products.Analysis of the relations test between the two variables of technical water efficiency and market value of virtual water consumed at the selected products in the province shows that their relationship is negative at 95% confidence level. In other words, products with more virtual water had lower prices and market value in the market. Both the lack of market value of water consumption and the amount of virtual water consumption show that the structure of the production system and cultivation pattern is not commensurate with the weight and size of water consumption of products and is even inverse.

    Keywords: Agriculture, Kurdistan province, virtual water, Water productivity
  • Reza Mostafanejad, Mohammad Hemmati, Somayeh Hejabi * Pages 126-140
    Modeling the lake water surface temperature (WST) can help to improve the simulation of the evaporation component. In this study, with the aim of simulating the WST of Lake Urmia, the one-dimensional FLake model was used for the period 2001-2021 and the results were compared with the observations obtained from MODIS images. The results showed that the north (N) and south (S) of the lake have thermodynamic differences. In both the northern and southern parts of the lake, an increasing trend (0.084 °C year-1 and 0.117 °C year-1, respectively) in water surface temperature is observed, and the slope of changes in the south of the lake is steeper than in the north of the lake. The FLake model is able to simulate WST fluctuations in a relatively good way. However, the model shows a warm bias of about 3 °C in both parts. In general, the model is less accurate in simulating the temperature of the winter days (MBE_N=4.4 °C and MBE_S=4.2 °C) than the summer days (MBE_N=1.9 °C and MBE_S=1.0 °C). The modeled stratification of the lake is of warm monomictic type, and the investigation of the thermal stratification pattern indicates an earlier start of the mixing period in the south of the lake. Also, the examination of the relationship between the changes in WST and the atmospheric characteristics showed that air temperature and air humidity explain the most variance in WST; but the increasing trend of WST is only related to the increasing trend of air temperature.
    Keywords: FLake Model, Lake Urmia, Thermal stratification, Thermocline, water surface temperature
  • Dorenaz Kabirsamadi, Alireza Shokoohi *, Hadi Modabberi Pages 141-160

    Floods in urban areas have always been associated with financial losses. While estimating the amount of flood loss for all contents of residential buildings is very important, the existing models only estimate the amount of direct damage caused to the building structure. Then, the damage caused to the movable content of the building is assessed as a percentage of the damage to the structure. Considering the inaccuracy of the existing models and because no such research has been done in Iran, in this research, determining the amount of direct loss of the contents of residential buildings, both movable and immovable, has been considered in full detail. The study was carried out in five neighborhoods with various economic levels in Rasht City, and through a questionnaire, 381 people living in the study area were evaluated and the appliances in their homes were valued at the current price. Finally, the flood depth-loss curves for all movable and immovable items were presented and the results obtained from them were compared with the results obtained from the loss functions used in other countries. The average loss calculated by the developed model was lower up to a depth of one meter and higher than the global models from this depth onwards. This indicates the need to produce loss functions caused by urban flooding at the national level. The method used in this research and the developed dimensionless loss functions are recommended for many similar urban areas in Iran.

    Keywords: Flood Loss, Direct economic loss, Depth-loss Curve, Urban residential houses, International loss models
  • Anahita Bahrami *, Reza Modarres, Saeeid Soltani, Poria Mohit Esfahani Pages 161-171
    In the present study, the variable of the time interval between the peak flood and the peak of drought in thirteen basins of Karkheh basin was investigated. Since the time interval variable from the flood peak and the peak of previous drought has a discrete nature, eight well-known discrete probability distribution functions were tested for frequency analysis. In general, the results of the research showed that in most of the studied small and fourth-degree basins, with the increase in the intensity of annual droughts, the corresponding peak flood discharges will decrease up to SPI= -1, and after that, as the droughts continue to intensify (SPI <-1), the discharges will decrease. The flood peak will increase with an exponential and quadratic pattern. While in large basins and the third level, with the intensification of drought, the peak discharges of floods will also decrease. The results of the frequency analysis determined that the probability distribution functions of DPO and NBI have the most appropriate fits to the time interval variable between the peak of flood and the peak of drought. Based on the frequency analysis, it was found that the time interval between the peak of flood and the peak of drought is approximately 6 to 8 months. The defined variable reflects the interaction and impact of two extreme events of flood and drought in a basin.
    Keywords: The distance between floods, droughts, discrete probability distribution functions, Limit events, Karkheh basin
  • Narges Azad, Azadeh Ahmadi * Pages 172-198
    General Circulation Models (GCMs) are indispensable tools for understanding future climate change. However, the utilization of GCM output data requires an evaluation of its accuracy in comparison to observational data. The aim of this study is to compare the outputs of 13 CMIP6 models with observations using two bias correction methods called Quantile Mapping and Linear Scaling, along with a Bayesian model averaging approach. To explore the future changes in temperature and precipitation variables in the Khazar basin, climate model simulations in two scenarios, SSP245 and SSP585, were chosen. The results show that the quantile mapping method, despite its better performance in modifying climate models, is inefficient at the stations where the bias is unstable over time and the correction is not done properly. Also, using the Multi Models Ensemble (MME) provides a higher level of accuracy than individual models. Although averaging models after bias correction reduces the extreme fluctuations of the time series, it has better accuracy and performance than the second method (averaging models before correction and then applying bias correction). The findings show that the average precipitation in the Khazar basin for the two scenarios, SSP585 and SSP245, is not statistically different from the observational periods and ranges from 0% to 6% for both the near-future periods (2050–2021) and the far-future periods (2080–2051). The average temperature will rise 1.67 and 3.14 (1.8 and 3.65) ℃ more than it did during the observational periods for the near-future (2050-2021) and far-future (2051-2080) periods, respectively, under the SSP245 (SSP585) scenario.
    Keywords: Precipitation &, Temperature, climate change, bias correction, Ensemble, Bayesian model averaging
  • Sharif Joorabian Shooshtari, Fatemeh Jahanishakib *, Tahereh Ardakani Pages 199-213
    Water yield is a key indicator of the performance and valuable ecosystem service that directly affects the sustainable development of the economy, human well-being, and ecosystems of the basin. Using the Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs (InVEST) model, were simulated water changes in 10 basins, in the eastern border basin of South Khorasan province under the influence of land use/land cover changes. The model was calibrated using the long-term data of flow at Efin, Khonik Olia, Mansourabad, Gezik, and Ahangaran stations. Also, the economic value of produced water service was calculated in each of the different land uses/land covers. The results showed the highest volume of produced water in the Esfadan basin with 8,126,129 cubic meters, and the lowest in Namakzar khaf Basin equal 185,590 cubic meters. The amount of produced water in the whole studied area was 14836168 cubic meters. The highest amount of produced water was in the land use of dense and semi-dense range with more than 12 million and 430 thousand cubic meters, followed by the land use of sparse range with more than 1 million and 990 thousand cubic meters. The total economic value of produced water in the eastern border basins was equal to 16115806.5 million Rials. The spatial indication of the distribution of economic values of the ecosystem, which was carried out in this research through quantification, mapping and valuation of ecosystem services, can be used as important and reliable tools for natural capital management and policy making.
    Keywords: Ecosystem Service, Water yield, Accuracy assessment, South Khorasan province
  • Nader Heydari *, Saloome Sepehri Sadeghian Pages 214-228

    The goals of irrigation modernization are mainly focused on increasing irrigation efficiency, improving water productivity, and ultimately reducing irrigation water consumption and saving scarce water resources in these countries. Meanwhile, various studies have shown that increasing irrigation efficiency and improving water productivity through the development of the use of efficient and modern irrigation systems, sometimes did not lead to real savings and reduction of agricultural water consumption as expected or vice versa, it has caused its increase. This phenomenon is called "rebound effect” of water. The concept of the rebound effect phenomenon is that with the use of efficient irrigation technologies, irrigation efficiency and water productivity increase, but part or all of the expected saved water may be offset by more water consumption. The effective factors and reasons for the rebound effect phenomenon are mainly: the increase in the irrigated area following the reduction of water consumption, the increase in evapotranspiration due to the change in the cropping pattern and increased crop yield, reduction in the quantity and quality of return flows due to increased irrigation efficiency, deficit irrigation to provide enough water for the increased cultivated area. In general, there is a need to mainstream the literature on the subject and following determining the extent of rebound effect and the necessary analysis, relevant hints to the policy makers and those responsible for the development of new irrigation technologies should be given to adopt a suitable policy and to take actions to implement technical, economic-social and political solutions.

    Keywords: cropping pattern, Evapotranspiration, Irrigation modernization, Rebound effect