فهرست مطالب

مجله مهندسی و مدیریت آبخیز
سال شانزدهم شماره 1 (بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • امید اسدی نلیوان*، مجید رحمانی، فرزانه وکیلی تجره، اصغر بیات صفحات 1-15
    مقدمه

    شناخت نواحی مستعد وقوع زمین لغزش و خطرات ناشی از آن، یکی از اقدامات اولیه در مدیریت منابع طبیعی و برنامه ریزی های توسعه ای و عمرانی است. با توجه به تلفات جانی، خسارات مالی و تاثیرات محیط زیستی، زمین لغزش یکی از مهم ترین بلایای طبیعی در جهان و به ویژه در ایران بوده است که هر ساله نقش به سزایی در تخریب جاده های ارتباطی، تخریب مراتع، باغ ها، مناطق مسکونی، ایجاد فرسایش و تولید حجم بالای رسوب در حوزه های آبخیز کشور دارد. این مسایل منجر به استفاده از مدل های داده کاوی در مطالعات زمین شناسی و ژئوتکنیک شده است. در سال های اخیر، بهره گیری از سامانه اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور، همراه با روش های یادگیری ماشینی گامی نو در پهنه بندی وقوع زمین لغزش ایجاد کرده است و نقشه های حساسیت وقوع زمین لغزش با دقت مناسب و قابل قبولی تهیه می شوند. حوزه آبخیز سد کرج، به دلیل شرایط کوهستانی و پرباران و ساخت وسازهای فراوان به دلیل شرایط آب و هوایی مناسب و جاده سازی های غیراصولی از جمله مناطق مستعد وقوع زمین لغزش است. هدف از این پژوهش، اولویت بندی عوامل موثر بر زمین لغزش با استفاده از مدل بیشینه آنتروپی (مدل MaxEnt) و تعیین مناطق دارای پتانسیل حساسیت زمین لغزش است.

    مواد و روش ها

    حوزه آبخیز سد کرج، در شرق استان البرز و بین مختصات جغرافیایی بین 35 درجه و 51 دقیقه تا 36 درجه و 13 دقیقه عرض شمالی و 51 درجه و 5 دقیقه تا 51 درجه و 35 دقیقه طول شرقی، واقع شده است. بیشترین و کمترین مقدار بارندگی متوسط سالانه به ترتیب در معادل 1099 و 608 میلی متر محاسبه شده است. در پژوهش حاضر، برای تعیین مناطق دارای حساسیت زمین لغزش از 11 عامل موثر بر پتانسیل زمین لغزش منطقه شامل ارتفاع، شیب، جهت شیب، فاصله از آبراهه، سنگ شناسی، بارندگی، کاربری اراضی، شاخص رطوبت توپوگرافی، انحنا سطح، فاصله از آبراهه و فاصله از جاده انتخاب و آزمون هم خطی عوامل با آزمون عامل تورم واریانس (VIF) در نرم افزار SPSS بررسی شد. از مجموع 477 زمین لغزش، به صورت تصادفی، 70 درصد به عنوان داده های آزمون (334 نقطه) و 30 درصد به عنوان داده های اعتبارسنجی (143 نقطه) طبقه بندی شدند. در این پژوهش، از مدل بیشینه آنتروپی استفاده شده است. برای تعیین مهم ترین پارامترها از نمودار جکنایف و از منحنی تشخیص عملکرد نسبی (ROC) برای قدرت پیش بینی مدل استفاده شد. نقاط زمین لغزش حوضه مورد مطالعه از بانک اطلاعاتی اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان البرز و بازدیدهای میدانی تهیه شده است.

    نتایج و بحث:

    نتایج نشان داد که هم خطی بین عوامل مورد استفاده وجود ندارد. بر اساس نمودار جکنایف لایه های بارندگی، فاصله از جاده، لیتولوژی و کاربری اراضی، به ترتیب مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر وقوع زمین لغزش در منطقه مورد مطالعه بودند. منحنی تشخیص عملکرد نسبی، نشان دهنده دقت 90 درصد (عالی) روش بیشینه آنتروپی در مرحله آموزش و 83 درصد (خیلی خوب) در مرحله اعتبارسنجی بود. بر اساس نقشه نهایی حساسیت زمین لغزش بیش از 35 درصد از پهنه حوضه مورد مطالعه دارای پتانسیل حساسیت زمین لغزش زیاد و خیلی زیاد است.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج به دست آمده می توان گفت که مدل MaxEnt، توانایی بالایی در تعیین مناطق دارای حساسیت زمین لغزش دارد و با توجه به سرعت و دقت بالای مدل پیشنهاد می شود که در تحقیقات مشابه به خصوص در کشورهای در حال توسعه به دلیل کمبود امکانات و منابع مالی و همچنین، زمان بر بودن شناسایی مناطق دارای حساسیت زمین لغزش مورد استفاده قرار بگیرد. علاوه بر عوامل طبیعی برخی عوامل انسانی نظیر جاده سازی، نقش مهمی بر وقوع زمین لغزش دارد که برای کاهش نسبی خطرات لازم است از تغییر اکوسیستم به عنوان محرک بلایای طبیعی اجتناب کرد. به طور کلی، می توان بیان کرد که حوزه آبخیز سد کرج دارای پتانسیل حساسیت زمین لغزش بالایی است که بیشتر مناطق دارای حساسیت در نزدیکی جاده ها واقع شده اند و به دلیل اینکه در این مناطق دخالت های انسانی فراوانی صورت گرفته است، حساسیت زمین لغزش افزایش پیدا کرده است. ترکیب سامانه اطلاعات جغرافیایی با روش بیشینه آنتروپی به منظور تعیین مناطق دارای حساسیت زمین لغزش مخصوصا در کشورهای در حال توسعه مثل ایران که دسترسی به اطلاعات و داده های زمین لغزش با محدودیت زمان و هزینه مواجه هستند، پیشنهاد می شود. نتایج این پژوهش در تصمیم گیری و آمایش سرزمین استانی و همچنین برنامه ریزی شهری قابل استفاده خواهد بود و نقش به سزایی در پیشگیری و کاهش خسارات ناشی از وقوع زمین لغزش خواهد داشت.

    کلیدواژگان: حداکثر آنتروپی، حرکت توده ای، سد امیرکبیر، عملکرد نسبی، یادگیری ماشینی
  • حمزه نور*، محمود عرب خدری، یحیی پرویزی صفحات 16-32
    مقدمه

    اجرای اقدامات آبخیزداری در ایران، به منظور کاهش خسارات ناشی از استفاده نامناسب انسان از منابع طبیعی از سال ها پیش آغاز شده است و اکنون نیز ادامه دارد. برای برنامه ریزی های آتی طرح های اجرایی آبخیزداری، ارزیابی عملکرد اقدامات گذشته، امری ضروری است. در این راستا، حوزه های آبخیز زوجی با توجه به نحوه اجرای اقدامات آبخیزداری در آن ها و همچنین، وجود تجهیزات اندازه گیری هدررفت خاک، رواناب و رسوبدهی در مقیاس دامنه و حوزه آبخیز، کمک زیادی در ارزیابی اثرات اقدامات آبخیزداری می نمایند.

    مواد و روش ها

    حوضه زوجی کاخک، با مساحت 217 هکتار در فاصله 300 کیلومتری از شهر مشهد و 35 کیلومتری جنوب غربی شهر گناباد واقع شده است. حوضه زوجی کاخک از دو زیرحوضه شاهد و نمونه تشکیل شده است. در حوضه نمونه، مجموعه ای از اقدامات بیولوژیک و سازه ای اجرا شده است، در حالی که زیرحوضه شاهد طبق عرف منطقه مورد بهره برداری قرار می گیرد. در این پژوهش، تاثیر اقدامات مختلف آبخیزداری بر وضعیت هدررفت خاک، رسوبدهی و هیدرولوژی در حوضه زوجی کاخک گناباد مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور، داده های ثبت شده رسوب معلق و دبی در مقیاس حوضه و همچنین، داده های هدررفت خاک (به وسیله کرت استاندارد و میخ فرسایشی) و تولید رواناب (کرت های استاندارد) در مقیاس دامنه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.

    نتایج و بحث:

    نتایج بررسی های صورت گرفته در مقیاس کرت نشان داد که متوسط سالانه هدررفت خاک دو زیرحوضه نمونه و شاهد به ترتیب 0.05 و 0.27 تن بر هکتار در سال است. این نتایج دلالت بر آن دارد که میزان هدررفت خاک در زیرحوضه شاهد 536 درصد بیشتر از زیرحوضه نمونه است. میزان تولید رواناب در مقیاس کرت نیز در زیرحوضه شاهد 138 درصد بیشتر از زیرحوضه نمونه محاسبه شد. در مقیاس حوضه ای نیز نتایج نشان داد که مقدار کل رسوب معلق خروجی از حوضه های شاهد و نمونه طی دوره مورد بررسی به ترتیب 379 و 85 تن است، که نشان دهنده متوسط رسوب دهی ویژه 0.4 و 0.1 تن در هکتار، به ترتیب در حوضه های شاهد و نمونه است. حجم رواناب نیز در زیرحوضه شاهد 1.3 برابر زیرحوضه نمونه ثبت شده است. در نهایت، بررسی زمان شروع رواناب نیز نشان داد که در زیرحوضه نمونه، به طور متوسط رواناب 132 دقیقه دیرتر از زیرحوضه شاهد به خروجی حوضه می رسد. از سوی دیگر، با وجود تفاوت زیرحوضه های نمونه و شاهد در هدررفت خاک، تولید رواناب و رسوبدهی، نقش وقایع حداکثری در فرسایش خاک و تولید رواناب هر دو زیرحوضه بسیار چشم گیر است. به طوری که یک تا سه واقعه فرساینده در هر دو زیرحوضه مورد مطالعه، مسئول بیش از 80 درصد هدررفت خاک در دامنه ها و تولید رواناب و رسوب دهی حوضه ها هستند.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد که در مجموع حدود 136 هزار متر مکعب ذخیره رواناب و 294 تن کنترل رسوب معلق، در اثر عملیات آبخیزداری در زیرحوضه نمونه صورت پدیرفته است. بنابراین، می توان بیان کرد که اقدامات آبخیزداری انجام شده در زیرحوضه نمونه، باعث کاهش فرسایش خاک و تولید رواناب در سطح دامنه ها نسبت به زیرحوضه شاهد شده است. این عمل از طریق افزایش پوشش گیاهی، افزایش زبری سطح زمین، کاهش توان حمل جریان و ترسیب مواد در حال حمل صورت گرفته است. در ادامه، جریان از دامنه ها وارد آبراهه شده و به وسیله سازه های آبخیزداری، جریان رواناب نگه داشته شده و در نتیجه، میزان رسوبدهی و حجم رواناب زیرحوضه نمونه کمتر از زیرحوضه شاهد است.

    کلیدواژگان: اثربخشی، اقدامات سازه ای، حفاظت آب و خاک، حوضه آزمایشی، رسوب معلق
  • رحیم کاظمی، باقر قرمز چشمه*، رضا بیات صفحات 33-49
    مقدمه

    پژوهش در خصوص جریان کم، نه فقط از نقطه نظر بنیادی، بلکه به لحاظ مدیریت پایدار منابع آب، حایز اهمیت است که مدیریت بهینه منابع آب، یکی از حیاتی ترین چالش های قرن بیست و یکم است و به دلیل رشد جمعیت و تغییرات اقلیمی، تامین آب در آینده، احتمالا به منابع آب پایدار وابسته خواهد بود. سازمان جهانی هواشناسی، جریان کم را به عنوان جریانی از آب رودخانه که در دوره خشک آب و هوایی تداوم دارد، معرفی می کند. جریان کم، از تغییرات اقلیم، توپوگرافی، زمین شناسی، خاک و فعالیت های انسانی تاثیر می پذیرد. موقعیت جغرافیایی و شرایط اقلیمی حاکم بر کشور ایران، موجب شرایط کمبود بارش و کم آبی است. بنابراین، شناخت و تحلیل منابع آب پایدار، جز اصلی مدیریت منابع آب سطحی در ایران است. این پژوهش، با هدف بررسی ویژگی های نشریات علمی در خصوص تحقیقات جریان کم در ایران و جهان و ارائه چشم اندازی از وضعیت موجود و جهت گیری تحقیقات آتی انجام شده است. هدف از این پژوهش، بررسی روند انتشارات پژوهش های مرتبط با جریان کم در ایران و جهان، شناسایی حوزه های پژوهش و تعیین حوزه های کمتر توجه شده و مغفول مانده در پژوهش های داخل کشور، بر اساس پایگاه داده Science Direct از سال 1999 تا 2022، همچنین، داده های پایگاه داده مرکز اطلاعات علمی جهاد دانشگاهی و پژوهشگاه علوم و فناوری اطلاعات ایران است.

    مواد و روش ها

    تعداد 22875 مورد از داده های انتشارات مرتبط با جریان کم در موضوعات علوم محیطی، کشاورزی و علوم زیستی در دوره زمانی 1999 تا 2022 از پایگاه داده Science Direct و شاخص SJR از پایگاه https://www.scimagojr.com و همچنین، داده های پایگاه داده مرکز اطلاعات علمی جهاد دانشگاه (SID) و پژوهشگاه علوم و فناوری اطلاعات ایران (IranDoc) دریافت شد و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. تکنیک های کتاب سنجی شامل تحلیل استنادی با تاکید بر استناد کل، ضریب تاثیر پنج ساله، طبقه بندی JCR، دوره پوشش و شاخص h-index بر اساس پایگاه داده Science Direct و شاخص SJR، انجام شد. فروانی و روند رشد انتشارات بین المللی مرتبط با جریان کم از ایران، توزیع موضوعی دسته بندی های مربوط به جریان کم مجلات اصلی، فراوانی مقاله های مرتبط با جریان کم در خاورمیانه و کشورهای اطراف ایران، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

    نتایج و بحث:

    نتایج نشان داد که روند کلی نشریات علمی جهانی در تحقیقات جریان کم با شیب مثبت و نرخ رشد 52/1 درصد، بوده است. همچنین، روند نشریات بین المللی از مبدا ایران با ضریب تعیین 0.94 و نرخ رشد 1.60 درصد، دارای شیب مثبت بوده است. نتایج طبقه بندی موضوعی نشریات در سطح جهانی نشان داد که بیشترین انتشارات با 75/85 درصد، مربوط به مقاله های پژوهشی و کمترین میزان به مقاله های کنفرانسی و سرمقاله ها تعلق دارد. مقاله های بین المللی از منشا ایران با 90.04 درصد، در رتبه اول انتشارات جریان کم قرار گرفتند که نسبت به مقاله های جهانی سهم بیشتری از کل مقاله ها را به خود اختصاص دادند. نتایج تحلیل مهم ترین واژه های کلیدی مرتبط با جریان کم نشان داد که بیش از 72 درصد از عناوین مقاله ها و پایان نامه ها به واژه های کلیدی "جریان پایه" و "منحنی تداوم جریان" اختصاص دارد.

    نتیجه گیری

    با جمع بندی و تحلیل منحنی رشد نشریات می توان نتیجه گرفت که مجموع انتشارات بین المللی مرتبط با جریان کم با خط برازش تئوری مطابقت دارد و نشان دهنده تناسب پتانسیل تحقیقات جریان کم در جهان با مقدار واقعی است. نتیجه کلی تحلیل نشریات بین المللی از مبدا ایران، پتانسیل زیادی برای پژوهش در رابطه با جریان کم در ایران را نشان می دهد و حاکی از تغییر توجه جامعه علمی ایران به انتشار مقاله ها با موضوع جریان کم در سطح بین المللی است.

    کلیدواژگان: جریان پایه، جریان حداقل، منابع آب، منحنی تداوم جریان، نرخ رشد
  • علیرضا قائمی، مهدی اژدری مقدم*، سارینا کیخا صفحات 50-63
    مقدمه

    رودخانه ها، به عنوان منابع حیاتی طبیعت و پایه های اصلی توسعه پایدار شناخته می شوند. لذا، کمیت و کیفیت آب رودخانه ها جز پارامترهای ارزشمند محسوب می شوند. افزایش فعالیت های کشاورزی و صنعتی، باعث کاهش کیفیت منابع آب در بسیاری از نقاط شده است. تخلیه فاضلاب، زباله و کودهای شیمیایی در روستاهای حاشیه رودخانه ها از مهم ترین منابع آلودگی کیفیت آب به شمار می رود. حجم ورود پساب های شهری و کشاورزی به این رودخانه، باعث افزایش مقادیر آلاینده ها شده، به طوری که در بازه سال های 1372 تا انتهای سال 1396، میانگین آلاینده های موجود در ایستگاه ورند برای سه آلاینده مواد جامد محلول، کلر و سدیم به ترتیب برابر 507.49، 2.16 و 2.47 بوده است. بنابراین، برآورد دقیق پارامترهای کیفیت آب، یک نیاز اساسی برای مدیریت کیفیت آب، سلامت انسان، مصرف عمومی و مصارف خانگی است.

    مواد و روش ها

    حوضه تجن، با مساحتی در حدود 4147.22 کیلومتر مربع دارای میانگین دبی رودخانه و بارندگی سالانه به ترتیب 20 متر مکعب بر ثانیه و 539 میلی متر است. بیشترین و کمترین ارتفاع حوضه، به ترتیب 3728 و 26 متر گزارش شده است. فعالیت های مختلفی نظیر کشاورزی و سدسازی در این رودخانه صورت می گیرد. در این پژوهش، از تلفیق دو مدل برنامه نویسی بیان ژن (GEP) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، با یکی از الگوریتم پیش پردازش داده به نام EMD برای تخمین یکی از پارامتر مهم کیفیت آب به نام مواد جامد محلول (TDS) استفاده شد. بدین منظور، در این پژوهش، برای مدلسازی و برآورد مقادیر مواد جامد محلول از چندین داده کیفی شامل سدیم، کلسیم، منیزیم، سولفات بی کربنات، سولفوریک اسید و کلر که در بازه سال های 1372 تا انتهای سال 1396 در ایستگاه ورند اندازه گیری شده، استفاده شد.

    نتایج و بحث:

    در ابتدا، نتایج حاصل از داده های مشاهداتی در طول مدت نمونه برداری نشان دادند که مقادیر TDS در حدود 80 درصد از نمونه ها در بازه 300 تا 600 میلی گرم بر لیتر بوده که بیانگر کیفیت خوب آب این رودخانه بوده است. برای مقایسه عملکرد مدل های مستقل و ترکیبی برای تخمین پارامترهای کیفی رودخانه در مراحل آموزش و آزمون، شاخص های آماری ضریب همبستگی (R)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین انحراف خطا  (MBE)، ضریب نش (NSE)، تابع هدف (OBJ) و نسبت RSD، استفاده شدند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که مدل ترکیبی حاصل از برنامه نویسی بیان ژن و تجزیه مود تجربی (EMD-GEP) توانست با کمترین خطا (0.23=RSD و 24.41=RMSE) عملکرد بالاتری را در مقایسه با سایر مدل ها مانند مدل GEP (0.44 =RSD و RMSE=47.27) در تخمین این پارامتر کیفی آب داشته باشد. علاوه بر این، مدل ترکیبی حاصل از شبکه عصبی مصنوعی و تجزیه مود تجربی (EMD-ANN) با 36.64 =RMSE و 0.95=R بعد از EMD-GEP، در رتبه دوم قرار گرفت. مطابق نتایج حاصل از تابع هدف برای هریک از مدل ها، مدل EMD-GEP دارای مقادیر تابع هدف کمتری (15.92=OBJ) نسبت به سایر مدل ها در مدلسازی مواد جامد محلول است. درحالی که، بیشترین مقدار تابع هدف (29.34=OBJ) متعلق به مدلGEP  است.

    نتیجه گیری

    به منظور، تخمین مواد جامد محلول در رودخانه تجن، از روش های ANN و GEP در این پژوهش استفاده شد. سپس، برای تقویت برآوردها از الگوریتم های تجزیه مود تجربی برای پیش پردازش داده های سری زمانی استفاده شد. نتایج به دست آمده از مدل های هوشمند تلفیقی با استفاده از شاخص های آماری خطا، مانند ضریب همبستگی، ریشه میانگین مربعات خطا، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که روش EMD، باعث تقویت مدل های  ANN و GEP، در راستای تخمین این پارامتر کیفی آب در ایستگاه ورند شده اند. به طوری که مدل های ترکیبی حاصل از GEP و ANN توانست 48.35 درصد و 14.02 درصد خطای RMSE را به ترتیب در مقایسه با دو مدل مستقل GEP و ANN کاهش دهد.

    کلیدواژگان: الگوریتم های پیش پردازش داده ها، برنامه نویسی بیان ژن، شبکه عصبی مصنوعی، رودخانه تجن
  • طاهر فرهادی نژاد*، ایرج ویس کرمی، مهران زند صفحات 64-81
    مقدمه

    خشکسالی، می تواند اثرات منفی جدی بر کیفیت آب مورد نیاز برای کشاورزی آبی داشته باشد. سازندهای زمین شناسی منطقه باعث افزایش غلظت عناصر جزیی و کمیاب سمی در آب ها می شود و از طرف دیگر، فعالیت های انسان منجر به آلودگی آب در مناطق مجاور می شود. در این پژوهش، به بررسی اثر خشکسالی بر کیفیت آب های سطحی، اثر عوامل مختلف از جمله سازندهای زمین شناسی و کاهش یا افزایش بارندگی و دمای هوا بر کیفیت منابع آب، چگونگی تغییرات کیفی آب، تعیین محدودیت های مصرف آب در بخش شرب و کشاورزی پرداخته شود. 

    مواد و روش ها

    حوضه رودخانه تیره، با مساحت 3243.6 کیلومتر مربع به عنوان یکی از زیرحوضه های رودخانه دز و زیرمجموعه ای از حوضه کارون محسوب می شود. برای بررسی تاثیر خشکسالی بر کیفیت منابع آب سطحی، ابتدا شاخص های بارندگی استاندارد (SPI)، شاخص استاندارد جریان های رودخانه ای (SSI) و شاخص دهک ها (DI) محاسبه شد و سپس روابط آن ها با عناصر و ترکیبات هدایت الکتریکی (EC)، کل جامدات محلول (TDS)، pH و آنیون های کلر (Cl-)، سولفات (SO42-) ، بی کربنات (HCO3-)، کاتیون های سدیم (Na)، کلسیم (Ca) و منیزیم (Mg) مورد بررسی قرار گرفت. برای ترسیم الگوی خشکسالی ها سه ایستگاه هیدرومتری تنگ محمد حاجی (بالادست)، رحیم آباد سیلاخور (میانه) و ایستگاه تیره-درود (خروجی) مورد بررسی قرار گرفته اند.

    نتایج و بحث:

    نتایج نشان داد که شدیدترین خشکسالی های هیدرولوژیک با تداوم دو ساله و کمینه SSI به مقدار 1.23- در ایستگاه تنگ محمد حاجی در سال های آبی 87 و 88 و ایستگاه تیره-درود با تداوم چهار ساله (1.19-) و ایستگاه رحیم آباد سیلاخور با تداوم سه ساله (1.16-) برای سال های آبی 91، 92، 93 و 94 رخ داده است. بررسی داده های دبی و بارش زیرحوضه های تیره نشان داد که بین دبی و بارش (SPI و SSI) ایستگاه های تنگ محمدحاجی و رحیم آباد دارای همبستگی متوسط مثبت در سطح معنی داری 0.05 بوده (0.526 =R2). بررسی روابط دبی سالانه و پارامترهای کیفیت آب نشان داد که برای بیشتر پارامترها مثل TDS، هدایت الکتریکی، کلر و مجموع آنیون ها و کاتیون ها همبستگی منفی بوده، به طوری که بیشینه تمرکز غلظت پارامترهای کیفیت در خشکسالی ها رخ داده است. در ایستگاه تنگ محمدحاجی بیشترین درصد تغییرات مربوط به سدیم و کلر به ترتیب با 62.55 و 39.70 درصد در سال های خشک نسبت به میانگین بلندمدت است. نتایج این پژوهش نشان داد که در ایستگاه های مورد بررسی در حوضه رودخانه تیره، درصد تغییرات مربوط به کلسیم، منیزیم و سدیم و آنیون های کربنات و کلر در سال های خشک نسبت به میانگین بلندمدت افزایش پیدا کرده است. همه ایستگاه های حوضه تیره دوره خشکسالی هیدرولوژیک نسبتا خشک (0.84- تا 1.28-) را گذرانده، هیچ کدام متحمل خشکسالی هیدرولوژیک شدید نشده اند.

    نتیجه گیری

    بررسی داده های دبی و بارش زیرحوضه های تیره نشان می دهد که بین دبی و بارش (SPI و  SSI) ایستگاه تنگ محمد حاجی که یک زیرحوضه بالادستی تیره است، دارای همبستگی متوسط مثبت در سطح معنی داری 0.05 بوده، در ایستگاه رحیم آباد که در میانه حوضه تیره قرار دارد، نیز از نظر پیرسون در سطح معنی داری 0.05 دارای همبستگی است. در ایستگاه خروجی حوضه تیره بین متغیرهای دبی و بارش همبستگی معنی دار مشاهده نمی شود که می تواند ناشی از بارش برف و ماندگاری برف در ارتفاعات از سال آبی قبل، احداث سد مروک در بالادست حوضه و همچنین آب گیری تالاب بیشه دالان سیلاخور در خشکسالی ها و برداشت فراوان آب از رودخانه تیره برای کشاورزی باشد. حوضه بالادست ایستگاه تنگ محمدحاجی کاملا آهکی بوده که باعث تغییر در پارامترهای کلسیم، TDS، EC و غیره شده است. در ایستگاه رحیم آباد سیلاخور و خروجی تیره نیمی از مساحت حوضه اختصاص به سنگ های نفوذی مثل گرانیت و گرانودیوریت که باعث افزایش پتاسیم و کلسیم می شود. در ایستگاه های مورد بررسی در حوضه رودخانه تیره درصد تغییرات مربوط به کلسیم، منیزیم و سدیم و آنیون های کربنات و کلر در سال های خشک نسبت به میانگین بلندمدت افزایش پیدا کرده است. به طور کلی، می توان نتیجه گیری کرد که خشکسالی می تواند اثرات منفی بر پارامترهای کیفی آب در حوضه رودخانه تیره داشته باشد.

    کلیدواژگان: آزمون همبستگی، حوضه رودخانه کارون، DI، SPI و SSI
  • صفت اله رحمانی*، محمد مظهری، جعفر طهماسبی صفحات 82-97
    مقدمه

    استحصال و مهار نزولات آسمانی طغیان گر، به منظور جلوگیری از سیل و خسارت های ناشی از آن و همچنین، جلوگیری از فرسایش خاک، به عنوان منابع پایه تولید و محیط زیست، امری اجتناب ناپذیر است. در بیشتر کشورهای جهان، اعم از توسعه یافته و در حال توسعه و همچنین توسعه نیافته، تحقیقات کاربردی و توسعه ای در بخش های مختلف اقتصادی و اجتماعی، از جمله بخش کشاورزی و منابع طبیعی، دارای حایز اهمیت بالایی است، به طوری که در هر مکان و در هر زمان، طرح و پروژه های اجرایی که بر مبنای نتایج حاصل از پژوهش بوده، موفقیت بیشتر و قابل اطمینان و پایدارتر بوده است. برای اجرای پروژه های اجرایی بر مبنای نتایج حاصل از تحقیقات انجام شده، طی سالیان گذشته بر اساس اهداف از پیش تعیین شده، منابع مالی و امکانات نسبتا مناسبی در بخش کشاورزی و منابع طبیعی، از جمله بخش آبخیزداری، در نظر گرفته و هزینه شده است. با این وجود، توجیه پذیر بودن آن از نظر اقتصادی و اجتماعی، همواره با بحث های فراوانی از سوی موافقان و مخالفان همراه بوده است. با این رویکرد، این پژوهش با هدف ارزیابی اثربخشی عملیات و پروژه های آبخیزداری اجرا شده کاربردی شامل پخش سیلاب، سامانه سطوح آبگیر باران، سد زیرزمینی و تیمارهای مختلف حفاظت خاک، در حوزه آبخیز چنداب استان تهران، بر اساس نتایج حاصل از تحقیقات گذشته، انجام شده است.

    مواد و روش ها

    برای بررسی این موضوع، نتایج طرح ها و پروژه های شاخص تحقیقاتی و اجرایی آبخیزداری که مبتنی بر رفع مشکلات و مسایل حاکم بر حوضه مورد مطالعه بوده است و با هدف کنترل رواناب و فرسایش خاک، بهبود وضعیت پوشش گیاهی و در نهایت، بهبود وضعیت اقتصادی و اجتماعی آبخیزنشینان در منطقه عملیاتی و اجرا شده است، شناسایی و اثربخشی آن ها در نیل به اهداف تعیین شده آبخیزداری، از نظر اقتصادی و اجتماعی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. این پژوهش، از نوع پیمایشی و توصیفی بوده، داده های مورد نیاز پژوهش به صورت میدانی و با تکمیل پرسشنامه از ساکنین و ذی نفعان حوزه آبخیز مورد مطالعه و همچنین، با بررسی گزارشات مالی برای هزینه های انجام شده، جمع آوری شد. قبل از تکمیل پرسشنامه، سنجش اعتبار و روایی آن با استفاده از ضریب آلفای کرونباخ انجام شد. ضریب آلفای برآورد شده، 0.87 بود که نشان دهنده یکپارچگی و هماهنگی در چارچوب پرسشنامه است. سپس، ارزش کنونی هزینه و درآمد در طی دوره زمانی مورد بررسی، برآورد شد. روش منفعت -هزینه (B/C) ، نرخ بازدهی و سود و همچنین سطح رضایت مندی و شاخص کارایی برآورد و اقتصادی تجزیه و تحلیل شده است.

    نتایج و بحث:

    نتایج پژوهش نشان داد که کشاورزان و روستاییان ساکن در حوزه آبخیز مورد مطالعه، از اجرای پروژه های سد زیرزمینی و سامانه های پخش سیلاب بر آبخوان اجرا شده، رضایت کامل دارند و اجرای این پروژه ها در وضعیت حوزه آبخیز به لحاظ بهبود پوشش گیاهی، کنترل سیلاب، توسعه سطح زراعت، دامداری و بهبود درآمد و معیشت روستاییان اثرات مثبت قابل توجهی داشته است. پروژه های منتخب به اجرا در آمده، از نظر اقتصادی و اجتماعی اثربخش بوده است و دارای توجیه اقتصادی و اجتماعی هستند. به طوری که نسبت فایده به هزینه، 1.85 واحد و شاخص کارایی اقتصادی، 0.85 واحد برآورد شده است.

    نتیجه گیری

    نتایج حاصل از پژوهش نشان می دهد که پروژه های آبخیزداری اجرا شده در حوضه مورد مطالعه، از نظر اقتصادی و اجتماعی اثربخش است. از نظر اجتماعی نیز بیشتر بهره برداران ساکن در حوضه مورد مطالعه، از اجرای پروژه های آبخیزداری رضایت کامل دارند. با توجه به توجیه پذیر بودن پروژه های آبخیزداری از نظر اقتصادی و اجتماعی، توصیه می شود، اجرای عملیات آبخیزداری در این حوضه و دیگر حوزه های آبخیز توسعه یابد. به منظور بهره مندی مردم محلی از دستاوردهای این طرح ها و همچنین، رضایت افراد محلی از پروژه های سابق، پیشنهاد می شود این طرح ها در محدوده اراضی بهره برداران انجام شود تا مشارکت حداکثری بهره برداران محقق شود و امکان واگذاری نگهداری از عملیات آبخیزداری انجام شده در حوزه های آبخیز با ساز و کار مشخص و تعریف شده، به مردم و بهره برداران محل فراهم شود.

    کلیدواژگان: اقتصاد آبخیزداری، حوزه آبخیز، کارایی اقتصادی، منفعت به هزینه
  • مهین کله هوئی، رئوف مصطفی زاده، اباذر اسمعلی عوری، فردین رحمانی ننه کران، علیرضا فاضلی، نازیلا علائی، زینب حزباوی* صفحات 98-116
    مقدمه

    سامانه بارشی در بخش عمده ای از سرزمین ایران، از نوع مدیترانه ای است که در آن میزان ریزش های جوی در دوره رویش گیاهان کم است. علاوه بر این، وقوع بارش در دوره غیررویشی و یا اوایل دوره رویشی که گیاهان هنوز سطح زمین را به خوبی نپوشانده اند، از دلایل مهم فرسایش آبی در ایران است. از آنجایی که پوشش گیاهی نقش ویژه ای در مهار فرسایش خاک و نگهداشت رواناب دارد، هرگونه تغییر در ساختار و الگوی آن که بیان گر الگو و عملکرد سیمای سرزمین است، می تواند اثر قابل توجهی در تغییر فرایندهای هیدرولوژیکی داشته باشد. لذا، ارزیابی از هدررفت آب و خاک و کمی سازی ارتباط آن با سنجه های سیمای سرزمین، اطلاعات کلیدی به منظور توسعه راهبردهای مدیریتی کیفیت آب و خاک فراهم می کند.

    مواد و روش ها

    پژوهش حاضر با هدف بررسی تغییرات مولفه های هیدرولوژیکی در ارتباط با سنجه های سیمای سرزمین در مقیاس کرت های صحرایی دو متر مربعی و با استفاده از باران شبیه سازی شده در شدت 32 میلی متر بر ساعت، در بخشی از مراتع شهرستان اردبیل انجام شد. در ابتدا، با در نظر گرفتن نوع و درصد پوشش گیاهی به عنوان متغیر اصلی، هشت گروه از ترکیب پوشش گیاهی به همراه یک گروه بدون پوشش گیاهی (شاهد) با سه تکرار در نظر گرفته شد. ترکیب و درصد پوشش گیاهی از گروه اول تا هشتم به ترتیب شامل غالبیت گرامینه با ارتفاع کم (45)، ترکیب بوته ای متراکم با گرامینه (43)، بوته ای با ارتفاع کم و پراکنش متوسط (37)، بوته ای پراکنده با ارتفاع عمدتا کم و متوسط (31)، ترکیب بوته ای پراکنده با گرامینه (56)، بوته ای متراکم در بالادست (54)، بوته ای با ارتفاع کم و پراکنش بسیار کم (15) و بوته ای متراکم با پوشش تقریبا یکنواخت (56) بوده است. پس از اندازه گیری رواناب و رسوب در خروجی کرت ها، مولفه های هیدرولوژیکی مختلف محاسبه شدند. سپس، کرت های دارای نه ترکیب مختلف از پوشش گیاهی در سه تکرار قبل و پس از شبیه سازی باران، تصویر برداری شدند. پس از انتقال تصاویر تهیه شده از کرت ها به محیط Arc/Map 10.8، نه سنجه مهم سیمای سرزمین محاسبه شد.

    نتایج و بحث:

    تغییرات میانگین سنجه های تراکم لکه (26.90-4.43)، شاخص بزرگ ترین لکه (86.75-54.16)، تراکم حاشیه (107.38-17.12)، شاخص شکل سیمای سرزمین (4.47-1.50)، میانگین اندازه لکه (37.46-4.16)، میانگین فاصله نزدیک ترین همسایه اقلیدسی (1.65-0.00)، شاخص گسستگی سیما (2.31-0.19)، میانگین شاخص شکل لکه (22.85-1.24) و اندازه شبکه تاثیرگذار (43.96-15.80)، نشان دهنده تاثیرپذیری متفاوت آن ها از درصد و ترکیب مختلف پوشش گیاهی بوده است. تحلیل ماتریس همبستگی اسپیرمن، ارتباط غیرمعنی داری (r<0.26 و p-value>0.10) بین مقادیر میانگین هدررفت خاک، حجم رواناب، ضریب رواناب و غلظت رسوب با سنجه های سیمای سرزمین نشان داد. کوچک بودن مقیاس کرت های مورد بررسی، عدم تنوع زیاد در ترکیب پوشش گیاهی و یکنواختی از نظر ارتفاع پوشش گیاهی را می توان از دلایل عدم همبستگی ذکر کرد. در حالت کلی، گروه هایی که مقادیر پوشش گیاهی بالای 50 درصد داشتند، از وضعیت بهتری از نظر LPI، AREA_MN و MESH برخوردار بودند که نشان دهنده پیوستگی بیشتر و تخریب کمتر است. افزایش پوشش گیاهی و ناهمگنی مکانی بالای سیمای سرزمین می تواند مسیر انتقال رسوب را تغییر داده، اتصال رسوب را کاهش داده است و منجر به کاهش رسوبگذاری شود.

    نتیجه گیری

    نتایج به دست آمده، در تبیین مرجع مناسب به منظور بهینه سازی اقدامات حفاظت آب و خاک در مقیاس حوزه آبخیز کاربرد دارند. هر چند، پیشنهاد می شود که پژوهش های مشابه و جامع تر در مقیاس های مختلف از کرت های فرسایشی و نیز حتی در مقیاس دامنه صورت بگیرد تا با در نظر گرفتن طیف وسیعی از شرایط پوشش گیاهی، توپوگرافی، اقلیمی و نیز رگبارهای متوالی، امکان مقایسه نتایج، انتخاب بهینه مقیاس مطالعاتی و در نهایت، برنامه ریزی به منظور مدیریت و حفاظت از پوشش گیاهی و منابع آب و خاک، فراهم شود.

    کلیدواژگان: بررسی میدانی، پوشش مرتعی، تغییرپذیری مکانی، ضریب رواناب، هدررفت خاک
  • آرین مطبوع، واحدبردی شیخ*، علی محمدیان بهبهانی، آرش زارع گاریزی صفحات 117-134
    مقدمه

    تپه ماهورهای پیرامون تالاب های بین المللی آلماگل و آجی گل در استان گلستان، در معرض فرسایش شدید قرار دارد و سالانه حجم زیادی از رسوبات این دامنه ها به داخل این تالاب ها وارد می شود. در حالی که سطح وسیعی از تپه ماهورهای مشرف به این تالاب ها پوشیده از پوسته های زیستی بوده است که به علت عدم آگاهی کافی از ارزش، حساسیت و کارکرد اکولوژیکی آن ها، مورد غفلت و تخریب قرار گرفته اند. بهبود خصوصیات خاک، جلوگیری از برخورد مستقیم قطرات باران با سطح خاک، همگی حاکی از نقش مهم پوسته های زیستی در فرایندهای هیدرولوژیکی و کنترل هدررفت خاک هستند.

    مواد و روش ها

    در پژوهش حاضر، با استفاده از سامانه شبیه ساز باران نقش پوسته های زیستی در فرایندهای هیدرولوژیکی تپه ماهورهای مشرف به تالاب آجی گل، بررسی شد. پس از پیمایش میدانی و ارزیابی منطقه، تیمار های مختلف شامل پوسته زیستی با پوشش غالب گلسنگ، پوسته زیستی با پوشش غالب خزه، عرصه دارای پوشش گیاهان آوندی (درمنه)، عرصه فاقد پوشش و عرصه هایی پوشیده از ترکیب خزه-گلسنگ برای اجرای شبیه سازی باران و مقایسه اثر آن ها بر فرایندهای هیدرولوژیکی منطقه انتخاب شد. شبیه سازی باران در کرت هایی به ابعاد یک در دو متر به 30 دقیقه و شدت 82 میلی متر در ساعت انجام شد. زمان آغاز رواناب و حجم رواناب تولیدی در خروجی پلات اندازه گیری و ثبت شد. همچنین، در فواصل زمانی پنج دقیقه ای از آغاز فرایند شبیه سازی برای برآورد غلظت و جرم رسوب، نمونه های رواناب به حجم 500 میلی لیتر جمع آوری و برای انجام آزمایش ها به آزمایشگاه انتقال داده شد. به علاوه، عمق جبهه رطوبتی ناشی از نفوذ باران در ابتدا، وسط و انتهای پلات ها اندازه گیری شد.

    نتایج و بحث:

    نتایج شبیه سازی بارش-رواناب (پنج تیمار مختلف از پوشش های غالب منطقه در کرت های آزمایشی دو متر مربعی و سه تکرار برای هر تیمار)، با شدت بارش 82 میلی متر در ساعت و تداوم 30 دقیقه ای نشان داد که متوسط میزان جرم رسوبات خروجی از کرت های با پوشش غالب خزه (104 گرم)، گلسنگ (91 گرم)، ترکیب گلسنگ-خزه (176 گرم) و بوته (99 گرم) به طور چشمگیری نسبت به خاک لخت (1133 گرم) کمتر است. بنابراین، در صورت تخریب پوسته های زیستی موجود و تشکیل مناطق فاقد پوشش، میزات رسوبدهی نسبت به تیمارهای گلسنگ، خزه و درمنه در حدود 10 برابر و نسبت به کرت های با پوشش ترکیب گلسنگ-خزه در حدود پنج برابر افزایش پیدا خواهد کرد. کاهش معنی دار میزان نفوذ آب در خاک در اثر حضور پوسته های زیستی (P < 0.05)، باعث افزایش معنی دار30 تا 40 درصد تولید رواناب نسبت به تیمار پوشیده از بوته و افزایش معنی دار هشت تا 18 درصد نسبت به تیمار خاک لخت می شود (P < 0.01).

    نتیجه گیری

    پوسته های زیستی با کاهش هدررفت خاک و غلظت رسوبات، باعث تولید و انتقال رواناب سطحی باکیفیت به تالاب ها و در نتیجه، حفظ کارکرد اکولوژیک و سلامت بوم سازگان تالاب های منطقه می شود. نتایج این پژوهش، تاثیرگذاری مثبت پوسته های زیستی در عملکرد هیدرولوژیکی و اکولوژیکی عرصه های بیابانی شمال دشت گرگان و حفاظت تالاب های منطقه که در کنوانسیون رامسر ثبت شده اند را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: تالاب آجی گل، رواناب، شبیه ساز باران، فرسایش، نفوذ
  • حسین شیرانی، انیس اسدی، سمیه صدر*، علی اصغر بسالت پور، عیسی اسفندیار پور صفحات 135-153
    مقدمه

    مدلSWAT، یک ابزار مناسب برای شبیه سازی فرایندهای هیدرولوژیکی است. این مدل به ورودی های زیادی نیاز دارند که غالبا به صورت مستقیم قابل اندازه گیری نیستند و یکی از اصلی ترین منابع عدم قطعیت در این مدل ها محسوب می شود. فرایند واسنجی می تواند با تعدیل و تطبیق این ورودی ها موجب کاهش عدم قطعیت در نتایج مدل شود. پژوهش ها نشان دادند که واسنجی یک مدل هیدرولوژیکی با استفاده از الگوریتم های متداول واسنجی خودکار رزومه، دقت مناسبی در پیش بینی متغیرهای هیدرولوژیکی در دوره اعتبار سنجی به وجود نخواهد آورد. لذا، به منظور واسنجی مدل SWAT از الگوریتم PSO استفاده شد. از آنجا که هیچ قانون ریاضی و منطقی برای تعیین بهترین ترکیب پارامترهای الگوریتم PSO وجود ندارد و این ترکیب ها به اساس آزمون و خطا و از میان ترکیب های بسیار متنوع انتخاب می شوند، لذا، روش های مبتنی بر آزمون و خطا بسیار وقت گیر و گاهی غیر ممکن است. در این پژوهش، از روش تاگوچی برای تعیین بهترین ترکیب حاصل از پارامترهای الگوریتم PSO مورد استفاده قرار گرفت.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش، قابلیت استفاده از مدل SWAT برای شبیه سازی رواناب ماهانه در حوزه آبخیز جوانمردی، از زیرحوضه های اصلی حوزه آبخیز لردگان با مساحت 380 کیلومتر مربع بررسی شد. در این پژوهش، پارامترهای الگوریتم PSO شامل تعداد شبیه سازی (A)، تعداد تکرار (B)، وزن محاسبه سرعت (C) و پارامتر حرکت (D)، در چهار سطح تعریف شدند. سپس این پارامترها، مطابق آزمایش های موجود در آرایه متعامد L16 (با استفاده از روش طراحی آزمایش های تاگوچی)، طراحی و اجرا شدند. مقیاس عملکردی مورد استفاده برای ارزیابی الگوریتم ها، RPD (درصد انحراف نسبی) انتخاب شد. با توجه به ماهیت متغیر پاسخ در این پژوهش، برای تحلیل نتایج آزمایش تاگوچی از شاخص S/N "هر چه کمتر، بهتر" استفاده شد. مرحله انتخاب آرایه ها و محاسبات در نرم افزار Minitab 16 انجام گرفت.

    نتایج و بحث:

    در مرحله تحلیل حساسیت که پیش از واسنجی مدل انجام شد، از میان 28 پارامتر مورد بررسی در این پژوهش، مدل نسبت به تغییرات 22 پارامتر حساسیت نشان داده و به عنوان متغیرهای اثرگذار بر شبیه سازی رواناب در حوزه آبخیز جوانمردی مشخص شدند. نتایج نشان داد که پارامتر عدد منحنی راواناب (CN)، مهمترین عامل و پارامترهای جرم مخصوص ظاهری خاک در حالت مرطوب (SOL_BD) و متوسط آب قابل استفاده به وسیله گیاه (SOL_AWC) به ترتیب در زمره مهمترین عوامل کنترل کننده دبی جریان در حوضه مطالعاتی هستند. بر اساس نتایج شبیه سازی شده به وسیله الگوریتم PSO مشخص شد که مدل SWAT دقت قابل قبولی برای برآورد رواناب ماهانه در منطقه مورد مطالعه دارد. به طوری که در مرحله واسنجی شاخص های r-factor و p-factor به ترتیب 1.23 و 0.88 و ضرایب تبیین و نش- ساتکلیف نیز به ترتیب برابر 0.77 و 0.75 بودند. در مرحله اعتبارسنجی نیز شاخص های r-factor و p-factor به ترتیب 1.31 و 0.84 و ضرایب تبیین و نش- ساتکلیف نیز به ترتیب برابر 0.72 و 0.73 بودند. در این پژوهش، بهترین ترکیب حاصل از کاربرد روش تاگوچی برای پارامتر های تعداد شبیه سازی، تعداد تکرار، وزن محاسبه سرعت و پارامترهای مناسب در الگوریتم PSO به ترتیب 40، 100، 0.2 و 0.15 (A4B4C4D3) تعیین شد.

    نتیجه گیری

    نتایج گویای این است که مدل SWAT، دقت قابل قبولی برای برآورد رواناب ماهانه در حوزه آبخیز جوانمردی داشته، روش PSO الگوریتم موثری در واسنجی و تعیین عدم قطعیت مدل در این حوضه بوده است. همچنین، استفاده از روش طراحی آزمایش ها تاگوچی، راهی مناسب برای تعیین بهترین ترکیب پارامترهای الگوریتم PSO برای محققانی است که از این روش برای بهینه سازی مدل SWAT استفاده می کنند.

    کلیدواژگان: الگوریتم ازدحام ذرات، عدم قطعیت، شبیه سازی، حوزه آبخیز جوانمردی
  • قباد رستمی زاد*، مجتبی پاک پرور، پرویز عبدی نژاد، زهرا عبداللهی، جعفر خلفی صفحات 154-169
    مقدمه

    تبخیر و تعرق (ET)، یکی از مهم ترین عوامل موثر در چرخه هیدرولوژیکی است و تعیین کننده اصلی معادلات انرژی در سطح زمین است. برآورد تبخیر و تعرق برای هیدرولوژی، آبیاری، جنگل و مرتع و مدیریت منابع آب مهم است. تبخیر و تعرق، بیلان آب و انرژی خاک را که عمدتا در مدل های گردش عمومی و مدلسازی آب و هوا مورد استفاده قرار می گیرد، تحت تاثیر قرار می دهد. در نتیجه، پیش بینی جریان آب رودخانه، پیش بینی عملکرد محصول، سامانه های مدیریت آبیاری، کیفیت آب رودخانه/دریاچه همگی به سطوح تبخیر و تعرق بستگی دارند. به همین دلیل، برآورد دقیق بیلان آب ضروری است. مدل های متعددی برای تخمین تبخیر و تعرق با استفاده از روش های سنجش از دور توسعه یافته است. بررسی تحقیقات اخیر نشان می دهد که سنجش از دور و استفاده از تصاویر ماهواره ای توانایی بالایی در تخمین میزان تبخیر و تعرق واقعی دارد.

    مواد و روش ها

    هدف از این پژوهش، واسنجی الگوریتم METRIC در تخمین تبخیر و تعرق دشت سهرین-قره چریان است که تحت تاثیر پخش سیلاب قرار گرفته است. این روش به وسیله بسیاری از محققان در سراسر جهان برای تخمین تبخیر و تعرق استفاده شده است. از سوی دیگر، برآورد تبخیر و تعرق واقعی در دشت های متاثر از سیلاب، به ویژه پخش سیلاب بر آبخوان دشت سهرین- قره چریان از اهمیت بالایی برخوردار است. لذا، این پژوهش با هدف تخمین تبخیر و تعرق با استفاده از الگوریتم متریک در دشت سهرین-قره چریان به منظور مدیریت بهینه منابع آب در منطقه و مناطق با شرایط مشابه انجام شد. در این پژوهش، از داده های هواشناسی روزانه و ساعتی ایستگاه سینوپتیک فرودگاه زنجان از سال 2020 تا 2021 استفاده شد که این داده ها شامل کمینه و بیشینه دما، کمینه و بیشینه رطوبت، میانگین سرعت باد، ساعات آفتابی و فشار هوا بود. برای بررسی کاربرد الگوریتم متریک، تصاویر Landsat 8 برای سال آبی 1400-1399 دانلود و پیش پردازش و پردازش های لازم بر روی آن ها انجام شد. تصاویر Landsat در فواصل 16 روزه با وضوح مکانی 30 متر و از سایت سازمان زمین شناسی ایالات متحده (http://glovis.usgs.gov) به دست آمد. پس از پردازش تصاویر، شار خالص تشعشع سطح زمین و شار حرارتی زمین با استفاده از شارهای تشعشعی ورودی-خروجی از آلبدو، گسیل مندی، دمای سطح زمین و شاخص های گیاه به دست آمد. سپس، شار حرارتی محسوس با تعیین پیکسل های سرد و گرم محاسبه و در  آخر، نقشه های تبخیر و تعرق استخراج شد.

    نتایج و بحث:

    نتایج نشان داد، با افزایش تراکم پوشش گیاهی، تبخیر و تعرق روزانه نیز افزایش می یابد. در ابتدای دوره رشد، دامنه تبخیر و تعرق بین 0.08 تا 4.97 میلی متر در روز تخمین زده شد در حالی که این مقدار در اواسط و اواخر فصل رشد به ترتیب در محدوده 0.086 تا 5.56 و 0.59 تا 9.57 میلی متر در روز تخمین زده شد. بر اساس نتایج، این پژوهش تبخیر و تعرق حاصل از مدل بیلان آب خاک و مدل متریک به ترتیب معادل 24115 و 25648 متر مکعب در سال برآورد شد. اعتبارسنجی نتایج مقدار تبخیر و تعرق حاصل از مدل متریک با مقدار تبخیر و تعرق واقعی حاصل از مدل بیلان آب خاک مقایسه شد که ضریب خطا معادل 5.97 درصد به دست آمد.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج این پژوهش، مشخص شد استفاده از مدل های بیلان انرژی با بهره گیری از علم سنجش از دور امکان برآورد تبخیر و تعرق را به صورت منطقه ای فراهم می کند. از طرفی، درصد خطای محاسباتی نشان می‎دهد الگوریتم متریک برای برآورد ET در منطقه مورد مطالعه از دقت لازم برخوردار است.

    کلیدواژگان: اعتبارسنجی، تصاویر ماهواره ای، دشت سهرین-قره چریان، مدل بیلان آب خاک
|
  • Omid Asadi Nalivan *, Majid Rahmani, Farzaneh Vakili Tajareh, Asghar Bayat Pages 1-15
    Introduction

    Identification of the areas prone to landslides and the risks arising from them is one of the primary measures in natural resource management and development and construction planning. Considering the loss of lives, financial losses and environmental effects, landslides have been one of the most important natural disasters in the world and especially in our country, which every year plays an increasing role in the destruction of communication roads, pastures, gardens, residential areas, cause erosion and produces a high volume of sediment in the watersheds of the country. These issues have led to the use of data mining models in geological and geotechnical studies. In recent years, the use of geographic information systems and remote sensing along with machine learning methods has created a new step in landslide occurrence zoning and landslide susceptibility maps with appropriate accuracy. The watershed of Karaj Dam is one of the areas prone to landslides due to mountainous and rainy conditions and many construction due to suitable weather conditions and non-standard road construction. The purpose of this research is to prioritize the factors affecting landslides using the maximum entropy model (MaxEnt model) and to determine areas with landslide susceptibility potential.

    Materials and methods

    The Karaj Dam watershed is located in the east of Alborz Province. The highest and lowest average annual rainfall is calculated as 1099 and 608 mm, respectively. In this research, in order to determine the areas with landslide susceptibility, among 11 factors affecting the landslide potential of the area, including height, slope, slope direction, distance from waterway, lithology, rainfall, land use, topographic moisture index, surface curvature, distance from the waterway and the distance from the road, the factors were selected and tested for collinearity with the Variance Inflation Factor (VIF) test in SPSS software. From the total of 477 landslides, 70% were randomly classified as test data (334 points) and 30% as validation data (143 points). In this research, the maximum entropy model is used. To determine the most important parameters, the jackknife diagram and the Relative Performance Detection Curve (ROC) were used to determine the predictive power of the model. Landslide points of the studied area were prepared from the database of the General Directorate of Natural Resources and Watershed Management of Alborz Province and field visits.

    Results and discussion

    The results showed that there is no co-linearity between the used factors. According to the Jackknife diagram, rainfall layers, distance from the road, lithology and land use were respectively the most important factors influencing the occurrence of landslides in the study area. The relative performance detection curve showed the accuracy of 90% (excellent) of the maximum entropy method in the training phase and 83% (very good) in the validation phase. According to the final landslide susceptibility map, more than 35% of the study area has high and very high landslide susceptibility potential.

    Conclusion

    According to the obtained results, it can be said that the MaxEnt model has a high ability to determine landslide-susceptible areas, and due to the high speed and accuracy of the model, it is suggested that it be used in similar research, especially in developing countries. The reason for the lack of facilities and financial resources, as well as the time-consuming nature of identifying landslide sensitive areas, should be used. In addition to natural factors, some human factors such as road construction play an important role in the occurrence of landslides, and in order to reduce the relative risks, it is necessary to avoid changing the ecosystem as a driver of natural disasters. In general, it can be stated that the watershed of Karaj Dam has a high potential for landslide susceptibility, that most of the susceptible areas are located near roads, and because there are many human interventions in these areas. Landslide sensitivity has increased. It is suggested to combine geographic information systems with maximum entropy method in order to determine areas with landslide susceptibility, especially in developing countries like Iran, where access to landslide information and data is limited by time and cost. The results of this research can be used in decision-making and preparation of provincial land as well as urban planning and will play a significant role in preventing and reducing damage caused by landslides.

    Keywords: Amir Kabir Dam, Machine learning, Mass movement, Maximum Entropy, ROC
  • Hamzeh Noor *, Mahmood Arabkhedri, Yahya Parvizi Pages 16-32
    Introduction

    Implementation of watershed management measures in Iran to reduce the damage caused by the misuse of natural resources has begun many years ago and is still ongoing. Evaluating the performance of previous remedial work is essential for better planning of future watershed management projects. In this regard, due to the monitoring of soil loss, runoff and sedimentation at slope and watershed scales, a suitable platform has been provided to assess the effects of watershed management measures.

    Material and methods

    The Kakhk paired watershed with an area of 217 ha is located at a distance of 300 km from Mashhad City and 35 km southwest of Gonabad City.The Kakhk paired watershed consists of two sub-watershds, the control and the treatment. A series of biological and structural watershed management measures have been implemented in the treatment sub-watershed. While the control sub-watershed is exploited according to the custom of the region. In this research, the impact of different watershed management measures on the soil loss, sediment yield and hydrology in the Kakhk paired watershed were evaluated. For this purpose, the recorded data of suspended sediment and discharge at the watershed scale, as well as the data of soil loss (by standard plots and erosion pins) and runoff (standard plots) were analyzed at the hillslope scale.

    Results and discussion

    The results at plot scale showed that the average annual soil loss of the two treatment and control sub-watersheds is 0.05 and 0.27 ton.ha-1.y-1, respectively. These results indicate that the soil loss in the control sub-watershed is 536% higher than the treatment sub-watershed. The amount of runoff yield in the control sub-watershed was calculated to be 138% more than the treatment sub-watershed. At watershed scale, the results showed that the total amount of suspended sediment output from the control and treatment watersheds is 379 and 85 tons, respectively, which indicates the average specific sediment of 0.4 and 0.1 ton.ha-1 in the control and treatment watersheds, respectively. The volume of runoff in the control sub-watershed is 1.3 times more than treatment sub-watershed. On the other hand, despite the difference between the treatment and control sub-watersheds in soil loss, run-off production and sediment yield, the role of maximum events in soil erosion and runoff production in both sub-watersheds is very significant. So that one to three erosive events in both studied sub-watershes are responsible for more than 80% of the soil loss in the slopes and the production of runoff and sediment yield of watersheds.

    Conclusion

    The results showed that a total of 136,000 m3 of runoff storage and 294 ton of suspended sediment control were achieved as a result of watershed operations in the treatment sub-watershed. Therefore, it can be stated that the watershed management measures carried out in the treatment sub-watershed on the one hand have reduced soil erosion and runoff production on the slopes compared to the control sub-watershed. This action has been done through increasing the vegetation, increasing the roughness of the land surface, reducing the carrying capacity of the flow and settling the materials being transported. Further, the flow from the slopes enters the waterway and is kept by watershed  management structures, and as a result, the sediment yield and volume of runoff in the treatment sub-watershed is less than the control sub-watershed.

    Keywords: Effectivness, Gabion Dam, Paired Watershed, Soil, Water Conservation, Suspended sediment
  • Rahim Kazemi, Bagher Ghermezcheshmeh *, Reza Bayat Pages 33-49
    Introduction

    Research on low flow is important, not only from a fundamental point of view but also in terms of sustainable water resource management. Optimum water resources management is one of the most crucial challenges of the 21st century, and due to population growth and climate change, water supply in the future will probably depend on sustainable water sources. The World Meteorological Organization (WMO) introduces low flow as a flow of rivers that continues during the dry period of the climate. Low flow is affected by climate changes, topography, geology, soil, and human activities. The geographical location and climatic conditions of Iran cause a lack of rainfall and water scarcity. Therefore, the recognition and analysis of sustainable water resources is the main component in the surface water resources management of Iran. This research has been done with the aim of investigating the characteristics of scientific publications regarding low flow research in Iran and the world and providing a perspective of the current situation and direction of future research.

    Materials and methods

    The data relating to low flow research in environmental; agricultural and biological sciences were retrieved from the Science direct database in the period 1999 to 2022 and SCImago Journal Rank indicator (SJR) from https://www.scimagojr.com as well as scientific information database of Jihad Daneshgahi (SID) and data from Iranian Research Institute for Information Science and Technology (IranDoc). A total of 22875 publications were obtained and with following aspects analysed intensively:(1) Distribution of international low flow-related publications (2) low flow-related publications from Iran; (2) distribution of subject categories; (3) core journals; (4) distribution of Iranian articles related to low flow; (5) frequency of low flow-related articles in Middle East and countries around Iran; (6) research trends. Bibliometric techniques, including citation analysis, five-year impact factor, JCR classification, coverage period and h-index were used to evaluate and interpretation of the results.

    Results and discussion

    The results showed that the general trend of global scientific publications in low-flow research was with a positive slope and a growth rate of 1.52%. Also, the trend of international publications from Iran had a positive slope with a 0.94 coefficient of determination and a growth rate of 1.60%. The results of the subject classification of publications at the global level showed that most publications with 85.75% belong to research papers and the least amount to conference papers and editorials. International papers originating from Iran were of the first order of importance to publications with 90.04%, which has a larger share of the total papers than global papers. The results of the analysis of the most important keywords related to low flow showed that more than 72% of the titles of papers and theses were assigned to "base flow" and "flow duration curve (FDC) keywords ".

    Conclusions

    This research is a systematic bibliographic analysis of texts related to low flow research publication. By summarizing and analysing the growth curve of publications, it can be concluded that the total number of international publications related to low flow research corresponds to the theoretical fitting line and shows the proportionality of the potential of low flow research in the world with the actual amount. The general result of the analysis of international publications from Iran shows a high potential for low flow research in Iran and indicates a change in the attention of the Iranian scientific community to the publication of articles on the topic of low flow at the international level.

    Keywords: Base flow, Flow Duration Curve, Growth rate, Low flow, Water resources
  • Alireza Ghaemi, Mahdi Azhdary Moghaddam *, Sarina Keikha Pages 50-63
    Introduction

    Rivers are known as the vital resources of nature and the main foundations of sustainable development. Therefore, the quantity and quality of river water are considered valuable parameters. The increase in agricultural and industrial activities has reduced the quality of water resources in many places. The discharge of sewage, garbage and chemical fertilizers in the villages along the rivers is one of the most important sources of water quality pollution. The amount of urban and agricultural wastewater entering this surface has caused an increase in the amount of pollutants, so that in the period of 1993 to the end of 2017, the average amounts the three pollutants of total dissolved solid, chlorine and sodium in Varand Station are respectively 507.49, 2.16 and 2.47. Therefore, accurate estimation of water quality parameters is a basic requirement for water quality management, human health, public consumption and domestic use.

    Materials and methods

    Tajan River basin with an area of about 4147.22 square kilometers has an average river discharge and annual rainfall of 20 cubic meters per second and 539 mm respectively. The highest and lowest elevations of this River basin have been reported as 3728 and 26 meters, respectively. Various human activities such as agriculture and dam construction are carried out in this river. Therefore, evaluationg the water quality of this river basin is required. In this research, the combination of two Gene Expression Programming Models (GEP) and Artificial Neural Network (ANN) with a data preprocessing algorithm called Empirical Mode Decomposition (EMD) was used to estimate one of the important parameters of water quality called Total Dissolved Solids (TDS). For this purpose, in this research, some of qualitative parameters including sodium, calcium, magnesium, sulfate bicarbonate, sulfuric acid and chlorine, which were measured in the period of 1993 to the end of 2017 at Varand station, were used to estimate the concentration of total dissolved solids.

    Results and discussion

    At first, the results of the observation data during the sampling period indicated that the TDS values in about 80% of the samples were in the range of 300 to 600 mg.liter-1, which reprsented the good quality of the water of this river. In order to compare the performance of independent and integrated approaches in estimating the quality parameters of the Tajan River in the training and testing stages, the evaluation benchmarks including Correlation Coefficient (R), Root Mean Square Error (RMSE), Mean Deviation of Error (MBE), Nash Coefficient (NSE), Objective Function (OBJ) and RSD ratio were applied. The results of this study demonestrated that the integrated model of Gene Expression Programming and Empirical Mode Decomposition (EMD-GEP) with the lowest error (RSD=0.23 and RMSE=24.41) was the most accurate model in TDS estimating compared to other models such as GEP (RSD=0.44 and RMSE=47.27). In addition, the integrated model of Artificial Neural Network and Empirical Mode Decomposition (EMD-ANN) with RMSE=36.64 and R=0.95 was stood at the second rank. Additionally, the outcomes of the Objective Function (OBJ) represented that EMD-GEP model could achieved the lowest OBJ value (15.92) than other techniques in the TDS modeling. While, the highest value of the OBJ=29.34 belonged to the GEP model.

    Conclusion

    ANN and GEP methods were applied in this research to estimate TDS concentarion in the Tajan River. After that, to increase the accuracy of the models, EMD technique was recruited to decompose the time series dataset. The results obtained from the integrated models were evaluated using some error statistical benchmarks such as correlation coefficient, root mean square error. The results showed that the EMD method could play an essential role in increasing the ANN and GEP performance so as to estimate this water quality parameter in Varand station. So that EMD-GEP and EMD-ANN could reduce the RMSE error by 48.35% and 14.02%, respectively, compared to the two independent models of GEP and ANN.

    Keywords: Artificial Neural Network, Data pre-processing algorithms, Gene Expression Programming, Tajan River
  • Taher Farhadinejad *, Iraj Vayskarami, Mehran Zand Pages 64-81
    Introduction

    Drought can have serious negative effects on the quality of water needed for irrigated agriculture. The geological formations of the region increase the concentration of minor and rare toxic elements in the waters, and on the other hand, human activities lead to water pollution in the nearby areas. In this research, the effect of drought on the quality of surface water, the effect of various factors such as geological formations and the decrease or increase of rainfall and air temperature on the quality of water resources, how the quality of water changes, determining the limits of water consumption in the drinking sector and agriculture should be paid.

    Materials and methods

    The Tirah River Basin with an area of 3243.6 square kilometers is considered as one of the sub-basins of the Dez River and a subset of the Karun Basin. The Standardized Precipitation Index (SPI), Standard StreamFlow Index (SSI) and Decimal Index (DI) were used to calculate standard drought indices. Elements and compounds of electrical conductivity (Ec), Total dissolved solids (TDS), pH and Anions of chlorine (Cl-), Sulfate (SO42-), Bicarbonate (HCO3-), Sodium (Na), Calcium (Ca) and Magnesium cations (Mg) were investigated. To draw the pattern of droughts, 3 hydrometric stations of Teng Mohammad Haji (upstream), Rahimabad Silakhor (middle) and Tir-Droud (outlet) stations were tested.

    Results and discussion

    The most severe hydrological droughts with a duration of 2 years and a minimum SSI value of -1.23 in the Teng Mohammad Haji Station in the water years of 2009 and 2010 and the Tir-Droud Station with a duration of 4 years (-1.19) and the Rahimabad Silakhor Station with a duration of 3 years (-1.16) occurred for the water years 2012, 2013, 2014 and 2015. The analysis of discharge and precipitation data of Teir sub-basins showed that between the discharge and precipitation (SPI and SSI) of Tang Mohammadhaji and Rahimabad Stations, there was an average positive correlation at a significant level of 0.05 (R2=0.526). Examining the relationship between annual discharge and water quality parameters showed that there was a negative correlation for most parameters such as TDS, EC, chlorine, the total of anions and cations, so that the maximum concentration of quality parameters occurred in droughts. In Tang Mohammadhaji Station, the highest percentage of changes was related to sodium and chlorine, respectively, with 62.55 and 39.70% in dry years compared to the long-term average. The results of this research showed that the percentage of changes in calcium, magnesium, sodium, carbonate and chloride
     increased in dry years compared to the long-term average in the studied stations in the Tirah River Basin. All the stations in the Tirah Basin have passed the period of relatively dry hydrological drought (-0.84 to -1.28) and none of them have suffered severe hydrological drought.

    Conclusion

    The analysis of discharge and precipitation data of dark sub-basins shows that between discharge and precipitation (SPI and SSI) of Tang Mohammad Haji Station, which is an upstream sub-basin of dark, there is an average positive correlation at a significant level of 0.05 and in Rahim Abad Station, which is in the middle of the basin It is located in Tire, and according to Pearson, it has a correlation at a significant level of 0.05 at the exit station of Tire basin, no significant correlation is observed between discharge and precipitation variables, which can be caused by snowfall and the persistence of snow in the heights from the previous water year, the construction of Meruk Dam. In the upper part of the basin, as well as the water intake of Bishehdalan Silakhor Wetland in droughts and abundant water harvesting from the Tirah River for agriculture. The upstream basin of Tang Mohammadhaji Station is completely calcareous, which has caused changes in parameters of calcium, TDS, EC, etc. In Rahimabad Silakhor Station and Tire outlet, half of the area of the basin is dedicated to intrusive rocks such as granite and granodiorite, which increases potassium and calcium. In the studied stations in Tirah River Basin, the percentage of changes related to calcium, magnesium and sodium, and carbonate and chlorine anions have increased in dry years compared to the long-term average. In general, it can be concluded that drought can have negative effects on water quality parameters in Tirah River Basin.

    Keywords: Correlation test, DI, Karun river basin, SPI, SSI
  • Sefatollah Rahmani *, Mohammad Mazhari, Jafar Tahmasabi Pages 82-97
    Introduction

    In most of the countries of the world, both developed and under-developed, applied and developmental research in various economic and social sectors, including agriculture and natural resources is very important. To implement executive projects based on the results of research over the past years based on predetermined goals, financial, resources and relatively appropriate facilities in the agriculture and natural resources sector, including the watershed sector, have been considered and spent. Nevertheless, it has always been accompanied by many discussions from supporters and opponents. This article is the result of a study to evaluate the effectiveness of watershed management projects implemented based on the results of research in the Chandab Watershed of Tehran Province. which includes effective, flood distribution, rain catchment surface system, catchments, underground dam, water supply channels, flood expansion channels, and sediment catchment in this area. To investigate this issue, research projects based on solving the problems and issues of the study area, and the results in the form of watershed management plans and projects to control runoff and soil erosion, improve the condition of vegetation, and finally improve the economic and social status of watershed residents in the operational area have been implemented.

    Materials and methods

    To investigate this issue, research projects based on solving the problems and issues governing the study area, and their results in the form of watershed management plans and projects to control runoff and soil erosion, improve the condition of vegetation, and finally the improvement of the economic and social status of watershed residents in the region has been operationalized and implemented their identification and effectiveness in achieving the set goals of watershed management have been studied and analyzed from an economic and social point of view. This study is a descriptive and descriptive type, and the data required for the research was collected in the field by filling out the questionnaire from the residents and beneficiaries of the studied watershed and reviewing the financial reports for the expenses incurred. Before completing the questionnaire, its reliability and validity were measured using Cronbach's alpha coefficient. The estimated alpha coefficient was 0.87, which indicates integration and coordination in the framework of the questionnaire. Then, the present value of the cost and income during the period was estimated. The benefit-cost method (B/C), rate of return and profit, satisfaction level, and economic efficiency index have been tested and analyzed.

    Results and discussion

    The results of the research showed that the farmers and villagers living in the studied watershed are fully satisfied with the implementation of the underground dam projects and watershed flood distribution catchments, and the implementation of these projects in the state of the watershed in terms of improving vegetation, control Floods, development of agriculture, animal, husbandry and improvement of income and livelihood of villagers have had significant positive effects. The selected projects implemented are economically and socially effective and have economic and social, justification. Thus, the benefit-cost ratio is estimated at 1.85 units, and the economic efficiency index is at 0.85 units.

    Conclusion

    The study results show that the watershed projects implemented in the study area are economically and socially effective. From a social, point of view, most of the users living in the studied area are fully satisfied with the implementation of watershed management projects. Considering the economic and social justification of watershed management projects, it is recommended to develop the implementation of watershed management operations in this and other watershed areas. For the local, people to benefit from the achievements of these projects and also to satisfy the local, people from the previous projects, it is suggested that these projects be carried out within the boundaries of the land of the beneficiaries so that the maximum participation of the beneficiaries is realized. To provide the possibility of entrusting the maintenance of watershed operations in watershed areas to the local, people and users with a specific and defined mechanism.

    Keywords: Cost-benefit, Economic efficiency, watershed, Watershed economy
  • Mahin Kalehhouei, Raoof Mostafazadeh, Abazar Esmali Ouri, Rahmani Naneh Karan, Fardin, Fazeli, Alireza, Nazila Alaei, Zeinab Hazbavi * Pages 98-116
    Introduction

    The rainfall system of a major part of Iran is mediterranean, where the precipitation amount during the vegetation period is low. In addition, the occurrence of precipitation in the non-vegetation period or beginning of the vegetation period, which does not cover the surface of the earth well, is one of the important reasons for water erosion in Iran. Since vegetation has a special role in soil erosion control and runoff retention, any change in the vegetation structure and pattern, which expresses the landscape pattern and function, can have a significant effect on changing hydrological processes. Therefore, the assessment of soil and water loss and the quantification of its relationship with landscape metrics provide key information for the development of water and soil quality management strategies.

    Materials and methods

    The current research was conducted to investigate the hydrological component changes with landscape metrics on 2 m2 plots using simulated rainfall at an intensity of 32 mm.h-1 in a part of rangelands of Ardabil County. At first, considering the type and percentage of vegetation as the main variable, eight groups of vegetation composition along with one group without vegetation (control) were considered with three replications. The composition (and percentage) of the vegetation from the first to the eighth groups, respectively, include low-height graminea predominance (45), the composition of dense bushes with graminea (43), bushes with low-height and medium-distribution (37), sparse bushes mostly with low and medium height (31), the composition of sparse bushes with graminea (56), dense bushes in upper parts (54), low-height bushes with very low distribution (15), and dense bushes with almost uniform distribution (56). After measuring the runoff and sediment at the plot outlets, different hydrological components were calculated. Then, plots with nine different vegetation combinations were imaged in three replicates before and after rainfall simulation. After transferring the images prepared from the plots to the Arc/Map10.8 environment, nine important landscape metrics were calculated.

    Results and discussion

    Changes in the mean patch density (4.43-26.90), largest patch index (54.16-86.75), edge density (17.12-107.38), landscape shape index (1.50-4.47), mean shape area (4.16-37.46), mean Euclidean nearest neighbor distance (0.00-1.65), landscape division index (0.19-2.31), mean patch shape index (1.24-22.85), and the effective mesh size (15.80-43.96) indicate their different influence from different percentage and composition of vegetation cover. Spearman's correlation matrix analysis showed a nonsignificant relationship between the mean soil loss, runoff volume, runoff coefficient, and sediment concentration with landscape metrics (r<0.26 and p-value>0.10). The small scale of the studied plots, the lack of diversity in the vegetation composition, and the uniformity in terms of vegetation height can be cited as the reasons for the lack of correlation. In general, groups with vegetation values above 50% had a better condition in terms of LPI, AREA_MN, and MESH, which indicates more connectivity and less degradation. The increase in vegetation cover and spatial heterogeneity above the landscape surface can change the path of sediment transport, reduce sediment connectivity, and lead to a decrease in sedimentation.

    Conclusion

    The obtained results are applicable in explaining the appropriate reference to optimize water and soil protection measures on the watershed scale. However, It is suggested that similar and more comprehensive research be done in different scales of erosion plots and even in the landscape (slope) scale so that by considering a wide range of vegetation, topography, climatic conditions, as well as successive rains, it is possible to compare the results, optimum selection of study scale, and finally planning to manage and protect vegetation and water and soil resources.

    Keywords: Field survey, Rangeland cover, Runoff coefficient, Soil loss, Spatial Variability
  • Ariyan Matboo, Vahedberdi Sheikh *, Ali Mohammadian Behbahani, Arash Zare Garizi Pages 117-134
    Introduction

    The hills surrounding the international wetlands of Almagol and Ajigol in the Golestan Province are exposed to severe erosion and every year a large amount of sediments from these hillslopes discharge into these wetlands. Whilst a large extent of these surrounding hills, covered with Biological Soil Crusts (BSC), has been destroyed due to lack of awareness of their values, sensitivity and ecological functions. Improving soil properties, preventing direct contact of raindrops with the soil surface, all indicate the important role of BSC in hydrological processes and soil loss control.

    Materials and methods

    In this study, the role of BSC in the hydrological processes of dry areas was investigated using a rain simulator. After a field survey and evaluation of the area, different treatments including biological crust with a dominant lichen cover, biological crust with a dominant moss cover, an area covered with vascular plants, an area without cover and areas covered with a combination of moss and lichen were selected to perform rain simulation and compare their effects on the hydrological processes of the selected region. Rain simulation was done in 2×1 meter plots for 30 minutes and intensity of 82 mm per hour. The start time of runoff and the volume of produced runoff at the outlet of the plot were measured and recorded. Also, at five-minute intervals from the beginning of the simulation process, 500 ml runoff samples were collected and transferred to the laboratory for testing in order to estimate the sediment concentration and mass. In addition, the depth of the wetting front caused by the infiltration of rain was measured at the beginning, middle and end sections of the plots.

    Results and discussion

    The results of rainfall-runoff simulations at a 2×1 m2 plot scale with a rainfall intensity of 82 mm.h-1 and a duration of 30 minutes plots, showed that the average mass of sediments from plots with the dominant cover of moss (104 g), lichen (91 g), lichen-moss combination (176 g) and bush (99 g) was significantly higher than bare soil (1133 grams). Therefore, in case of destruction of the existing BSC and the formation of bare lands, the sedimentation rate will increase by more than 5 times. A significant decrease in water infiltration into BSC causes a significant increase of 30-40% in runoff generation compared to the treatment covered with bushes and a significant increase of 8-18% compared to the bare soil treatment.

    Conclusions

    by reducing soil loss and sediment concentration, BSC cause the production and transfer of high-quality runoff to the wetlands and as a result maintain the ecological function and health of the region’s wetlands. The results of this research show the positive influence of BSC on the hydrological and ecological performance of arid areas in the north of Gorgan Plain and protection of Ramsar-listed wetlands in the region.

    Keywords: Aji-gol Wetland, runoff, Rainfall Simulation, Soil loss, infiltration
  • Hossain Shirani, Anis Asadi, Somayeh Sadr *, AliAsghar Besalatpour, Isa Esfandiarpoor Pages 135-153
    Introduction

    SWAT model is a suitable tool for simulating hydrological processes. This model requires many inputs that often cannot be measured directly and is considered one of the main sources of uncertainty in these models. The recalibration process can reduce the uncertainty in the model results by adjusting and adapting these inputs. The researches showed that calibrating a hydrological model by using the common automatic CV calibrating algorithms will not provide proper accuracy in the prediction of hydrological variables during the validation period, so PSO algorithm was used to calibrate the SWAT model. Since there is no mathematical and logical rule to determine the best combination of PSO algorithm parameters and these combinations are selected based on trial and error and among many different combinations, therefore trial and error based methods are very time-consuming and sometimes impossible. In this research, Taguchi method was used to determine the best combination of PSO algorithm parameters.

    Materials and methods

    In this research, the ability to use the SWAT model to simulate monthly runoff in the Javanmardi Watershed, one of the main sub-basins of the Lordegan Watershed with an area of 380 square kilometers, was investigated. In this study, the PSO algorithm parameters, including the number of simulations (A), the number of repetitions (B), the speed calculation weight (C) and the movement parameter (D), were defined in four levels. Then, these parameters were designed and implemented according to the experiments in the L16 orthogonal array (using the Taguchi experiments design method). The performance scale used to evaluate the algorithms was RPD (Relative Percentage Deviation). Considering the variable nature of the response in this study, the S/N index "the lower the better" was used to analyze the Taguchi test results. The selection of arrays and calculations were done in Minitab 16 software.

    Results and discussion

    In the sensitivity analysis stage, which was performed before the model recalibration, among the 28 parameters studied in this research, the model showed sensitivity to the changes of 22 parameters, and they were identified as variables influencing the simulation of runoff in Javanmardi Watershed. The results showed that the parameter of the runoff curve number (CN) is the most important factor and the parameters of soil apparent density in the wet state (SOL_BD) and average water usable by the plant (SOL_AWC) are among the most important factors controlling the flow rate in the study basin, respectively. Based on the results simulated by the PSO algorithm, it was found that the SWAT model has an acceptable accuracy for estimating the monthly runoff in the study area. So, in the recalibration phase, the r-factor and p-factor indices were 1.23 and 0.88, respectively, and the explanatory and Nash-Sutcliffe coefficients were 0.77 and 0.75, respectively. In the validation stage, the r-factor and p-factor indexes were 1.31 and 0.84, respectively and the explanatory and Nash-Sutcliffe coefficients were 0.72 and 0.73, respectively. In this study, the best combination resulting from the application of Taguchi method for the parameters of the number of simulations, the number of repetitions, the speed calculation weight and the appropriate parameters in the PSO algorithm were determined as 40, 100, 0.2 and 0.15 respectively (A4B4C4D3).

    Conclusion

    The results show that the SWAT model has an acceptable accuracy for estimating the monthly runoff in the Jawanmardi Watershed, and the PSO method is an effective algorithm in calibrating and determining the uncertainty of the model in this basin, and the use of the Taguchi test design method is a suitable way to determine the best combination of PSO algorithm parameters is for researchers who use this method to optimize the SWAT model.

    Keywords: Javanmardi watershed, particle swarm algorithm, simulation, Uncertainty
  • Ghobad Rostamizad *, Mojtaba Pakparvar, Parviz Abdinejhad, Zahra Abdollahi, Jafar Khalafi Pages 154-169
    Introduction

    Evapotranspiration (ET) is one of the most important factors in the hydrological cycle and is a key determinant of energy equations on the earth’s surface. evapotranspiration estimates are important for hydrology, irrigation, forest and rangeland, and water resources management. The evapotranspiration drives the soil water-energy balance which is largely used in general circulation models and climate modelling. Consequently, river water flow forecasting, crop yield forecasting, irrigation management systems, river/lake water quality are all dependent on evapotranspiration levels. For this reason, it is essential to accurately estimate the water budget. Numerous models have been developed to estimate evapotranspiration using remote sensing methods. The review of recent research shows that remote sensing and the use of satellite images have a high ability to estimate the amount of actual evapotranspiration.

    Material and method

    The aim of this study is calibrating the METRIC algorithm in estimating evapotranspiration in the Sohrin-Qaracheryan Plain, which is affected by flood spreading. This method has been used by many researchers around the world to estimate evapotranspiration. On the other hand, estimating the actual evapotranspiration is of great importance in the plains affected by the flood, especially in the Sohrin-Qaracherian Plain’s flood spreading. Therefore, in this research was conducted to estimate evapotranspiration using the metric algorithm in the Sohrin-Qaracherian Plain, for the optimization management of water resources in the region and regions with similar conditions. In this research, were used of the daily and hourly meteorological data of Zanjan Airport synoptic station from 2020 to 2021. These the data included minimum and maximum temperature, minimum and maximum humidity, wind speed average, sunshine hours and air pressure. To check the application of metric algorithm, were downloaded Landsat 8 images for 2020-2021 years and were done necessary corrections and preprocessing on them. Landsat images are available at 16-day intervals with a spatial resolution of 30 m and were obtained from the United States Geological Survey website (http://glovis.usgs.gov). After the images processing, is obtained the albedo, surface emissivity, land surface temperature, plant indicators, incoming-outgoing radiation fluxes, net radiation flux and the soil heat flux. Next, the sensible heat flux is calculated by determining the hot and cold pixels. Finally, evapotranspiration maps are plotted. In addition, for a better comparison of the results, were compared of the layers related to vegetation index include soil heat flux and land surface temperature in the different stages of the growth period. After extracting these indices, the evapotranspiration map was extracted using ENVI software.

    Result and discussion

    Results show that daily evapotranspiration increases is directly related with increase in vegetation density. at the initial of the growth period, the range of evapotranspiration is estimated between 0.08 and 4.97 mm.d-1, while this value in the middle and late of the growing season is estimated in the range of 0.086 to 5.56 and 0.59 to 9.57 mm.d-1 respectively. Based on the results of this research evapotranspiration obtained from the soil water balance model and METRIC model were estimated as 24115 and 25648 m3, respectively. The results validation of evapotranspiration obtained from the metric model was compared with the actual evaporation and transpiration obtained from the soil water balance model, and the error coefficient was obtained equal to 5.97%.

    Conclusion

    According to the results of this research, it was determined that the use of energy balance models using the science of remote sensing provides the possibility of estimating evaporation and transpiration regionally. On the other hand, the calculation error percentage shows that the metric algorithm is accurate enough to estimate ET in the studied area.

    Keywords: Validation, Satellite Images, Sohrin-Qaracheryan plain, Soil Water Balance Model