به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

فهرست مطالب بنفشه زهرایی

  • بنفشه زهرایی*

    نیروی انسانی متخصص، مهم‏ترین ظرفیت مورد نیاز برای مواجهه با بحران‏هاست. ناپایداری کمی و کیفی منابع آب و تشدید روزافزون کم ‏آبی، به یکی از بزرگ‏ترین چالش‏ های محیط زیستی کشور تبدیل شده و زیست ‏پذیری بخش‏هایی از کشور را به مخاطره انداخته است. عده‏ای از متخصصان رویکرد فن‏ سالارانه توسط فارغ‏ التحصیلان رشته ‏های مرتبط با مهندسی آب را از عوامل موثر بر شکل‏ گیری و تداوم بحران آب در کشور می‏دانند. در این مقاله، توانمندی‏هایی که یک مهندس آب برای مواجهه با چالش‏هایی که امروز داشته باشد، بررسی و نقاط ضعف نظام آموزشی موجود در کشور در تقویت این توانمندی‏ها، نیز مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس بررسی‏های انجام‏شده، برنامه ‏های آموزشی مهندسی آب در برخی از دانشگاه‏های پیشرو در سایر کشورها به سمت تربیت متخصصان T-شکل اصلاح شده است. این نوع از متخصصان در زمینه خاص مهندسی آب دارای دانش عمیق هستند و در سایر زمینه‏ های تخصصی مرتبط، سطح محدودی از اطلاعات دارند که آنها را برای کار در گروه‏ های کاری با تخصص‏ های مختلف توانمند می‏کند. علاوه بر این، متخصصان T-شکل درک بهتری از ارتباطات همبستی بین سامانه‏ های آب، غذا، انرژی، محیط زیست و اقلیم دارند و برای مدیریت و راهبری نیز توانمند شده ‏اند. در این تحقیق ضمن تبیین اجزای دانشی شخصیت حرفه‏ای T-شکل، نحوه طراحی برنامه های آموزشی برای تربیت چنین مهندسانی تبیین شده است. دستاوردهای این تحقیق می‏تواند در ارتقای برنامه ‏های آموزشی مهندسی آب در کشور مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: مهندسی آب, متخصص T-شکل, تحصیلات تکمیلی, آموزش بین رشته ‏ای}
    Banafsheh Zahraie *

    Expert manpower is the most important capacity needed to face crises. Qualitative and quantitative unsustainability of water resources and growing water scarcity has become one of the country’s biggest environmental challenges and has endangered the livability of parts of the country. Some experts consider the technocratic approach by the graduates of water engineering related fields as one of the factors influencing the formation and continuation of the water crisis in the country. In this article, the abilities that a water engineer must have to face today’s challenges are examined and the weaknesses of the existing educational system in the country in strengthening these abilities are examined. Based on the surveys, water engineering education programs in many leading universities in other countries have been modified to train T-shaped specialists. This type of specialists have deep knowledge in the specific field of water engineering and in other related technical fields, they have a limited level of information to work in teams with different specializations, as well as to understand the interrelationships between water, food, energy, environment and climate systems. Furthermore, T-shaped professionals have better understanding of nexus relationships between water, food, energy, environment, and climate systems and have been empowered for management and leadership. In this research, while explaining the knowledge components of the T-shaped professional personality, the way to design educational programs for the training of such engineers are explained. The findings of this research can be used for improvement of water engineering education programs in universities in Iran.

    Keywords: Water Engineering, T-Shaped Specialist, Graduate Studies, Multi-Disciplinary Education}
  • حسین ابوالقاسم زاده، الناز ذکری، بنفشه زهرایی، محسن ناصری*
    مقدمه و هدف

    امروزه، انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده های هوا از جمله چالش های مهم بشر محسوب می شوند. یکی از علت های اصلی این انتشار مصرف حامل های انرژی است. صنایع در توسعه ی کشورها نقش بسیار مهمی ایفا می کنند و همین موضوع باعث افزایش مصرف حامل های انرژی توسط صنایع می شود؛ بنابراین، مدل سازی مصرف انرژی و انتشار گازهای مذکور می تواند به طور دخور توجهی در شناخت روندهای کاهش مصرف انرژی، الگوی انتشار و هزینه های اجتماعی مرتبط با آن ها به ما کمک کند.

    روش کار

    در این مطالعه، مدلی با استفاده از رویکرد پویایی های سیستم به منظور محاسبه ی گازهای گلخانه ای و آلاینده های هوا در بخش صنعت استان اصفهان تولید شده است. در این مدل، میزان مصرف انرژی صنایع در سال های 1390 تا 1399 و هزینه های اجتماعی ناشی از این انتشارات محاسبه می شوند. سپس، سناریوهای توسعه در این مدل اعمال و میزان کاهش هزینه های اجتماعی محاسبه می شود.

    یافته ها

    هزینه های اجتماعی ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده های هوا بین 58/2 تا 79/3 میلیون دلار بر مبنای دلار امریکا در سال 1381 بوده است. بیشترین هزینه های اجتماعی در سال 1392 و کمترین آن در سال 1394 ثبت شده است. همچنین، دی اکسیدکربن  بیشترین سهم را در هزینه های اجتماعی دارد.

    نتیجه گیری

    سوخت مازوت و انتشار گاز گلخانه ای ناشی از آن علت اصلی ایجاد هزینه های اجتماعی در منطقه ی مدنظر است و صنایع و نیروگاه ها مصرف کننده های اصلی این سوخت هستند؛ در نتیجه، سناریو حذف سوخت مازوت از صنایع بیشترین تاثیر را در کاهش هزینه های اجتماعی دارد. همچنین، علی رغم کارایی بیشتر نیروگاه های سیکل ترکیبی نسبت به نیروگاه های گازی، سناریو تبدیل نیروگاه های گازی به سیکل ترکیبی آخرین سناریو پیشنهادی برای کاهش هزینه های اجتماعی است.

    کلید واژگان: انرژی, گازهای گلخانه ای, توسعه ی منطقه, پویایی های سیستم, هزینه های اجتماعی}
    Hossein Abolghassemzadeh, Elnaz Zekri, Banafsheh Zahraie, Mohsen Nasseri*
    Introduction and purpose

    Greenhouse gas emissions and air pollutants are major challenges facing humanity today, mainly due to the consumption of energy sources. Industry makes an important contribution to the development of a country, but also contributes to increased energy consumption, which is unavoidable. To address this issue, the use of energy and emissions modeling can be very helpful in understanding the processes involved in reducing energy consumption, identifying emissions patterns and assessing the social costs associated with these emissions.

    Methods

    In this study, a systemic dynamics model was developed to calculate greenhouse gas emissions and air pollutants in the industrial sector of Isfahan province. The model considers industrial energy consumption for the years 2011-2020 and estimates the social costs associated with these emissions. Various development scenarios were applied to the model and the reduction in social costs was calculated.

    Results

    The social costs associated with greenhouse gas emissions and air pollutants were between 2.58 and 3.79 million dollars (based on 2002 USD). The highest social costs occurred in 2012and the lowest in 2014. Carbon dioxide was found to be the largest contributor to these social costs.

    Conclusion

    Mazut fuel and the resulting greenhouse gas emissions are the main contributors to social costs in the study area, and industry and power plants are known to be the main consumers of this fuel. Therefore, the scenario in which mazut fuel is banned from industry has the greatest impact on reducing social costs. Furthermore, despite the higher efficiency of combined cycle power plants compared to gas-fired power plants, the scenario of converting gas-fired power plants into combined cycle power plants is recognized as the last proposed scenario to reduce social costs.

    Keywords: Energy, Greenhouse Gases (GHGs), Regional development, System dynamics, Social costs}
  • علی شاکری، بنفشه زهرائی*، محسن ناصری
    در این پژوهش با استفاده از یک مدل هیدرولوژی ماهانه، به مقایسه سه سناریوی ذوب برف مختلف شامل یک سناریوی دما- مبنا، یک سناریوی مبتنی بر تشعشع خالص و سناریویی مبتنی بر بیلان انرژی در حوضه آبریز طالقان-الموت پرداخته شده و سعی شده با استفاده از داده های دورسنجی بخشی از چالش های مدل سازی ذوب برف در حوضه ای با داده های زمینی کم کاهش داده شود. فرایندهای واسنجی و اعتبارسنجی مدل به روشروش دو مرحله ای انجام گرفته است. در یک مرحله به مدل سازی برف به صورت سلولی در سراسر حوضه پرداخته شده و پارامترهای مدل برف مورد واسنجی قرار گرفته اند. در این مرحله با مقایسه درصد پوشش برف مشاهده شده توسط سنجنده MODIS و مقدار ذخیره برف محاسبه شده در هر سلول توسط مدل، مقدار خطای مدل در شبیه سازی تجمع برف محاسبه شده است. در مرحله بعد با شبیه سازی فرایند هیدرولوژی به صورت یکپارچه در کل حوضه، بخش دیگری از متغیرهای تصمیم مورد واسنجی قرار گرفته و با استفاده از شاخص های خطای مختلف، مورد ارزیابی و اعتبارسنجی واقع شده اند. نتایج نشان دهنده عملکرد بهتر مدل تشعشع خالص و بیلان انرژی نسبت به مدل دما-مبنا است، به طوری که شاخص KGE در دوره اعتبارسنجی، برای مدل با ذوب برف دما-مبنا، 0/72 و برای مدل های تشعشع خالص و بیلان انرژی به ترتیب 0/78 و 0/86 بوده است. هم چنین مربع ضریب همبستگی بین داده های پوشش برف سنجنده MODIS و داده های ذخیره برف محاسبه شده در سه مدل، بین 0/62 برای مدل بیلان انرژی تا 0/72 برای مدل دما-مبنا بوده است. با توجه به نتایج، روش مدل تشعشع خالص و بیلان انرژی امکان برآورد و ارایه مناسبی از ذخیره برفی و هیدرلوژی وابسته به آن در مناطق کوهستانی با اطلاعات کم محیطی را فراهم می کند.
    کلید واژگان: بیلان آب ماهانه, بیلان انرژی, ذوب برف, سنجش از دور, مدل سازی توزیعی برف}
    Ali Shakeri, Banafsheh Zahraie *, Mohsen Nasseri
    This study compared three different snowmelt scenarios using a monthly water balance model in the Taleghan-Alamut Basin in north of Iran. Three scenarios were tested in this study: a temperature-based, a net radiation-based, and an energy balance-based. Remote sensing data were utilized to mitigate the challenges of modeling snowmelt in a basin with limited ground information. The calibration and validation processes were carried out in a two-stage method. First, snow modeling was conducted grid-based throughout the basin, and the model parameters were validated. Using snow cover observed by the MODIS sensor, the model dispcipancy between computed and observed snow accumulation was calculated by comparing the percentage of to the calculated snow storage in each cell of the basin. In the second stage, the other model parameters were calibrated as a lumpt hydrologic model across the basin. Ultimately, the net radiation-based and energy balance-based models showed superior performance compared to the temperature-based model. During the validation period, the Kling-Gupta efficiency metric for the temperature-based snowmelt model was 0.72, while for the net radiation-based and energy balance-based models were 0.78 and 0.86, respectively. Additionally, the correlation coefficient between MODIS snow cover data and snow storage calculated in the three models ranged from 0.62 for the energy balance-based model to 0.72 for the temperature-based model. According to the results, the proposed methodology is suitable for assessing snow budget and the snow hydrology in mountainous areas with limited data availability.
    Keywords: Distributed Snow Model, Energy balance, monthly water balance, remote sensing, snow melt}
  • افروز باقری، بهرام ملک محمدی*، بنفشه زهرایی، امیرحسام حسنی، فرزام بابائی
    به منظور تدوین و دستور سازی راهبرد های توسعه پایدار منابع آب زیرزمینی، نگاه یکپارچه به تغییرات کاربری اراضی، تغییرات اقلیم، سامانه اجتماعی و پاسخ سامانه هیدرولوژیک به آن ها، نیاز است. عدم توجه به ایجاد تعادل بین این متغیرها در تغذیه و تخلیه منابع آب زیرزمینی، منجر به بروز مشکلاتی از جمله فرونشست زمین، پیشروی آب های شور، کاهش کیفیت آب ها، افزایش هزینه های پمپاژ و غیره در بیشتر آبخوان های کشور شده است. در این پژوهش، منطقه لنجانات به عنوان یکی از مناطق مهم حوزه آبخیز زاینده رود به دلیل اندرکنش با رودخانه، وجود تغییرات کاربری اراضی و افزایش گسترده برداشت از آبخوان منطقه، به عنوان مطالعه موردی انتخاب شد. نتایج پیش بینی دما و بارش در سناریوی خوش بینانه و بدبینانه تا سال 2035 به وسیله مدل LARS و نتایج بررسی تغییرات کاربری اراضی گذشته و آینده و محاسبه ضریب تاثیر کاربری (ضریب تعدیل) با استفاده از نرم افزار های IDRISI SELVA ،ENVI و مدل های تلفیقی مارکوف و اتوماتای سلولی، برای بررسی میزان رواناب در آینده و سهم آن در تغذیه آبخوان وارد مدل مورد مطالعه (تلفیق WEAP و ANFIS) شد. نتایج نشان می دهد که تغییرات اقلیم و تغییرات کاربری جزء پارامترهای تاثیرگذار بر مطالعات منابع آب زیرزمینی هستند. به طوری که پیش بینی می شود، در منطقه مورد نظر به دلیل کاهش میزان بارندگی و افزایش دما، میزان رواناب کاهش و به دلیل تغییرات کاربری زمین و افزایش برداشت آب های زیرزمینی، نفوذ رواناب و به دنبال آن تغذیه و تراز آب زیرزمینی کاهش یابد. میانگین حجم بارش در سال های مشاهداتی 194.17 میلیون مترمکعب برآورد شد که از این مقدار، 99 میلیون مترمکعب آن به آبخوان نفوذ کرده است. میانگین حجم تغذیه آب زیرزمینی پس از تاثیر ضریب تعدیل 1.051 به ترتیب در سناریوی خوش بینانه 107.09 و در سناریو بدبینانه 93.72 میلیون مترمکعب پیش بینی شد.
    کلید واژگان: پاسخ سامانه هیدرولوژیک, تغذیه آبخوان, توسعه پایدار, فرونشست زمین, مدل LARS}
    Afrouz Bagheri, Bahram Malekmohammdi *, Banafsheh Zahraei, Amirhesam Hassani, Farzam Babaei
    The formulation of strategies for sustainable groundwater resources needs an integrated view of land-use, climate changes, social system, and the response of the hydrological system. Negligence in creating a balance between these variables in charging and discharging groundwater resources has led to problems such as land subsidence, saline water advancement, reduced water quality, increased pumping costs, etc. in most of the country aquifers. In this study, the Lenjanat region was selected as a case study and one of the important regions of the Zayandehrud Watershed due to its interaction with the river, the existence of land-use changes, and increasing harvest from the regional aquifer. The results of temperature and precipitation prediction in an optimistic and pessimistic scenario until 2035 by the LARS Model and the results of examining past and future land-use changes and calculating the impact factor (adjustment coefficient) using IDRISI SELVA, ENVI, and CA-Markov were included in the study model (a combination of WEAP and ANFIS) to investigate future runoff and its contribution to aquifer recharge. The results showed that both climate and land-use changes have some impacts on water resources. In the case study, the amount of runoff decreases due to the decrease in rainfall and increase in temperature, and runoff infiltration, and subsequent feeding and groundwater level decrease due to land-use changes and increase in groundwater abstraction. The average rainfall volume was estimated at 194.17 million cubic meters in the observed years, of which 99 million cubic meters rechrged the aquifer. The average volume of groundwater supply after the effect of an adjustment coefficient of 1.051 was predicted in the optimistic scenario of 10.09 and the pessimistic scenario of 93.72 million cubic meters, respectively.
    Keywords: Aquifer recharges, land subsidence, LARS model, Response of the hydrological system, Sustainable development}
  • سینا سالمی سرمست، بنفشه زهرائی*
    امنیت آبی رویکردی فراگیر در مدیریت منابع آب است که ارزیابی آن می تواند تصویر جامعی از وضعیت منابع آب و مشکلات ناشی از مدیریت این منابع ارایه کند. این رویکرد برای کشور ایران که درگیر مشکلات درهم تنیده در زمینه مدیریت منابع آب و محیط زیست است، می تواند راه گشا باشد. در این پژوهش ابتدا شاخص امنیت آبی استانی با استفاده از روش نیمه جبرانی تجمیع هندسی توسعه داده شد. برای این شاخص سه بعد کلیدی منابع، دسترسی و اقتصاد در نظر گرفته شده است. در نهایت استان های ایران با استفاده از این شاخص ارزیابی و رتبه بندی شدند که در این ارزیابی برای هر استان عددی بین صفر (برای بدترین وضعیت) و یک (برای بهترین وضعیت) به عنوان شاخص امنیت آبی محاسبه شد. نتایج این پژوهش مشخص کرد که مقدار شاخص امنیت آبی برای هیچ کدام از استان های ایران، بیش تر از 43/0 نمی شود که نشان دهنده وضعیت نامطلوب همه استان های ایران از منظر شاخص امنیت آبی است. استان های مرز شرقی و قسمت شرقی فلات مرکزی بدترین وضعیت ها را از منظر شاخص امنیت آبی دارند؛ استان های سیستان و بلوچستان، خراسان رضوی، خراسان جنوبی، یزد و کرمان استان هایی هستند که کم ترین مقادیر شاخص امنیت آبی برای آنها ثبت شده است (همگی کم تر از 22/0). استان مازندران با مقدار 432/0 در شاخص امنیت آبی، در رتبه اول قرار گرفته است، که دلیل اصلی آن وضعیت مطلوب این استان از منظر بعد منابع است. آذربایجان شرقی با کسب مقدار 416/0، به دلیل وضعیت متعادل و بالاتر از میانگین در همه ابعاد کلیدی امنیت آبی، در رتبه دوم قرار گرفته است. استان هرمزگان نیز با کسب مقدار 386/0، به دلیل ثبت بهترین وضعیت در بعد اقتصاد در جایگاه سوم قرار گرفته است.
    کلید واژگان: امنیت آبی, امنیت دسترسی به آب, تجمیع هندسی, شاخص ترکیبی}
    Sina Salemi Sarmast, Banafsheh Zahraie *
    Assessment of water security can be considered as a comprehensive approach towards analysis of status of water resources and water resource management practices. This approach can be especially helpful for Iran, which faces complex problems in the management of water and natural resources. In this paper, an index is developed for assessing the state of water security in Iranian provinces using the geometric mean as the aggregation method. Finally, the Iran provinces were ranked by this index and a number between 0 (for the worst condition) and 1 (for the best condition) is estimated as water surety index for each of them. The results indicated that the security index value can not be more than 0.43 for none of the provinces, which shows weak water security for all of the provinces. The provinces located on the eastern border and the eastern part of the central Iranian plateau, Sistan and Baluchestan, Khurasan Razavi, Yazd, and Kerman are provinces that face the worst conditions and had the least values for water security index (all below 0.22). Mazandaran province with water security index of 0.416 was ranked first mostly due to good condition in resource dimension. East Azerbaijan province due to balance and relatively good status in all dimensions was ranked second. Hormozgan province with water security index of 0.386, because of the best condition in economic dimension was ranked 3rd.
    Keywords: Composite Indicators, Geometric Aggregation, Indicator Normalization, Security of Access to Water, Water security}
  • محمدحسین رمضانی، مریم افخمی، بنفشه زهرائی*

    موضوع برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی به عنوان یک مسئله مشترک در مناطق خشک و نیمه خشک در دنیا است. این مسئله در بسیاری از دشت های ایران مانند دهستان قنوات قم، سبب افت کمی وکیفی آب زیرزمینی شده است و ذی نفعان این منابع، با چالش های جدی مواجه شده اند. هدف از تحقیق حاضر، ارزیابی ظرفیت سازگاری کشاورزان در برابر افت کمی و کیفی آب زیرزمینی می باشد. در همین راستا ابتدا محتوا و ساختار ابعاد ظرفیت سازگاری، با استفاده از مطالعات پیشین شناسایی شده و سپس براساس خروجی تحلیل پاسخ های پرسشنامه طراحی شده با استفاده از سنجش پایایی و در نهایت روش معادلات ساختاری، ابعاد مهم و تاثیرگذار در محدوده مطالعاتی بدست آمده است. سپس به منظور بررسی و مقایسه سازگاری روستاهای مختلف، با سنجش ارتباط ابعاد ظرفیت سازگاری و خصوصیات فردی و فنی کشاورزان، شاخص ظرفیت سازگاری ارایه و محاسبه شده است. یافته های این تحقیق نشان می دهد که مهم ترین ابعاد تاثیرگذار بر ظرفیت سازگاری، نوآوری و ریسک پذیری است، درحالی که ابعاد حکمرانی و اعتماد به دولت، تاثیر قابل توجهی بر ظرفیت سازگاری منطقه مطالعاتی نداشتند. این خروجی، نشان از اعتماد پایین کشاورزان این منطقه به سیاست های اجرایی دولت در خصوص امور کشاورزی و مدیریت منابع آب زیرزمینی دارد. با محاسبه شاخص ظرفیت سازگاری برای روستاهای مختلف مشخص شد که سه روستای دولت آباد، مومن آباد و عبدالله آباد، بیشترین سازگاری را در این منطقه دارند. در سمت مقابل به سبب تعدد خرده مالکان و عدم تمایل به کاشت محصولات جدید، روستاهای والیجرد و مراد آباد دارای کم ترین ظرفیت سازگاری هستند.

    کلید واژگان: خصوصیات فردی و فنی کشاورزان, شاخص ظرفیت سازگاری, کیفیت منابع آب زیرزمینی, مدل سازی معادلات ساختاری}
    Mohammad Hossein Ramezani, Maryam Afkhami, Banafsheh Zahraie *

    The matter of excessive withdrawal of groundwater resources as a common problem in arid and semi-arid regions of the world has caused depletion in the quantity and quality of groundwater in many plains of Iran, such as Qanavat district in Qom, and the stakeholders of these resources have confronted serious challenges. This research aims to evaluate farmers' adaptive capacity to the quantitative and qualitative decline of groundwater resources. In this regard, first, the content, structure and relative importance of the dimensions of adaptation capacity have been measured using the self-assessment method and psychometric approach. Then, in order to study and compare the adaptation of different villages, the adaptive capacity index has presented and calculated by measuring the relationship between the dimensions of adaptive capacity and individual and technical characteristics of farmers. findings of this research indicate that the most important dimensions influencing adaptive capacity are innovation and risk behavior with highest factor loadings (0.91 and 0.85, respectively), whereas governance and trust in government with lowest factor loadings (0.42 and 0.38, respectively) has not found to be significant dimensions. This finding illustrates the low confidence of farmers in government executive policies on agriculture and groundwater management in this region. Calculating the adaptive capacity index for different villages, it was found that Dolatabad, Momenabad, Seraje and Abdullahabad vllages with more than 0.58 have the highest adaptation in this region. contrarily, due to the multiplicity of smallholders and unwillingness to plant new crops, Valijard and Morad Abad have the lowest adaptation.

    Keywords: Adaptive capacity index, Individual, technical characteristics, Quality of groundwater resources, Structural Equation Modeling (SEM)}
  • محسن ناصری*، بنفشه زهرایی، حامد پورسپاهی سامیان، مریم خدادادی، ندا دولت ابادی

    با توجه به اهمیت و نقش میزان جریان در مطالعات منابع آب، در این پژوهش روش های تجربی برآورد جریان رودخانه در مناطق بدون ایستگاه آب سنجی بررسی شده اند. عملکرد این روش ها در تخمین جریان سطحی خروجی از محدوده های مطالعاتی حوضه سفیدرود بزرگ که ایستگاه آب سنجی دارند، بررسی شده است. جریان سطحی تخمینی براساس روش های تجربی مختلف با جریان سطحی مشاهداتی ثبت شده در ایستگاه های آب سنجی مقایسه و نتایج از منظر شاخص های آماری همچون خطا ارزیابی شده است. انتخاب این حوضه با توجه به گستردگی جغرافیایی، تنوع اقلیمی و ویژگی های فیزیوگرافیک متنوع آن صورت گرفته است. روش های جاستین، کوتاین، سازمان تحقیقات کشاورزی هندوستان، دپارتمان آبیاری هندوستان، تورک، لازی، خوسلا، انگلی- دی سوزا و SCS-CN مربوط به سازمان حفاظت خاک آمریکا در این پژوهش بررسی شده اند. نتایج در محدوده های مختلف حوضه سفیدرود حاکی از عملکرد بهتر روش های دپارتمان آبیاری هندوستان، جاستین و کوتاین بوده است. در پایان با توجه به نتایج به دست آمده، روش جاستین برای محدوده هایی با گرادیان ارتفاعی و دمایی شدید و در عین حال ضریب جریان زیاد توصیه می شود. روش سازمان آبیاری هندوستان نیز برای محدوده های دارای نسبت زیاد رواناب به بارش عملکرد قابل قبولی داشته است؛ اما هرچه نسبت رواناب به بارش کمتر از 2/0 باشد، عملکرد این روش ضعیف تر می شود. روش کوتاین در بیشتر محدوده ها عملکردی متوسط دارد که بر این اساس این روش به مثابه انتخابی محافظه کارانه توصیه می شود.

    کلید واژگان: روش تجربی, برآورد جریان رودخانه, حوضه بدون ایستگاه, حوضه آبریز سفیدرود بزرگ}
    Mohsen Nasseri *, Banafsheh Zahraie, Hamed Poorsepahy Samian, Maryam Khodadadi, Neda Dolatabadi
    Introduction

    Estimation of discharge in ungauged basins is of prominent importance in hydrologic and water resource management studies; however, it is not possible to determine the runoff coefficient in different watersheds without streamflow data. In many study areas of the country (unit of hydrological basis and balance of water resources in the studies of the Ministry of Energy), there is no hydrometric station to measure the surface flow out of the area. Several methods have been introduced to estimate the discharge of ungauged basins, which can be classified into three main categories. The first category contains the methods that make a relation between precipitation and the produced runoff (such as the Inglis and De’Souza and the Indian Department of Irrigation (IDOI) methods). The second category includes the methods that estimate annual runoff deficit and predict the yearly runoff accordingly (such as Turc, Langbein, Coutagine, and Khosla methods). The third category covers the methods that take into account the physiographic characteristics of basins to estimate runoff (such as the Indian Council of Agricultural Research (ICAR), Justin, and Lacey methods). The SCS Curve Number (CN) method is also among the most common methods of estimating runoff produced by rainfall and considers various conditions in its formulations; nonetheless, determining the CN and its initial absorption coefficient is still challenging. The aim of the present study is to evaluate the efficiency of different empirical methods in the estimation of runoff in watersheds with different hydrologic and physiographic characteristics and climatic conditions in addition to giving some insights on the selection of the proper runoff estimation methods in ungauged basins.In this study, the application of empirical methods in the calculation of the outgoing discharge from various areas in the Sefidroud watershed was investigated. The Sefidroud watershed has a total number of 11 areas, 10 of which have hydrometric stations in their outlets. For these ten sub-basins, the observed annual runoff was compared with the results yielded by the aforementioned empirical methods, and the efficiency of each method was assessed accordingly for each sub-basin. The Root Mean Squared Error (RMSE), Standard Deviation (SD), Correlation Coefficient, and the Centered Root Mean Squared Deviation (CRMSD) were used to analyze the data. The runoff estimation methods investigated in this study included Khosla, Lacey, Inglis De’Souza, Coutagine, Turc, ICAR, IDOI, Justin, and the SCS-CN methods. Moreover, the authors of the present study tried to find the optimized value of the initial absorption coefficient in the SCS-CN method in order to obtain a reasonably accurate estimation of runoff for each sub-basin. 

    Discussion

    The results of the present study indicated that the Khosla and the SCS-CN methods with an initial absorption coefficient of 0.05 and 0.2 showed the poorest performance in all sub-basins. Moreover, the Inglis De’Souza method was not applicable in Iran’s sub-basins due to its different approach in dealing with plains and highlands. Because the study areas in the catchments of Iran are all a combination of plains and elevations and sometimes include a combination of several plains and several elevations with different characteristics. The optimized values of the initial absorption coefficients varied between 0.0006 and 0.25, which implies that a specific value of initial absorption cannot be used in all of the sub-basins to achieve the best accuracy in the estimation of runoff. Comparison between the results yielded by other methods (i.e. Turc, Coutagine, IDOI, ICAR, and Justin) with the observed streamflows indicated that the choice of the best method depends on the error index used for comparison. In other words, the Justin method had the best performance in terms of correlation with the observed runoff in the Sefidroud watershed. But, in terms of the RMSE error index, the IDOI method generally performs better. Finally, the Coutagine method had a good performance in terms of both correlation and RMSE in the main study areas. 

    Conclusion

    According to the results of the present study, the Justin method is recommended for areas that have a high altitude and temperature gradient and at the same time have a high flow coefficient. The IDOI method performs best for sub-basins that have a high runoff to rainfall ratio. As this ratio decreases below 0.2, the IDOI method is likely to produce poorer results. The Coutagine method showed a moderate performance in most of the studied areas, which suggests that it can be employed to produce conservative results in many areas under study. 

    Keywords: Empirical Methods, Runoff Estimation, Ungauged Basins, the Sefidroud Watershed}
  • افروز باقری، بهرام ملک محمدی*، بنفشه زهرائی، امیرحسام حسنی، فرزام بابائی

    برخی ازعوامل طبیعی، اجتماعی و اقتصادی مانند تغییرات کاربری اراضی، رشد جمعیت وتغییر اقلیم در مقیاس های خرد و کلان، بر سیستم های منابع آب اثرات منفی وارد می کنند که بررسی همه جانبه و همزمان آن ها از اهمیت ویژه برخوردار است. در این پژوهش، تعیین تغییرات کاربری اراضی دوره های مختلف زمانی در دشت لنجانات با کاربرد تصاویر ماهواره ای لندست و سپس ایجاد نقشه های کاربری اراضی و آشکارسازی تغییرات آن با استفاده از نرم افزار ENVI برای پنج گروه مختلف کاربری انجام شد. برای ارزیابی صحت طبقه بندی از ضریب کاپا و نیز صحت کلی و برای پیش بینی تغییر کاربری اراضی در آینده (سال 2035) از نرم افزار IDRISI kilimanjaro بهره گرفته شد.همچنین ضریب تعدیل از تقسیم ضریب رواناب کاربری در دوره پیش بینی بر ضریب رواناب درصد تغییرات کاربری در گذشته، محاسبه شد. نتایج حاصل از پیش بینی کاربری زمین در دشت مذکور، نشان می دهد که در دوره زمانی 2015 تا 2035، کاربری مناطق انسان ساخت از 7202هکتار به 9122هکتار روند افزایشی دارد. کاربری کشاورزی در منطقه در سال 2035 به 16638هکتار می رسد که در مقایسه با مقدار مشابه در سال 2015 کاهش خواهد یافت. در همین زمان، سهم پهنه های آبی به 175هکتار و حدود 25درصد کاهش خواهد رسید. ضریب تعدیل در منطقه مورد مطالعه با توجه به تغییرات کاربری سال 2035 نسبت به سال 1990، معادل 1.051 تعیین شد که دانستن تغییرات کاربری اراضی و این ضریب در مطالعات مربوط به مدیریت منابع آب منطقه، مورد استفاده خواهد بود.

    کلید واژگان: تغییرات کاربری اراضی, IDRISI kilimanjaro, مدیریت منابع آب, ضریب تعدیل, دشت لنجانات - اصفهان}
    Afrouz Bagheri, Bahram Malekmohammadi *, Banafsheh Zahraei, Amirhesam Hasani, Farzam Babaei
     Introduction

    Nowadays, changes in environmentaldynamics including changes in land cover, land use, water supplies and climate are considered to be challenging issues of human communities. Thus, it is especially important to investigate different aspects of land use change and their effects on the past and future trends ofdifferent plains. Identification of previous changes and prediction of future trends help planners and managers to compensate for losses and avoid similar mistakes in future.Therefore, the present study is divided into two parts. In the first part, land usechanges of Lenjanat Plain in the 1990-2015 period are analyzed. In the second part, future land use changes (2015-2035) of the area are investigated.Adjustment coefficient is calculated to show the effect of land use changes on runoff coefficient.  

    Materials and methods 

    2.1 Study area and its characteristics Lenjanat Plain is a sub-basin of Gavkhuni Wetland located in the central part of the Iranian plateau with the longitude of 51˚ 8' to 51˚45' E and latitude of 32˚2' to 32˚24' N.   2.2  Land use change In the first step, preprocessing of satellite data and preparation of the information were carried out through geometric and atmospheric correction of the digital imageswith the purpose of correcting errors, removing defects in the images and omitting system errors. Landsat-4 and 5, TM sensor, Landsat-7, ETM+ sensor and Landsat-8 OLI sensor were used to evaluate and predict land use changes in the study area. Image selection was performed based on the availability criteria, and Landsat satellite images were thus obtainedfor 1990, 2005, and 2015. In the next step, unsupervised classification was used to create a general understanding of land use classes in the study area as a useful tool for determining training samples. ENVI software was used to identify suitable training samples for classification. To realize the second goal of the study, Marco integration model and a cellular automaton model were used and future land use changes in Lenjanstudy area were predicted for 2035 based on the base map and the assumption that the current trend in land use changes will continue. For this purpose, the Marco and CA-MARKOV modules were utilizedin IDRISI SELVA. CA-Markov model was used to predict land use changes with spatial contiguity and spatial transitions over time. 

     Results and discussion

    3.1 Measuringland usechanges Finall and use maps represent the percentage and spatial distribution of each landuse type in the study area in the past, and at present. These maps area also used to evaluate the effects of management on the intensity of land use changes in the study area. Man-made surfaces have almost doubled in the region and reached from 3922 to 7202 hectares. In the past, 3922, 22516, 81613 and 367 hectaresof man-made areas (such as residential and industrial), agricultural lands, barren lands, and riverbeds were located in the study area which have reached 7202, 17943, 82793 and 229 hectares, respectively.   3.2 Prediction of future land usechanges Land use types in 2035 were predicted using CA-Markov chain model. Results indicate that manmade surfaces will exhibit a rising trend and increase from 7,202 to 9,122 hectaresduring 2015-2035 period.To determine the compatibility or incompatibility of actual maps and modelingresults, model validation was performed. In this regard, land usesof the study area was predicted for 2015 through the aforementionedmodel and the predicted map was compared with the actual land use map in 2015. In this method, the Kappa index of 0-1 was used to interpret the results.   3.3 Adjustment Factor Before anything else, the present study have determinedland usechangespercentage. Then, runoff coefficient of the forecast period was divided by runoff coefficient of land use changes in the pastto calculate the adjustment factor.Based on the findings of this study and the land use changesforecasted forLenjanat plain in 2035, the adjustment coefficient for the region equals 1.051.

    Conclusions 

    The present study aimed to evaluate various criteria affecting the quantity of water resources. Moreover, it has evaluated and determinedadjustment factor. For this purpose, Lenjan plain was used as a representative of the plainsin the country. Five land use types, including man-made areas (such as residential and industrial), agricultural lands, Barren lands, riverbeds and rock beds were identified for 1990, 2005 and 2015. CA-Markov was applied to predict land use changes for 2035. Adjustment coefficient is also calculated to show the effect of land use changes on runoff coefficient

    Keywords: Land use change, Water resources management, IDRISI kilimanjaro, Adjustment factor}
  • محمد انصاری قوجقار، شهاب عراقی نژاد، جواد بذرافشان، بنفشه زهرایی*، احسان پارسی

    درک صحیح از وقوع طوفان های گرد و غبار در هر منطقه و آگاهی از تغییرات زمانی- مکانی این پدیده به مدیریت و کاهش خسارت های ناشی از گرد و غبار کمک شایانی می کند. در سال های اخیر، توسعه فرامدل ها و ترکیب آن ها با الگوریتم های بهینه سازی به منظور مدل سازی و پیش بینی متغیرهای آب و هوایی، مورد توجه زیادی قرار گرفته است. از این رو در مطالعه حاضر، نوعی رویکرد ترکیبی به منظور پیش بینی فراوانی روزهای همراه با طوفان گرد و غبار (FDSD) در مقیاس فصلی پیشنهاد شده که در آن از ترکیب شبکه های عصبی LSTM و GRU استفاده می شود. در این پژوهش، عملکرد مدل هیبریدی پیشنهادی با شبکه عصبی مبتنی بر توابع پایه شعاعی (RBF) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) مورد مقایسه قرار گرفته است. بدین منظور، از داده های ساعتی گرد و غبار و کدهای سازمان جهانی هواشناسی در مقیاس فصلی با طول دوره آماری 30 ساله (2019-1990) در هفت ایستگاه سینوپتیک استان خوزستان استفاده شد. نتایج معیارهای ارزیابی در مرحله آموزش و آزمایش مدل ها نشان داد که مدل هیبریدی GRU-LSTM عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل های مورد استفاده به منظور پیش بینی فراوانی روزهای همراه با طوفان گرد و غبار ارایه می نماید؛ به طوری که مدل هیبریدی پیشنهادی با ضریب همبستگی (0/988-0/905=R)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE=0/313-0/402 day)، میانگین قدر مطلق خطا (MAE= 0/144-0/226 day) و ضریب نش -ساتکلیف (0/903-0/819=NS)، عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل های مورد استفاده در پیش بینی شاخص FDSD داشته است. در مجموع با مقایسه مدل های مورد استفاده، روش هیبریدی GRU-LSTM بهترین عملکرد و بعد از آن مدل SVM بهترین نتیجه را ارایه نمود. لذا مدل هیبریدی پیشنهادی می تواند به عنوان ابزاری مناسب جهت پیش بینی شاخص FDSD و به تبع آن اتخاذ تصمیمات مدیریتی به منظور کاهش خسارات طوفان های گرد و غبار، در منطقه مطالعاتی مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: پیش بینی, طوفان گرد و غبار, روش ماشین بردار پشتیبان, روش GRU-LSTM, خوزستان}
    Mohammad Ansari Ghojghar, Shahab Araghinejad, Javad Bazrafshan, Banafsheh Zahraie *, Ehsan Parsi

    Understanding the frequency of dust storms in each area and being mindful of temporal-spatial variation of this event can help to monitor and reduce the damages induced by dust events. Due to the increasing development of metamodels and their combination with optimization algorithms used to model and predict hydrological variables, machine learning models due to high accuracy in forecasting, in the form of a black box, have received a lot of attention. Therefore, in the present study, a hybrid approach is proposed to predict the Frequency of Dust Storm Days (FDSD) on a seasonal scale, which uses a combination of Lang Short Term Memory (LSTM) and Gated Recurrent Unit (GRU) neural networks. In this study, the performance of the proposed hybrid model was compared with a neural network based on Radial Basis Functions (RBF) and Support Vector Machine (SVM). For this purpose, hourly dust data and codes of the World Meteorological Organization were used on a seasonal scale with a statistical period of 30 years (1990-2019) for seven synoptic stations in Khuzestan province. The results of the evaluation criteria in the training and testing Stages showed that the GRU-LSTM hybrid model offered better performance than other models used to predict the frequency of days with dust storms; The proposed hybrid model with correlation coefficient (R) of 0.905-0.988, Root Mean Square Error (RMSE) of 0.313-0.402 day, Mean Absolute Error (MAE) of 0.144-0.236 day, and Nash-Sutcliffe (NS) of 0.819-0.903 had better performance compared to the other models used in predicting the FDSD index. In general, comparing the models used in this study, the GRU-LSTM hybrid method and the SVM model, respectively, provided the best prediction skills. As a result, application of the proposed hybrid model can be used as a suitable tool to predict the FDSD index and adopting management decisions to reduce the dust storms damages in the study area.

    Keywords: prediction, Dust Storm, SVM, GRU-LSTM method, Khuzestan Province}
  • بنفشه زهرایی*، حامد پورسپاهی سامیان، محسن ناصری، سید محمود طاهری

    با توجه به وضعیت اقلیمی خشک و نیمه خشک ایران و کاهش متوسط بارش ها به خصوص در سال های اخیر، استفاده از روش های نوینی همچون بارورسازی ابرها به منظور دست یابی به منابع آب بیشتر موردتوجه قرار گرفته و با این هدف، بارورسازی ابرها از سال 1377 در کشور عملیاتی شده است. هدف از این تحقیق، ارزیابی آماری پروژه های بارورسازی ابرها در سال آبی 93-94 (ماه‏های ژانویه، فوریه و مارس سال 2015 میلادی) در مناطقی از فلات مرکزی ایران شامل استان‏های یزد، کرمان، فارس، اصفهان و برخی از مناطق مجاور با بهره گیری از رگرسیون چندگانه گام به گام است. در این تحقیق از دو رویکرد آماری استفاده شد. در رویکرد اول، بارش در ایستگاه‏های واقع در منطقه تحت تاثیر عملیات بارورسازی، بر اساس بارش در ایستگاه‏های خارج از این منطقه با استفاده از این رگرسیون خطی برآورد شده و سپس با در نظر گرفتن بازه اطمینان 90 درصد، اثرگذاری عملیات بارورسازی در هر ایستگاه تعیین شده است. در رویکرد دوم، حجم بارش در استان‏های تحت تاثیر عملیات بارورسازی بر اساس بارش در ایستگاه‏های خارج از محدوده تحت تاثیر بارورسازی با استفاده از رگرسیون خطی چندگانه گام به گام برآورد شده و سپس با در نظر گرفتن بازه اطمینان 90 درصد، اثرگذاری عملیات بارورسازی بر روی حجم بارش هر استان بررسی شده است. نتایج هر دو روش حاکی از تاثیرگذاری معنی دار عملیات بارورسازی در این سال در این مناطق بوده است. به گونه‏ای که حجم بارش در ماه فوریه در تمام استان‏های واقع در منطقه هدف عملیات بارورسازی از 15 تا 80 درصد افزایش داشته است.

    کلید واژگان: تعدیل وضع هوا, رگرسیون چندگانه گام به گام, رگرسیون خطی چندگانه, ارزیابی آماری, بارورسازی ابرها, فلات مرکزی ایران}
    Banafsheh Zahraie *, Hamed Poursepahy Samian, Mohsen Nasseri, S. Mahmood Taheri

    Iran is located in an arid and semi-arid region and has experienced a reduction of average rainfall in recent years. This has turned the attention to the use of new methods such as cloud seeding to achieve more water resources. In this regard, cloud seeding operations have been carried out in the country since 1998. The purpose of this study was to evaluate cloud seeding projects in the 2015 water year (January, February, and March 2015) in the central region of Iran, including the provinces of Yazd, Kerman, Fars, Isfahan, and some adjacent provinces. The evaluation was performed statistically using stepwise multiple regression. Two different approaches have been used for evaluation. In the first approach, precipitation at stations located in the target area of cloud seeding operations is estimated based on the precipitation at stations in the control area using stepwise multiple regression and then taking into account a 90% confidence interval for this estimate, the effectiveness or ineffectiveness of the cloud seeding operation at each station is determined. In the second approach, the volume of precipitation in each province in the target area is estimated based on the precipitation in stations outside in the control area using stepwise multiple regression and then by considering a 90% confidence interval for this estimate, the effectiveness of cloud seeding operations on the rainfall volume of each province has been investigated. The target area in different months was selected based on the HYSPLIT model results. Due to the inconsistent spatial distribution of rain gauges in the target areas, parts of the target areas lacking enough rain gauges were excluded from further analysis. To define the boundaries of the exclusion areas, Inverse Distance Weighted (IDW) method was used to find the influence of the radius around each rain gauge. The influence radius values were selected as 93940, 89569, and 149015 m for the months of January, February, and March, respectively. Finally, the minimum value of 89569 m was selected as the influence radius. The results of both methods indicate the impact of cloud seeding operations this year in these areas. In particular, the volume of precipitation in February in all provinces located in the target area of cloud seeding operations has increased from 15 to 80 percent. Surface runoff generated from the increased precipitation due to cloud seeding were estimated by the two methods of Soil Conservation Service (SCS) and Rational method. The estimated surface runoffs generated by SCS and rational methods were 1318.5 and 1329.5 million m3, respectively. The groundwater recharge in the three months of January, February, and March is estimated as 105.3, 425.6, and 156.3 million m3, respectively. It is important to note that runoff and groundwater recharge estimations by the method used in this study are subject to high uncertainties, and the estimations can only represent the order of magnitude of impacts of cloud seeding operations, and therefore, exact numbers should not be used for water resources planning and management purposes. Further investigation in areas with more rain gauges can assist in a more accurate assessment of could seeding operations.

    Keywords: Weather Modification, Stepwise Multiple Regression, Linear Multiple Regression, Statistical analysis, Cloud Seeding, Central Plateau of Iran}
  • امید زندی، بنفشه زهرایی*، محسن ناصری
    تخمین دقیق توزیع مکانی بارش در بسیاری از فرآیندهای برنامه ریزی و مدیریت بهره برداری از منابع آب و فعالیت های کشاورزی، نقش کلیدی ایفا می کند. در این تحقیق، به منظور تخمین ماهانه بارش با دقت مطلوب مکانی، مدلی بر پایه چهارچوب PRISM مبتنی بر الگوی ارتفاعی و سایر خصوصیات مکانی، توسعه داده شد و در حوضه آبریز سفیدرود و در بازه زمانی سال آبی 1379 الی 1394 پیاده سازی شد. در گام اول نتایج حاصل از این روش در مقیاس ماهانه با روش بهبود یافته معکوس فاصله وزندار2 مقایسه شد. با توجه به درجه آزادی های موجود در هر دو روش، پارامترهای این دو روش ابتدا در مقیاس زمانی سالانه با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه یابی شده و از مجموعه پارامترهای بدست آمده به منظور تخمین عملکرد آماری مدل ماهانه از طریق اعتبار سنجی3 متقابل استفاده شد. بر اساس نتایج ماهانه محاسبه شده، هر دو مدل در تخمین مقدار بارش در محل ایستگاه ها، عملکردی نزدیک داشتند. اما علیرغم این عملکرد تقریبا یکسان، توزیع مکانی بارش محاسبه شده توسط روش مبتنی بر PRISM از انطباق بهتری نسبت به الگوی توپوگرافی و شواهد موجود برخوردار است. در گام بعدی عملکرد این مدل در تخمین میانگین بارش ماهانه با روش کریجینگ معمولی مقایسه شد، نتایج مدل توسعه داده شده در ماه های پربارش و روش کریجینگ در ماه های خشک مطلوب تر ارزیابی می شود. . با توجه به حجم اندک بارش های تابستانه، PRISM ابزار مناسب تری نسبت به کریجینگ به منظور درورن یابی مکانی بارش شناخته شد.
    کلید واژگان: درون یابی مکانی بارش, الگوریتم ژنتیک, معکوس فاصله وزن دار, حوضه آبریز سفیدرود, کریجینگ}
    Omid Zandi, Banafsheh Zahraie *, Mohsen Nasseri
    Accurate spatial estimation of precipitation plays a key role in many hydrological modelling, water resources planning and agricultural management studies. In order to estimate high-resolution precipitation in the current research, an estimation model based on PRISM framework considering Digital Elevation Model (DEM) and other spatial attributes is developed and applied to Sefidroud basin during the years 2000-2015. In the first step, the monthly results were compared with modified Inverse Distance Weighted (IDW) as a benchmark method. Considering both models’ degrees of freedom, the parameters are calibrated with Genetic Algorithm in annual time scale and the obtained parameters are utilized to estimate model monthly cross validation error. According to the monthly results, both models had roughly same statistical performance in estimating precipitation at the selected rain gauges. In spite of similar statistical performance of the models, the spatial distribution of precipitation provided by the PRISM based method is more consistent with topographic pattern and existing evidences. In the next step the proposed model’s ability to estimate mean monthly precipitation is compared with ordinary kriging method and according to the results, in wet months the developed model and in dry months kriging method represents more optimal results. According to small amount of summer precipitation, PRISM based approach is considered to be a better tool for spatial interpolation of precipitation than kriging.
    Keywords: Spatial Interpolation of Precipitation, Genetic Algorithm, Inverse distance weighted, Sefidroud Watershed, Kriging}
  • محمد انصاری قوجقار*، مسعود پورغلام آمیجی، شهاب عراقی نژاد، بنفشه زهرایی، سامان رضوی، علی سلاجقه

    به منظور کنترل و مدیریت صحیح طوفان های گرد و غبار، آگاهی از تغییرات زمانی- مکانی این پدیده و لزوم پیش بینی و مدل سازی آن با هدف شناخت دقیق تر رفتار طوفان های گرد و غبار نسبت به محرک های طبیعی و انسانی، امری ضروری است. با توجه به توسعه روز افزون فرامدل ها و ترکیب آن ها با الگوریتم های بهینه سازی به منظور مدل سازی و پیش بینی متغیرهای هواشناسی، در این پژوهش چهار الگوریتم بهینه سازی فراکاوشی ازدحام ذرات (PSO)، ژنتیک (GA)، کلونی مورچگان در محیط های پیوسته (ACOR) و تکاملی تفاضلی (DE) با مدل سیستم استنتاج تطبیقی فازی عصبی (ANFIS) ترکیب شد. عملکرد چهار مدل ترکیبی توسعه داده شده با مدل  ANFISبرای پیش بینی متغیرهای فراوانی روزهای همراه با طوفان گرد و غبار (FDSD) در مقیاس فصلی در استان خوزستان در جنوب غربی ایران ارزیابی شد. بدین منظور از داده های ساعتی گرد و غبار و کدهای سازمان جهانی هواشناسی در مقیاس فصلی با طول دوره آماری 40 ساله (2019-1980) در هفت ایستگاه سینوپتیک استان خوزستان استفاده شد. نتایج شاخص های نیکویی برازش در مرحله آموزش و آزمایش نشان داد که اختلاف معنی داری بین روش ANFIS و سایر مدل های ترکیبی مورد استفاده وجود ندارد. مقادیر R و RMSE برترین مدل ترکیبی (ANFIS-PSO) به ترتیب از 88/0 تا 97/0 و 10/0 تا 19/0 و در مدل ANFIS به ترتیب از 83/0 تا 94/0 و 11/0 تا 21/0 متغیر بودند. همچنین نتایج نشان داد که ترکیب الگوریتم های بهینه سازی استفاده شده با مدل ANFIS نتایج مدل را نسبت به مدل انفرادی ANFIS به صورت معنی داری بهبود نمی بخشد.

    کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک, الگوریتم های تکاملی, مدل سازی, هوش مصنوعی, ANFIS}
    Mohammad Ansari Ghojghar *, Masoud Pourgholam Amiji, Shahab Araghinejad, Banafsheh Zahraie, Saman Razavi, Ali Salajegheh

    Due to the growing development of meta-models and their combination with optimization algorithms for modeling and predicting meteorological variables, in this research four metaheuristic optimization algorithms of Particle Swarm Optimization (PSO), Genetics Algorithms (GA), Ant Colony Optimization for Continuous Domains (ACOR) and Differential Evolutionary (DE) were combined with the adaptive neural-fuzzy inference system (ANFIS) model. The performance of four combined models developed with ANFIS model to predict the Frequency variables of Dust Stormy Days (FDSD) on a seasonal scale in Khuzestan province in the southwest of Iran was evaluated. For this purpose, hourly dust data and codes of the Word Meteorological Organization were used on a seasonal scale with a statistical period of 40 years (1980-2019) in seven synoptic stations of Khuzestan province. The results of good fit indices in the training and testing phase showed that there is no significant difference between the ANFIS method and other combined models used. R and RMSE values of the best combined model (ANFIS-PSO) from 0.88 to 0.97 and 0.10 to 0.19, respectively, and in the ANFIS model from 0.83 to 0.94 and 0.11 to 21, respectively, were variable. The results also showed that the combination of optimization algorithms used with the ANFIS model does not significantly improve the results of the model compared to the individual ANFIS model.

    Keywords: ANFIS, Artificial Intelligence, Evolutionary algorithms, Genetic Algorithm, modeling}
  • شایان محسنی بیله سوارچی، فرزین نصیری صالح*، بنفشه زهرائی

    مدل های ماهانه بیلان آب (مدلهای بارش رواناب در مقیاس ماهانه) از ابزارهای اصلی در برنامه ریزی بلند مدت منابع آب محسوب می شوند. ساختار اصلی این مدل ها شامل معادلات پیوستگی ذخیره رطوبتی خاک، جریان زیرسطحی و آب زیرزمینی است. با توجه به پیچیدگی فرایند شکل گیری و منشاهای متفاوت جریان، مدل های بارش رواناب دارای ساختارهای متفاوت هستند که بر اساس شرایط حوضه آبریز مورد مطالعه نیاز به اصلاح، ساده سازی و بازنگری دارند. در صورت وجود منشا کارستی در حوضه مطالعاتی، به دلیل اهمیت آن در تامین آب شرب نمی توان به سادگی آن را در مدلسازی نادیده گرفت. به دلیل پیچیدگی فرایند تشکیل رواناب با توجه به شرایط ساختاری زمین شناسی در حوضه های آبریز کارستی و اهمیت سازندهای کارستی، توسعه مدل های مفهومی و نزدیک کردن فرایند مدل به واقعیت فیزیکی حوضه اهمیت بسیاری دارد. در این تحقیق ساختار مدل مخزنی روزانه SAM برای بهبود پیش بینی جریان پایه و رواناب خروجی ماهانه در حوضه های کارستی کازرون و دشت برم اصلاح شده و سپس نتایج مدل اصلاح شده (SAM-KARST) با مدل اولیه (SAM) مقایسه و عملکرد مدل پیشنهادی ارزیابی شده است. نتایج بهبود نسبی شاخص های عملکردی (حدود 10 درصد) مدل SAM-KARST در مقایسه با مدل SAM را برای حوضه آبریز مطالعاتی نشان داد. با در نظر گرفتن مخزن مفهومی برای منشا کارست در مدل، میزان سهم جریان پایه به صورت بارز افزایش و به بالای 70 درصد رسید که آن نشان دهنده نقش مهم منشا کارست در تامین جریان پایه می باشد.

    کلید واژگان: مدل نواحی اشباع, بیلان ماهانه آب, حوضه آبریز کازرون, کارست, جریان پایه}
    Shayan Mohseni Bileh Savarchi, Farzin Nasiri Saleh *, Banafsheh Zahraie

    Monthly water balance models (rainfall-runoff models on a monthly basis) are major tools in long-term planning of water resources. The basic structure of these models includes continuity equations for soil moisture storage, subsurface flow and groundwater. Due to the complexity of the formation process and the different sources of flow, Rainfall-runoff models have different structures and need to be improved, simplified and revised according to the studied catchment conditions. If there is a karst origin in the study area, because of its importance in providing drinking water, it can not be simply ignored in the modeling. In this study, the structure of daily reservoir Saturation Area Model (SAM) is modified to improve the prediction of base-flow and monthly runoff in Kazeroon and Barm plain karst basins. The results of the modified model (SAM-KARST( and original model (SAM) have been compared and then the performance of the proposed model has been evaluated. The obtained results showed a relative improvement in the performance parameters of SAM-KARST in comparison to SAM for the study basins.By considering the conceptual reservoir for karst origin in the model, the contribution of base flow obviously increased, which indicate the important role of karst origin in supplying base flow.

    Keywords: Saturation Area Model, Monthly Water Balance, Kazeroon basin, karst, base-flow}
  • یوسف حسنی، سید مهدی هاشمی شاهدانی*، بنفشه زهرائی

    این تحقیق به معرفی رویکرد بهره برداری- اقتصادی به عنوان راهبرد جدیدی در بهره برداری شبکه های آبیاری پرداخته است. برای رسیدن به این مهم، دو مدل مجزای اقتصادی و بهره برداری با هم تلفیق شدند. هدف کلی از تلفیق این مدل ها در قالب ساختار توسعه یافته واحد، تحویل و توزیع بهینه آب به واحدهای زراعی شبکه آبیاری بر اساس متوسط ارزش اقتصادی محصولات کشاورزی واقع در الگوی کشت موجود آنها است. گفتنی است که به منظور فراهم کردن امکان ارزیابی عملکرد سامانه بهره برداری کانال آبیاری با بهره گیری از رویکرد بهره برداری- اقتصادی، شاخص ارزیابی عملکرد کفایت تحویل و توزیع آب مورد بازنگری قرار گرفت. به منظور ارزیابی ساختار توسعه داده شده، کانال اصلی شبکه آبیاری رودشت در حوضه زاینده رود به عنوان مورد مطالعاتی این تحقیق انتخاب شد و مدیریت بهره برداری این کانال قبل و بعد از به کارگیری ساختار ارایه شده، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مدل سازی اقتصاد کشاورزی شبکه مورد مطالعه نشان داد که در واکنش به سیاست تحویل آب بر اساس ارزش اقتصادی آن در شرایط کم آبی، یونجه و گلرنگ در مقایسه با سایر محصولات (به خصوص گندم)، از جمله محصولاتی هستند که در الگوی زراعی کشاورزان، سطح زیر کشت را با شدت بیشتری کاهش می دهند. دلیل این امر ارزش اقتصادی کمتر آب و سود ناخالص کمتر در واحد هکتار دو محصول گفته ‍شده نسبت به سایر محصولات زراعی، بوده است. علت نوسانات کمتر محصول گندم را نیز می توان با وجود هزینه های بالا، در قیمت تضمینی و بالای آن در مقایسه با سایر محصولات زراعی توجیه کرد. نتایج ارزیابی عملکرد سامانه بهره برداری توسعه داده شده در این تحقیق بر اساس شاخص ارزیابی عملکرد کفایت تحویل آب حاکی از آن بود که در بهره برداری معمول کانال (عدم بهره گیری از رویکرد اقتصادی) بیشترین مقادیر شاخص کفایت تحویل آب مربوط به چهار آبگیر واقع در بالادست کانال به دست آمده است. این درحالی است که با به کارگیری رویکرد بهره برداری- اقتصادی، آبگیرهای 1، 6، 5 و 12 که مطابق نتایج مدل سازی اقتصادی بالاترین اولویت تحویل آب را به دست آورده اند، مطلوب ترین مقادیر شاخص کفایت را دارا هستند.

    کلید واژگان: ارزش اقتصادی آب, شبکه آبیاری, شبیه سازی اقتصادی, مدیریت بهره برداری}
    Y. Hassani, S. M. Hashemy Shahdany*, B. Zahraei

    This study focused on proposing a new operational perspective within main and lateral irrigation canals based on the economic value of water. To achieve this objective, the operation-economic framework offered in this study consisted of two main components of the PMP model and Operation model. The estimated economic values of water in different regions of the network were employed as the starting point for connecting the economic model with the operation model. It is worth mentioning that the technical perspective targeting adequacy of water distribution within the canals was modified in this study to be applied for the operation-economic framework since the original forms of the indicator were based on physical inherent of the water. Roodasht Irrigation District, located at Zayandeh-Rud basin, was selected as the case study, and the proposed framework was tested on the district. The obtained results revealed that in response to implementing the proposed framework in water distribution within the canal under the water shortage condition, alfalfa and safflower were the two crops those cultivation was decreased drastically in comparison with the other crops. The primary reason for the decrease was the lower values of the economic value of water for these two crops. Also ,the results of the canal operation appraisal from the adequacy of water delivery revealed that for the traditional operating system (without considering the economic perspective), the maximum values of the adequacy indicator were obtained for the upstream four canal reaches. On the other hand, the off-takes numbers of 1, 6, 5, and 12 got the maximum values of the adequacy indicator when the proposed operation-economic framework was applied for the canal system.

    Keywords: Economic value of water, Irrigation District, Economic simulation, Operational management}
  • بنفشه زهرایی*، محمدعلی بنی هاشمی، شایان محسنی

    بهره برداری مناسب از دریچه های سرریز از جمله چالش های مدیریت بهره برداری از مخازن در زمان سیلاب است. بهره برداری بهینه از دریچه های سرریز به عنوان یک روش غیر سازه ای، اهمیت ویژه ای در مهار و استهلاک انرژی سیلاب ها دارد. با اعمال سیاست های مناسب بهره برداری می توان خسارت سیلاب را تا حد زیادی کاهش داد. در این تحقیق، با در نظر گرفتن قوانین موثر بر بهره برداری از دریچه های سرریز، یک منحنی فرمان بهینه چند مرحله ای برای بهره برداری از دریچه ها در زمان وقوع سیلاب، ارائه شده و میزان رهاسازی آب مخزن از دریچه های سرریز براساس تراز های بحرانی و مدت زمان وقوع سیلاب، تعیین شده است. عملکرد مدل ارائه شده در بهره برداری از دریچه سرریز سد مهاباد مورد ارزیابی قرار گرفته است. از ویژگی های مثبت سیاست تدوین شده، عدم وابستگی آن به پیش بینی هیدروگراف سیلاب ورودی به مخزن است که انعطاف پذیری بسیار زیادی را برای استفاده از آن فراهم می کند. کاهش و تاخیر بیشینه سیلاب ورودی در هیدروگراف سیلاب خروجی از مخزن و استفاده بهینه از حجم کنترل سیلاب جهت بهره برداری در آینده برای مصارف کشاورزی و نیروی برق آبی از نتایج سیاست بهره برداری تدوین شده در این تحقیق است.

    کلید واژگان: سرریز دریچه دار, کنترل سیلاب, منحنی فرمان, بهینه سازی, سیاست بهره برداری}
    Banafsheh Zahraie*, Shayan Mohseni

    Proper operation of gated spillways, which plays an important role in safety of dams during flood event, remains as a prominent challenge. Although telecommunication networks used in flood warning systems facilitate flood management by dams to some certain level but accurate prediction of both the magnitude and timing of peak flood flows with few days of lead time is not still possible. Therefore, operation of gated spillways may mostly benefit from the observed reservoir water level and observed flood discharges in the upstream gagging stations. In Iran, many of river-reservoir systems face severe floods every year. Most of these reservoirs are operated based on engineering judgments of dam personnel and static policies such as rule curves, which are not proper formulated for flood events with various return periods. In this study, we proposed a rule curve for operation of gated spillways using sequential approach and its performances was compared with previously developed operation policies. For this purpose, nine stages as critical control levels were assigned and spillway gate openings associated with each critical level were determined for Mahabad Dam, located in northwest of Iran, as the case study of this research. Each control level was related to given percentage of the design flood volume. When using the proposed rule curve, as a critical control level is reached, the discharge through the spillway and related opening of its gate are accordingly increased. The gate openings associated with each critical water level were optimized using a real coded Genetic Algorithm (GA). This attitude or policy of nine -stage operation includes an appropriate algorithm for determining critical levels, development of operational models spillway gates, calculation of gate opening in each stage, and applying the model to the case study of Mahabad dam. This study adopts the nine stages approach for which nine control levels and gate openings are determined by GA. As it mentioned before, the nine critical levels should be placed in flood retention reservoir between initial water surface elevation and maximum water surface elevation. So, it will have crucial role to determinate gate opening spillway during flood events, and increase of flood storage in the flood retention reservoir. This model was employed to route a flood with the same return period of design spillway flood through Mahabad reservoir. The performance of the proposed rule curve was then assessed by determining the amount peak flow discharge reduction. The results of the case study shows superiority of the proposed rule curve over previously developed operation policies for flood control in Mahabad Dam. One of the main advantages of the proposed methodology is that for using the proposed rule curve not flood forecast data is needed and therefore, it can be considered as a reliable tool for operation of gated spillways when there is no flood warning system in the upstream basin. The future studies can be focused on testing the proposed algorithm on other reservoirs. In the cases of dams with large flood control volumes, critical control levels can also be considered as decision variables of the GA optimization model.

    Keywords: Genetic Algorithm, Flood Control, Gated Spillway, Operation Policy, Flood Hydrograph}
  • علیرضا نیکبخت شهبازی*، بنفشه زهرایی
    پیش بینی خشکسالی، شدت و زمان رخداد آن از دلشوره های بزرگ پژوهشگران هواشناسی و هیدرولوژی می باشد. در این میان اهمیت متغیرهای هواشناسی و جوی در تخمین مناسب شدت خشکسالی از موضوعات مورد علاقه محققین است. در این پژوهش با بکارگیری متغیرهای دمای هوا و ارتفاع ژئوپتانسیل در لایه های گوناگون جوی به بررسی پیوند این متغیرها در 31 سال گذشته (54-1386) با استفاده از نمایه بارش استاندارد شده (SPI) به عنوان شاخص خشکسالی اقلیمی در حوزه آبخیز سدهای تامین کننده آب تهران پرداخته شده است. پس از برآورد میانگین بارش با استفاده از شاخص آماری اطلاعات متقابل نقطه-متغیرهای هواشناسی که پیوند نیرومندتری را با نمایه SPI در گستره های مورد مطالعه داشته اند، به عنوان متغیرهای مناسب برگزیده شدند. سپس در راستای پیش بینی کلاس خشکسالی اقلیمی SPI از مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) به عنوان یکی از روش های یادگیری آماری استفاده شده است. نتایج گویای پاسخ مناسب رویکرد مورد استفاده در پیش بینی وقوع خشکسالی است. همچنین با استفاده از جستجوی مکانی ارتباط متغیرهای هواشناسی و مقادیر هدف، بهترین ترکیب این متغیرها نیز برگزیده شده است و در اکثر موارد پیش بینی با دقت مناسب به منظور کاربردهای واقعی دارای قابلیت بکارگیری است. دقت پیش بینی در فصول پاییز و زمستان بیش از سایر فصول بوده است.
    کلید واژگان: خشکسالی هواشناسی, دسته بندی نمایه بارش استاندارد شده, ماشین بردار پشتیبان, حوضه آبریز تهران}
    Alireza Nikbakht Shahbazi *, Banafshe Zahraee
    Drought prediction is an important item in realm of hydrometeorology and hydrology, and selection of suitable meteorological variables for drought prediction is a goal in recent studies. In this paper, suitable feature selection is investigated with application of Mutual Information (MI) on the predictor’s time series and the well-known statistical machine learning methods, Support Vector Machine (SVM), is proposed to predict drought class based on Standardized Precipitation Index (SPI) in some seasonal scale scenario in the main watersheds of Tehran. In current study, ground weather temperature (at 300, 500, 700 and 850 mi bar) and geopotential height (at 300, 500, 700 and 850 mi bar) was applied in prediction models based on data from 1975 to 2005 in the main watershed of Tehran. Regarding to the amount of predictors, suitable feature selection is investigated with application of Mutual Information (MI) on the predictor’s time series and target time series and the well-known statistical machine learning methods, support vector machine (SVM), is applied to predict SPI class. One of the important issue in this research is use of different variables, for example regarding to selected data points, the effective regions on Tehran precipitation are southern, southwestern and northwestern of Iran in spring, northern and northwestern in autumn and northwestern and western in winter. SVM depicted accurate results in classification and prediction of SPI and it is suitable and applicable. The predicted SPI in winter and autumn are more accurate than the other scenarios.
    Keywords: Meteorological Drought, Standardized Precipitation Index (SPI) Classification, Support Vector Machine (SVM), Tehran’s Watersheds}
  • محمدرضا معینی، بنفشه زهرایی *
    امروزه به دلیل مشکلات کمبود آب و همچنین اثرات قابل توجه تغییر اقلیم بر منابع آب، بایستی سعی شود تا با برنامه ریزی مبتنی بر توسعه پایدار، از این منبع ارزشمند به بهترین شکل استفاده شود. تعریف دقیق بیلان آبی حوضه های آبریز کشور، از ضرورت های برنامه ریزی مبتنی برواقعیت و توسعه پایدار است. سوابق تحقیقاتی در مورد مدل های بیلان ماهانه عمدتا معطوف به مدل های بیلان هیدروکلیماتولوژی است که منابع آب زیرزمینی را به شکل بسیار محدود و تنها به صورت یکلایه یا دو لایه از خاک در نظر می گیرند. از این رو، توسعه مدل هایی که اثر بیلان آب زیرزمینی را به طور همزمان با بیلان هیدروکلیماتولوژی در نظر بگیرند، می تواند در ارائه تصویر دقیقتری از منابع آب هر حوضه مفید باشد. در مدل پیشنهادی در این تحقیق سعی شده آبخوان توسط مدل بیلان تانک زیرزمینی مدلسازی شود که به مدل بیلان هیدروکلیماتولوژی متصل شده و پارامترهای دو مدل به طور همزمان بهینه سازی شوند. از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی پارامترهای مدل توسعه داده شده پیشنهادی استفاده شده است. جهت ارزیابی کارایی، این مدل در محدوده مطالعاتی نیشابور واقع در حوضه ی آبریز کویر مرکزی برای 9 سال آبی مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج این تحقیق، نشان دهنده پتانسیل قابل توجه رویکرد پیشنهادی برای مدلسازی سریع بیلان عمومی محدوده های مطالعاتی کشور بوده است هر چند که برای برآوردهای دقیق تر، مدلسازی توزیعی توصیه می شود که در آن امکان درنظر گرفتن تبادلات آب بین منابع سطحی و زیرزمینی با درنظر گرفتن تغییرات گرادیان هیدرولیکی امکان پذیر است.
    کلید واژگان: بیلان عمومی, بیلان هیدروکلیماتولوژی, بیلان زیرزمینی, بهینه سازی, الگوریتم ژنتیک}
    Mohammadreza Moeini, Banafsheh Zahraie *
    Sustainable management of water resources in various basins depends on accurate estimation of water balance. Reviewing literature of water balance models reveals that most published works are focused on hydro-climatologic water balance models, which consider aquifers like tanks with one or two soil layers. These models use empirical equations to calculate the effects of groundwater on hydro-climatological water balance. In this study, we have tried to advance previous studies by linking previously developed hydro-climatological and groundwater balance models. In the developed model in this study, the aquifers were modeled more accurately by using the tank-model approach. Optimizaing the parameters of the joint water balance model is an important step for achieving proper water balance model performance. In order to assess the performance of the recommended model, hydro-climatological and groundwater water balance in Neyshabur and Rokh plains were modeled in a nine-year period. The results proved that the proposed approach can be used for modeling water balance of other basins in the country. Although it was suggested that it can be better to use distributed modeling which allows considering interactions between surface water and groundwater resources.
    Keywords: Water Balance, Hydro-Climatologic water balance, Tank groundwater balance, Optimization, Genetic Algorithm}
  • بنفشه زهرایی*، فرناز صادقی، حامد پورسپاهی سامیان، سعید جمالی
    در دهه های گذشته، روش های متعددی جهت حل مساله بهینه سازی غیرقطعی بهره برداری از مخزن پیشنهاد شده است که یکی از آنها روش برنامه ریزی پویای دوگان غیرقطعی (SDDP) است. بررسی پیشینه تحقیقات نشان می دهد که در اغلب تحقیقات پیشین، عدم قطعیت جریان ورودی به مخازن در روش SDDP براساس یک مدل‏ آماری خودهمبسته (AR(1 یا خودهمبسته فصلی (PAR(2 مدلسازی شده است. رویکرد دیگر برای مدلسازی عدم قطعیت در SDDP که کمتر به آن پرداخته شده است، مدلسازی عدم قطعیت جریان به صورت یک زنجیره مارکوف است که در این تحقیق تحت عنوان مدل MSDDP پیاده سازی شده است. همچنین علیرغم اینکه محققان متعددی از روش SDDPدر زمینه بهینه سازی بهره برداری میان مدت از سیستم‏های چندمخزنه استفاده کرده ‏اند، قابلیت‏ این روش در زمینه تدوین سیاست های پایدار بلندمدت در مخازن سدها بررسی نشده است. در این تحقیق پس از ارائه الگوریتمی برای کاربرد مدل‏های SDDP و MSDDP به منظور تدوین سیاست‏های پایدار بهره‏ برداری بلندمدت از سیستم ‏های چندمخزنه، عملکرد این دو مدل مقایسه شده است. به منظور ارزیابی عملکرد مدل های مورد بررسی، نتایج حاصل از اجرای مدل ها در بهینه‏ سازی بهره‏ برداری از سیستم چندمخزنه‏ برق آبی در حوضه رودخانه ی کارون بررسی شده است. براساس نتایج به دست آمده، مدل MSDDP عملکرد به مراتب بهتری در ارائه سیاست بهره برداری بهینه از سیستم داشته است. همچنین مقایسه نتایج مدل ها با بهترین جواب های ممکن (در شرایط قطعیت کامل) نشان داد جواب های حاصل از سیاست بهره برداری مستخرج از مدل MSDDP نزدیک به بهترین جواب های ممکن بوده است.
    کلید واژگان: بهینه سازی بهره برداری از مخزن, سیستم های چند مخزنه, برق آبی, SDDP, زنجیره ی مارکوف}
    Banafsheh Zahraie *, Farnaz Sadeghi, Hamed Porsepahy Samian, Saeed Jamali
    In the last decades, various methods have been proposed for stochastic operation optimization of reservoirs out pf which one is Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP). Reviewing the literature shows in most previous studies, inflow uncertainties have been mostly modeled by auto-regressive AR(1) or seasonal aut-regressive PAR(2) models when using SDDP. Another approach toward inflow uncertainty modeling by SDDP uses Markov Chain which has received less attention. In this study, MSDDP model has been developed which uses Markov chain concept. Furthermore, applicability of SDDP in developing long-term operation policies has not been tested before. In this study, after presenting an algorithm for using SDDP and MSDDP for formulating long-term operation policies, their performances have been compared in weekly operation optimizaition of Karoun multi-reservoir hydropower system. The benefits estimated for operation of the system based on MSDDP policies has shown 35 percent improvement compared with SDDP results. The results have shown absolute superiority of MSDDP in formulating long-term operation policies. Furthermore, operation policies obtained from SDDP have shown highest compatibility with the best possible operation policy when there is no uncertainty (deterministic conditions).
    Keywords: reservoir operation optimization, multi-reservoir systems, hydropower, SDDP, Morkov chain}
  • بنفشه زهرایی، عباس روزبهانی*، مصطفی میرشکاری

    پروژه های عمرانی موجود در صنعت ساخت و ساز به دلیل بزرگی و طبیعت پیچیده، منحصر به فرد و پویا بودن با عدم قطعی های بزرگی مواجه هستند. این مسئله نیاز جدی صنعت مذکور به روشی مناسب برای ارزیابی و تحلیل ریسک را در فرایند مدیریت پروژه نشان می دهد. هدف این نوشتار، تعیین روشی نوین بر مبنای سیستم های خبره ی فازی سلسله مراتبی مبتنی بر قوانین فازی برای درنظرگرفتن عدم قطعیت ها، به دست آوردن ریسک کلی پروژه، و در عین حال رده بندی ریسک های پروژه بر مبنای بزرگی آن هاست. قابلیت کاربرد مدل پیشنهادی با پیاده کردن مدل در یک پروژه ی ساختمانی در شهر تهران مورد بررسی قرار گرفته است. ارزیابی ریسک مطالعه ی موردی از دیدگاه کارفرما، مشاور، پیمانکار، و درنهایت با درنظرگرفتن همه ی ذینفعان پروژه صورت گرفته است. نتایج حاصل نشان دهنده ی قابلیت به کارگیری مدل ارائه شده در تحلیل ریسک های تاثیرگذار در پارامترهای مهم هزینه، زمان، کیفیت، و ایمنی در اجرای پروژه های ساختمانی است.

    کلید واژگان: ارزیابی ریسک, پروژه های ساخت, ساختار سلسله مراتبی, شکست ریسک, سیستم خبره ی فازی, قواعد فازی}
    B. ZAHRAIE, A. ROOZBAHANI *, A. ROOZBAHANI

    Construction projects, due to their size and complexity and their unique and dynamic nature, makes them impossible to model accurately. These attributes reveal the enormous need in these projects for a proper method of risk assessment. Furthermore, the main uncertainties involved in these projects are resulted because of vagueness (e.g. in cost estimation, time estimation, etc.), so, traditional methods used in the context of risk assessment, which are mainly based on probability theory, are not satisfactory for these projects. The aim of this paper is to propose a methodology based on hierarchical fuzzy rule based expert systems to assess the total risk of construction projects and also rank the risks based on their magnitude. For this purpose, a suitable hierarchical risk breakdown structure (HRBS) for construction projects is used to develop a formal frame for qualitative risk assessment. The highest layer of HRBS is the total risk of the project and the lowest layer consists of the factors in uencing each risk. Then, for relating the di erent layers of the HRBS and developing the expert fuzzy system, a method is used to extract the fuzzy rules based on expert opinion. Finally, this fuzzy system is programmed. The eciency of the proposed model has been analyzed for assessing risks of a construction project in Tehran. Risk assessment in this case study has been undertaken from the client, contractor and consultant points of view, separately, and also after aggregation of their opinions. The results show that the presented methodology can be used to assess risks related to cost, time, quality and safety in construction projects.

    Keywords: Risk Assessment, Construction Projects, Hierarchicalstructure, Risk Breakdown, Fuzzy Expert Systems, Fuzzy Rules}
  • نادره طایفه نسکیلی*، بنفشه زهرایی، بهرام ثقفیان
    افزایش دقت براورد داده های مفقود بارش روزانه، بویژه در حوضه های بزرگ آبخیز با شبکه باران سنجی غیر متراکم، یکی از چالش های آبشناسها می باشد. در این مطالعه، شش شبیه شبکه عصبی مصنوعی به نامهای MLP، TLFN، RBF، RNN، TDRNN وCFNN با روش های مختلف اعتبار سنجی برای تکمیل داده های مفقود بارش روزانه در مقایسه با روش های زمین آمار کریجینگ و کوکریجینگ با شبیه های مختلف مورد بررسی قرار گرفته اند. برای ارزیابی دقت شبیه های مختلف در تکمیل داده های مفقود، از داده های بارش 15 ایستگاه بارانسنجی موجود در حوضه ی رود کرخه استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که شبیه های MLP، TLFN، CFNN وکوکریجینگ می توانند دقیقترین برآورد را از مقادیر گم شده ارائه دهند، هرچند به نظر می رسد که شبیه MLP در براورد داده های مفقود بارش موثرتر از بقیه است. همچنین، بر اساس نتایج به دست آمده، شبیه RNN و TDRNN در مورد داده های بارش تناسب کمتری داشته، و ضعیفترین نتیجه مربوط به شبیه RBF است. روش کریجینگ از روش های برتر عملکرد ضعیفتری داشته، اما از شبیه های RNN و TDRNNو RBF بهتر است.
    کلید واژگان: شبکه ی عصبی مصنوعی, زمین آمار, بازسازی داده های مفقود, بارش روزانه}
    N. Tayefeh Neskili*, B. Zahraei
    Improving the accuracy of the missing precipitation data, particularly in large watershed with low-density precipitation network, is one of the challenges of the hydrologists. This study investigated six different types of artificial neural networks, namely: the MLP, the TLFN, the RBF, the RNN, the TDRNN, the CFNN along with different optimization methods, and geostatistical methods namely the Kriging and the Cokriging models for infilling the missing daily precipitation. Daily precipitation records from 15 rain gaging stations located within the Karkheh Watershed in the southwest Iran, were used to evaluate the accuracy of different models for infilling data gaps of daily precipitation. The results suggest that the MLP, the TLFN the CFNN and the Cokriging can provide more accurate estimates of the missing precipitation values than the other ones. However, the MLP overall appears to be the most effective method for infilling the missing daily precipitation values. Moreover, the results show that the dynamically driven networks (RNN and TDRNN) are less suitable for infilling the daily precipitation records whereas the RBF are appeared to be fairly suitable. Also, the kriging model is less effective than the MLP, the Cokriging, the TLFN and the CFNN models, but shows better results than the RNN, TDRNN and RBF networks.
    Keywords: Neural network methods, geostatistical methods, infilling, missing daily precipitation data}
  • بهزاد رهنما*، محسن ناصری، بنفشه زهرایی
    مدل های ماهانه بیلان آب (مدل های بارش- رواناب در مقیاس ماهانه) از ابزارهای اصلی در ارزیابی و برنامه ریزی بلند مدت منابع آب هستند. ساختار اصلی این مدل ها شامل معادلات پیوستگی ذخیره رطوبتی خاک، آب زیرسطحی و در برخی مواقع آب زیرزمینی است. متغیرهای مورد توجه در مدل سازی حوضه های آبریز که به عنوان ورودی این مدل ها در نظر گرفته می شوند شامل رواناب سطحی، بارش، تبخیر و در برخی موارد، دمای متوسط ماهانه حوضه هستند. با توجه به تعدد مجهو ل های معادلات مورد استفاده برای مدل سازی فرآیند ماهانه بیلان آبی، استفاده از روابط کمکی اجتناب ناپذیر است. این معادلات به طور معمول تجربی بوده و به صورت پیش فرض در مدل های مختلف توصیه و استفاده شده اند. در این مقاله به بهینه سازی نوع رابطه های موجود در ساختار مدل بودیکو Budyko)) که برای مدل سازی میزان مشارکت آب زیرزمینی در دبی پایه، رطوبت خاک و میزان تبخیر استفاده شده اند، اقدام شده است. مدل جدید همراه با ساختار معمول از مدل بودیکو مورد ارزیابی عدم قطعیت با روش GLUE قرار گرفته است. نتایج گویای بهبود نسبی شاخص های عملکردی مدل بهبود یافته در سه حوضه آبریز مختلف در مقایسه با روش های معمول بوده و از نظر عدم قطعیت نیز نتایج تا حدود زیادی برتری داشته است.
    کلید واژگان: تحلیل عدم قطعیت, بودیکو (Budyko), تشخیص ساختار بهینه, GLUE, _ مدل بیلان آبی ماهانه}
    B. Rahnama*, M. Nasseri, B. Zahraie
    Monthly water balance models (monthly Rainfall-Runoff models) are considered as the main tools in the evaluation and long-term planning of water resources. The main structure of these models included continuity equations for soil moisture storage, subsurface water and sometimes groundwater. Variables considered in the modelling of water catchments consist of surface runoff, precipitation, evaporation, and in some of cases, monthly average temperatures. Since there are too many unknown parameters in the monthly water balance equation used in the modelling process, using auxiliary relations is inevitable. These equations are usually empirical and recommended as default in the models. In this paper, the used relations in the structure of the Budyko model for estimating the contribution of groundwater in base flow, soil moisture and evaporation were optimized. The uncertainty of the result in both traditional and optimized models was evaluated using GLUE method. The results indicated an improvement in the optimized model performance and uncertainty compared to the common traditional model in three different watersheds.
    Keywords: Budyko, GLUE, Monthly water balance model, Optimized structure identification, Uncertainty analysis}
  • سعید اشرف واقفی، سید جمشید موسوی، بنفشه زهرایی
    اکثر مطالعات رسوب زدایی از مخازن سدها مستقل از مساله بهره برداری از مخرن به موضوع می پردازند. از طرف دیگر مدل های بهینه سازی بهره برداری از سدهای مخزنی تیز تاکنون عمدتا با تاکید بر اهداف تامین نیازهای آبی، انرژی، سیلاب و زیست محیطی و بدون توجه به مسئله خروج رسوبات ورودی به مخزن توسعه یافته اند. این امر منجر به ناهماهنگی بین تصمیمات مرتبط با رسوب زدایی و سایر اهداف بهره برداری از مخازن سدها می شود. در این مقاله و بر اساس یک دیدگاه نوین تلفیقی، یک مدل بهینه سازی بهره برداری از مخزن سد ارائه شده است که در آن دو هدف تامین نیاز پایین دست و خروج رسوبات از مخزن تواما منظور می شوند. در تدوین تابع هدف خروج رسوبات از مخزن از روش برنامه ریزی عملیات فلاشینگ استفاده شده است و مقدار خروجی سالانه رسوبات از مخزن از روش فلاشینگ برآورد شده است. با وزن دادن به دو تابع هدف تامین نیاز و خروج رسوبات، عملکرد مدل بهینه سازی در اهمیت دادن به دو معیار در سناریوهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل مدل بهینه سازی غیرخطی حاصل، از الگوریتم رقابت استعماری ( ICA) استفاده شده است. با در نظر گرفتن مطالعه موردی سد سفیدرود، در سناریوهای مختلف عملکرد مدل بهینه سازی بررسی شده است. بر این اساس و با مقایسه نتایج مدل بهینه سازی با نتایج واقعی بهره برداری از مخزن سد سفیدرود در یک دوره پنج ساله راهکارهای اجرایی مناسب برای عملیات آینده فلاشینگ در مخزن سد مذکور برای دست یابی به راندمان رسوب زدایی بالاتر و تامین بهتر نیازهای پایین دست ارائه شده است.
    کلید واژگان: رسوب زدایی از مخزن سد, فلاشینگ, مدل بهینه سازی بهره برداری از مخزن, الگوریتم رقابت استعماری, سد سفیدرود}
    S. Ashrafvaghefi, J. Mosavi, B. Zahraee
    In the literature, optimization of reservoir operation has been mostly carried out to achieve certain objectives including water and/or energy supply, flood control, and environmental preservation. These objectives can be less important for the reservoirs with high sedimentation. Sefid-Rud Reservoir in Iran has been facing extreme sedimentation rates in the past. A major challenge in operation of this reservoir has been to create a tradeoff between sediment removal and water supply to downstream users. The lack of modeling tools for balancing sediment removal with water supply objectives has been the main driving force behind this study. In this paper, a new approach is proposed for monthly reservoir operation optimization of Sefid-Rud Reservoir considering water supply and sediment removal objectives concurrently. The model minimizes the total deficit in supplying demands and maximizes the total volume of sediments removed from the reservoir. The sediment outflow is determined debased on Tsinghua university flushing equation. A new evolutionary algorithm “Imperialist Competitive Algorithm (ICA)” is used to solve the resulted nonlinear optimization model. Five scenarios were assessed for depending on the relative weights assigned to each of objectives of sediment removal and water supply. Based on the results obtained, the feasibility of increasing efficiency of flushing operation while supplying downstream water demands was illustrated. Moreover, the significance of the improved system’s operation with higher long-term reliability of supplying downstream water demands and sediment removal, compared to historical operation, was investigated.
    Keywords: Sediment removal, Flushing, Multi Objective Reservoir Operation, Imperialist Competitive Algorithm (ICA), Sefid, Rud Dam}
نمایش عناوین بیشتر...
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال