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 asghar azizian

  • اصغر عزیزیان*، مرضیه حسینی
    زمینه و هدف

    یکی از پیامدهای تغییر اقلیم وقوع رخدادهای حدی نظیر خشکسالی است که شناسایی، پایش، ارزیابی و نیز اطلاع رسانی از شرایط وقوع حایز اهمیت است. در این مطالعه به بررسی اثر تغییر اقلیم بر وضعیت خشکسالی و نیز اقلیمی بخش های مختلف ایران در آینده نزدیک (2040-2021)، میانی (2060-2041) و دور (2080-2061) با بهره گیری از شاخص های خشکی برآورد شده توسط پایگاه اقلیمی کوپرنیک اتحادیه اروپا (مبتنی بر خروجی مدل اقلیمی GFDL-ESM2M) و تحت سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 پرداخته شده است.

    روش پژوهش: 

    در پژوهش حاضر از داده های اقلیمی شبیه سازی شده توسط پایگاه اطلاعاتی کوپرنیک برای محاسبه شاخص خشکی (Aridity Index) بخش های مختلف ایران در افق های زمانی مخلتف استفاده شده است. از آزمون من کندال برای بررسی روند تغییرات شاخص های خشکی در افق های زمانی مختلف استفاده بعمل آمده است. همچنین از شاخص خشکی برای تعیین وضعیت اقلیمی بخش های مختلف ایران در دوره های زمانی مختلف استفاده و روند تغییرات آن نیز مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که در آینده نزدیک و بر اساس سناریوی RCP4.5 متوسط سالانه شاخص خشکی به دلیل افزایش تبخیروتعرق مرجع در مقایسه با بارش دارای روند افزایشی در بیشتر بخش های کشور است و این تغییرات اقلیمی منجر به تغییر وضعیت اقلیمی بخش هایی از شمال کشور از مرطوب به نیمه خشک و نیمه مرطوب و قسمت هایی از مرکز و جنوب شرقی از خشک به نیمه خشک می شود. در حالی که بر اساس سناریوی RCP8.5 در قسمت هایی از شرق و مرکز کشور یک روند نزولی و در بخش هایی از آذربایجان غربی، آذربایجان شرقی، چهارمحال بختیاری و بخشی از کرمانشاه روند صعودی وجود دارد. همچنین در آینده میانی و بر اساس سناریوی RCP4.5 نیز یک روند نزولی در بیشتر بخش های کشور رویت می شود و تغییر اقلیم سبب افزایش گستره مناطق دارای اقلیم خشک در بخش های مرکزی و جنوب شرقی می شود و این در حالیست که بر اساس سناریوی RCP8.5 یک روند صعودی در بیشتر سطح کشور وجود دارد و تغییر اقلیم سبب افزایش گستره مناطق دارای اقلیم نیمه خشک و خشک در قسمت هایی از شمال غرب، شمال شرق و قسمتی از مرکز و جنوب کشور می شود. در نهایت در آینده دور و بر اساس سناریوی RCP4.5 نیز روندهای مذکور تقریبا صادق بوده و تغییر اقلیم منجر به گسترش مناطق با اقلیم خشک و نیمه خشک خواهد گردید.

    نتایج

    نتایج بدست آمده نشان می هد متوسط شاخص خشکی در آینده نزدیک، میانی و دور بر اساس سناریو RCP4.5 به ترتیب 5/0، 2/2 و3/2 درصد و مطابق سناریو RCP8.5 به ترتیب 2، 2/4 و 1/4 درصد نسبت به دوره پایه افزایش می یابد. این مساله گویای این نکته است که کاهش بارش و افزایش دمای سطح زمین در اثر تغییر اقلیم، به طور توامان منجر به افزایش وضعیت خشکی بخش های مختلف کشور خواهد شد. این مساله علاوه بر تغییر نوع اقلیم منطقه، اثرات جبران ناپذیری بر وضعیت منابع آب، کشاورزی، محیط زیست و شهرنشینی خواهد داشت. لذا توصیه می شود جهت کاهش اثرات مزبور، اقدامات مناسب در جهت کنترل میزان مصارف آبی در بخش های مختلف کشور متناسب با شرایط اقلیمی هر منطقه مدنظر مدیران و مسیولین قرار گیرد.

    کلید واژگان: شاخص خشکی, گرم ترین فصل, سردترین فصل, مرطوب ترین فصل, خشک ترین فصل}
    Asghar Azizian *, Marzieh Hosseini
    Background and Aim

    One of the consequences of climate change is the occurrence of extreme events such as drought, which is important to identify, monitor, evaluate, and inform about the occurrence conditions. In this study, the effects of climate change on the drought situation in the near future (2021-2040), mid-term (2041-2060), and long-term (2061-2080) have been discussed using the Aridity Index estimated by the Copernicus Climate Change Database with the use of GFDL-ESM2M climate model output under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios.

    Method

    In the current research, climate data simulated by the Copernicus database is used to calculate the Aridity Index of different parts in various time horizons. Mann-Kendall's test is applied to investigate the changes of drought indices in different time horizons. Also, the aridity index is used to determine the climatic condition of different parts of Iran in several time periods and its changes are analyzed and investigated.

    Results

    The results illustrate that in the near future and based on the RCP4.5 scenario, the average annual dryness index has an increasing trend in most parts of the country, and these climate changes lead to a change in the climate of some parts of the north of the country from humid to semi-arid and semi-humid, and parts of the center and the southeast become dry to semi-arid. According to the RCP8.5 scenario, there is a downward trend in parts of the east and the center of the country, and an upward trend in parts of West Azerbaijan, East Azerbaijan, Chaharmahal Bakhtiari, and a part of Kermanshah, and climate change rises the spatial extent of dry climates in the country. Also, in the mid-term and based on the RCP4.5 scenario, a downward trend can be seen in most parts of the country, and climate change will increase the area of dry climate lands in the central and southeastern parts, while according to the RCP8.5 scenario, there is an upward trend in most of the country, and climate change causes a soar in semi-arid and dry climates in parts of the northwest, northeast, and parts of the center and south of the country. Finally, in the long-term and based on the RCP4.5 scenario, the mentioned trends will be almost true and climate change will lead to the expansion of areas with arid and semi-arid climates.

    Conclusion

    The results obtained in the this research showed that the average drought index in the near future, mid-term and long-term according to the RCP4.5 scenario are 0.5, 2.2 and, 2.3%, respectively and according to the RCP8.5 scenario,  2, 4.2 and, 4.1% have risen compared to the primary period, respectively, and it rises by 1.4 percent compared to the base period, and it is a good indication that the reduction in rainfall and the increase in the temperature of the earth's surface will lead to a soaring in the dryness of different parts of the country. In addition to changing the climate of the region, this issue will have irreparable effects on the condition of water resources, agriculture, environment and urbanization. Therefore, in order to reduce the aforementioned effects, it is recommended that managers and officials consider appropriate measures, correspond to each clime region, to control the amount of water consumption in different parts of the country.

    Keywords: Aridity Index, Hottest quarter, Coldest quarter, Wettest quarter, Driest quarter}
  • سودابه بهیان مطلق، افشین هنربخش*، اصغر عزیزیان
    زمینه و هدف

    وقوع سیلاب های مکرر در ایران، لزوم یک سامانه پیش بینی و هشدار سیل با زمان پیش هشدار مناسب را ضروری می نماید. استفاده از مدل های عددی پیش بینی بارش در پیش بینی و هشدار سیل از جمله اقدامات مهمی است که توسط محققان در اکثر نقاط جهان به کاربر برده می شود. پایگاه داده TIGGE دربرگیرنده پیش بینی های میان مدت بارش شبیه سازی شده توسط مراکز پیش بینی جهانی است. هدف از پژوهش حاضر، ارزیابی کارایی و میزان عدم قطعیت ناشی از پیش بینی های بارش چهار مدل عددی پایگاه داده TIGGE (شامل CPTEC، ECCC، ECMWF و KMA) برای شبیه سازی سیلاب با مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS است.

    روش پژوهش:  

    در این تحقیق جهت ارزیابی عدم قطعیت دبی حاصل از مدل های پیش بینی بارش پایگاه داده TIGGE در حوضه آبخیز پلدختر، از آمار بارش هفت ایستگاه هواشناسی استفاده شد. همچنین سه رویداد سیل 24 اسفند 1397، 6 فروردین 1398 و 15 فروردین 1398 موردمطالعه قرار گرفت. در ابتدا پیش بینی های بارش از چهار مرکز CPTEC، ECCC، ECMWF و KMA استخراج گردید. به دلیل وجود خطای سیستماتیک در داده های مورد نظر، تصحیح اریبی روی آن ها صورت گرفت و به منظور تصحیح اریبی، از روش Delta استفاده شد. پیش بینی های پردازش شده و خام چهار مدل پیش بینی بارش، جهت پیش بینی سیلاب وارد مدل HEC-HMS شده و در مرحله بعد، ارزیابی عدم قطعیت جریان حاصل از مدل HEC-HMS در تمام اعضای چهار مدل پیش بینی بارش انجام شد. در تحقیق حاضر برای تحلیل عدم قطعیت از 5 فاکتور P، R، S، T و RD استفاده گردید. در نهایت احتمال هشدار سیل پیش بینی شد.

    یافته ها

    نتایج حاصله حاکی از برتری قابل توجه مدل ECMWF در پیش بینی رویدادهای بارش است. استفاده از هر 4 منبع بارشی، منجر به شبیه سازی قابل قبول دبی اوج سیلاب در سه رخداد مختلف شد. همچنین زمان وقوع دبی اوج پیش بینی شده اختلاف کمی با داده مشاهده ای داشت. با توجه به نتایج تحلیل عدم قطعیت، مدل ECMWF بر اساس فاکتورهای P، R، S، T و RD به عنوان بهترین مدل در نظر گرفته شد. مدل KMA در سیلاب های شدید و بسیار شدید عملکرد مناسبی داشت. سیستم پیش بینی گروهی مدل های TIGGE نیز در همه وقایع، عملکرد قابل قبولی داشت. همچنین مدل پیش بینی هواشناسی- هیدرولوژیکی زمان وقوع سیل و احتمال وقوع را به خوبی پیش بینی نمود.

    نتایج

    تحقیق مورد نظر، پیش بینی و هشدار سیل در حوزه آبخیز پلدختر را با استفاده از سیستم هواشناسی-هیدرولوژیکی، بر پایه پیش بینی های هواشناسی پایگاه داده TIGGE و شبیه سازی سیل با استفاده از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS مورد بررسی قرار می دهد. محصول نهایی این سیستم، دبی احتمالی و پیش بینی سیل است. نتایج حاصله نشان دهنده موفقیت پایگاه داده TIGGE در پیش بینی سیل است. مدل ECMWF در پیش بینی دبی اوج برتری داشت. از روش محاسبه باند بالا و پایین جهت تعیین عدم قطعیت استفاده شد که عدم قطعیت را به خوبی نشان داد. این سیستم زمان دبی اوج را به خوبی و با تاخیر زمانی اندک نمایش داد که بیانگر عملکرد خوب آن است. بارش پیش بینی شده حاصل از چهار مرکز مورداستفاده در این مطالعه (ECMWF ,ECCC , CPTEC , KMA) تفاوت های قابل توجهی دارند، برای کاهش این تفاوت ها از سیستم پیش بینی گروهی چند مدلی استفاده نمودیم که نتایج دلگرم کننده ای داشت.

    کلید واژگان: مدل های عددی پیش بینی بارش, سیستم پیش بینی گروهی, تصحیح اریبی, سامانه پیش بینی و هشدار سیل}
    Soudabeh Behiyan Motlagh, Afshin Honarbakhsh *, Asghar Azizian
    Background and Aim

    The occurrence of frequent floods in Iran necessitates a flood forecasting and warning system with a suitable lead time. The use of numerical rainfall forecasting models in flood forecasting and warning is one of the important measures taken by researchers in most parts of the world. The TIGGE database includes mid-term precipitation forecasts simulated by global forecast centers. The purpose of this research is to evaluate the efficiency and the degree of uncertainty caused by the rainfall forecasts of four numerical models of the TIGGE database (including CPTEC, ECCC, ECMWF, and KMA) for simulating floods with the HEC-HMS hydrological model.

    Methods

    In this research, the precipitation data of seven meteorological stations were used to evaluate the uncertainty of discharge from TIGGE database precipitation prediction models in the Poldokhtar watershed. Also, three flood events on March 24, 2017, April 6, 2018, and April 15, 2018, were studied. At first, precipitation forecasts were extracted from four centers CPTEC, ECCC, ECMWF, and KMA. Due to the existence of systematic error in the forecasts, a bias correction was done on them, and to correct the bias, the Delta method was used. Processed and raw forecasts of four rainfall forecasting models were entered into the HEC-HMS model for flood forecasting, and in the next step, the flow uncertainty assessment of the HEC-HMS model was performed in all members of the four rainfall forecasting models. In this research, 5 factors P, R, S, T, and RD were used for uncertainty analysis.

    Results

    The results indicate the significant superiority of the ECMWF model in predicting precipitation events. The use of all 4 rainfall sources led to an acceptable simulation of the flood peak flow in three different events. Also, the predicted peak discharge time had little difference from the observed data. According to the results of the uncertainty analysis, the ECMWF model was considered the best model based on P, R, S, T, and RD factors. The KMA model performed well in severe and very severe floods. The group prediction system of TIGGE models also had an acceptable performance in all events. Also, the hydrological-meteorological prediction model predicted the time of flood occurrence and the probability of occurrence well.

    Conclusion

    The intended research investigates flood forecasting and warning in the Poldokhtar watershed using the meteorological-hydrological system, based on meteorological forecasts of the TIGGE database and flood simulation using the HEC-HMS hydrological model. The final product of this system is probable discharge and flood forecast. The results reveal the success of the TIGGE database in flood forecasting. The ECMWF model excelled in predicting peak discharge. The upper and lower band calculation method was used to determine the uncertainty, which showed the uncertainty well. This system displayed the time of peak discharge well and with a small time delay, which indicates its good performance. The predicted rainfall from the four centers used in this study (ECMWF, ECCC, CPTEC, and KMA) have significant differences. To reduce these differences, we used a multi-model group forecasting system that had encouraging results.

    Keywords: Ensemble prediction system, Flood warning, HEC-HMS model, Numerical precipitation prediction models, TIGGE database}
  • حامد مازندرانی زاده*، محمد فلاح کلاکی، اصغر عزیزیان

    در برنامه ریزی پروژه های منابع آب، برآورد میزان دسترسی به آب نقش مهمی ایفا می کند. اولین مرحله در برآورد در دسترس بودن آب، محاسبه رواناب در حوضه های آبریز است. از طرفی، تغییر اقلیم به صورت مستقیم بر روی مولفه های هیدرولوژیکی و منابع آبی تاثیرگذار است؛ لذا بررسی اثرات تغییر اقلیم بر مولفه های آبی همچون رواناب امری ضروری است. از این رو در این مطالعه وضعیت جریان ورودی به دریاچه های طشک- بختگان به عنوان یکی از مهمترین دریاچه های کشور مورد بررسی قرار گرفت. از آنجا که فرآیند بارش- رواناب به دلیل ماهیت غیرخطی و چند بعدی، مفهومی پیچیده است، تاکنون مدل های مفهومی و فیزیک- پایه مختلفی به منظور پیش بینی رواناب توسعه یافته است. وابستگی زیاد این مدل ها به پارامترها و نقشه های متعدد، عملا کارایی آنها را در حوضه های با آمار محدود با چالشی اساسی روبرو می نماید. در مقابل، مدل های مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنتاج فازی به عنوان ابزارهای کاربردی درنظر گرفته می شوند که می توانند در چنین شرایطی به هیدرولوژیست ها در فعالیت های عملیاتی کمک کنند. در این مطالعه مدل های شبکه عصبی انتشار به جلو FFBPNN و سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی ANFIS و تلفیق آن با الگوریتم های فراابتکاری بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) و ژنتیک (GA) به منظور بررسی وضعیت رواناب در شرایط تاریخی و نیز تغییر اقلیم تحت سناریوهای RCP و SSP مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که مدل های FFBPNN و ANFIS تلفیق شده با الگوریتم PSO (ANFIS_PSO) با استفاده از متغیرهای بارش، دمای حداقل و دمای حداکثر به عنوان متغیرهای ورودی، به ترتیب با مقادیر ضریب همبستگی، ریشه میانگین مربعات خطا (متر مکعب بر ثانیه)، ضریب نش- ساتکلیف و کلینگ گوپتا (0/99، 2/07، 0/99 و 0/98 در دوره آموزش و 0/94، 3/61، 0/91 و 0/88 در دوره آزمون) و (0/98، 2/94، 0/97 و 0/98 در دوره آموزش و 0/93، 3/87، 0/85 و 0/88 در دوره آزمون) عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل‎ها با ورودی های متفاوت داشته اند. نتایج این تحقیق می تواند برای بررسی اثرات این سناریوها بر حوضه های مهم کشور و در نتیجه برنامه ریزی و مدیریت منابع آب در شرایط تغییر اقلیم مفید باشد.

    کلید واژگان: تغییر اقلیم, FFBPNN, ANFIS, الگوریتم های فراابتکاری}
    Hamed Mazandarani Zadeh *, Mohammad Fallah Kalaki, Asghar Azizian

    Estimating the available water plays a vital role in planning water resources projects. The first step in assessing water availability is to calculate runoff in catchments. Moreover, it is necessary to study the effects of climate change on water components such as runoff since climate change directly affects the hydrological components and water resources. In this study, the status of the inflow to Tashk-Bakhtegan lakes as one of the most important lakes in the country was investigated. Because generation of runoff is a complex concept due to its nonlinear and multidimensional nature, various theoretical and physical models have been developed to predict runoff. The high dependence of these physical models on numerous parameters and maps, practically challenfged their efficiency in basins with limited observations. On the other hand, models based on artificial neural networks and fuzzy inference systems are considered applied tools that can help hydrologists in such circumstances. In this study, FFBPNN and ANFIS models and their combination with PSO and GA metaheuristic algorithms have been investigated in evaluating the runoff in historical conditions and under RCP and SSP climate change scenarios.  The obtained results showed that the FFBPNN and ANFIS models combined with the PSO algorithm (ANFIS_PSO) using precipitation, minimum temperature, and maximum temperature as inputs had better performance compared to other models with different inputs. The values of the correlation coefficient, root mean square error (m3/s), Nash-Sutcliffe coefficient and Kling Gupta were respectively 0.99, 2.07, 0.99 and 0.98 in the training period and 0.94, 3.61, 0.91 and 0.88 in the test period and 0.98, 94. 2, 0.97 and 0.98 in the training period and 0.93, 3.87, 0.85 and 0.88 in the test period. The results of this study can be used in investigating the effects of the above mentioned scenarios on important basins of the country and consequently in planning and managing water resources in the context of climate change.

    Keywords: climate change, FFBPNN, ANFIS, Metaheuristic Algorithms}
  • سکینه کوهی، اصغر عزیزیان*، حامد مازندرانی زاده
    با توجه به اهمیت شناخت روند و تغییرات خشکسالی تحت سناریوهای اقلیمی در آینده، هدف از پژوهش حاضر بررسی تغییرات ویژگی های خشکسالی همچون درصد فراوانی دوره های خشک و تر و روند تغییرات خشکسالی براساس شاخص خشکسالی فازی (در مقیاس های زمانی 3، 6 و 12 ماهه) تحت سناریوهای SSP 3_7.0 و SSP 5_8.5 از جدیدترین گزارش اقلیمی (CMIP6) است. لازم بذکر است که در تحقیق حاضر از داده های 6 ایستگاه سینوپتیک واقع در حوضه آبخیز کارون طی دوره 2014-1991 به عنوان دوره پایه استفاده شده است و پایش شرایط خشکسالی طی سه دوره آتی شامل 2045-2020، 2072-2046 و 2099-2073 انجام شده است. نتایج حاکی از آن است که بهترین عملکرد داده های اقلیمی در تخمین شاخص خشکسالی فازی در مقیاس های زمانی 3 و 6 ماهه است، بطوریکه متوسط شاخص همبستگی در این دو مقیاس بیش از 0/90 و شاخص RMSE به 0/14 محدود شده است. علاوه بر این، پایش شرایط خشکسالی حوضه تحت سناریوهای اقلیمی در دوره های آتی حاکی از وجود روند افزایشی در سطح اطمینان 95 درصد، افزایش دوره های خشک و کاهش دوره های تر است. براساس نتایج، مقدار آماره آزمون ناپارامتری من کندال تحت سناریوهای SSP 3_7.0 و SSP 5_8.5 به ترتیب طی دوره 2072-2046 و 2099-2073 بیش از 1/64 برآورد شده است. بطورکلی نتایج نشان داد که مناطق شمالی، شمال غرب و غرب حوضه آبریز کارون بیشتر در معرض شرایط خشک قرار خواهند داشت. لذا با توجه به روند افزایش شاخص خشکسالی فازی به سمت شرایط خشک در ایستگاه های بروجرد، صفی آباد و کوهرنگ، خطر خشکسالی طی دوره های 2073-2099 و 2072-2046 در این ایستگاه ها بیشتر است و ضروری است که برای مدیریت منابع آب و کشاورزی در این مناطق برنامه ریزی و اقدام جدی انجام شود. نتایج این تحقیق می تواند در راستای اعمال سیاست گذاری ها و برنامه ریزی برای مدیریت پایدار منابع آب تحت تاثیر تغییر اقلیم مفید واقع شود.
    کلید واژگان: تغییر اقلیم, پایش خشکسالی, شاخص خشکسالی فازی, سناریوهای SSP}
    Sakine Koohi, Asghar Azizian *, Hamed Mazandarani Zadeh
    Investigation of future drought trends and variations under climate change scenarios plays a key role in developing management strategies for minimizing drought's negative societal and economic impacts. Therefore, this study aimed to assess changes in drought characteristics such as the frequency of dry and wet periods, and the trend of drought index based on fuzzy drought index (at time scales of 3, 6, and 12 months) under SSP3 and SSP5 scenarios of CMIP6 during the 21st century. The data of 6 synoptic stations in Karoon River Basin during 1991-2014 have been used in this study. Assessing the reliability of climate models for drought monitoring with fuzzy drought index in the base period showed that the highest correlation coefficient (CC>0.90) and the lowest root mean square error (RMSE<0.14) are found at 3 and 6 month time-scales. In addition, monitoring the drought conditions of the basin under climatic scenarios in future periods revealed an increasing trend (at the 95% confidence level) and the wetness frequency in the northern, northwestern, and western of the basin is more likely to decrease. Over the periods 2046–2072 and 2073-2099 the result of the non-parametric Mann-Kendall test for the scenarios of SSP3_7.0 and SSP5_8.5 was 1.64. Therefore, due to the increasing trend of fuzzy drought index changes to dry conditions in Boroujerd, Safiabad, and Kuhrang stations, the risk of drought during the periods 2073-2099 and 2046-2072 are higher. Accordingly, water managers and farmers should adopt strategies in order to reduce the damages. The results of this research can be valuable in adopting policies and planning for sustainable management of water resources affected by climate change.
    Keywords: climate change, Drought monitoring, Fuzzy Drought Index, SSP scenarios}
  • ملیحه بایرامی، اصغر عزیزیان*
    برآورد صحیح رواناب برای تصمیم گیری در خصوص پروژه های منابع آب از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از راه های تخمین رواناب، استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی مفهومی می باشد. علت استفاده از چنین مدلهایی در بسیاری از مطالعات، ساختار نسبتا ساده و تعداد داده های ورودی کم آنها می باشد. هدف اصلی این پژوهش بررسی عملکرد مدل بارش-رواناب مفهومی Sacramento در شبیه سازی رواناب خروجی از حوضه آبریز شاپور و نیز تعیین مناسب ترین داده بازتحلیل شده جهت تخمین تبخیروتعرق در بازه مطالعاتی می باشد. در پژوهش حاضر از نتایج چهار مدل باز تحلیل شده HBV-SIMREG، ORCHIDEE، PCR-GLOBW ،WATERGAP3 و W3RA جهت برآورد سری زمانی تبخیروتعرق که یکی از مهمترین ورودی های مدل Sacramento می باشد، استفاده شده است. همچنین برای تخمین متوسط وزنی بارش در سطح حوضه، از داده های بارش روزانه ثبت شده در ایستگاه های باران سنجی موجود در بازه مطالعاتی و روش Thiessen استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که داده های تبخیروتعرق بدست آمده از بیشتر مدلهای بازتحلیل شده مذکور، منجربه عملکرد مناسب مدل بارش-رواناب Sacramento در شبیه سازی دبی جریان روزانه می شود. هرچند لازم به ذکر است که عملکرد داده های W3RA، WATERGAP3 و PCR-GLOBW در هر دو مرحله واسنجی و صحت سنجی نسبت به دیگر داده ها از کارایی به مراتب بیشتری برخوردار می باشند. مقادیر شاخص آماری NSE برای سه مدل برتر در دو مرحله واسنجی و صحت سنجی به ترتیب همواره بالاتر از 87/0 و 60/0 می باشد. همچنین نتایج بدست آمده بر اساس داده های W3RA نشان داد که میزان خطای مدل Sacramento در تخمین حجم رواناب و دبی های اوج سیلاب به کمترین مقدار خود می رسد. میزان خطای مدل در برآورد دبی اوج سیلاب و حجم رواناب در صورت استفاده از داده های W3RA به ترتیب کمتر از 11 و 15 درصد می باشد. در یک جمع بندی کلی می توان چنین عنوان نمود که داده های بدست آمده از مدلهای بازتحلیل شده می تواند به عنوان یک داده مکمل و حتی جایگزین به ویژه در حوضه های فاقد آمار و یا آمار ناکافی برای استفاده در مطالعات منابع آب و شبیه سازی رواناب مدنظر محققین قرار گیرد.
    کلید واژگان: مدل بارش رواناب, یکپارچه, سنجش از دور, منابع آب, سیلاب}
    Malihe Bayrami, Asghar Azizian *
    Accurate estimation of runoff plays an important role in water resources and hydrological studies. Due to simple structure and minimum data requirements, the conceptual hydrologic models are the best way to estimate runoff. The main objective of this study is to investigate the performance of Sacramento model in runoff simulation and determining the best reanalyzed evapotranspiration dataset for using in the model. In this study, four different datasets including HBV, ORCHIDEE, PCR-GLOBW, WATERGAP3 and W3RA are used in Sacramento model. Also, for estimation of basin-averaged rainfall time seri, the Thiessen method was used based on ground gage observations. Results indicate that using most of the reanalyzed datasets in Sacramento model lead to reliable outputs and the performance of model in simulation of daily stream flow is relatively high. However, the performance of model in the case of using W3RA and WATERGAP3 is better than the other data sources, and in both calibration and verification phases the Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) is higher than 0.60 and 0.87, respectively. Moreover, findings show that the W3RA dataset is the best one for estimation of runoff volume, high flows (peak floods) and the time to peak flows. Overall, based on the outputs of this research, the reanalyzed datasets can be considered as an alternative or complementary in data-limited regions for water resources and hydrological studies.
    Keywords: Rainfall-Runoff model, Lumped, remote sensing, water resources, Flood}
  • فاطمه صفری، عباس کاویانی *، اصغر عزیزیان قطار، هادی رمضانی

    ایران در کمربند خشک و نیمه خشک کره زمین قرار گرفته است که ریزش های کم جوی، رگبارهای شدید، وقوع جریان های سیلابی و تبخیر-تعرق زیاد از ویژگی های آن به شمار می آید. بنابراین، ارزیابی کمی تبخیر-تعرق در سطح منطقه‌ای، به‌منظور مدیریت منابع آب، تولید محصول و ارزیابی های زیست محیطی در مناطق تحت آبیاری، ضروری است. در این پژوهش برای تخمین تبخیر-تعرق گیاه مرجع (ET0) در چهار ایستگاه سینوپتیک انتخابی با اقلیم های خشک، نیمه خشک، مرطوب و نیمه مرطوب، از داده های هواشناسی همچون دما، تابش خالص، رطوبت نسبی و سرعت باد برای سال‌های 1388-1368 استفاده شد. تبخیر-تعرق گیاه مرجع با استفاده از روش های FAO-56، هارگریوز-سامانی، بلانی-کریدل، پریستلی-تیلور، تورک و مک کینک محاسبه و ضرایب آنها برای برآورد دقیق تر تبخیر-تعرق اصلاح شد. به‌منظور ارزیابی این روش ها از آماره‌های میانگین خطای مطلق، میانگین جذر مربعات خطا، میانگین خطای اریب، ضریب همبستگی، شاخص نش-ساتکلیف استفاده شد. بر اساس این شاخص ها، روش بلانی-کریدل، پس از روش FAO-56 که به‌عنوان مبنا قرار گرفت، به‌عنوان روش برتر برای چهار اقلیم مشخص شده در ایران انتخاب شد.

    کلید واژگان: ایران, بلانی-کریدل, تبخیروتعرق مرجع, FAO-56}
    Fateme Safari, Abbas Kaviani*, Asghar Azizian, Hadi Ramezani Etedali

    Iran is located in the arid and semi-arid belt of the world, which is characterized by low rainfall, thunderstorms, flood flows, and high evapotranspiration. Therefore, quantitative evaluation of evapotranspiration on a regional scale is necessary for water resources management, crop production, and environmental assessments in irrigated lands. In this study, to estimate ETo in four synoptic stations with arid, semi-arid, humid, and semi-humid climates, meteorological data such as temperature, net radiation, relative humidity, and wind speed were used for 1990-2010. Potational evapotranspiration was calculated using 5 different methods, including Hargreaves-Samani, Blaney-Criddle, Priestly-Tailor, Turc, and Makkink, besides, the standard FAO-56 was used (because there was no Lysimetric regionally data) to evaluate the applied formulas. In order to evaluate these methods, were used the mean absolute error (MAE), root mean squared error (RMSE), mean bias error (MBE), correlation coefficient (r), Nash -Satclif index (N.S). Based on these indices, Blaney-Criddle method, after the FAO-56 method, which was used as the basis, was selected as the superior method for the four climates in Iran.

    Keywords: Blaney-Criddle, Evapotranspiration, FAO-56, Iran}
  • امیرحسین اخوان، اصغر عزیزیان*، دیوید تاربوتون

    از آنجاییکه تعیین پهنه های سیلابی رودخانه از اهمیت بالایی به ویژه در مطالعات مهندسی رودخانه، هشدار سیل و مدیریت سیلاب برخوردار است، در پژوهش حاضر به ارزیابی کارایی مدل متکی بر توپوگرافی HAND و مدل هیدرولیکی HEC-RAS در برآورد پهنه های سیلاب رودخانه سیمره، پرداخته شده است. همچنین برای به چالش کشیدن عملکرد دو مدل مذکور از تصاویر ماهواره ای Sentinel-2 برای سیلاب مورخه 1/4/2019 رودخانه سیمره استفاده شد. نتایج بدست آمده از مدل واسنجی شده HAND در رودخانه سیمره، حاکی از عملکرد مناسب مدل مذکور در بدست آوردن پهنه سیلاب است. طبق نتایج بدست آمده از مدل HAND، میزان انطباق پهنه سیلاب در مقایسه با تصاویر ماهواره ای بالاتر از 92 درصد و این در حالیست که در صورت استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS این میزان انطباق به حدود 83 درصد محدود می گردد. همچنین متوسط اختلاف برآورد پهنه های سیلاب در طول بازه مطالعاتی بر اساس دو مدل HAND و HEC-RAS به ترتیب در حدود 5/8 و 13 درصد بدست آمد. همانطور که ملاحظه می گردد، مدل HAND علی رغم ساختار نسبتا ساده و تعداد کم پارامترهای ورودی از عملکرد به مراتب بهتری نسبت به مدل هیدرولیکی برخوردار می باشد و لذا از آن می توان برای استخراج پهنه های سیلگیر رودخانه در کمترین زمان ممکن بهره برد. این مساله در رودخانه های بزرگ و عریض که مدل هیدرولیکی نیازمند زمان محاسباتی قابل توجهی است، نمود بیشتری دارد. همچنین در سامانه های هشدار سیل که امکان اجرای مدلهای هیدرولیکی به صورت آنلاین با چالشهای زیادی روبرو است از مدل HAND برای این منظور استفاده نمود.

    کلید واژگان: پهنه سیلاب, منحنی دبی-اشل, مدل HAND, پیش بینی سیلاب, تصاویر ماهواره ای, مدل هیدرولیکی}
    Amirhossein Akhvan, Asghar Azizian *, David Tarboton
    Introduction

    Floods are a natural disaster that threatens the lives of millions of people every year. Obtaining the flood zone and consequently obtaining the flood zone map for current with a specific return period for a desired basin is one of the important results obtained from different models. Therefore, extraction of flood zone is one of the basic needs in the design of water structures, a basic step for management and planning to reduce economic and social flood damage, use to determine the amount of insurance for residential areas along the river and also identify high risk areas of the river In terms of flood status and flood control measures. Evaluating the performance of the HAND model, which relies solely on topographic features, is one of the objectives of the present project.

    Methodology

    In this study, the flood zone is determined using the HAND model with a calibrated coefficient of roughness. Seymareh River has been selected as a study area to challenge the performance of the model in relation to the observational data obtained from satellite images and also to evaluate it with the HEC-RAS hydraulic model. Also, the HAND model in low and high flows has been evaluated with a 1D and 2D hydraulic model to evaluate the performance of the model in different flow conditions.

    Results and Discussion

    In the first part, the HAND model was evaluated using satellite images, which show the very good performance of the model in determining the flood zone. Further sensitivity analysis of Manning roughness coefficient showed that increasing and decreasing it by 25% had no effect on improving the performance of the HAND model and the roughness coefficient was properly calibrated. Finally, the model was evaluated with 1D and 2D hydraulic model in low and high input flow conditions. The results showed that the HAND model still has a good capability in comparison with hydraulic models in different flow conditions.

    Conclusions

    The most important results can be summarized as follows:• The results obtained from the HAND model based on the calibration coefficient calibrated in Seimareh river indicate the proper performance of the model in obtaining flood zone. According to calculations, the rate of flood zone adaptation is higher than 92% compared to satellite images. Also, the average difference between the HAND model and satellite images for estimating flood zones during the study period of the river was about 8.5%. The occurrence of turbulence and rotational flows due to improper angle of connection between the channel and the freeway bridges in the future will have a significant impact on the hydraulic flow and sediment of the river, especially in the area of the bridges.• The results in Seimareh River show that increasing and decreasing the inlet flow does not change the performance results of the HAND model and also the model has a good capability compared to hydraulic models. According to calculations, the rate of adaptation of the flood zone in comparison with the hydraulic model in different discharges is always higher than 83%. Also, the average difference between the HAND model and hydraulic models for estimating flood zones during the study period of the river will be less than 13%. • Despite the very good performance of the HAND model in estimating the flood zone, in some intervals there are differences between the HAND model with satellite images and the hydraulic model, which can be done by using topographic maps with high resolution and river path inter Extraction of Rating-curves for each substrate greatly enhances the performance of the HAND model.• Hydraulic model has more error in estimating flood zone than HAND model. The main reason for this can be related to important factors such as: distance between cross sections, computational cell dimensions, numerical parameters used in the 2D hydraulic model (such as θ parameter and currant number), boundary conditions used in the hydraulic model Calibrate the time step and determine the Manning roughness coefficient for each cross section. In general, relatively more factors affect the performance of the hydraulic model and affect its output, while the HAND model experiences relatively better conditions in this regard, so that only by considering a coefficient of roughness for the whole The study interval and extraction of the Rating- curve can be used to obtain the flood zone. while the HAND model experiences relatively better conditions in this regard, so that only by considering a coefficient of roughness for the whole The study interval and extraction of the Rating- curve can be used to obtain the flood zone.

    Keywords: Flood Zone, rating curve, HAND Model, Flood Prediction, Digital Elevation Models, Hydraulic Model}
  • سکینه کوهی*، اصغر عزیزیان

    مدل های رقومی ارتفاعی (DEMs) از روش های متداول برای نمایش تغییرات توپوگرافی سطح زمین هستند، که با توجه به هزینه بالای تهیه نقشه های توپوگرافی زمینی، از کاربرد بسیار زیادی در زمینه های مختلف برخوردار می باشند. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی منابع ارتفاعی با توان تفکیک مکانی مختلف در  کاربری های گوناگون دو استان قزوین و مازندران به انجام رسیده است. در این تحقیق برای ارزیابی منابع ارتفاعی 30 متریASTER، SRTM و 90 متری SRTM از داده های GPS دو فرکانسه (داده مبنا) استفاده شد و بر اساس شاخص های آماری همچون STD،RMSE، MD و MAD دقت ارتفاعی این منابع در سطح هر دو استان و در کاربری های مختلف بررسی گردید. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که DEM 30متری SRTM از قابلیت به مراتب مناسب تری در تخمین رقوم ارتفاعی برخوردار می باشد. به طوری که شاخص RMSE این منبع در هردو بازه استان قزوین و مازندران به ترتیب برابر با 3.8 و 5.8 متر می باشد. همچنین ارزیابی دقت ارتفاعی منابع مختلف در کاربری های گوناگون حاکی از عملکرد قابل قبول منبع 30 متری SRTM در اکثر کاربری ها و پوشش ها به غیر از نواحی کوهستانی و جنگلی می باشد. علت اصلی این عملکرد پایین به ویژه در اراضی با پوشش جنگلی، عدم نفوذ امواج راداری در سطوح دارای پوشش و همچنین تراکم کم داده های برداشت شده توسط سنجنده SRTM می باشد. منبع ارتفاعی 90 متریSRTM نیز علی رغم دارا بودن توان تفکیک پایین از عملکرد به مراتب بهتری نسبت به منبع 30 متری ASTER برخوردار می باشند. در یک جمع بندی کلی می توان چنین عنوان نمود که منبع ارتفاعیSRTM-30m می تواند در حوضه های فاقد آمار زمینی مناسب و یا با کمبود آمار بسیار راه گشا باشد. البته لازم به ذکر است که با توجه به تاثیر قابل توجه نوع پوشش گیاهی بر دقت ارتفاعی این منابع، توصیه می شود تا به منظور حصول نتایج قابل اطمینان تر، در ابتدا با توجه به نوع پوشش گیاهی موجود در محدوده مطالعاتی به انتخاب منبع ارتفاعی مناسب اقدام شده و سپس با استفاده از داده های زمینی (نقاط کنترل زمینی)، مقادیر ارتفاعی اصلاح شود.

    کلید واژگان: مدل های رقومی ارتفاعی (DEMs), سنجش از دور, ارتفاع, پوشش سطح زمین}
    Sakine Koohi *, Asghar Azizian
    Introduction

    Due to the high costs of land surveying, remotely sensed digital elevation models (DEMs) are a common method used to demonstrate topographic variations of the land surface. Generally, these DEM datasets are freely accessible to engineers and researchers covering most parts of the world in different spatial resolutions. DEMs can be classified into two categories of high (small pixel size) and low (large pixel size) resolution DEMs. Several studies have addressed the vertical accuracy of different digital elevation datasets especially in countries lacking access to high quality ground-based data. Despite the widespread application of these products, vertical accuracy of these datasets in different land uses has not been addressed in Iran and most engineering studies use 1:1000 and 1:2000 topographic maps which are very expensive and time-consuming to obtain. The present study seeks to assess vertical accuracy of different resolution DEM datasets used to estimate elevation in various land uses in two Iranian provinces of Qazvin (urban, agricultural lands, garden, and forest, mountainous areas, plains, and rivers) and Mazandaran (urban, agricultural, forest/mountain, plains, and rivers). 

    Materials & Methods

    ASTER and SRTM DEMs with a resolution of 30-meter and SRTM DEM with a resolution of 90 m resolution were collected in the present study to investigate their vertical accuracy in various land uses of Qazvin and Mazandaran provinces. Several topographic maps and GPS based datasets of the study areas were also investigated for a better assessment of these DEM datasets. Finally, common statistical measures such as standard deviation (SD), mean absolute difference (MAD) and root mean square error (RMSE) were used to compare remotely sensed DEMs with ground-based observations. 

    Results & Discussion

    Findings indicated that 30m SRTM DEMs showed a better agreement with ground-based observations in both study areas. RMSE of this dataset in Qazvin and Mazandaran provinces equaled 3.8m and 5.8 m, respectively. Results also indicated that in 30m SRTM DEM, 87% of points in Qazvin and 79.7% of points in Mazandaran provinces showed a lower than 5m mean absolute difference (MAD), while in the case of 30m ASTER DEM 79% of points in Qazvin and 53% of points in Mazandaran showed a lower than 5m mean absolute difference (MAD). For 90m STRM DEM, around 29% of points in Qazvin and 74% of points in Mazandaran showed a lower than 5m mean absolute difference (MAD). Although 90m SRTM DEM did not work efficiently in Qazvin province, its result in Mazandaran province was almost as efficient as 30m SRTM dataset. Assessing the vertical accuracy of different elevation datasets in different land uses indicated that 30m SRTM showed an acceptable result in most land uses except for mountainous areas and forests. This was mainly due to forest canopies blocking the radio waves penetrating such areas and low density of points generated by STRM sensors. Moreover, 30m ASTER did not show an acceptable result in most land uses except for plains in Qazvin along with urban and agricultural land uses in Mazandaran. Despite having a lower resolution, 90m SRTM worked better than 30m ASTER. However, 90m SRTM showed considerable errors in mountainous, urban and forest land uses, and therefore it shall not be used in such areas. 

    Conclusion

    Results indicated that 30m STRM DEM is a valuable resource which makes elevation estimation for areas lacking ground-based information possible. Moreover, the type of land cover has a significant effect on the vertical accuracy of elevation datasets and thus, increased vegetation results in decreased accuracy of DEM datasets. Therefore depending on the land cover type in the study area, ground control points can be used along with remotely sensed DEMs to decrease errors.

    Keywords: Digital Elevation Models (DEMs), Remote Sensing, Elevation, Land use}
  • امیر صمدی*، اصغر عزیزیان
    در این تحقیق تلاش گردید با انجام شبیه سازی های عددی جریان - رسوب و رفتار مورفولوژیکی رودخانه، برخی اثرات ناشی از اجرای طرح های توسعه منابع آب و ساماندهی رودخانه و اثراتی که بر ریخت شناسی رودخانه کرج اعمال خواهند نمود، مورد ارزیابی و تحلیل قرار گیرد. بدین منظور با انجام بازدیدهای میدانی و جمع آوری اطلاعات، گزارشات و نقشه های موجود نسبت به توسعه چهار مدل مختلف هیدرولیکی- رسوبی برای ارزیابی تغییرات شرایط جریان، وضعیت انتقال رسوب و همچنین تغییرات محتمل مورفولوژی در بستر رودخانه کرج ناشی از طرح های کانالیزاسیون رودخانه کرج، ساخت دریاچه تفریحی البرز و تغذیه مصنوعی اقدام گردید. مدل های بکار رفته در این تحقیق شامل مدل های جریان یک و دوبعدی HEC-RAS، مدل رسوب HEC-RAS و مدل RVR Meander برای شبیه سازی ریخت شناسی رودخانه بوده اند. در این مدلسازی ها سه سناریوی هیدرولیکی برای بررسی وضعیت جریان در حالت پایه (بدون انجام طرح ها)، در محدوده طرح کانالیزاسیون و در محدوده پروژه تغذیه مصنوعی اجرا گردید و مدلسازی تغییرات بستر (رسوب) و ریخت شناسی نیز بصورت جداگانه انجام گردید، که ماحصل آنها بروز مشکلاتی در سامانه رودخانه از نظر هیدرولیکی و رسوبگذاری و فرسایش در اثر اجرای طرح های در دست اجراست (مانند افزایش تراز بستر و کاهش نفوذپذیری و عقب نشینی سواحل). نتایج حاصله می تواند راهنمای خوبی برای اصلاح و بهینه سازی طرح های مهندسی رودخانه و توسعه منابع در پایین دست رودخانه کرج باشد.
    کلید واژگان: ریخت شناسی, مهندسی رودخانه, رسوبگذاری, مدل, تغذیه مصنوعی, رودخانه کرج}
    Amir Samadi *, Asghar Azizian
    Introduction
    One of the most important topics in river engineering is the study of the morphological condition of the river, which deals with the expression of the geometric shape, bed form, longitudinal profile of the canal, cross sections, deformation and displacement of the river over time. In fact, rivers and streams are a completely dynamic system, and their position, shape, and other morphological features are constantly changing over time (Rangzan et al., 2008). So far, several studies have been conducted to evaluate the effects of river engineering and water resources engineering projects on the hydrodynamic status of the river (e.g., Yamani et al., 2007; Arshad et al., 2008; Vaezipour et al., 2020; Asghari Saraskanroud, 2013; etc.). The aim of this study is to evaluate these changes according to the implementation of various projects in recent years in the Karaj River that have imposed significant morphological changes on the river system and will change its behavior and response in the future.
    Methodology
    In this study, possible morphological changes in the Karaj riverbed due to Karaj river canalization projects, construction of Alborz recreational lake and artificial recharge have been investigated. The models used in this research include one and two dimensional HEC-RAS flow models (4.1 & 5), HEC-RAS sediment model and RVR Meander model for morphological simulation. In these modellings, three hydraulic scenarios were performed to investigate the flow status in the initial state (without designs), within the channelization design and within the artificial recharge project, and modeling of bed changes (sediment) and morphology were performed separately.
    Results and Discussion
    Scenario 1- According to the results obtained from the implementation of the two-dimensional model, the areas located on the right bank of the river, especially the area located in Chamran Park, as well as residential areas located at the beginning of the study reach due to being located in the river area are significantly flooded. One of the main reasons for this is the low altitude of the areas located on the right bank of the river. Scenario 2 - In this scenario, the hydraulic flow is evaluated during the implementation of the Karaj River channelization and Alborz Lake projects. The results of two-dimensional modeling in the area of the main outlet indicate that the velocity of the current passing through this area is extremely high. According to calculations, the values of velocity along the longitudinal section of the channel vary between 2.5 to 4 meters per second, which is a significant number. Such velocity values can lead to erosion of the riverbed and destruction of the riverbed at the outlet of the waterway. Scenario 3- In this scenario, the effect of constructing lakes of artificial recharge plan of Shahriar plain on the flow pattern and sedimentation process of Karaj river has been evaluated. According to the results, the proposed structures increase the water level, reduce the velocity and provide suitable conditions for water infiltration in the riverbed. Turkey nest (dam in the earth) reduce the velocity of the flow and penetrate more and more into the ground, but it is necessary to mention that due to the significant sedimentation of the river and the presence of sand factories upstream, a lot of fine sediments (caused by washing materials in the mines) will enter the lake of each of these structures.
    Conclusions
    The most important results can be summarized as follows: • Backflow upstream of Alborz Lake due to insufficient dimensions of the lake intake and the constriction caused by the implementation of the channelization project, will cause significant energy losses at the beginning of the project and this will cause water return and flood spread upstream. • The occurrence of turbulence and rotational flows due to improper angle of connection between the channel and the freeway bridges in the future will have a significant impact on the hydraulic flow and sediment of the river, especially in the area of the bridges. • Turkey nest structures reduce the velocity of the flow and penetrate the ground as much as possible, but it is necessary to mention that due to the significant sedimentation of the river and the existence of sand mines in the upstream areas, a lot of fine sediments enter the lakes and it will reduce their permeability and their performance. • Construction of wide structures with only one outflow weir will cause the formation of passive areas in the reservoirs. The existence of such areas, in addition to providing suitable conditions for sedimentation, will also create a wetland state. • Due to the high velocity of the outflow from the lake, the riverbed has suffered significant erosion and this erosion is due to the concentration of flow in the bed and the left bank of the river and will greatly increase the possibility of bank failures. • Sediment modeling showed that in a relatively short period of time, relatively large sediments occurred upstream of the Turkey nests. The results show well that the reservoirs are almost full of sediment to overflow crest height, and in practice the discussion of aquifer recharging will face a major challenge. • Based on the morphological model outputs, the main axis of the river, especially downstream of the Karaj-Tehran freeway bridge, has undergone many changes over time, and this issue poses a major threat to the left bank of the river. • Based on the future morphological simulation of the Karak River, the presence of the Karaj-Tehran metro bridge in the outer arch of the river will cause the river to flow to the right bank in the long run and this will cause the destruction of the right bank wall and this area will need to be protected.
    Keywords: morphology, River Engineering, Sedimentation, model, Artificial recharge, Karaj River}
  • سکینه کوهی، اصغر عزیزیان*، لوکا بروکا
    تخمین مناسب بارش در مطالعات مختلفی همچون هواشناسی، هیدرولوژیکی، شبیه سازی سیلاب و پایش خشکسالی از اهمیت بالایی برخوردار است. منبع بارشی ASCAT-SM2RAIN از جدیدترین تلاش ها بمنظور تخمین بارش برمبنای تغییرات رطوبتی سطح خاک و حل معکوس بیلان آب-خاک می باشد. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی منبع بارش ASCAT-SM2RAIN در اقلیم های مختلف ایران و در مقیاس های روزانه و ماهانه به انجام رسیده است. لازم بذکر است که در تحقیق حاضر از مقادیر بارش منبع SM2RAIN-ASCAT براساس 54 ایستگاه سینوپتیک واقع در سطح کشور در بازه زمانی 2007 تا 2018 استفاده شده است. همچنین بهبود کارایی این منبع بارشی با حذف اریب از داده ها از دیگر اهداف این پژوهش می باشد که برای این منظور روش اصلاح اریبی نگاشت چندک مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان داد که منبع ASCAT-SM2RAIN در تخمین بارش ماهانه دارای عملکرد به مراتب بهتری نسبت به مقیاس روزانه در اکثر ایستگاه های مورد مطالعه به غیر از ایستگاه های واقع در نوار شمالی کشور،  است. در این مقیاس زمانی و در بیش از 67 درصد ایستگاه های مورد بررسی مقدار شاخص CC بالاتر از 65/0 می باشد. مقدار شاخص  RMSEدر مقیاس ماهانه در اقلیم های مختلف نشان داد که منبع بارشی SM2RAIN-ASCAT در اقلیم های خیلی خشک تا خشک دارای خطای به مراتب کمتری نسبت به اقلیم های مدیترانه ای تا خیلی مرطوب می باشد. حذف اریب از داده ها با استفاده از روش نگاشت چندک نیز منجر به افزایش کارایی منبع SM2RAIN-ASCAT و کاهش هشدارهای غلط در بخش های عمده ای از ایران گردید. به عنوان مثال، مقادیر شاخص FAR در مقیاس روزانه و اقلیم های مختلف با بهبودی معادل 8/17 تا 1/35 درصد و درگام زمانی ماهانه با بهبودی در حدود 6/30 تا 0/59 درصد روبرو بوده است. بنابراین منبع SM2RAIN-ASCAT به صورت خام از منابع ارزشمند در تخمین بارش ماهانه بویژه در اقلیم های خیلی خشک تا خشک می باشد، که با تصحیح اریبی می توان بر دقت منبع مذکور در اقلیم های مختلف افزود.
    کلید واژگان: بارش, بیلان آب-خاک, الگوریتم SM2RAIN, تصحیح اریبی, سنجش از دور}
    Sakine Koohi, Asghar Azizian *, Luca Brocca
    Estimating precipitation plays an important role in different studies, including meteorological, hydrological, flood simulation, and drought monitoring. SM2RAIN-ASCAT is the newest attempt to estimate precipitation using surface soil moisture and inverse solving the soil-water balance equation. This research addressed the performance of the SM2RAIN-ASCAT dataset over diverse climate regions of Iran at daily and monthly time scales in 54 synoptic stations located in Iran (2007-2018). In addition, improving the efficiency of this product using Quantile Mapping bias correction method is another objective of this study. Results showed that the performance of SM2RAIN-ASCAT at the monthly time scale was better than the daily time scale, and in most parts of Iran, the correlation coefficient between observed and estimated datasets was relatively high. At the monthly time step, 67% of the studied stations had a CC value higher than 0.65. Moreover, findings indicated that this product tended to overestimate in Iran's north and west parts. Based on the RMSE value at the monthly time scale, SM2RAIN-ASCAT performed well at extra-arid and arid regions compared to the Mediterranean and humid climate zones. Also, removing bias from the raw dataset increased the efficiency of SM2RAN-ASCAT in most parts of the studied areas. Based on contingency table metrics, the bias-corrected dataset's skills in detecting rainy days and false alarm ratio (FAR) improved significantly. For instance, the FAR metric averagely improved 26 and 45 % at daily and monthly time scales, respectively. Finally, results indicated that SM2RAIN-ASCAT is a valuable dataset for estimating monthly precipitation, especially in arid-desert to extra-arid climates. The accuracy of this dataset increases using bias correction in different climates.
    Keywords: Rainfall, Soil-water balance, SM2RAIN algorithm, Bias correction, remote sensing}
  • ستاره امینی، اصغر عزیزیان*، پیمان آراسته
    مدل‎های پیش‎بینی بارش نقش اساسی در عملکرد هر چه بهتر سامانه های پیش‎بینی هواشناسی و سیلاب ایفا می کنند. در مطالعه حاضر، عملکرد پیش‎بینی‎های پنج مدل عددی هواشناسی موجود در پایگاه TIGGE به منظور بررسی دقت پیش‎بینی‎ها طی گام زمانی‎های 1 تا 10 روزه در اقلیم های مختلف کشور ایران (در محل 38 ایستگاه سینوپتیک) طی بازه زمانی 2014 تا 2018 مورد ارزیابی و اصلاح اریبی قرار گرفتند. بررسی شاخص‎های آماری و جدولی حاکی از کاهش دقت پیش‎بینی‎ها با افزایش گام زمانی می باشد. طبق نتایج بدست آمده عمده مدلهای هواشناسی به ویژه دو مدل ECMWF و UKMO حداکثر تا افق زمانی 3 روزه از همبستگی مناسبی با داده های زمینی برخوردار بوده و در عین حال نیز دارای خطای کمتری (در تخمین مقدار بارش و پیش بینی روزهای بارانی) می باشند. با اصلاح اریبی داده های خام پیش بینی عملکرد مدلهای عددی آب و هوا به طور قابل توجهی افزایش یافت، به طوری که در گام زمانی 10 روزه در مدلهای ECMWF، JMA و KMA به ترتیب بیش از 70، 65 و 73 درصد از مقدار شاخص RMSE کاهش یافت. پس از اصلاح داده های بارش، عملکرد عمده مدلهای عددی به غیر از JMA حتی تا گام زمانی 7 روزه نیز در اکثر اقلیمهای کشور منجربه نتایج قابل قبولی گردید. مدل JMA در اقلیم های مرطوب که شامل مناطق غربی و شمالی کشور است، به دلیل ساختار مدل آشفتگی موجود در این مدل دارای اریبی زیادی بوده و نتایج غیرقابل اعتمادی ارایه نموده است.
    کلید واژگان: پیش بینی, هشدار سیل, بارش, سنجش از دور}
    Setareh Amini, Asghar Azizian *, Peyman Arasteh
    Precipitation forecasting models play important role in the performance of flood and meteorological warning systems. In this research, the efficiency of five numerical weather prediction (NWP) models, which exist in the TIGGE database, are assessed to determine the best temporal resolution of forecasted datasets at distinct climate regions of Iran, during 2014-2018. Findings show that by increasing the lead time the accuracy of all forecasts decreases significantly. Moreover, most of the NWP models, especially the ECMWF and UKMO perform well, based on correlation coefficient (CC) and RMSE metrics, up to lead time of 3 days. Also, results indicate that by removing biases from the raw forecast datasets, the performance of all NWP models in different lead times increases considerably. After bias correction, the RMSE values of ECMWF, JMA, and KMA models in the lead time of 10 days reduces about 70, 65, and 73%, respectively, and, except for JMA, all NWP models perform well in most climate regions. The JMA model in humid climate zones (north and west parts of Iran) has a high level of bias and leads to unreliable forecasts.
    Keywords: prediction, Flood warning, Rainfall, Remote-Sensing}
  • امیرمحمد آرش*، مهدی یاسی، اصغر عزیزیان

    مدیریت رودخانه و کاهش خطرات سیل نیازمند تهیه نقشه های حد بستر و پهنه بندی سیل است. در این راستا، زمان و هزینه زیاد برداشت زمینی توپوگرافی رودخانه عامل محدود کننده بوده است. هدف اصلی از تحقیق حاضر ارزیابی دقت مدل های رقومی و ارتفاعی در معرفی هندسه رودخانه ها، جهت تعیین پهنه سیلاب و مشخصات هیدرولیکی جریان جهت مطالعات اولیه رودخانه های ایران بوده است. در این مقاله، از مدل های رایگان رقومی و ارتفاعی ALOS ، SRTM و ASTER با قدرت تفکیک مکانی 30 متر برای تهیه فایل ورودی هندسه رودخانه در نرم افزار HEC-RAS استفاده گردید. برای ارزیابی ارتباط بین عملکرد مدل های رقومی ارتفاعی با ویژگی های ریخت شناسی رودخانه، چهار رودخانه مختلف: سجاس رود (استان زنجان)، طالقانرود (استان البرز)، گرگانرود (استان گلستان) و رودخانه سرباز (استان سیستان و بلوچستان)، مورد نظر قرار گرفت. نتایج نشان دهنده ی عملکرد بهتر مدل ALOS در مقایسه با ASTER و SRTM می-باشد. در تعیین عرض و پهنه سیلاب با مدل ALOS، کم ترین خطا با شاخص آماری RMSE بین 3/2 تا 6/8 متر؛ و با شاخص F در حدود 80 درصد حاصل شده است. در تعیین تراز سطح آب سیلاب، خطایMAPE منابع ارتفاعی ALOS و SRTM رودخانه های سجاس رود، سرباز و طالقانرود زیر 1 درصد بوده است. با مقایسه پلان و الگوی پخش سیلاب شبیه سازی شده و همچنین دقت بالای مدل ALOS در تعیین تراز سطح آب، توانایی بالای این مدل در شبیه سازی سیلاب رودخانه اثبات می گردد. بطورکلی، عملکرد مدل های رقومی و ارتفاعی مورد مطالعه در پهنه بندی رودخانه های عریض و مستقیم بهتر از رودخانه های باریک و پیچانرودی می باشد.

    کلید واژگان: پهنه بندی سیلاب, سنجش از دور, HEC-RAS, هیدرولیک سیل, مدل های رقومی و ارتفاعی}
    AmirMohammad Arash *, Mehdi Yasi, Asghar Azizian
    Introduction

    Flood is one of the most devastating natural hazards that causes significant losses and damages. Flood inundation maps are initial requirements for river floodplain management and eliminating flood risk in integrated flood management plans.Surveyed topography datasets, together with bathymetry data, were utilized to construct the river terrain for flood inundation mapping, however, such data is rare. Therefore, for tackling this challenging issue, DEMs as an accelerator and free of charge datasets, are widely used in flood modelling. The recent advancement of GIS and RS technologies enabled scientists to benchmark high-accuracy DEMs, such as LIDAR (Light Detection and Ranging), which perform as excellent as driven DEMs from surveyed topographies, for flood modelling. Despite the reliability of these finer datasets, the limited coverage of world and the exorbitant price of provision has forced experts to utilize coarser-resolution DEMs rather than these higher-resolution DEM sources. As a result, the accuracy of open-access and free of charge DEMs used in flood modelling in the data-sparse rivers should be investigated broadly, unless the lower-resolution DEMs hinder flood modelling results by incorrectly reproducing river terrain. In this study, three sets of widely used open-access DEMs’ performance in flood inundation mapping and estimating hydraulic parameters of four various rivers are assessed thoroughly.

    Methodology

    In this paper, three sets of free and accessible 30m resolution DEM resources (ALOS, SRTM, ASTER) of four various sorts of rivers in Iran will be utilized as HEC-RAS geometry input file. In short, this study consistsof 5 main steps:1) Creating surveyed topography maps with 1:1000 or 1:2000 scales2) Generating GDEM by interpolating topography maps obtained from the prior step3) Determining channel geometry and extraction of cross-sections by operating GIS-based DEMs and GDEM in HEC-GeoRAS extension on ArcGIS4) Flood modelling of the rivers by geometry input files produced from step 3, plus US and DS boundary conditions and design flow of the rivers5) Assessment of DEMs’ performance in estimating hydraulic parameters based on efficiency measures, such as Root Mean Square Error (RMSE), Mean Absolute Difference (MAD), Mean Absolute Percentage Error (MAPE), Relative Error (RE) and F-statistics.6) Investigating the relation among the accuracy of DEMs and morphology characteristics of various Iran rivers, namely Sojasrud in Zanjan province, Taleghanrud in Alborz province, Gorganrud in Gorgan province and Sarbaz in Sistan-Baluchistan province of Iran.

    Results and discussion

    The river geometry derived from ALOS DEMs were more identical to surveyed cross-sections. According to previous studies, ALOS DEMs captures the more accurate depicting river bathymetry data, the higher performance of this dataset in flood modelling is expected. However, all of these GIS-based DEMs were unable to present the Gorganrud river geometry data.Apart from the better representation of river geometry, the ALOS DEMs dataset is superior to ASTER and SRTM DEMs datasets in terms of fairy prediction of hydraulic parameters (water extents and water surface elevation). For instance, ALOS had the least RMSE (2.3-8.6 m) in predicting flood extent compared to the rest. Moreover, the higher value of F statistics (approximately 80%) proves that this model presented the flood inundation map with the highest agreement. Reversely, the RMSE of ASTER, the least accurate model, in flood extent estimation was from 2.8 to 15m. Identically, the predicted flood pattern map of these rivers using ASTER leads to the more significant discrepancy with the F-statistics of 68% at most. The SRTM performance in generating flood inundation map was better than ASTER and less accurate compared to ALOS (maximum value of 78% in F-statistic was recorded).The accuracy of DEMs in stimulating WSE of the mountainous rivers was similar to each other, and it was higher than predicted WSE of lower-slope rivers. Moreover, the estimated WSE using ALOS led to less disagreement with the benchmark values, whereas the operation of ASTER and SRTM for this purpose resulted in overestimating. Although the Relative Error of these DEMs in predicting Gorganrud river flood WSE was almost 5%, the MAPE of whole DEMs was 1% within all cross-sections in the rest of the study rivers.

    Conclusion

    The accuracy of flood inundation mapping is highly dependent upon its geometry input file. The high-resolution DEMs, including LIDAR dataset, are often used due to their accuracy, still in most of flood inundation mappings projects, coarser-resolution DEMs are operated owing to their accessibility and free of charge datasets. It is critical to evaluate the influence of these DEMs on hydraulic outputs. In this research, various open-access DEMs configurations were operated in four various rivers located in different regions of Iran. The results reveal that the ALOS DEM dataset is superior to ASTER and SRTM DEM datasets in terms of a better representation of river geometry and fairy prediction of hydraulic parameters (water extents and water surface elevation). For instance, the higher percentage of F statistics (approximately 80%) proves that this model presented the flood inundation map with the highest agreement. However, the maximum values of F-statistics of SRTM and ASTER were nearly 78% and 68%, respectively, showing the flaws of these models in flood extents mapping.The efficiency of all DEMs datasets in estimating WSE of the rivers was excellent, but Gorganrud river is an exemption. The Mean Absolute Percentage Error of these DEMs for estimating WSE, which was under 1% within the majority of cross-sections, was not meaningful.Consequently, ALOS is particularly potent in accurately hydraulic modelling. Additionally, the remote-sensing based DEMs are more applicable in wide and (or) straight river reaches than narrow and meandering rivers. It would be better if DEMs are modified in advance to reduce the level of disparities in flood modelling. In this line, there are several modification methods led to lowering this predictable errors, such as using GCPs (Ground Control Points) or merging cross-sections with DEMs to create an integrated surface.

    Keywords: DEM, Flood mapping, HEC-RAS, GIS, Flood Hydraulics}
  • ستاره امینی، اصغر عزیزیان*، پیمان دانش کار آراسته

    از آنجایی که بارش به عنوان یکی از اجزاء اصلی مطالعات هشدار سیل، خشکسالی و منابع آب به شمار می آید، پیش بینی کمی آن از درجه اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. گسترش و پیشرفت روزافزون محاسبات رایانه ای و فناوری های ماهواره ای و سنجش از دور در سال های اخیر منجر به توسعه مدل های پیش بینی هواشناسی متعددی شده است که از مهم ترین آنها می توان به پایگاه اطلاعاتی TIGGE اشاره نمود که در برگیرنده تعدادی زیادی از مدل های پیش بینی قدرتمند است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی عملکرد تمامی مدل های عددی قابل دسترس در پایگاه مذکور جهت پیش‎بینی بارش روزانه در 38 ایستگاه سینوپتیک کشور ایران که در اقلیم های مختلف واقع شده اند، به انجام رسیده است. همچنین بررسی اثر تصحیح اریبی به روش نگاشت چندک (QM) بر عملکرد مدل‎های پیش بینی بارش از دیگر اهداف اصلی این تحقیق به شمار می آید. نتایج بدست آمده نشان داد که عمده مدل های پیش بینی در اقلیم های مرطوب، نیمه مرطوب، مدیترانه ای و خشک (که بیشتر مناطق جنوب غربی تا شمال غربی و شمال شرقی کشور را شامل می‎شوند) دارای بیشترین میزان همبستگی با داده های زمینی هستند ولی که در اقلیم های نیمه خشک و خیلی خشک مقدار شاخص CC به مراتب کمتر است. مقدار شاخص های آماری CC و RMSE بدست آمده از دو مرکز ECMWF و METEO در اکثر مناطق کشور به ترتیب بالای 6/0 و کمتر از 4 میلیمتر در روز است و این در حالی است که دو مدل CMA و CPTEC از کارایی چندان مناسبی برخوردار نمی باشند. همچنین ارزیابی مقادیر بارش تصحیح شده با روش QM بیانگر بهبود چشمگیر شاخص‎های آماری بدست آمده از بسیاری از مراکز پیش بینی است. طبق محاسبات صورت گرفته، مقدار شاخص CC در اقلیم های خیلی خشک، خشک و مدیترانه‎ای به طور متوسط افزایشی در حدود 20 درصد دارد. نکته مهم دیگر آنکه با حذف اریب از داده ها عملکرد مدل های عددی هواشناسی در پیش بینی مقادیر کم و بالای بارش بهبود یافته و همین مسئله قابلیت کاربرد سامانه های پیش بینی بارش در سیستم‎های هشدار سیل و مدیریت منابع آب را بیش از پیش افزایش می دهد.

    کلید واژگان: باران, سنجش از دور, پیش بینی, مدلهای هواشناسی, سیلاب}
    Setareh Amini, Asghar Azizian *, Peyman Daneshkar Arasteh

    Precipitation is one of the main components of flood, drought and water resources warning studies, hence, its quantitative prediction is of the great importance. The increasing development of computing and satellite technologies and remote sensing in recent years has led to the development of several meteorological forecasting models, of which the TIGGE database with a large number of powerful forecasting models, is the most important. The aim of this study was to evaluate the performance of all available numerical models in the database to predict daily precipitation in 38 synoptic stations located in different climates of Iran. In addition, removing biases from raw datasets using Quantile Mapping (QM) method is another objective of this study. Results showed that in humid, semi-humid, Mediterranean and Arid climate zones (mostly includes the southwest, northwest and northeast parts of Iran), most of the prediction models are highly correlated with ground observations, while in semi-arid and extra-arid regions the correlation coefficient (CC) between the forecasted and observed datasets is very low. For example, the CC and RMSE values obtained from ECMWF and METEO centers in most parts of the country are higher than 0.6 and lower than 4 mm/day, respectively, while the performance of CMA and CPTEC models is not remarkable and leads to the weak results. Also, evaluation of the corrected precipitation values by QM method indicates that there is a significant improvement in the performance of most prediction systems. Findings in extra-arid, arid, and Mediterranean zones demonstrate an increase in CC value, averagely about 20%. Moreover, the results depicted that by removing biases from the raw datasets, the performance of numerical weather prediction (NWP) models in estimating the low and high precipitation events is improved and this issue further increases the applicability of precipitation forecasting systems in flood warning systems and water resources management.

    Keywords: Rainfall, remote sensing, Prediction, Weather Models, Flood}
  • اصغر عزیزیان*، بهاره بهمن آبادی، مهنوش جناب
    برآورد صحیح تبخیروتعرق یک موارد مهم در محاسبه بیلان آب در سطح مزرعه و حوضه آبریز بشمار می آید. عدم وجود داده های اقلیمی مشاهداتی جهت استفاده از روش های تجربی و نیز هزینه بر بودن انجام اندازه گیری تبخیروتعرق با لایسیتمترها استفاده از آنها را در بسیاری از حوضه ها با محدودیت اساسی روبرو می نماید. جهت غلبه بر مشکلات مذکور، پژوهش حاضر با هدف ارزیابی و به چالش کشیدن عملکرد داده های تبخیروتعرق بدست آمده از مدلهای بازتحلیل شده W3RA، HBV-SIMREG، PCR-GLOBW، WATER-GAP و Ensemble براساس داده های اندازه گیری شده توسط لایسیمتر در بخشهای مختلف ایران به انجام رسیده است. نتایج بدست آمده نشان داد که در تمامی ایستگاه های مورد بررسی مدل Ensemble با دارا بودن بیشترین مقدار RMSE (mm/day42/3=RMSEmin، mm/day 57/7= RMSEmax) از عملکرد پایینی در برآورد تبخیر و تعرق برخوردار می باشد و این در حالیست که داده های بدست آمده از مدلهای بازتحلیل شده HBV-SIMERG و W3RA از بیشترین تطابق با داده های لایسیمتری برخوردار هستند. همچنین تحلیل نتایج بر اساس شاخص MBE نیز نشان داد که داده های بدست آمده از مدل W3RA نسبت به دیگر مدلها از کمترین میزان اریب نسبت به داده های زمینی برخوردار می باشند و این در حالیست که مدل Ensemble تمایل به کم برآوردی بسیار زیادی دارد. بطورکلی محاسبات نشان داد که مدل بازتحلیل شده HBV-SIMREG نسبت به مدلهای دیگر از خطای نسبتا کمی در برآورد مولفه تبخیروتعرق در تمامی اقلیمهای مورد بررسی برخودار می باشد و این درحالیست که مدل PCR-GLOBW علی رغم همبستگی بسیار بالا با داده های لایسیمتری دارای خطای زیادی است.
    کلید واژگان: مدلهای هیدرولوژیکی, پنمن-مانتیث, بیلان آب, نیاز آبی}
    Asghar Azizian *, Bahareh Bahman Abadi, Mahnoosh Jenab
    Accurate estimation of evapotranspiration is one of the most important issues in water balance calculation at the catchment and field scale. The lack of meteorological observations for using empirical methods and the high costs of measuring evapotranspiration using lysimeter restricts the usability of these methods in most cases. To tackle these problems, this research addressed the performance of reanalysis models including W3RA, HBV-SIMREG, PCR-GLOBW, WATER-GAP, and Ensemble for estimation of evapotranspiration at different climate regions of Iran. Besides, the reference evapotranspiration for assessment of the above models obtained using lysimeter measurements. Findings showed that in most cases studies the Ensemble model’s performance with the RMSE value ranges from 3.42 to 7.57 mm/day is the weakest one, while the results of HBV-SIMREG and W3RA show the best agreements with lysimeter dataset. Analyzing the outputs based on mean bias error (MBE) depicted that the estimated evapotranspiration based on W3RA and Ensemble have the minimum and maximum bias, respectively. As an overall conclusion, although results indicate that PCR-GLOBW has the maximum correlation coefficient (CC) with the reference datasets, HBV-SIMREG is the best and reliable model for estimation of evapotranspiration in most climate regions of Iran and can be considered as an alternative dataset, especially in data-limited areas.
    Keywords: Hydrological models, Penman-Monteith, Water balance, Water requirement}
  • سارا رودکی، اصغر عزیزیان*
    تعداد زیاد پارامترهای ورودی مدل های بارش- رواناب و نبود درک فیزیکی از آن ها، کاربرد این مدل ها را به ویژه در مرحله واسنجی با مشکل مواجه می نماید. پژوهش حاضر با هدف بررسی عدم قطعیت ناشی از روش های مختلف برآورد نفوذ (Green-Ampt، SCS-CN، Exponential، Smith-Parlange، Initial-Constant و Deficit-Constant) بر هیدروگراف سیلاب شبیه سازی شده توسط مدل HEC-HMS و با استفاده از الگوریتم GLUE به انجام رسیده است. نتایج نشان که استفاده از هر کدام از روابط مختلف نفوذ، باند عدم قطعیت متفاوتی را بر هیدروگراف سیلاب شبیه سازی شده توسط مدل تحمیل می نماید. محاسبات انجام شده حاکی از آن است که در صورت استفاده از دو معادله نفوذ SCS و Smith-Parlange به علت دارا بودن بیشترین مقدار P-Factor (به ترتیب معادل 78/0 و 72/0) و کمترین مقدار ARIL (به ترتیب معادل 39/0 و 40/0)، عدم قطعیت کمتری بر خروجی مدل HEC-HMS می گردد. علاوه بر این، روابط مذکور به علت دارا بودن پارامترهای حساس کمتر از کارایی به مراتب بالاتری نسبت به دیگر روش ها برخوردار می باشند. برخلاف روش های مذکور، عدم قطعیت ناشی از کاربرد معادلات نفوذ Initial & Constant و Deficit & Constant برای برآورد هیدروگراف سیلاب نسبتا بالا بوده و درصد کمتری از داده های مشاهداتی در پهنای باند عدم قطعیت 95% قرار می گیرند. تحلیل حساسیت پارامترهای ورودی هر کدام از معادلات نفوذ با استفاده از آماره d روش غیرپارامتریک کلموگراف-اسمیرنوف نیز نشان داد که پارامترهایی که دارای توزیع با شیب زیاد و شکل کشیده ای هستند، به ترتیب دارای عدم قطعیت کم و زیاد می باشند.
    کلید واژگان: مدل هیدرولوژیکی, عدم قطعیت, الگوریتم GLUE, روندیابی سیلاب, بارش موثر}
    Sara Roodaki, Asghar Azizian *
    Quantifying the uncertainty contribution of important factors on the performance of rainfall-runoff models has always been one of the major challenges for researchers and hydrologists. The main problems of applying these models especially in calibration period are the large number of required parameters and the lack of physical understanding for some of them. This research addressed the uncertainty contribution of different infiltration methods (Green-Ampt, SCS-CN, Exponential, Smith-Parlange, Initial-Constant and Deficit-Constant) on the performance of HEC-HMS model using GLUE algorithm. Results showed that using each of infiltration methods imposes different uncertainty bounds on the simulated flood hydrograph by HEC-HMS. Findings indicate that SCS-CN and Smith-Parlange owing to have the higher P-factor (0.78 and 0.72) and lower ARIL (0.39 and 0.40) values, enforce minimum uncertainty on the model output. In addition, the mentioned infiltration methods have the fewer sensitive parameters and then performs better than other methods. In contrast, the uncertainty of applying Initial-Constant and Deficit-Constant methods for simulation of flood hydrograph is relatively high the smaller percentage of the observed data are within the 95% uncertainty bandwidth. Moreover, sensitivity analysis of the parameters of each of the infiltration methods using the nonparametric Kolmogorov–Smirnov (D) test showed that parameters with the sharp and peaked distributions indicate well-identifiable parameters, while flat and spread distributions indicate uncertain parameters. Overall, the outcomes of this study prove that GLUE algorithm has high ability to determine the optimal range of rainfall-runoff model parameters and the prediction uncertainty bandwidth.
    Keywords: Hydrological model, Uncertainty, GLUE algorithm, Flood Routing, Effective Rainfall}
  • رضوان بحرالعلوم، هادی رمضانی اعتدالی*، اصغر عزیزیان، بهنام آبابائی

    دمای هوا و بارندگی، کمیت و کیفیت تولیدات محصولات کشاورزی را تحت تاثیر قرار می‏دهد، بنابراین برآورد و بررسی تغییرات مکانی-زمانی آن اهمیت دارد. در بسیاری از مناطق کشور به دلیل تراکم کم ایستگاه‏های اندازه‏گیری و یا دوره آماری کوتاه ایستگاه‏های جدید، اطلاعات زمانی و مکانی محدودی در دسترس است. پژوهش حاضر با هدف امکان سنجی استفاده از داده‏های پایگاه‏ها هواشناسی شبکه‏بندی شده CRU، AgMERRA، AgCFSR و  GPCC-CRUدر برآورد عملکرد و نیاز آبی گیاه گندم و مقایسه آن با مقادیر برآوردشده با اطلاعات ایستگاه سینوپتیک قزوین است.به این منظور، اطلاعات اقلیمی ماهانه ایستگاه سینوپتیک قزوین از سال 1980 تا 2010 و اطلاعات اقلیمی پایگاه‏های یادشده به سه روش استفاده از نزدیک‏ترین نقطه به ایستگاه سینوپتیک (K1)، استفاده از میانگین چهار نقطه نزدیک ایستگاه سینوپتیک (K4) و استفاده از میانگین هشت نقطه نزدیک ایستگاه سینوپتیک (K8) استخراج شد. کیفیت داده‏های این پایگاه‏ها با استفاده از چهار شاخص آماری ( RMSE،NRMSE، ME) به صورت غیر مستقیم (با استفاده از خروجی‏های مدل گیاهی AquaCrop) ارزیابی شد. در برآورد نیاز ‏آبی گیاه گندم، پایگاه اطلاعاتی GPCC-CR با چهار (K4) و یک (K1) نقطه همسایگی بهترین عملکرد را در قیاس با سایر گزینه‏ها داشت. برآورد عملکرد گندم با استفاده از داده‏های AgMERRA در دو حالت K1 و K4 بیشترین میزان همبستگی با داده‏های ایستگاه سینوپتیک را نشان داد. نتایج نشان می‏دهدبرای برآورد عملکرد محصولات زراعی می‏توان از اطلاعات پایگاه‏های اطلاعاتی هواشناسی شبکه‏بندی شده با دقت مناسب استفاده کرد. اما در خصوص برآورد نیاز آبی فقط پایگاه اطلاعاتی  GPCC-CRUدقت قابل قبولی داشته است.

    کلید واژگان: دشت قزوین, مدل AquaCrop, CRU, AgMERRA, AgCFSR و GPCC}
    Rezvan Bahroloum, Hadi Ramezani Etedali *, Asghar Azizian, Behnam Ababaei

    Temperature and rainfall affect the quantity and quality of agricultural products. Therefore, it is important to estimate its spatial-temporal changes. In many region of the country, due to the low density of meteorological stations or the small statistical period of new stations, limited time and space information is available. Therefore, this study aims to use the data of CRU, AgMERRA, AgCFSR and GPCC gridded weather datasets in estimation of yield and water requirement of wheat and comparing with the estimated values with the information of Qazvin Synoptic Station. For this purpose, monthly weather time series of Qazvin synoptic station were extracted from 1980 to 2010 along with the data from the selected gridded datasets extracted from the closest grid cell to the synoptic station (K1), the average of four closest grid cells to the synoptic station (K4), and the average of eight closest grid cells to the synoptic station (K8). The quality of the gridded datasets was assessed with four statistical indices (R2, RMSE, NRMSE, ME) in indirect way (the latter using the outputs of the AquaCrop model). In estimating wheat water requirement, GPCC database with four points (K4) and one point (K1) showed the best performance. Wheat yield simulated with AgMERRA data with K1 and K4 closest grid cells had the highest correlation with the simulated values with data of synoptic station. Results showed that selected gridded datasets can be used to simulated grain yield, but only data from GPCC-CUR would result in reliable estimation of water requirement.

    Keywords: AquaCrop, CRU, AgMERRA, AgCFSR, GPCC}
  • هاله علم شاهی، اصغر عزیزیان*، لوکا بروکا
    شبیه سازی سیلاب با مدل‌های هیدرولوژیکی نیازمند داده‌ی بارش ورودی مناسب می‌باشد که متاسفانه در بیشتر حوضه‌های کشور، پراکندگی مناسبی از ایستگاه‌های باران‌سنجی و داده‌های آمار بلند مدت وجود ندارد. بدین منظور استفاده از داده‌های بارش ماهواره‌ای با توان تفکیک زمانی و مکانی بالا جهت رفع این خلا می‌تواند مفید و سودمند باشد. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی داده‌های ساعتی منبع بارشی PERSIANN-CCs جهت شبیه سازی سیلاب با مدل رخدادمحور HEC-HMS در حوضه آبریز اسالم به انجام رسیده است. برای ارزیابی هرچه بهتر عملکرد مدل HEC-HMS نسبت به بارش ورودی از سه سناریوی مکانی (Lumped, Thiessen, Link-Lumped) و زمانی (1، 3 و 6 ساعته) مختلف استفاده بعمل آمده است. نتایج حاصل از اجرای مدل به ازای سناریوهای مذکور نشان داد که در صورت استفاده از داده‌های بارش PERSIANN-CCs برای شبیه سازی هیدروگراف سیلاب، گام زمانی 3 و 6 ساعته به ویژه در سناریوی مکانی Link-Lumped منجربه نتایج بهتری خواهد شد. به عنوان مثال، متوسط مقادیر شاخص کارایی نش- ساتکلیف (NSE) و ضریب همبستگی (CC) برای رخدادهای مورد بررسی برای موارد مذکور به ترتیب در حدود 58/0 و 78/0 (گام زمانی 3 ساعته) و 56/0 و 74/0 (گام زمانی 6 ساعته) می‌باشد. همچنین نتایج حاکی از آن است که چنانچه هدف برآورد صحیح دبی اوج سیلاب باشد، سناریوی مکانی دوم یعنی استفاده از پلیگون Thiessen برای محاسبه بارش متوسط در سطح حوضه در گام‌های زمانی 1 و 3 ساعته منجربه کمترین مقدار خطا می‌شود (با خطای نسبی 2/0 تا 6/7 درصد) و این در حالی است که سناریوی مکانی سوم یعنی Link-Lumped از نظر توانایی لازم جهت تخمین دبی اوج برخوردار نمی‌باشد. تلفیق سناریوی مکانی اول و داده‌های بارش PERSIANN-CCs نیز بهترین گزینه برای تخمین زمان رسیدن سیلاب به حداکثر مقدار خود (Tp) که از اهمیت زیادی در سامانه‌های هشدار سیلاب برخوردار است، می‌باشد. یافته‌های پژوهش حاضر موید این مطلب است که در صورت عدم وجود داده‌های بارش زمینی می‌توان از داده‌های بارش ماهواره‌ای با توان تفکیک زمانی و مکانی بالا مانند PERSIANN-CCs برای شبیه سازی سیلاب استفاده نمود.
    کلید واژگان: بارش, هیدرولوژی, سیلاب, سنجش از دور, رواناب}
    Haleh Alamshahi, Asghar Azizian *, Luca Brocca
    Flood simulation using the hydrological model requires an appropriate rainfall dataset and unfortunately, in most parts of the Iran country the spatiotemporal resolution and density of ground gauges aren’t suitable. Hence, using remotely sensed high spatiotemporal resolution datasets can be useful for filling this gap. The main objective of this research is the assessment of PERSIANN-CCs hourly rainfall dataset for simulation of flood hydrograph using HEC-HMS event-based model at the Asalem river basin (ARB), Iran. Furthermore, to better evaluation of this model, three different spatial scenarios (including lumped, Thiessen and link-lumped) at 1, 3 and 6 hour time steps are used. Findings showed that using of link-lumped scenario at 3 and 6-hour time steps for simulation of flood hydrograph leads to the best results. For example, in this case, the average values of Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) and Correlation Coefficient (CC) values for all events are about 0.58 and 0.78 (for Δt= 3 hr) and 0.56 and 0.74 (for Δt= 6 hr), respectively. Moreover, if the main purpose of modeling is the accurate estimation of peak flow, using the second spatial scenario leads to minimum error (with the relative error ranging between 0.2 and 7.6 %) at 1 and 3 hr time steps, while the third spatial scenario(link-lumped) hasn’t the required potential for simulation of peak flow. Also, combing the first spatial scenario and PERSIANN- CCs dataset is the best case for estimation of time to peak (Tp) which is very important in flood warning systems. Findings of this study indicate that in the lack of ground observations, the high spatiotemporal resolution rainfall datasets such as PERSIANN-CCs can be used for flood simulation.
    Keywords: Rainfall, Hydrology, flood, Remote-Sensing, runoff}
  • مریم طارمی، اصغر عزیزیان*، لوکا بروکا
    یکی از روش های نوین تخمین بارش استفاده از الگوریتم SM2Rain می باشد که با محوریت برآورد بارش با استفاده از تغییرات رطوبت خاک و حل معکوس معادله بیلان آب خاک توسعه داده شده است. در تحقیق حاضر به ارزیابی عملکرد این الگوریتم در تخمین بارش روزانه در سطح دو اقلیم خشک/نیمه خشک (خراسان رضوی) و مرطوب (مازندران) ایران و با استفاده از داده های منبع رطوبتی ASCAT در بازه زمانی 2006 تا 2013 پرداخته شده است. نتایج به دست آمده در دو استان خراسان رضوی و مازندران نشان داد که متوسط ضریب همبستگی (CC) بین بارش مشاهداتی و تخمین زده شده در سطح بازه های مذکور توسط الگوریتم SM2Rain به ترتیب معادل 70/0 و 62/0 می باشد. طبق محاسبات صورت گرفته در سطح استان خراسان رضوی، در بخش های جنوب و جنوب-غربی استان، الگوریتم SM2Rain با ضریب CC در حدود 84/0 و RMSE معادل 9/3 میلی متر در روز بهترین عملکرد و در بخش های شمالی استان نیز با ضریب CC در حدود 54/0 و RMSE معادل 7/7 میلی متر در روز عملکرد ضعیف داشته است. در بخش های عمده ای از استان مازندران نیز عملکرد الگوریتم مذکور، قابل قبول ارزیابی می شود به طوری که در مناطق شرقی تا بخش های مرکزی استان، ضریب همبستگی 72/0 و RMSE معادل 9/3 میلی متر در روز می باشد. نتایج حاصل از اصلاح الگوریتم SM2Rain نیز نشان داد که با افزودن ترم تبخیر-تعرق و تعرق عملکرد الگوریتم مذکور در شبیه سازی بارش در بازه های مطالعاتی بین 10 تا 18 درصد افزایش یافته است. با اصلاح الگوریتم مذکور میزان متوسط شاخص RBias در سطح استان خراسان رضوی از 9/21- به 3/9 درصد و در سطح استان مازندران از 9/36- به 9/7 درصد کاهش یافته است. خروجی حاصل از این تحقیق می تواند به عنوان یک داده بارشی جایگزین یا مکمل داده های زمینی به ویژه در حوضه هایی که دارای آمار کمی هستند، مدنظر قرار گیرد.
    کلید واژگان: باران, رطوبت سطحی خاک, سنجش از دور, بیلان آب خاک}
    Maryam Taromi, Asghar Azizian *, Luca Brocca
    One of the new methods for estimation of rainfall is SM2Rain algorithm which calculates rainfall using soil moisture variations and inverse solution of soil water balance equation. This research addressed the efficiency of SM2Rain algorithm for rainfall estimation over the semi-arid (Khorasan-Razavi) and humid (Mazandaran) climate regions of Iran using ASCAT surface soil moisture dataset during 2006-2013. Findings indicate that the basin-averaged value of correlation coefficient (CC) between the estimated and observed datasets for Khorasan-Razavi and Mazandaran areas is 0.70 and 0.62, respectively. Results in the south and south-west regions of Khorasan-Razavi showed that the SM2Rain algorithm with the CC value of 0.84 and RMSE value of 3.9 mm/day (basin-averaged) performs very well, while in the north parts of the province with the CC value of 0.54 and RMSE value of 7.7 mm/day, the performance of this algorithm is relatively low. Also, the performance of SM2Rain algorithm in most parts of the Mazandaran province, especially in east and central parts, is acceptable and the basin-averaged values of CC and RMSE are 0.72 and 3.9 mm/day, respectively. The results also showed that by adding evapotranspiration term to SM2Rain algorithm, the efficiency of modified algorithm in estimation of rainfall increases about 10-18% in both regions. Furthermore, by using the modified SM2Rain algorithm over the Khorasan-Razavi, the basin-averaged value of relative bias (RBias) decreases from -21.9% to 9.3% and in Mazandaran region, the RBias decreases from -36.9 to 7.9%. The findings of this research indicate that the estimated rainfall with the SM2Rain algorithm can be considered as an alternative or supplementary dataset for ground-based observations, especially in ungauged catchments or data-limited areas.
    Keywords: Rainfall, Surface Soil Moisture, remote sensing, Soil’s Water Balance}
  • سکینه کوهی، اصغر عزیزیان*، لوکا بروکا
    محدودیت های موجود در دسترسی به مقادیر جریان مشاهداتی با کفایت مکانی و زمانی مناسب در سطح حوضه های آبریز سبب ایجاد مشکلاتی در کاربرد مدل های هیدرولوژیکی برای محققین شده است. از سویی دیگر با توجه به گسترش فناوری های ماهواره ای در سال های اخیر، منابع اطلاعاتی ارزشمندی از مولفه های بیلان آب با استفاده از تکنیک های سنجش از دور و داده گواری تهیه و در اختیار پژوهشگران قرار گرفته است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی کارایی مقادیر تبخیر و تعرق به دست آمده از اجرای مدل های بازتحلیل شده GLEAM، W3RA و HBV در فرآیند واسنجی مدل هیدرولوژیکی VIC-3L در حوضه آبریز سفیدرود به انجام رسیده است. نتایج حاصل حاکی از آن است که در صورت استفاده از منبع بازتحلیل شده GLEAM به منظور واسنجی مدل توزیعی VIC-3L در سناریوی دوم (واسنجی سلول به سلول مدل هیدرولوژیکی)، مقادیر جریان شبیه سازی شده با 59/0NS= و80/0r= از همبستگی مناسبی با مقادیر مشاهداتی برخوردار می باشد. همچنین مقدار شاخص کلینگ گوپتا (KGE) درصورت واسنجی مدل بر اساس مقادیر جریان خروجی از حوضه برابر با 64/0می باشد؛ در حالی که در صورت استفاده از منبع بازتحلیل شده HBV در سناریوی سوم (استفاده از متوسط مقادیر پارامترهای بهینه به دست آمده در سناریوی دوم) مقدار این ضریب معادل 62/0 است. همچنین در گام زمانی ماهانه، کاربرد مقادیر تبخیر و تعرق به دست آمده از مدل بازتحیل شده HBV  با دارا بودن شاخص 64/0KGE= از عملکرد بهتری نسبت به سناریوی پایه (واسنجی مدل هیدرولوژیکی با سری زمانی جریان مشاهداتی در خروجی حوضه (59/0KGE=))  برخوردار است. علاوه بر این، استفاده از منابع تبخیر و تعرق به دست آمده از مدل های بازتحلیل شده W3RA و GLEAM منجر به بهبود عملکرد مدل VIC-3L در تخمین حجم رواناب خروجی از حوضه سفیدرود شده است؛ به طوری که مقدار متوسط خطا در برآورد حجم رواناب به کمتر از به 0/4 درصد محدود می شود.
    کلید واژگان: سنجش از دور, مدل هیدرولوژیکی VIC-3L, بیلان آب, تبخیر و تعرق}
    Sakine Koohi, Asghar Azizian *, Luca Brocca
    The lack of required datasets over the catchments impose basic problems for applying hydrologic models. By increasing the satellite-based technologies over the past decades, several water balance components have been developed by using remote sensing and data assimilation techniques. This research addresses the efficiency of evapotranspiration values which are obtained from the reanalysis models (GLEAM, W3RA and HBV) for calibration of VIC-3L hydrologic model over the SefidRood basin (SRB). Results showed that using the evapotranspiration dataset, which is estimated by GLEAM, is the best for calibration of VIC-3L (NS=0.56 and CC=0.80) and simulating the streamflow at the outlet of SRB. Also, using the HBV reanalysis model’s results, in both daily and monthly time scales, with the KGE=0.64 leads to the better performance in simulating streamflow when comparing to the base scenario (calibration of VIC-3L model with the observed streamflow data). Finally, results indicated that using W3RA and GLEAM datasets improved the VIC-3L performance in estimation of runoff volume and the maximum relative error restricted to only 4.0 %.
    Keywords: remote sensing, VIC-3L Hydrological Model, Water balance, Evapotranspiration}
  • اصغر عزیزیان*، ستاره امینی
    پژوهش حاضر با هدف ارزیابی کارایی محصولات بارشی خانواده PERSIANN در مقیاس ماهانه (در بازه زمانی 2000 تا 2019) و با استفاده از 355 ایستگاه سینوپتیک واقع در سطح کشور ایران به انجام رسیده است. همچنین بررسی عملکرد منابع بارشی مذکور در اقلیم ها و شرایط توپوگرافیکی مختلف ایران از دیگر اهداف این تحقیق می باشد. نتایج حاکی از آن است که منبع PERSIANN-CDR به علت استفاده از داده های جهانی GPCP جهت حذف اریب از داده ها از همبستگی بسیار زیادی با داده های مشاهداتی برخوردار می باشد و این در حالیست که متوسط شاخص CC در سطح کشور برای دو منبع PERSIANN و PERSIANN-CCs به ترتیب در حدود 49/0 و 51/0 است. تمامی منابع مذکور در مناطق شمال و شمال غربی کشور مقدار بارش را کم‎ برآورد می نمایند و این در حالیست که با حرکت به سمت جنوب و جنوب شرق کشور، مقدار بیش ‎برآوردی بارش با نرخ بیشتری افزایش صورت می گیرد. بررسی تاثیر ارتفاع بر عملکرد محصولات بارشی خانواده PERSIANN نیز نشان داد که در مناطق مرتفع (مناطق با ارتفاع 600 تا 2600 متر) و کم ارتفاع (کمتر از 600 متر)، بارش ماهواره ای و داده های زمینی به ترتیب از همبستگی بالا و پایینی برخوردار هستند. از نظر اقلیمی هم نتایج نشان داد که در اقلیم های مدیترانه ای، نیمه مرطوب و مرطوب عملکرد منابع بارشی مذکور در تخمین بارش نسبت به اقلیم های دیگر به مراتب بهتر می باشد. همچنین در اقلیم های خیلی مرطوب نوع A و B و خیلی خشک میزان خطا در برآورد بارش بالا بوده و میزان شاخص CC نیز پایین می باشد.
    کلید واژگان: تخمین بارش, سنجش از دور, شبکه عصبی, خانواده PERSIANN}
    Asghar Azizian *, Setareh Amini
    One of the complicated variables in hydrological and meteorological processes is precipitation. During the past decades several attempts have been carried out to developed and provide precipitation products with different spatio-temporal resolutions. The PERSIANN family products which includes PERSIANN, PERSIANN-CCs and PERSIANN-CDR is one of the most important attempts to estimate rainfall based on remote sensing techniques and cloud thickness. This research assessed the efficiency and performance of PERSIANN family products at the monthly time scale over Iran using 355 synoptic stations. In addition, evaluating the effect of climate and topographic conditions on the performance of these products is another objectives of this study. Results indicated that PERSIANN-CDR, due to using GPCP dataset for removing bias, highly correlated with observed data, while the average correlation coefficient (CC) over Iran for PERSIANN and PERSIANN-CCs is 0.49 and 0.51, respectively. Moreover, all PERSIANN products tend to underestimate rainfall in north and north-west parts of Iran, while in the south and south-east parts of the country the rate of rainfall overestimation increases significantly. Findings on the effect of topographic conditions demonstrate that in the high elevation (between 600m and 2600m) and low elevation (lower than 600m) regions the correlation between ground-gauge observations and PERSIANN family products is high and low, respectively. The performance of these datasets in the Mediterranean, semi-humid and humid climate regions is better than other climate conditions. Also, in per-humid A, per-humid B and extra arid climate regions the relative bias (RB) in rainfall estimation is very high.
    Keywords: Rainfall estimation, Remote-Sensing, Neural Network, PERSIANN family}
  • امیر صمدی*، اصغر عزیزیان

    مدل دوبعدی HEC-RAS از مفهوم جدیدی به نام تغییرات درون سلولی برای لحاظ نمودن تغییرات ارتفاعی داخل یک سلول محاسباتی استفاده می نماید و از اینرو از وابستگی بسیار کمی به ابعاد سلول محاسباتی برخوردار می باشد. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی اثر کاربرد این مفهوم بر پهنه سیلاب رودخانه سرباز به انجام رسیده است. همچنین بررسی تاثیر مقیاس نقشه بر عملکرد مدل یک بعدی و دوبعدی HEC-RAS از دیگر اهداف این پژوهش می باشد. نتایج نشان داد که با افزایش ابعاد سلول محاسباتی، میزان خطای مدل درشبیه-سازی پهنه های سیلگیر نسبت به ابعاد سلولی کوچک نسبتا پایین می باشد. به عنوان مثال، در صورت استفاده از یک شبکه محاسباتی با ابعاد 500 متر به جای یک شبکه با ابعاد 20 متر، میزان خطای مدل در برآورد پهنه سیلاب به کمتر از 15 درصد محدود می گردد. مدت زمان اجرای مدل دوبعدی نیز در ابعاد سلولی 500 متر تقریبا 45 برابر کمتر از مدت زمان اجرای مدل در صورت استفاده از ابعاد سلولی 20 متر است. یافته های مذکور به خوبی گویای این مطلب است که استفاده ازمفهوم تغییرات درون سلولی در مدلسازی تا چه حد می تواند در زمان اجرای مدل های عددی به ویژه در رودخانه های بزرگ و با پیچیدگی زیاد موثر باشد. همچنین محاسبات صورت گرفته حاکی از آن است که اختلاف بین دو مدل یک بعدی و دوبعدی در شبیه سازی پارامترهای هیدرولیکی در مقیاس های کوچک نسبتا ناچیز می باشد و با افزایش مقیاس نقشه اختلاف دو مدل مذکور نیز افزایش می یابد که علت اصلی لحاظ نمودن تمامی تغییرات توپوگرافی بستر و سیلابدشت رودخانه در مقیاس های بالا می باشد.

    کلید واژگان: تغییرات درون سلولی, مهندسی رودخانه, HEC-RAS, ابعاد شبکه محاسباتی, رودخانه سرباز}
    Amir Samadi *, Asghar Azizian

    The 2D HEC-RAS model uses a new concept called subgrid-variability to include elevation changes within a computational cell and thus has very little dependence on computational cell dimensions. The purpose of this study was to evaluate the effect of the concept of subgrid-variability on the simulated flood area in the Sarbaz River. The other purposes of this study is to investigate the effect of map scale on the performance of 1D and 2D HEC-RAS model. The results showed that with increasing computational cell dimensions, the model error in simulating flood zones was relatively low compared to small cell dimensions. For example, if using a computing grid with dimensions of 500 meters instead of a 20 meters grid, the simulated flood area in different parts of the Sarbaz River would be less than 15 percent. The run time of the 2D model in the cell dimension of 500 meters is approximately 45 times less than the run time of the model in case of using cell dimensions of 20 meters. The findings clearly indicate to what extent the use of the concept of subgrid variability in modeling can be effective when implementing numerical models, especially in large and complex rivers. The calculations also show that the difference between 1D and 2D models in the simulation of hydraulic parameters in small scales is relatively small and by increasing the map scale, the difference between the two models increases.

    Keywords: Computational Mesh Dimensions, HEC-RAS, River Eng, Sarbaz River, Subgrid-Variability}
  • وحید ادبی، اصغر عزیزیان، هادی رمضانی اعتدالی*، عباس کاویانی، بهنام آبابایی

    استفاده از مدل های گیاهی برای اهداف مختلف مانند پیش بینی عملکرد، تعیین نیاز آبی، بررسی های اثر تغییر اقلیم، خشکسالی و مدیریت های مختلف آبیاری و زراعی ضروری است. این مدل ها ابزار ارزشمندی برای تحلیل کمی رشد گیاه و تولید محصول هستند. یکی از چالش ها در برابر کاربرد این مدل ها، تعدد پارامترهای ورودی آنهاست. اندازه گیری این پارامتر ها هزینه بر، زمان بر و گاه با توجه به محدودیت های مختلف غیرممکن است و معمولا از طریق واسنجی و حل معکوس تخمین زده می شوند. تحلیل حساسیت فرآیندی است که اثر پارامتر های ورودی بر متغیر های خروجی مدل های ریاضی را بررسی می کند. در هنگام واسنجی، پارامترهای حساس باید با دقت بالاتری اندازه گیری یا برآورد شوند. اعمال روش های مبتنی بر اجراهای زیاد بر مدل های متن بسته (Closed Source) به آسانی مدل های متن باز (Open Source) نمی باشد. در این تحقیق، اثر 47 پارامتر گیاهی (نام پارامترها در جداول 1 و 2 آمده است) مدل متن بسته ی AquaCrop بر 5 متغیر خروجی مدل شامل تبخیر از سطح خاک، تعرق، تبخیروتعرق، زیست توده و عملکرد دانه برای دو محصول گندم و ذرت در مناطق دشت قزوین و پارس آباد مغان مورد مطالعه قرار گرفت و با استفاده از شاخص کارایی مدل نش-ساتکلیف نسبی، درجه حساسیت این پارامتر ها مشخص گردید. پارامتر های درجه روز رشد افزایش پوشش تاج (X45)، درجه روز رشد بذرافشانی تا بلوغ (X42)، درجه روز رشد بذرافشانی تا آغاز پیری (X41) و بیشترین پوشش تاج در نسبت پوشش خاک (X30) بطور مشترک در هر دو محصول بیشترین حساسیت را از خود نشان دادند. بنابراین تعیین دقیق دوره های مختلف رشد گیاه برحسب روز و یا درجه روز رشد که اتفاقا اندازه گیری آن ها آسان تر از سایر پارامترها می باشد از اهمیت بیشتری برخوردار هستند. برای هر 5 خروجی گندم و ذرت منطقه ی قزوین، حدود نیمی از پارامتر های ورودی بدون تاثیرند و در هنگام واسنجی از اهمیت ناچیزی برخوردار می باشند. با اینکه روش تحلیل حساسیت موضعی (Local Sensitivity Analysis) پیچیدگی های محاسباتی و مفهومی روش های تحلیل حساسیت کلی (Global Sensitivity Analysis) را ندارد، نتایج نشان داد که این روش می تواند به نتایج مشابه با مطالعاتی که از روش های تحلیل حساسیت کلی استفاده کرده اند منجر گردد.

    کلید واژگان: AquaCrop, تحلیل حساسیت, حساسیت موضعی, عملکرد دانه, زیست توده}
    Vahid Adabi, Asghar Azizian, Hadi Ramezani Etedali *, Abbas Kaviani, Behnam Ababaei

    Application of crop models is essential for numerous purposes including prediction of crop yield and water requirement, evaluation of the impact of climate change, drought and irrigation and agronomic management on crop growth and development. One challenge with the application of these models is the large number of input parameters. Measurement of input parameters can be time-consuming, costly and sometimes practically impossible and they are usually estimated using calibration and inverse modelling. Sensitivity Analysis is a procedure during which the impact of input parameters on target output variables is investigated. During model calibration, sensitive parameters must be measured or estimated with higher accuracy. Analysis of the sensitivity of closed-source models is not as straightforward as it is with open- source models. In this research, the impact of 47 crop parameters on five output variables of AquaCrop, a closed-source crop model, namely soil evaporation, crop transpiration, evapotranspiration, biomass at harvest and grain yield, were studied for wheat and maize in Qazvin Plain and Moghan Pars-Abad in Iran. The sensitivity of the selected parameters was evaluated with the relative Nash–Sutcliffe Efficiency Index. Increase in canopy cover, degree-days from sowing to maturity, degree-days from sowing to start of senescence and maximum canopy cover in fraction of soil cover were identified as sensitive parameters for both crops. Therefore, accurate determination of crop growth stages, in calendar days or degree-days, which are easier to measure than most of the other parameters, is of greater importance. In Qazvin and for all output variables, around half of the selected parameters were ineffective and considered unimportant during calibration. Despite that the methods of local SA are computationally and conceptually simpler than the methods of global SA, the results showed that this method could lead to similar outcomes to previous studies in which global methods were used.

    Keywords: AquaCrop, Sensitivity analysis, Local Sensitivity, Grain yield, Biomass}
  • کیمیا امیرمرادی، علیرضا شکوهی لنگرودی*، اصغر عزیزیان

    در این مقاله به ارزیابی خسارت مستقیم ناشی از سیلاب بر ساختمان ها و دارایی ها و محتویات داخل ساختمان در مناطق شهری پرداخته شده است. ارزیابی ریسک و مدیریت سیلاب های شهری نیازمند وجود یک الگوریتم مشخص برای برآورد خسارت های اقتصادی ناشی از سیلاب می باشد. در این تحقیق از مشخصه های هیدرولیکی عمق و سرعت جریان برای تعیین منطقه در معرض تخریب در هنگام بروز سیل و سپس عمق جریان برای تخمین میزان خسارت اقتصادی ناشی از سیلاب با دوره بازگشت های 2، 5، 10، 25، 50، 100، 200 و 500 ساله برای ساختمان های بجای مانده در منطقه مورد مطالعه استفاده گردید. در الگوریتم توسعه یافته از منحنی های عمق- خسارت 5 مدل مختلف استفاده به عمل آمد و میزان خسارت حاصله از سیلاب های طرح و در نهایت خسارت سالانه مورد انتظار وارد بر ساختمان و محتویات داخل آن (EAD) محاسبه گردید. با استفاده از این تخمین ها، مناطق بحرانی برای مدیریت ریسک سیلاب در منطقه مطالعاتی شناسایی شدند. نتایج نشان داد که استفاده از منحنی های عمق- خسارت مدل Arrighi et al. (2013) به نتایجی منطقی تر رسیده و در شرایط نبود داده مناسب می توان از آن برای مطالعات مربوط به مدیریت ریسک و بیمه سیل استفاده نمود. در نهایت به بررسی عدم قطعیت منحنی عمق- خسارت با استفاده از روش تخمین واریانس مرتبه اول (FOVE) جهت در نظر گرفتن باند اطمینان برای میزان خسارت برآورد شده، پرداخته شد. با استفاده از روش ارائه شده در این مقاله می توان یک تخمین سریع با تقریب قابل قبول از ریسک سیلاب را بخصوص در مناطقی که از لحاظ تامین داده های تفصیلی مربوط به دارایی های منقول و غیرمنقول با مشکل مواجه می باشند، بدست آورد.

    کلید واژگان: خسارت اقتصادی سیلاب, سیلاب شهری, منحنی عمق- خسارت, مدیریت ریسک, عدم قطعیت}
    Kimia Amirmoradi, Alireza Shokoohi *, Asghar Azizian

    In this paper, direct loss to structures and their properties due to rivers’ floods in urban areas was investigated. Risk evaluation and flood management require an algorithm for evaluating economic loss due to flood. In this research, hydraulic properties such as depth and flow velocity were used to detect the destroyable areas during the flood event. Then the flow depth was used to estimate the economic loss due to floods with different return periods; 2, 5, 10, 25, 50, 100 and 500-year. The economic loss due to floods was calculated using the depth–loss functions of five different models. Furthermore, the costs of expected annual damage (EAD) for structures in the study area were determined for plan floods, of which the critical areas at the region were distinguished. The results showed that using depth-loss function of Arrighi et al. (2013) is more logic in the study area and it can be employed for risk management and flood insurance studies when the proper data are not exist. Finally, the depth-loss functions’ uncertainty were investigated using the First Order Variance Estimation (FOVE) method and the estimated loss confidence interval was determined. The procedure introduced in this paper provides a tool for rapid and acceptable approximation for risk assessment in urban flood-prone areas, especially where detailed information about structures and their pertinent properties cannot be provided.

    Keywords: Economic loss of flood, Urban flood, Depth-loss function, risk management, Uncertainty}
  • سکینه کوهی، اصغر عزیزیان*، لوکا بروکا
    پژوهش حاضر با هدف ارزیابی کارائی داده های ماهواره ای رطوبت سطحی خاک ASCAT در واسنجی مدل هیدرولوژیکی VIC-3L در سطح حوضه آبریز سفیدرود به انجام رسیده است. نتایج بدست آمده در گام زمانی روزانه حاکی از آن است که در صورت استفاده از منبع رطوبتی ASCAT مقدار ضریب همبستگی بین رواناب شبیه سازی شده و مشاهداتی در حدود 75/0 می باشد و این در حالیست که در صورت استفاده از داده های جریان مشاهداتی برای واسنجی مدل، مقدار ضریب همبستگی در حدود 80/0 می باشد. در گام زمانی ماهانه نیز استفاده از داده های ماهواره ای رطوبت سطحی خاک، منجربه افزایش عملکرد مدل VIC-3L در شبیه سازی رواناب خروجی از حوضه شده است. همچنین از آنجائی که میزان خطای مدل در برآورد حجم رواناب در گام زمانی ماهانه (2/17 درصد) نسبت به گام زمانی روزانه (5/38 درصد) به مراتب کمتر می باشد، از این روش واسنجی می توان برای تخمین آورد ماهانه با دقت قابل استفاده بعمل آورد. یکی از مزیت های واسنجی مدل با استفاده از داده های ماهواره ای رطوبت خاک بر خلاف واسنجی با استفاده از داده های جریان مشاهداتی این است که می توان تغییرات مکانی پارامترهای مدل در سطح حوضه را نیز برآورد نمود که این مساله خود می تواند دید بهتری از عملکرد مدل در سطح حوضه را فراهم نماید. هچنین عدم وجود داده های دبی ثبت شده در بسیاری از حوضه ها، امکان واسنجی مدلهای هیدرولوژیکی را با محدودیت اساسی روبرو می نماید و این در حالیست که منابع ماهواره ای با دارا بودن توان تفکیک زمانی و مکانی وسیع از کارائی بسیار زیادی برخوردار می باشند.
    کلید واژگان: رطوبت سطحی خاک, سنجش از دور, رواناب, واسنجی, مدل VIC-3L}
    Sakine Kohi, Asghar Azizian *, Luca Brocca
    This study addresses the efficiency of ASCAT surface soil moisture (SSM) for calibration of VIC-3L hydrologic model over the Sefidrood river basin (SRB). Findings on daily time scale indicate that the correlation coefficient (CC) between observed and simulated streamflow, using ASCAT dataset, is equal to 0.75, while in the case of calibration of the VIC-3L model using only with hydrometric station datasets the CC value is equal to 0.80. Moreover, at monthly time scale the performance of model in simulating streamflow is better than daily time scale. The relative error (RE) in simulating runoff volume at daily and monthly time scale is 17.2% and 38.5%, respectively and this shows that using ASCAT dataset at monthly time scale leads to reliable results. In addition, one the advantages of model calibration using satellite-based SSm is the extraction of the spatial pattern of model parameters over the catchment, while in the case of using observed discharge dataset for calibration of the model only leads to the constant values of model’s parameter through the catchment. Based on the results of this research it highly recommended to use satellite-based SSMs for calibration of hydrological model, especially in data limited areas or regions in which ground observations are sparsely-distributed or insufficient.
    Keywords: Surface Soil Moisture (SSM), Remote Sensing, runoff, Calibration, VIC-3L model}
  • Saeid Khanzadi*, Asghar Azizian, Mohammad Hashemi, Mohammad Azizzadeh
    Background
    The present study aimed to determine the chemical composition and in-vitro antibacterial activity of Ziziphora clinopodioides essential oil (ZCEO).
    Methods
    The chemical composition of ZCEO was determined using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis. Minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) were calculated using the microwell dilution assay to assess the antibacterial effects of ZCEO emulsion and nano-emulsion on E. coli O157:H7.
    Results
    A yield of 1% (w/w) was identified for ZCEO isolation and pulegone (58.78%), menthone (1.15%), and isomenthone (9.91%) as the key components of ZCEO phytochemicals. The MIC values of the ZCEO emulsion and nano-emulsion were 0.8 and 0.025 mg/ml, respectively, and the MBC values were estimated at 1.6 and 0.05, respectively.
    Conclusion
    It is recommended that the nano-emulsion of ZCEO be applied as a potential source of natural preservatives in food industries.
    Keywords: Essential oil, Antibacterial activity, Nanotechnology, Escherichia coli O157:H7}
نمایش عناوین بیشتر...
سامانه نویسندگان
  • دکتر اصغر عزیزیان
    عزیزیان، اصغر
اطلاعات نویسنده(گان) توسط ایشان ثبت و تکمیل شده‌است. برای مشاهده مشخصات و فهرست همه مطالب، صفحه رزومه ایشان را ببینید.
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