kumars ebrahimi
-
مقدمه
رودخانه ها به عنوان منابع حیاتی آب، نقش اساسی در حفظ سلامت محیط و موجودات زنده دارند. رودخانه های حاشیه خزر به عنوان سهل الوصول ترین منابع آب سطحی شناخته می شوند و متاسفانه در برخی موارد به عنوان محل دفع مواد آلاینده مورد استفاده قرار می گیرند. این رودخانه ها ارتباط نزدیکی با مناطق جمعیتی و فعالیت های اقتصادی دارند و به همین دلیل، مشکلات مربوط به مدیریت آن ها به شدت گسترش یافته است. کیفیت آب رودخانه ها به طور مستقیم بر سلامت انسان ها و بوم سازگان های آبی تاثیر می گذارد. آلودگی ناشی از فعالیت های انسانی، مانند تخلیه فاضلاب ها، می تواند به مشکلات جدی بهداشتی و محیط زیستی منجر شود. این چالش ها نیازمند رویکردهای مدیریتی و علمی چندجانبه برای توسعه استراتژی های حفاظتی است. پژوهشگران در مطالعات خود به تاثیر تغییرات کاربری اراضی بر شدت سیلاب ها و فرسایش اشاره کردند و نیاز به تحلیل دقیق این تغییرات را مورد تاکید قرار دادند. این پژوهش به بررسی آسیب های وارده به رودخانه تالار می پردازد و چارچوبی برای تحلیل مخاطرات مشابه در سایر رودخانه های کشور ارائه می دهد. نتایج این تحقیقات نشان دهنده ضرورت همکاری میان نهادهای دولتی، محلی و جامعه مدنی برای ایجاد راهکارهای موثر در مدیریت پایدار منابع آبی است. با درک عمیق از چالش های موجود و اتخاذ شیوه های جامع مدیریت، می توان به حفاظت از این منابع ارزشمند و بهبود کیفیت زندگی عمومی کمک کرد.
مواد و روششاخص WRASTIC روشی سیستماتیک در ارزیابی مستعد بودن حوزه های آبخیز در آلوده کردن منابع آب سطحی است که در یک محیط هیدروژئولوژیک بر اساس مشخصه های عمده حوزه و کاربری اراضی ارائه شده است. این روش از سال 2000 رواج یافت و در مقایسه با سایر روش های ارزیابی ریسک آب های سطحی از جامع ترین روش های کاربردی است. در این روش در یک حوزه آبخیز، تخلیه فاضلاب (W)، اثرات کاربری های تفریحی (R)، اثرات کاربری های کشاورزی (A)، اندازه حوزه (S)، مسیرهای حمل و نقل (T)، اثرات کاربری های صنعتی (I) و مقدار پوشش گیاهی سطح زمین (C) به منظور تعیین حساسیت آلودگی آب سطحی مورد بررسی دقیق قرار می گیرد. مقادیر عددی تعیین شده برای پارامترهای ذکر شده در مدل WRASTIC و با استفاده از معادله زیر جهت تعیین مقدار عددی شاخص WRASTIC برای یک حوزه استفاده می شود:
WRASTIC Index=WrWw+RrRw+ArAw+SrSw+TrTw+IrIw+CrCw
در این معادله اندیس r برای تخصیص امتیاز هر پارامتر و اندیس w برای وزن پارامتر است. که مقدار w از 1 تا 4 و مقدار r از 1 تا 5 است که در پارامتر صنعت این مقدار 1 تا 8 درنظر گرفته می شود. بر اساس معادله فوق، هر چه مقدار عددی این شاخص بیشتر باشد، پتانسیل آلودگی حوزه بیشتر است. لازم به ذکر است که برای ارزیابی بهتر و دقیق تر باید از نظرات حر فه ای بهره گرفت.نتایج و بحثنتایج ارزیابی شاخص WRASTIC برای حوزه آبخیز رودخانه تالار نشان دهنده حساسیت متوسط به آلودگی با نمره 5/26 است. این نمره نگرانی هایی را در ارتباط با ورود پساب های شهری و صنعتی، زهاب کشاورزی و تخلیه فاضلاب از چاهک های جذبی به نمایش می گذارد. منابع آلودگی مذکور، رودخانه را با خطر آلودگی شدید و پیامدهایی چون یوتری فیکاسیون و کاهش کیفیت آب مواجه ساخته است. علاوه بر این، افزایش جمعیت در نواحی نزدیک به منابع آبی تغییر کاربری اراضی را به دنبال داشته که منجر به افزایش ضریب رواناب و تشدید وقوع سیلاب ها می شود. این شرایط ممکن است خسارات جدی به زیرساخت ها، بوم سازگان های طبیعی و سلامت عمومی وارد کند. از دیگر نقاط ضعف شاخص WRASTIC، غفلت از وضعیت حیات وحش و زیستگاه های طبیعی در معرض خطر است که عمدتا ناشی از جنگل زدایی و شکار غیرمجاز هستند. این مسائل نه تنها تهدیدی برای تنوع زیستی منطقه است، بلکه بر روی تعادل زیستی و کیفیت آب نیز تاثیر منفی می گذارند. بنابراین، ضرورت فراهم سازی یک چارچوب جامع و جدید برای ارزیابی دقیق تر وضعیت آلودگی و حفظ تعادل زیستی در این منطقه به وضوح احساس می شود. اتخاذ تصمیمات صحیح و اجرای مدیریت مناسب در این راستا می تواند به بهبود کیفیت آب، حفاظت از محیط زیست و تنوع زیستی کمک کند. حفظ و مدیریت پایدار منابع آبی و زیستگاه ها، نیازمند توجه جدی و همکاری تمامی ذینفعان است تا از این بوم سازگان های حساس و ارزشمند به بهینه ترین شکل ممکن استفاده شود.
نتیجه گیریمدیریت بحران ها و تحلیل چالش های موجود در حوزه آبخیز رودخانه تالار، نیازمند شناسایی دقیق عوامل آسیب زا و توسعه یک چارچوب جامع برای تبیین ارتباط میان این عوامل است. این چالش ها شامل کاهش کیفیت آب، تغییر رژیم آبدهی، تغییر کاربری اراضی حاشیه، عدم رعایت حریم و بستر رودخانه، ساخت و سازهای غیرمجاز، فرسایش خاک و برداشت بی رویه مصالح است که ضرورت شناسایی، مدیریت و اولویت بندی مسائل موجود را برای حفظ کیفیت آب و پایداری محیط زیست به دنبال دارد. در این راستا، آب به عنوان منبع حیاتی نیازمند مدیریت و حفاظت موثر است و با توجه به تهدیدات ناشی از آلودگی و تغییرات اقلیمی، تدوین اصول مدیریت پایدار منابع آب امری ضروری به نظر می رسد. این اصول به تجزیه و تحلیل دقیق آسیب ها، نظارت مستمر بر کیفیت آب و ایجاد سیستم های پایش کیفی و کمی بستگی دارد. همچنین، فرهنگ سازی و آموزش عمومی نیز نقش کلیدی در حفظ این منابع دارد. با این حال، چالش هایی مانند کمبود منابع مالی و عدم همکاری میان نهادهای مختلف بر سر راه اجرایی کردن این اصول قرار دارد. بنابراین، بهره گیری از مفاهیم مدیریت یکپارچه منابع آب و همکاری میان سازمان ها، به همراه اقدامات فوری مانند توسعه زیرساخت های تصفیه آب و مدیریت فاضلاب، برای حفاظت از این نعمت الهی اجتناب ناپذیر است.
کلید واژگان: کیفیت آب, فاضلاب, ناپایداری مرفولوژیکی, محیط زیستIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:18 Issue: 66, 2024, PP 73 -87IntroductionRivers, as vital water resources, play an essential role in maintaining the health of the environment and living organisms. The rivers bordering the Caspian Sea are recognized as the most accessible surface water sources and, unfortunately, are often utilized as dumping grounds for pollutants. These rivers have a close connection with populated areas and economic activities, which is why the management issues related to them have significantly escalated. The quality of river water directly affects the health of humans and aquatic ecosystems. Pollution resulting from human activities, such as wastewater discharge, can lead to serious health and environmental problems. For example, research by Rostami and colleagues has demonstrated the negative impact of urban wastewater on the water quality of the Kanger River, which is also true for the Talaar River. These challenges necessitate multifaceted management and scientific approaches to develop protective strategies. Golamian and Yildirim's studies highlighted the impact of land-use changes on the intensity of floods and erosion, emphasizing the need for a detailed analysis of these changes. This research examines the damages inflicted on the Talaar River and provides a framework for analyzing similar hazards in other rivers across the country. The findings of this research underscore the necessity of collaboration among government agencies, local authorities, and civil society to create effective solutions for the sustainable management of water resources. By gaining a deep understanding of the existing challenges and adopting comprehensive management practices, we can help protect these valuable resources and improve the overall quality of public life.
Materials and MethodsThe WRASTIC index is a systematic approach for assessing the susceptibility of watersheds to polluting surface water resources, based on key characteristics of the watershed and land use within a hydrogeological environment. This method became popular starting in 2000 and is considered one of the most comprehensive risk assessment methods for surface waters when compared to other techniques. In this approach, several factors within a watershed are meticulously evaluated to determine the sensitivity to surface water pollution, including wastewater discharge (W), effects of recreational land use (R), effects of agricultural land use (A), watershed size (S), transportation pathways (T), effects of industrial land use (I), and the extent of vegetation cover (C). The numerical values assigned to the aforementioned parameters in the WRASTIC model are used in equation to calculate the WRASTIC index value for a given watershed:
WRASTIC Index=WrWw+RrRw+ArAw+SrSw+TrTw+IrIw+CrCw
In this equation, the index (r) is used to assign scores to each parameter, while the index (w) represents the weight of the parameter. The values of (w) range from 1 to 4, and the values of (r) range from 1 to 5, with the industrial parameter being assigned a range of 1 to 8. According to the above equation, the higher the numerical value of this index, the greater the potential for pollution within the watershed. It is worth noting that for a better and more accurate assessment, the input of professionals should be utilized.Results and DiscussionThe results of the WRASTIC index assessment for the watershed of the Talaar River indicate a medium sensitivity to pollution, with a score of 5.26. This score raises concerns regarding the influx of urban and industrial wastewater, agricultural runoff, and the discharge of sewage from soakaway pits. These pollution sources pose a significant risk of severe contamination to the river, leading to consequences such as eutrophication and a decline in water quality. Furthermore, the increasing population in areas near water resources has led to land-use changes, resulting in a higher runoff coefficient and intensified flooding occurrences. These conditions may cause serious damage to infrastructures, natural ecosystems, and public health. Another weakness of the WRASTIC index is the neglect of the status of wildlife and natural habitats that are at risk, mainly due to deforestation and poaching. These issues not only threaten the biodiversity of the region but also adversely affect the ecological balance and water quality. Therefore, there is a clear need to establish a comprehensive and new framework for more accurately assessing pollution levels and maintaining ecological balance in this area. Making informed decisions and implementing proper management practices can improve water quality and contribute to the protection of the environment and biodiversity. The sustainable management and preservation of water resources and habitats require serious attention and collaboration from all stakeholders to make the best use of these sensitive and valuable ecosystems.
ConclusionCrisis management and analysis of existing challenges require precise identification of damaging factors and the development of a comprehensive framework to explain the relationships between these factors. Such a framework can assist in classifying the damages incurred and improving risk management and crisis response. By examining and analyzing the damages from both temporal and spatial perspectives, a comprehensive crisis management approach can be realized. Thus, in the Talar River watershed, the presence of multiple challenges, including declining water quality, changes in hydrological regimes, alterations in adjacent land use, disregard for riverbed and buffer zone protections, illegal constructions, soil erosion, and excessive extraction of materials, necessitate the identification, management, and prioritization of existing issues to safeguard water quality and ensure environmental sustainability.
Keywords: Water Quality, Wastewater, Morphologic Instability, Environment -
مدل سازی یکی از موثرترین روش ها در مدیریت کیفیت آب رودخانه ها، برنامه ریزی کاهش ورود آلاینده ها و کنترل آسیب های زیست محیطی است. در مقاله حاضر کیفیت آب رودخانه بابلرود با استفاده از مدل Qual2kwو مدل فراابتکاری ماشین بردارپشتیبان و الگوریتم ژنتیکSVM-GA با رویکرد شبیه سازی شش پارامتر کیفیت آب شامل دما، قلیائیت، هدایت الکتریکی، نیتروژن کل، اکسیژن محلول و اکسیژن خواهی بیوشیمیایی در چهار دوره زمانی از سال 1397 مورد بررسی قرار گرفت. الگوریتم ژنتیک برای شبیه سازی و بهینه سازی به کار می رود، که هیبرید این مدل با ماشین بردار پشتیبان باعث بهبود عملکرد شبیه سازی شده است. جهت مقایسه داده های مشاهداتی و شبیه سازی شده از ضریب تبیین R^2 متوسط خطای مطلق MAE و ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شدهNRMSE استفاده شد. نتایج نشان داد که بهترین شبیه سازی SVM-GA برای پارامتر نیتروژن کل در بهمن ماه با MAE 0.15 و NRMSE 1.97 می باشد. همچنین نتایج مدل عددی Qual2kw نشان داد بهترین شبیه سازی برای اردیبهشت ماه با MAE 0.14 و NRMSE 1.2 می باشد. کیفیت آب رودخانه بابلرود با استفاده از شاخص NSFWQI ارزیابی شد. بر این اساس بهترین کیفیت آب در ماه بهمن با شاخص 56 در بازه متوسط تا خوب و بدترین کیفیت در ماه اردیبهشت با شاخص 49 در بازه بد می باشد.
کلید واژگان: شاخص کیفیت, مدل شبیه ساز, واسنجی, Qual2kwModeling is one of the most effective methods in river water quality management, planning to reduce the entry of pollutants and control environmental damage. In this article, the water quality of Babolrood river using the Qual2kw model and meta-heuristic model of support vector machine and SVM-GA genetic algorithm with the approach of simulating six water quality parameters including temperature, alkalinity, electrical conductivity, total nitrogen, dissolved oxygen and biochemical oxygen demand in four time periods from 2018 was investigated. Genetic algorithm is used for simulation and optimization, and the hybrid of this model with support vector machine has improved the simulation performance. In order to compare the observed and simulated data, the explanation was used coefficient R2 of the average absolute error MAE and the root mean square of the normalized error NRMSE. The results showed that the best SVM-GA simulation for total nitrogen parameter in February is with MAE 0.15 and NRMSE 1.97. Also, the results of Qual2kw numerical model showed that the best simulation for May is with MAE 0.14 and NRMSE 1.2. The water quality of Babolrood River was evaluated using the NSFWQI index. Based on this, the best water quality is in the month of Bahman with an index of 56 in the medium to good range and the worst quality is in the month of May with an index of 49 in the bad range.
Keywords: Calibration, Qual2kw, Quality Index, Simulation Models -
پیش بینی پارامترهای کیفیت آب نقش بسیار مهمی در پایش اکوسیستم رودخانه ها و پایداری آن ایفا می کند. ازطرفی، مدل های پیش بینی سنتی به خوبی ذات غیرخطی و غیرایستای متغیرهای کیفیت آب را نشان نمی دهند. در سال های اخیر، توسعه سریع شبکه های عصبی مصنوعی بحث های مرتبط با پیش بینی کیفیت آب را متحول نموده است. در این مطالعه، پارامترهای کیفی رودخانه دیناچال به عنوان یکی از رودخانه های حیاتی در استان گیلان مورد ارزیابی و پیش بینی قرارگرفته است. دو مدل مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی و ماشین بردار پشتیبان رگرسیونی، نه پارامتر کیفی کل موادجامدمحلول، هدایت الکتریکی، اسیدیته، Cl، SO4، HCO3، Ca، Mg و Na با گام های زمانی یک ماه طی سال های 1385 تا 1397 پیش بینی شد و کارایی مدل ها توسط آماره های ارزیابی RMSE، MSE و MAPE بررسی و مقایسه شد. طبق نتایج به دست آمده، مدل SVR به ترتیب با (03/2=RMSE) و (062/0=RMSE) کارایی بهتری در پیش بینی کل مواد جامد محلول و غلظت منیزیم نسبت به مدل شبکه عصبی مصنوعی نشان داد. از طرف دیگر، مدل شبکه عصبی مصنوعی در پیش بینی پارامترهای دیگر نسبتا موفق تر بود. بااین حال، کارایی هر دو مدل در پیش بینی پارامترهای کیفی رودخانه دیناچال مناسب ارزیابی شد. همچنین مدل SVR با ضریب MAPE برابر با 007/0 و مدل شبکه عصبی مصنوعی با ضریب MAPE برابر با 001/0 در پیش بینی پارامترهای کل موادجامدمحلول و هدایت الکتریکی بهترین کارایی را داشتند. در مقابل، هر دو مدل SVR و ANN در پیش بینی پارامتر کلر ضعیف ترین کارایی را باوجود RMSE 055/0 و 052/0 از خود نشان دادند. روش های به کارگرفته شده در این مطالعه می تواند در پیش بینی کیفیت آب دیناچال موثر واقع شود.کلید واژگان: پیش بینی کیفیت آب, رود دیناچال, شبکه عصبی مصنوعی, ماشین بردار پشتیبانPredicting water quality parameters plays a crucial role for monitoring of ecosystems of rivers and their sustainability. Alongside this, conventional prediction models are not able to capture the non-linearity and non-stationary inherence of water quality datasets. In recent years, the rapid development of machine learning methods has transformed the water quality prediction fields. In this study, water quality parameters for the Dinachal River in Guilan province have been assessed and predicted. Two models based on Artificial Neural Networks (ANN) and Support Vector Regression (SVR) were utilized to predict nine water quality parameters as TDS, EC, pH, Cl, SO4, HCO3, Ca, Mg, and Na with monthly timesteps between 2006 and 2018. Then, the model’s performance was evaluated using RMSE, MSE, and MAPE indices. According to the results, the SVR model was superior in predicting TDS and Mg parameters with an RMSE Index of 2.03 and 0.062, respectively. Simultaneously, ANN had a slightly better accuracy in the prediction of remaining parameters. However, prediction results for both models in the case study were satisfactory. In addition, the SVR model predicted TDS with a MAPE of 0.007, which was the best compared to other parameters. At the same time, the ANN model had better performance in predicting EC with a MAPE of 0.001. Prediction results for Cl had also the lowest accuracy among water quality parameters with an RMSE of 0.055 and 0.052 for SVR and ANN, respectively. Methods utilized in this study can be effective in predicting water quality parameters of Dinachal river.Keywords: ANN, Dinachal River, SVR, Water Quality Prediction
-
رودخانه ها از مهمترین منابع آب مورد استفاده جوامع هستند. از این رو پایش کیفیت مستمر آن بسیار ضروری است. در این راستا در مقاله حاضر پایش کیفیت آب رودخانه دیناچال از استان گیلان بر مبنای مطالعات میدانی، نمونه برداری و روش های آزمایشگاهی صورت گرفته است. برای این منظور 5 پارامتر هیدرولیکی و 13 پارامتر کیفیت آب از جمله نیترات، فسفات، دما و اسیدیته در هفت مقطع انتخابی در طول 25 کیلومتری رودخانه دیناچال در شهریور سال 1400 اندازه گیری و بررسی شد. به منظور تحلیل نتایج از روش های شولر، پایپر، ویلکاکس و شاخص های FAO و WQI استفاده شد. همچنین، نتایج مقایسه مکانی کیفیت آب رودخانه نشان داد که مقادیر اکثر پارامترها از بالادست رودخانه با شیب نسبتا ثابتی افزایش یافته و از ایستگاه واقع در ابتدا روستای صفر محله (مقطع 4) تا انتهای رودخانه با شدت بیشتری افزایش یافته اند. در این میان سه پارامتر هدایت الکتریکی، نیترات و کل موادجامدمحلول افزایش چشمگیری داشته اند، به این صورت که از ابتدا تا انتهای رودخانه، هدایت الکتریکی از µS/cm67/315 به µS/cm712، کل مواد جامد محلول از mg/l03/202 به mg/l68/455 و مقدار نیترات از mg/l27/11 به mg/l47/69 افزایش یافته است. همچنین نتایج مقایسه زمانی کیفیت آب رودخانه نشان داد که مقدار اکسیژن محلول نسبت به گذشته کاهش ناچیزی به مقدار 8 درصد داشته و نیترات از mg/l 4/19به mg/l 4/21 و هدایت الکتریکی از µS/cm 328 به µS/cm 416 افزایش داشته اند. طبق مقایسات انجام شده بین سال های 1375 تا 1395 در بازه زمانی تیرماه و خرداد ماه، به علت ورود زهآب های کشاورزی، مقادیر نیترات از حد مجاز فراتر رفته است.
کلید واژگان: آلودگی, بهره برداری پایدار, کیفیت آب, منابع آب سطحی, گیلانRivers play a crucial role as a primary water source for societies, emphasizing the need for continuous monitoring of their quality. In this article, we focus on the assessment of water quality in Dinachal River, located in Gilan province. The evaluation was conducted through field studies, sampling, and laboratory methods. Specifically, we measured and analyzed five hydraulic parameters and thirteen water quality parameters, including nitrate, phosphate, temperature, and acidity. The study encompassed seven selected sections along a 25 km stretch of Dinachal River in September 2021. To analyze the data, we employed various methods such as Schoeller, Piper, and Wilcox, along with the FAO and WQI indices. Spatially comparing the river water quality revealed a consistent increase in most parameters from the upstream section, with a steeper rise observed from the station near SafarMahaleh village (section4) towards the river's end. Notably, three parameters electrical conductivity, nitrate, and total dissolved solids experienced significant increases. Electrical conductivity rose from 315.67 µS/cm to 712 µS/cm, total dissolved solids increased from 202.03 to 455.68 mg/l, and nitrate levels elevated from 11.27 mg/l to 69.47 mg/l along the river. Conversely, nitrate levels rose from 19.4 mg/l to 21.4 mg/l, and electrical conductivity increased from 328 µS/cm to 416µS/cm. When comparing data between 1996and2016, specifically for the months of July and June, we noted that agricultural drains had caused nitrates to exceed the permissible limit. The findings indicate an overall deterioration in certain parameters, particularly in relation to electrical conductivity, nitrate levels, and total dissolved solids. These results emphasize the need for effective measures to mitigate pollution sources and preserve the river's water quality for the well-being of the surrounding communities.
Keywords: Guilan, Pollution, Sustainable Exploitation, Surface water resources, Water quality -
در این پژوهش وضعیت پایداری منابع آب زیرزمینی دشت زرندیه ساوه بر مبنای داده برداری میدانی و شبیه سازی های رایانه ای بررسی شد. با استفاده از اطلاعات داده برداری های میدانی، شبیه سازی آبخوان با نرم افزار GMS انجام و مدل برای حالت پایدار و ناپایدار در 84 گام ماهانه (1390 تا 1400) واسنجی و صحت سنجی شد. سه سناریوی کاربردی برای احیاء آبخوان بررسی شد. مقادیر شاخص های پایداری آبخوان (AS) و وابستگی به آب زیرزمینی (DG) به ترتیب برابر 31.1 و 0.78 درصد بدست آمد که نشان می دهد آبخوان در شرایط بحرانی است و منطقه وابستگی شدیدی به منابع آب زیرزمینی دارد. براساس شاخص میرایی (GDR) با ادامه روند برداشت، آبخوان 53 سال دیگر بطور کامل تخلیه خواهد شد. سناریوی کاهش برداشت 20 درصدی سالانه به عنوان مناسب ترین سناریو منتج به افزایش تراز 4 متری آبخوان طی ده سال خواهد شد. اجرای طرح تغذیه مصنوعی سیلاب های فصلی موجود، اثر قابل توجهی بر احیاء آبخوان داشته است. سناریوی انتقال و تغذیه سرریز سد الغدیر می تواند بر تراز آب زیرزمینی تاثیر مثبت و قابل توجهی، معادل 0.75متر در سال داشته باشد. براساس نتایج، پارامترها و عوامل موثر بر تعادل بخشی آبخوان زرندیه، در اولویت اول کاهش برداشت و سپس افزایش تغذیه از محل سرریز سد الغدیر است که می تواند اثرات قابل توجهی در پایداری این آبخوان داشته باشد.
کلید واژگان: آبخوان زرندیه ساوه, بهره برداری پایدار, تغذیه مصنوعی, تعادل بخشی آب زیرزمینی, پایش میدانیHerein, the stability of the Zarandieh-Saveh aquifer was investigated, based on field monitoring data and simulation. It was simulated involving GMS software and calibrated and vitrificated in both steady-state and unsteady-state conditions, for 84 monthly steps(2012 to 2022). The values of Aquifer Sustainability(AS) and Groundwater Dependence(DG) indices calculated equal to 31.1% and 0.78%, respectively, which shows the aquifer is in a critical condition and the region is highly dependent on groundwater. According to the Groundwater Damping Index(GDR), with the continuation of the present extraction process, the aquifer will be completely discharged in the next 53 years. The scenario of 20% reduction in annual extraction as the most appropriate scenario will result a rise equal 4 meters in ten years. The operation of the seasonal floods artificial recharging project has had a significant effect on improving the level of this aquifer. The interbasin transfer and recharging scenario of Al-Ghadir Dam overflow have a positive and significant effect on the groundwater level equal to 0.75 meters per year. Based on the results, the parameters and factors affecting the balancing of the Zarandieh aquifer, the first priority is to reduce the exploitation and then increase of recharging from the Al-Ghadir dam overflow site, which can have significant effects on the stability of this aquifer.
Keywords: Artificial recharging, field monitoring, groundwater storage, recovery, sustainable exploitation, Zarandieh Saveh aquifer -
شبکه های آبیاری زیرساخت های اصلی انتقال و توزیع آب در بخش کشاورزی محسوب می شوند. یکی از عوامل محدودکننده عمر مفید شبکه های آبیاری، آسیب های شیمیایی بتن است. هدف پژوهش حاضر بررسی و مقایسه خطر بروز آسیب های شیمیایی در سازه های بتنی شبکه های آبیاری گلستان و کوثر نومل بوده است. در این راستا در خرداد ماه 1401 از بخش های مختلف شبکه های آبیاری موردمطالعه نمونه برداری آب انجام شد. سپس نتایج آزمایش های کیفیت آب به همراه داده های موجود کیفیت آب ماهیانه شبکه های آبیاری موردمطالعه، بر اساس معیارهای معتبر بین المللی و با استفاده از شاخص های خورندگی آب تحلیل شد. شاخص رایزنر برای شبکه های گلستان و کوثر نومل از مهر ماه 1400 تا خرداد ماه 1401 همواره بیش از آستانه خورندگی آب (8/6) بوده است. مقدار متوسط شاخص رایزنر برای آب شبکه های گلستان و کوثر نومل به ترتیب برابر 45/7 و 15/8 بوده و آب شبکه کوثر نومل شدت خورندگی به مراتب بیش تری داشته است. همچنین غلظت کربن دی اکسید محلول در آب شبکه کوثر نومل در خرداد ماه 1401 برابر 7/31 میلی گرم درلیتر بوده و خطر تجزیه سیمان بتن وجود داشته است. از طرفی غلظت یون سولفات در آب شبکه گلستان طی نه ماه بررسی شده بیش از 150 میلی گرم درلیتر و از حداقل لازم برای واکنش با بتن بیش تر بوده است. در چهار ماه از نه ماه بررسی شده نیز غلظت یون منیزیم در آب شبکه گلستان بیش از 100 میلی گرم درلیتر بوده که از حد آستانه خطر آسیب های شیمیایی بتن فرا تر است.
کلید واژگان: آسیب های شیمیایی بتن, امنیت آبی, بهره برداری پایدار, شبکه های آبیاری گلستان و کوثر نوملIrrigation networks are the main infrastructures for water conveyance and distribution in agricultural sector. Chemical damage of concrete is one of the main limiting factors for service life of irrigation networks. The main target of this research was to investigate and compare the risk of chemical detriments on concrete structures of Golestan and Kausar-Nomal irrigation networks. In this regard, in June 2022, water samples were collected from different points of the studied networks and the laboratory tests were performed. Then, the results of the water-quality parameters in tandem with the previously available monthly water quality data of the studied networks, were analyzed based on credible international criteria and using water corrosiveness indices. The Ryznar index values, for both Golestan and Kausar-Nomel networks, during October 2021-June 2022, were beyond the threshold of water corrosiveness (6.8). The average values of Ryznar index for the water samples of Golestan and Kausar-Nomel networks were 7.45 and 8.15, respectively, which means the corrosiveness intensity of Kausar-Nomel network’s water is significantly higher. Also, the concentration of dissolved-CO2 in the water of Kausar-Nomel network, in June 2022, was equal to 31.7 mg/l, which means that there has been a risk of cement decomposition. On the other hand, during the nine studied months, the sulfate-ion concentration values in the Golestan network’s water were recorded more than 150 mg/l, which is more than the minimum required for reaction with concrete. In four months out of the nine studied months, the magnesium-ion concentration values in the Golestan network’s water were more than 100 mg/l which are the beyond of threshold risk in concrete chemical damages.
Keywords: Chemical Damages of Concrete, Golestan, Kausar-Nomal Irrigation Networks, Sustainable Operation, Water Security -
هدف این پژوهش بررسی کیفیت آب رودخانه های زرینه رود و سیمینه رود در سال 1397 و به ترتیب در 13 و 6 ایستگاه از این دو رودخانه است. برای این منظور مقادیر پارامترهای Na، Cl، SO4، TDS، pH، CO3، HCO3، EC، Ca2+، Mg2 و SAR در هر دو رودخانه مورد بررسی قرار گرفته است. ارزیابی برای مصارف مختلف بر پایه استانداردهای شرب و کشاورزی از روش های گرافیکی و ارزیابی پایداری آن ها بر پایه شاخص های لانژلیه، رایزنر و پوکوریوس انجام شد. همچنین وضعیت کیفیت آب این رودخانه ها با استانداردهای ملی (1053)، سازمان حفاظت محیط زیست، سازمان جهانی بهداشت، ایالات متحده و اتحادیه اروپا بررسی شد. نتایج نشان داد که تیپ و رخساره آب در هر دو رودخانه بیکربناته کلسیک و کیفیت آب ها برای شرب و کشاورزی مناسب است. هر چند که مقدار SAR در ایستگاه شیرین کند از زرینه رود برابر mEq/L 1.51 و مقدار EC آن برابر mmho/cm1144 ثبت شده، که از نظر کشاورزی در کلاس C3-S1 (قابل قبول) قرار دارد. کیفیت آب تمام ایستگاه ها برای مصارف صنعتی خورنده و از نظر RSC و %Na در گروه آب سالم قرار دارد. بطور کلی بیشتر پارامترهای فیزیکی و شیمیایی در محدوده قابل قبول تمام استانداردها می باشد.
کلید واژگان: آلاینده, پارامترهای کیفی, محیط زیست, منابع آبThe main purpose of this research was to investigate the water quality of Zarrinehrood and Siminehrood rivers for the year 2018 and in 13 and 6 stations of the two rivers, respectively. For this purpose, the unpublished data of Na+, Cl, SO4, TDS, pH, CO3, HCO, EC, Ca, Mg and SAR parameters from both rivers were used and presented in this paper. Graphical methods were used to determine the water quality of the rivers for various human uses based on drinking and agricultural standards, and to determine the water quality in terms of sustainability, Langelier, Ryznar and Pukorius indices were used. Also, the water quality conditions of the studied rivers were compared and studied with the national standards of Iran (1053), the World Health Organization, the United States, the European Union, and the water quality standards of Iran of the Environmental Protection Organization. The results indicate that the type and facies of water is calcium bicarbonate in study stations and water quality of most stations are suitable for drinking and agricultural usages. The SAR value in Shirin-Kond station is 1.51 mEq/L and the EC value is 1144 mmho/cm and its water quality is in class C3-S1 that can be used for agricultural purposes. According to the Results, water quality of studied stations is corrosive for industrial uses.
Keywords: Contaminant, The environment, Qualitative Parameters, Water Resources Management -
لحاظ مبانی آب مجازی در برآورد ارزش اقتصادی منابع آب و انتخاب الگوی کشت مناسب سبب افزایش بهره وری منابع آب و نیل به توسعه پایدار می شود. در مقاله حاضر ارزش اقتصادی منابع آب کشاورزی یکبار بدون در نظر گرفتن آب مجازی و بار دیگر با لحاظ آن برای چهار محصول زراعی گندم، جو، یونجه و ذرت علوفه ای با استفاده از مدل ریاضی توسعه یافته موجود برای دو شهرستان شاهین شهر- میمه و برخوار از استان اصفهان برآورد شد. برای این منظور از سه روش وزن دهی براساس مساحت تحت کشت، حجم آب خالص مصرفی و درآمد محصول استفاده شد. بدین منظور از اطلاعات کشاورزی، هواشناسی و حجم آب مصرفی هر گیاه و نیز میزان هزینه ها و درآمدهای مربوط به هر محصول برای سال زراعی 1400-1399 استفاده شد. نتایج نشان داد که در هر روش وزن دهی و برای هر دو شهرستان مورد مطالعه، ارزش اقتصادی آب کشاورزی با در نظر گرفتن آب مجازی بیشتر شد. به گونه ای که با حذف یونجه و کشت ذرت علوفه ای در شهرستان شاهین شهر میمه با وزن دهی بر اساس روش مساحت تحت کشت، روش حجم آب مصرفی و روش درآمد محصول، به ترتیب 22، 44 و 23 درصد و در شهرستان برخوار به ترتیب 17، 15 و 15 درصد ارزش اقتصادی منابع آب افزایش می یابد. این پژوهش نشان داد که با اصلاح الگوی کشت بر مبنای آب مجازی می توان با افزایش ارزش اقتصادی منابع آب موجب کاهش در مصرف منابع آب و دست یابی به توسعه پایدار شد.کلید واژگان: آب مجازی, ارزشاقتصادی آب, الگوی کشت, توسعه پایدارIt is necessary to use the correct methods of water economic valuation. Proper use of the virtual water concept and the crop pattern can play a significant role in increasing water productivity and sustainable development.In this paper, the economic value of agricultural water, once without considering virtual water and once again with virtual water for four crops including wheat, barley, alfalfa and fodder maize was calculated, using a native-exclusive mathematical model, in Isfahan province, counties of Shahinshahr-Meymeh and Borkhar, Iran. Three weighting methods based on cultivated area, volume of net water consumption and product income were considered for water valuation. The input data for the mathematical model includes crop parameters, meteorological data, the amount of water consumed for each plant and the amount of expenses and incomes from each product for the crop year 2020-2021.The obtained results showed that by all the three weighting methods and in the both studied areas, the economic value of agricultural water increased by considering the virtual water of crops and changing the crop pattern accordingly; the water economic value by three weighting methods based on cultivated area, the amount of water consumed, and crop income increased by 22%, 44%, and 23% in Shahinshahr-Meymeh county and by 17%, 15%, and 15% in Borkhar county, respectively. This research showed that considering virtual water and changing the crop pattern accordingly can increase the economic value of water, reduce water consumption and help achieve sustainable development.Keywords: Crop Pattern, Economic Value of water, Virtual water, water valuation, Sustainable Development
-
شناخت پدیده ی سیل و برآورد پتانسیل سیل خیزی نقش مهمی در مدیریت و پیش بینی سیلاب هر منطقه دارد. با توجه به سیل خیزی حوضه آبریز ماهنشان-انگوران استان زنجان، در این تحقیق عوامل موثر بر سیل خیزی این حوضه مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا نقشه ی شماره منحنی حوضه با تلفیق نقشه های خاک، کاربری اراضی، نقشه رقومی ارتفاع و جدول Look up در محیط GIS ایجاد شد. سپس با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی AHP و بر پایه اثرات ترکیبی به هر یک از عوامل شیب، جهت شیب، کاربری اراضی، شماره منحنی، نسبت انشعاب، تراکم زهکشی، بارش، طول حوضه و سنگ شناسی حوضه وزن مناسب اختصاص یافت و از هم پوشانی لایه های وزن دار شده نقشه ی خطر سیل خیزی تهیه شد. نتایج نشان داد که بیشترین وزن از بین عوامل موثر متعلق به عامل شماره منحنی حوضه و برابر با 0.362 می باشد. سایر عوامل موثر به ترتیب عبارتند از: کاربری اراضی، شیب، بارش، تراکم زهکشی، نسبت انشعاب، طول حوضه، جهت شیب و عامل سنگ شناسی که به ترتیب دارای وزن های موثر بر سیل خیزی برابر با 0.174، 0.142، 0.118، 0.090، 0.051، 0.042، 0.042 و 0.016 می باشند. با توجه به نقشه سیل خیزی تهیه شد قسمت های غربی حوضه به دلیل ارتفاع و بارش بیشتر خطرپذیری بالاتری نسبت به قسمت های دیگر حوضه دارد که خود دلیلی بر صحت محاسبات است.کلید واژگان: تحلیل سلسله مراتبی, نقشه سیل خیزی, استان زنجان, CN, AHPUnderstanding flood phenomena and estimating flood potential play an important role in flood management and forecasting in any region. Due to the flooding of Mahneshan-Angoran basin, located in Zanjan province, Central Iran, in this study, the effective factors on flooding of this basin were investigated. For this purpose, first the basin curve number map was created by combining soil maps, land use, Digital Elevation Model and Look up table involving GIS environment. Then, using AHP Hierarchical Analysis method and based on the combined effects approach, appropriate weights were assigned to each of the slope factors, slope direction, land use, curve number, branch ratio, drainage density, precipitation, basin length and basin lithology. A flood risk map was prepared from the overlap of the weighted layers in the GIS environment. The results of AHP method showed that the highest weight among the effective factors is equal to 0.326, which belongs to the factor of the basin Curve Number. Other effective factors are: land use, slope, rainfall, drainage density, branching ratio, basin length, slope direction and lithological factor, which respectively have weights affecting flooding equal to 0.174, 0.142, 0.118, 0.090, 0.051, 0.042, 0.042 and 0.016. According to the obtained flood plan, it was observed that the western parts of the basin have a higher risk than other parts of the basin due to higher altitude and more rainfall, which is itself a proof of the accuracy of the calculations.Keywords: hierarchical analysis method, flooding map, Zanjan Province, CN, AHP
-
هدف مطالعه حاضر، بررسی خطر آسیب های شیمیایی ناشی از کیفیت آب به سازه های بتنی در سد و شبکه آبیاری وشمگیر بوده است. در این مطالعه، بازدید میدانی و نمونه برداری از آب سد و شبکه وشمگیر در خردادماه 1401 انجام شد. به منظور تعیین شدت تهاجم شیمیایی آب به بتن نتایج آزمایش های کیفیت آب با استفاده از شاخص های تهاجم آب نرم و استانداردهای متداول بین المللی تحلیل شد. هم چنین تغییرات زمانی تهاجم شیمیایی آب با استفاده از داده های دریافت شده از شرکت آب منطقه ای گلستان بررسی شد. شاخص های لانژلیر و رایزنر برای آب سد در خردادماه 1401 به ترتیب برابر 6/0- و 6/8 و براساس این شاخص ها آب سد به ترتیب خورنده و بسیار خورنده است و سازه بتنی سرریز سد در معرض تهاجم شدید آب نرم قرار دارد. در تمام ماه های مطالعه شده خطر تهاجم حداقل یکی از عوامل آسیب رسان به بتن وجود داشته است. در آذرماه 1400 شاخص رایزنر برابر 49/8 و مقادیر سولفات و منیزیم به ترتیب 400 و 199 میلی گرم در لیتر بوده و در این ماه خطر تهاجم همزمان سه عامل آب نرم، سولفات و منیزیم وجود داشته است. بررسی کیفیت آب سد وشمگیر در پنج ماه نشان داد که در چهار ماه آب خورنده است و در دو ماه خطر واکنش یون های سولفات و منیزیم با بتن وجود دارد. لذا به منظور محافظت از سازه بتنی سرریز و پوشش کانال های آبیاری در برابر آب خورنده سد و آسیب های ناشی از واکنش یون های سولفات و منیزیم محلول در آب با بتن، استفاده از پوشش های اپوکسی توصیه می شود.
کلید واژگان: امنیت آبی, آبشویی بتن, آسیب شیمیایی, بهره برداری پایدار, سازه های سد و شبکه آبیاری وشمگیرThis study was aimed to investigate the risk of chemical damages originated from water quality on concrete structures of Voshmgir dam and its irrigation network. In this regard, field survey and water sampling from the dam and its network were carried out in June 2022. In order to determine the intensity of water chemical aggression to concrete, the results of water quality tests were analyzed using soft water aggression indices and well known international standards. Also, the temporal changes of water chemical aggression was investigated using the data received from Golestan water authority. Langelier and Ryznar indices for dam water in June 2021 are -0.6 and 8.6, respectively, and based on these indices, the dam water is corrosive and very corrosive, respectively, and the concrete structure of spillway is exposed to severe soft water attack. In all studied months, there has been aggression risk of at least one damaging agent to concrete. In December 2021, Ryznar index was 8.49 and the amounts of sulfate and magnesium were 400 and 199 mg/liter, respectively, and there has been a risk of simultaneous aggression by three factors of soft water, sulfate and magnesium. Assessment of water quality of Voshmgir dam in five months showed that the water is corrosive in four months and there is a risk of sulfate and magnesium ions reaction with concrete in two months. So, to protect the spillway’s concrete structure and lining of irrigation canals against leaching by the corrosive dam water and damages originated from reaction of sulfate and magnesium ions with concrete, utilization of epoxy coatings is suggested.
Keywords: Chemical deterioration, Concrete leaching, Sustainable Exploitation, Structures of Voshmgir dam, its irrigation network, Water security -
با توجه به وضعیت فوق بحرانی منابع آب زیرزمینی دشت رفسنجان، یک پرسش کلان این است که چرا تاکنون هیچ یک از سیاست های آبی اتخاذ شده بر کنترل افت سطح آب زیرزمینی دشت رفسنجان اثر مثبتی نداشته است؟ در این مقاله با در نظر گرفتن این فرضیه که در مورد دشت رفسنجان مساله شناسی به خوبی صورت نگرفته است، در پاسخ به چگونگی شکل گیری این مساله با هدف تبیین روشن از آن، بررسی تاریخی مساله آب مدنظر قرار گرفت تا مقدمه ای برای سیاستگذاری آب در این محدوده فراهم شود. نتایج بررسی مدل مفهومی نظریه زمینه ای حاکی از این است که در طول تاریخ عوامل مختلف منجر به توسعه پسته به عنوان یک محرک قوی اقتصادی و در نتیجه افزایش روزافزون مصرف آب شده اند. همچنین در برخورد با کمبود آب، این مساله صرفا به عنوان یک محدودیت فیزیکی دیده شده و اقدامات صورت گرفته تنها تلاشی در جهت رفع این محدودیت بوده است. بنابراین نیرویی که تا کنون مانع تاثیرگذاری سیاست های حفاظت از آب شده- مشکل مشکل ها- مساله اقتصادی است. بنابراین اصلاحات نهادهای آب در ادامه مسیر مقرون به صرفه تر خواهد بود.کلید واژگان: سامانه منابع آب زیرزمینی, دشت رفسنجان, اضافه برداشت آب, نظریه زمینه ای, اصلاحات نهادی, وابستگی به مسیرIn the face of the critical situation of groundwater resources in Rafsanjan Plain, the question arises: Why have none of the policies implemented in order to preserve groundwater resources had a positive effect on controlling the decline of the groundwater level? An analysis of the water problem in this plain was conducted as an introduction to provide water policy in this area taking into account the hypothesis that the problem recognition has not been properly done. It has been explained using the approach of Grounded Theory for data analysis and the framework of Path Dependenty using causal loop diagrams as analytical and graphical tools. Study results show that historically, all factors have contributed to the development of pistachios to become a strong economic stimulus and affect increasing water consumption. The problem of water scarcity was also seen only as a physical constraint, and the measures taken were only targeted to overcome this limitation. It was generally identified that the current state of Rafsanjan groundwater resources is strongly related to the historical path of development of the pistachio crop, and that reforms and changes to water institutions will be more cost-effective in following this path. Furthermore, policy recommendations are provided in detail.Keywords: Groundwater Resources System, Rafsanjan aquifer, Water Overdraft, Grounded theory, Institutional Reform, path dependency
-
هدف پژوهش حاضر بررسی تغییرات کاربری اراضی حوزه گرگانرود برای سال های 1379، 1388 و 1397 است. برای این منظور با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست و پروداکت مودیس و با روش طبقه بندی الگوریتم جنگل تصادفی در گوگل ارث انجین نقشه های کاربری اراضی تهیه و ارزیابی شد. تصاویر ماهواره ای به هشت کلاس جنگل، زمین زراعی، بوته زار، علفزار، تالاب، شهری، بایر و پهنه های آبی طبقه بندی شد. نتایج نشان داد که بیشترین مساحت کاربری اراضی در سال های 1379، 1388 و 1397 مربوط به زمین زراعی، به ترتیب برابر با 58 /3150، 8/ 3403 و 82/ 3031 کیلومترمربع و کمترین میزان در سال 1379 مربوط به کاربری پهنه های آبی با مساحت 67/ 84 و در سال های 1388 و 1397 مربوط به کاربری تالاب با مساحت 98 /167 و 7/ 118 کیلومتر مربع است. مقایسه نتایج نشان داد طی دوره مطالعاتی کاربری شهری در سال 1397 نسبت به سال 1379 حدود 34 درصد (341 کیلومترمربع) رشد داشته است. همچنین اراضی جنگلی به میزان 5/5 درصد (92/ 148 کیلومترمربع)، بوته زارها به میزان 7/ 8 درصد (79 /135 کیلومترمربع) و زمین زراعی به میزان 8 /3 درصد (76 /118کیلومترمربع) کاهش یافته اند.کلید واژگان: ماهواره لندست, طبقه بندی, ضریب کاپا, شاخص های طیفی, پروداکت مودیسIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:17 Issue: 60, 2023, PP 11 -19The purpose of this study is to investigate landuse changes in Gorganrood basin in 2001, 2010 and 2019. Using Landsat and Product-Modes satellite images, used maps were prepared using the classification method of random forest algorithm in Google Earth Engine. Satellite imagery was classified into eight classes including forest, cropland, shrubland, grassland, wetland, urban, barren, and water. The results showed that the highest landuse area in 2001, 2010 and 2019 is related to cropland, respectively, equal to 3150.58, 3403.8 and 3031.82 square kilometers, and lowest amount in 2001 is related to water with an area of 84.67 and in 2010 and 2010 is related to wetlands with an area of 167.98 and 118.7 square kilometers. Comparison of the results showed that the urban landuse study period in 2019 compared to 2001, it has grown by about 34% (341 square kilometers). Also, forest lands at a rate of 5.5 percent (148.92 kilometers), shrubs at a rate of 8.7 percent (135.79 kilometers) and arable land at a rate of 3.8 percent (118.76 kilometers) had a negative growth.Keywords: Landsat satellite, classification, kappa coefficient, spectral indices, Modis product
-
گرم شدن زمین باعث تغییرات الگوی بارندگی و کاهش ذخایر برف شده است. هدف مقاله ی حاضر ارزیابی تاثیر افزایش دما بر ذوب برف و رواناب رودخانه در ماه های گرم سال و تحلیل متغیرهای اقلیمی در حوضه تمر می باشد. بدین منظور سطح پوشش برف از تصاویر روزانه ماهواره مودیس استخراج و براساس ارتفاع و با کاربرد نرم افزار GIS محدوده ی مطالعات به چهار ناحیه تقسیم شد. به منظور شبیه سازی رواناب ناشی از ذوب برف از داده های مشاهداتی دبی ایستگاه هیدرومتری تمر، بارش ایستگاه قرناق و میانگین دمای ایستگاه گیداغ (سال های1395-1392) برای واسنجی و (سال های 1398-1396) برای صحت سنجی استفاده شد. سطح پوشش برف در مرحله واسنجی در دی ماه به بیشترین مقادیر برابر 28 درصد در ناحیه سوم و 8/28 درصد در ناحیه چهارم رسید. در مرحله صحت سنجی نیز نواحی سوم و چهارم در بهمن ماه بیشترین درصدها را به ترتیب برابر با 8/45 و 2/30 به خود اختصاص دادند. مقایسه نتایج رواناب شبیه سازی شده و مشاهداتی نشان داد که سهم رواناب ناشی از ذوب برف در گذر از بهمن به فروردین ماه قابل توجه است. بطوری که بیشترین افزایش مقدار رواناب مربوط به سال آبی 1398-1397 از 8/1 به 1/39 درصد برآورد شد. همچنین بیشترین و کمترین درصد ذوب برف در سال های 1394-1393 و 1398-1397 به ترتیب به مقدار 19 و 3/3 درصد بوده است. نتایج تحلیل حساسیت پارامترهای مدل شامل آهنگ کاهش دما، دمای بحرانی، زمان تاخیر، فاکتور درجه_روز، ضرایب X و Y، ضریب رواناب بارش و ضریب رواناب برف نشان داد که پارامترهای ضریب رواناب باران و X از تاثیرگذارترین پارامترها هستند. تاثیر دما و بارندگی بر فرآیند رواناب نیز در ماههای مختلف متفاوت ثبت شد.کلید واژگان: حوضه کوهستانی, سیلاب, مدل هیدرولوژیکی, منابع آب, نوسانات اقلیمیGlobal warming has changed rainfall patterns and reduced snow sources. The main objective of this research was to investigate the impact of temperature increase on snowmelt and river runoff in hot months of the year along with analysis of climate variables in Tamar basin, Iran. For this purpose, the snow cover area was extracted from the daily images of Modis Satellite, based on elevation. Then, the study area was divided into four districts. Discharge flow measured data of Tamar hydrometric station, precipitation of Qarnaq and average temperature of Gidagh stations were used from 2013 to 2016 for calibration and from 2017 to 2019 for verification, to simulate snowmelt runoff. Snow cover extent, in calibration stage and january, reached the highest values of 28% and 28.8% in the third and fourth districts, respectively. Furthermore, in the verification stage, the third and fourth districts in February had the highest percentages of 45.8 and 30.2, respectively. Comparison of simulated and measured runoff data revealed that the portion of runoff due to snowmelt is significant by passing from February to April. So that the highest increase (from 1.8% to 39.1%) in runoff amount was corresponded to the water year of 2018-2019. The highest and the lowest percentages of snowmelt in water years of 2014-2015 and 2017-2018 were 19 and 3.3 percent, respectively. The results of sensitivity analysis of model parameters including temperature decrease rate, critical temperature, delay time, degree-day factor, X and Y coefficients, precipitation runoff coefficient and snow runoff coefficient showed that the rainfall coefficient and X parameters are the most effective parameters. The effect of temperature and rainfall on runoff process was varied in different months.Keywords: Climate variability, floods, hydrological model, Mountain basin, water resources
-
میزان کل مواد جامد محلول عامل مهمی در تعیین کیفیت آب رودخانه ها می باشد. در این مطالعه، از پنج مدل مبتنی بر داده شامل سه مدل فراابتکاری علف هرز مهاجم، کلونی زنبور عسل، ازدحام ذرات، مدل ماشین بردارپشتیبان و شبکه عصبی بیزین در پیش بینی کیفیت آب بابلرود و سفیدرود استفاده شد. برای این منظور از داده های منتشر نشده ی ماهیانه ی کلسیم، منیزیم، بی کربنات، سدیم، سولفات، EC، pH وکل مواد جامد محلول از ایستگاه قرآن تالار بابلرود و ایستگاه پروریج آباد سفیدرود به ترتیب در بازه های زمانی 1345-1394 و 1394-1381 تجزیه و تحلیل شد. نتایج ارزیابی این پنج مدل بر مبنای معیارهای ضریب تبیین، جذر میانگین مربعات خطا و ضریب نش-ساتکلیف نشان داد که روش هیبریدی کلونی زنبورعسل در ایستگاه هیدرومتری قرآن تالار بابلرود و پروریج آباد سفید رود در بخش صحت سنجی با بیشترین ضریب تبیین به ترتیب برابر با 0.985 و 0.989 و کمترین جذر میانگین مربعات خطای 10.493 و 5.289 میلی گرم بر لیتر و بیشترین ضریب نش-ساتکلیف مساوی 0.983 و 0.992 نسبت به چهار مدل دیگر برتری بالا و سریعی در ارزیابی کیفیت آب دارد.
کلید واژگان: طبقه بندی, محیط زیست, مدل سازی, منابع آب, واسنجیIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:16 Issue: 58, 2022, PP 53 -62The amount of Total Dissolved Solids (TDS) is an important factor in determining the water quality of rivers. The purposes of this paper was to investigate the efficiency of four intelligent models including, SVM-IWO, SVM-PSO, SVM-ABC, LS-SVM and Bayesian Neural Network, in predicting water quality of Babolrood and Sefidrood rivers, north of Iran. To achieve this aim, unpublished measured monthly data including; Ca, Mg, HCO3, Na, SO4, EC, pH, and TDS from Quran-Talar station of Babolrood river and Prorijabad station of Sefidrood river were analyzed in the periods of 1966-2015 and 2002-2015, respectively. Evaluation of the four above-mentioned models, based on the correlation coefficient (R2), Root Mean Square Error (RMSE) and the Nash-Sutcliff coefficient (NSE) showed that the SVM-ABC model in both Babolrood and Sefidrood rivers with the highest R2s equal to 0.985 and 0.989 and the least amounts of RMSE equal to 10.493mg/l and 5.289 mg/l and the highest Nash-Sutcliffe equal to 0.983 and 0.992, respectively, has better and faster performance compared to others models in assessing water quality.
Keywords: Calibration, Classification, Modelling, the Environment, Water Resources -
Surface water, especially rivers, is one of the most important water resources that play an important role in supplying water for various activities. The purpose of this study was to investigate the temporal and spatial variability of water quality parameters in three different basins, in terms of land use, at 50 hydrometric stations in 9 rivers in the period 1992-2015 by using multivariate and GIS statistical methods. In this study, factor analysis based on 10 qualitative parameters was performed to determine the most important parameters affecting the surface water quality of the study area. The results of Principal component analysis showed that the North, Northwest and Southwest basins have two significant main components with 82.38%, 79.86% and 81.60% of the total variance, respectively. Cluster analysis of hydrometric stations located in northwestern and southwestern regions was divided into two clusters and north into three clusters. In the cluster analysis, some stations in Aji Chay, Atrak and Zayanderood rivers had different water quality characteristics than other stations. These stations are located downstream of the rivers. Based on the pattern of mean water quality parameters in GIS and land use map, station 2 had the lowest values for most parameters.Keywords: GIS, PCA, surface water quality, WARD
-
مدل سازی ماهانه فرآیند بارش- رواناب نقش مهمی در بهر ه برداری از سدها دارد. در مقاله حاضر کارایی سه مدل داده مبناء شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، شبکه عصبی رگرسیون تعمیم یافته (GRNN) و K نزدیک ترین همسایگی (KNN) در مقایسه با مدل مفهومی IHACRES در مدل سازی ماهانه بارش- رواناب با داده های مشابه و ساختار بهینه مورد ارزیابی قرار گرفت. شبیه سازی جریان ماهانه ورودی به سد کرخه به عنوان مطالعه موردی انتخاب و از داده های مشاهده ای 32 ساله (1393-1361) دما و بارش ماهانه و جریان ماهانه ورودی به سد استفاده شد. با توجه به متفاوت بودن الگوهای بارش-رواناب در ماه های مختلف، دو نوع ارزیابی کلی و ماهانه از کارایی مدل ها با استفاده از روش رتبه دهی و بر مبنای سه شاخص ارزیابی نش- ساتکلیف (NSE)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب همبستگی (R) انجام شد. نتایج نشان داد که از هر دو روش ارزیابی مدل ها در مرحله صحت سنجی، دو مدل ANN و KNN به ترتیب دارای بیشترین و کم ترین کارایی در تخمین جریان ماهانه بودند. بر اساس ارزیابی کلی رتبه ای مدل ها، کارایی دو مدل ANN(749/0 NSE= و 868/0R=) و IHACRES (699/0 NSE=و 842/0R=) با کسب 8 امتیاز مشابه بود و دو مدل GRNN (618/0 NSE=و 793/0R=) و KNN (601/0 NSE=و 777/0R=) با کارایی مشابه (5 امتیاز) در رتبه دوم قرار گرفتند. در حالیکه بر اساس روش ارزیابی رتبه ای ماهانه، دو مدل IHACRES و GRNN با کسب مجموع 38 امتیاز مساوی از سه شاخص ارزیابی خطا دارای کارایی مشابه بوده و کارایی آنها پس از مدل ANN با 48 امتیاز در مقام دوم قرار گرفت.کلید واژگان: رتبه بندی مدل ها, شبکه های عصبی, کرخه, مدل KNN, مدل IHACRESRainfall-runoff monthly modelling process plays an important role in dams’ operation. Herein the performances of three data-based models including Artificial Neural Network (ANN), Generalized Regression Neural Network (GRNN) and K-Nearest Neighbor (KNN) are compared in tandem with IHACRES conceptual model, while they were applied with similar data, and optimal structures. Simulation of monthly inflow to Karkheh reservoir, Iran, was considered as the case study, and 32-year data (1982-2014) of monthly temperature and precipitation belong to the upper sub-basin of the dam, and monthly inflow to the reservoir were used. With respect to the different rainfall-runoff patterns in different months, the models assessed in a general and monthly manners using a rating method based on performance criteria including: Nash-Sutcliff Efficiency (NSE), Root Mean Square Error (RMSE) and Correlation Coefficient(R). Results showed that both model evaluation procedure in validation phase, ANN and KNN models have the highest and lowest efficiency in monthly streamflow forecasting, respectively. Based on the rating general evaluation the performance of ANN (NSE= 0.749, R= 0.868) and IHACRES (NSE= 0.699, R= 0.842) are similar with a score of 8 while the GRNN (NSE= 0.618, R= 0.793) and KNN (NSE= 0.601, R= 0.777) models with similar performance (score 5) were ranked in the second order. However, in accordance with rating monthly assessment of the models, the performance of GRNN was similar to IHACRES with the total score of 38 based on three criteria while they were ranked in the second order after ANN model with score 48.Keywords: : Neural Networks, IHACRES, Karkheh, KNN, Ranking method
-
انتقال آب بین حوضه ای یکی از روش های مقابله با کمبود آب است. با این وجود، این راهکار در برخی از موارد اثرات مخرب بیشتری نسبت به مزایای آن داشته است. لذا ضروری است تا آسیب های احتمالی طرح های انتقال آب بین حوضه ای به صورت کامل شناسایی شوند تا بتوان از آن ها در طرح های آتی جلوگیری کرد. کشور ایران یکی از کشورهای پیشرو در انتقال آب بین حوضه ای است و تاکنون 10 طرح در دست بهره برداری و 19 طرح دیگر نیز در دستور کار دارد. هدف اصلی این پژوهش شناسایی آسیب های طرح های در حال بهره برداری در ایران است. برای این منظور تمامی اطلاعات مریوط به طرح های بهره برداری شده از منابع کتابخانه ای، اخبار و مصاحبه جمع آوری و با روش توصیفی- تحلیلی استخراج شد. در نتیجه ی بررسی های انجام شده در مجموع 20 آسیب شناسایی شد. به دلیل متفاوت بودن ماهیت این آسیب ها پس از شناسایی در چهار زمینه ی زیست محیطی، اقتصادی، سیاسی و اجتماعی طیف بندی شدند. با توجه به نتایج بدست آمده تنها 10 آسیب در ادبیات تحقیق موجود بود که این خود به معنای ناقص بودن ادبیات تحقیق در رابطه با آسیب های طرح های انتقال آب بین حوضه ای است. توصیه می شود که از نتایج این پژوهش در مطالعات طرح های آتی استفاده شود.کلید واژگان: تامین آب, سامانه طبیعی- انسانی, مدیریت پایدار, معیارThe Inter-basin water transfer is one of the ways to deal with water shortage. However, in some cases, this solution has more destructive effects than its benefits. Therefore, it is necessary to fully identify the potential damages of inter-basin water transfer projects, so that they can be prevented in future plans. Iran is one of the leading countries in inter-basin water transfer projects and so far, 10 projects are under operation and 19 more are on the agenda. The main purpose of this research study is to identify the damages of projects in operation in Iran. To achieve this aim, all information related to the in-operation projects were collected and extracted involving descriptive-analytical approach, from literature resources, news and interviews. A total of 20 damages were identified as a result of the investigations. Due to the different nature of these damages, after identification, they were classified into four areas including, environmental, economic, political and social. According to the results, there were only 10 damages in the research literature, which means that the literature is incomplete in relation to the damages of inter-basin water transfer projects. It is recommended that the results of this research be used in the study of future plans.Keywords: Criteria, Natural-human system, Sustainable management, Water supply
-
حوضه آبریز روخانه میناب و سرشاخه های اصلی آن که بخشی از سواحل مکران را تشکیل می دهند، به دلیل داشتن موقعیت جغرافیایی مهم و بحران کم آبی که با آن مواجه است، یکی از مناطق پر اهمیت جهت برنامه ریزی و مدیریت منابع آب می باشد. هدف از پژوهش حاضر شبیه سازی و ایجاد مدل برنامه ریزی و مدیریت جامع منابع آب با استفاده از نرم افزار WEAP در این منطقه است. منطقه مورد مطالعه شامل محدوده های مطالعاتی میناب، جغین توکهور، منوجان، رودان، نودژ، ده کهان، مسافرآباد و فاریاب گلاشگرد است. دو سناریوی: 1) مرجع (RS) و 2) توسعه محافظه کار کشاورزی (CAS)، برای افق 15 ساله از سال آبی 1395-1394 تا 1410-1409، با استفاده از خروجی های مدل WEAP اجرا شد و ارزیابی بر اساس معیارهای عملکرد اطمینان پذیری در حجم، برگشت پذیری ، آسیب پذیری و شاخص پایداری در بخش مصارف انجام گرفت. به این منظور از داده های یک دوره 15 ساله آبی (1394-1380) استفاده شد که 10 سال آن (1389-1380) جهت واسنجی و 5 سال دیگر (1394-1390) جهت صحت سنجی بکار برده شد. شاخص های ارزیابی ضریب تبیین و ضریب نش- ساتکلیف در دوره واسنجی برای حجم مخزن سد استقلال به ترتیب برابر 98/0، 97/0 برای ایستگاه های هیدرومتری به ترتیب برابر 92/0، 89/0 و همچنین برای آبخوان ها 90/0، 86/0 و در دوره صحت سنجی نیز 98/0، 98/0 برای حجم مخزن سد استقلال، 78/0، 70/0 برای ایستگاه های هیدرومتری و 97/0، 88/0 برای آبخوان ها محاسبه شد که بیانگر مدل سازی قابل قبولی می باشد. در بین دو سناریوی تعریف شده نیز سناریوی توسعه محافظه کار کشاورزی با شاخص پایداری 47/55 % در اولویت بالاتری قرار گرفت.کلید واژگان: مدیریت یکپارچه, حوضه رودخانه میناب, شاخص پایداری, WEAP, مکرانThe catchment area of the Minab river basin and its main branches, as a part of Makren coast, southern Iran, are one of the important areas for water resources planning and management. The aim of this study was to set-up a comprehensive water resource planning and management model, involving WEAP software, for the area. The area includes the Minab, Jeghine Toukahoor, Manoojan, Roodan, Nodej, Dehkohan, Mosaferabad and Faryab Galashgerd. Two scenarios including: (RS) as the reference scenario, and a conservative agricultural development (CAS) were implemented for the future horizon of year 1410, using WEAP model. Then the outputs were evaluated using the performance criteria including; volumetric reliability, reversibility, vulnerability and stability indices. A 15-water year data (2000-2014) was used, 10 years of that for calibration purposes and the rest of 5 years data for verification. The values of evaluation indices, coefficient of determination and Nash-Sutcliff coefficient, for calibration period were equal to 0.98, 0.97 for the Esteghlal dam volume and 0.98 and 0.98 for the hydrometric stations, and 0.90 and 0.86 for the groundwater aquifers, respectively. On the other hand, for the verification period, the values of the above-mentioned indices were equal to 0.98 and 0.98 for Esteghlal dam volume, 0.78 and 0.70 for hydrometric stations, and 0.97 and 0.88 for the groundwater aquifers, respectively. The above-mentioned index values indicate that the modelling results are acceptable. Moreover, between the two considered scenarios, the scenario of conservative agricultural development, with a sustainability index of 55.47%, has a higher priority.Keywords: Integrated Management, Water resources, Minab river basin, Makren sustainability Index, WEAP
-
در این پژوهش عملکرد روش های ماشین بردار پشتیبان و شبکه عصبی تابع پایه شعاعی در پیش بینی کیفیت آب سیمینه رود مقایسه شده است. برای این منظور پارامترهای نسبت جذب سدیم و یون کلر به عنوان شاخص های کیفیت آب در مصارف کشاورزی در نظر گرفته شد. از داده های اندازه گیری شده یون سدیم، کلسیم، منیزیم، pH، EC و دبی جریان به عنوان ورودی مدل ها طی یک دوره آماری 12ساله (1393- 1382) در مقیاس ماهانه استفاده شد. ارزیابی نتایج بر اساس معیارهای ضریب همبستگی، جذر میانگین مربعات خطا و میانگین خطای مطلق انجام شد. نتایج دوره صحت سنجی در 4 ایستگاه پل-بوکان، داشبند بوکان، قزل گنبد و کاولان نشان داد که مدل ماشین بردار پشتیبان در مقایسه با شبکه عصبی تابع پایه شعاعی، دارای ضریب همبستگی بهتر(71.SVM: 0 تا 0.94، RBF: 0.3 تا 0.5)، ریشه میانگین مربعات خطای کمتر (SVM: 0.028 تا 0.075 mg/l، RBF: 0.0672 تا 0.317 mg/l)، خطای میانگین مطلق کمتر (SVM: 0.003 تا 0.033 و mg/l، RBF: 0.087 تا 0.19 mg/l) برای پارامتر یون کلر و با همان ترتیب مقادیر SVM: 0.63 تا 0.88 و RBF: 0.21 تا 0.38، SVM: 0.0013 تا 0.082 mg/l و RBF: 0.0147 تا 0/025 و mg/l، SVM: 0.0085 تا 0.046 mg/l و RBF: 0.0653 تا 0.0996 mg/l برای نسبت جذب سدیم است. لذا بر اساس نتایج مدل ماشین بردار پشتیبان نسبت به مدل شبکه عصبی تابع پایه شعاعی از دقت و عملکرد بهتری برای پیش بینی پارامترهای کیفیت آب رودخانه سیمینه رود برخوردار است.کلید واژگان: پارامترهای کیفی, مدل سازی, منابع آب, هوش مصنوعیIn this study, the performance of Support Vector Machine (SVM) and Radial Base Neural Network approach in predicting the water quality of SiminehRood River was examined. For this purpose, the Sodium Adsorption Ratio (SAR) and Chlorine ions were considered as indicators of water quality in agricultural use. Sodium, calcium, magnesium, pH, Ec, and river flow rate were utilized as input monthly parameters throughout a 12-year period (2003-2014). The results evaluated based on correlation coefficient, root means square error and mean absolute error. The results of the validation period in 4 stations of Pol Bukan, Dashband Bukan, Ghezel Gonbad and Kaullan showed that the SVM model in comparison with the neural network of the radial base function, has higher correlation coefficient (SVM: 0.71 to 0.94, RBF: 0.3 to 0.5), the lowest root means square error (SVM: 0.028 to 0.075 mg/l, RBF: 0.0672 to 0.317 mg/l), a lower absolute mean error (SVM: 0.003 to 0.033 mg/l, RBF: 0.087 to 0.19 mg/l) for the chlorine ion parameter and in the same order SVM values: 0.63 to 0.88 and RBF: 0.21 to 0.38, SVM: 0.0013 to 0.0282 mg/l and RBF: 0.047 to 0.025 mg/l, SVM: 0.0085 to 0.046 mg/L and RBF: 0.0653 to 0.0996 mg/l for sodium absorption ratio.Therefore, the Support Vector Machine model has better accuracy and performance for predicting water quality parameters of SiminehRood River than the Radial Basis Function Network.Keywords: Artificial Intelligence, modelling, Qualitative parameters, water resources
-
با توجه به کمبود ایستگاه های اندازه گیری پارامترهای هیدرولوژیکی و هواشناسی، استفاده از مدل های داده مبناء ضروری است. در این تحقیق کارآیی مدل های برنامه ریزی بیان ژن و ماشین بردار پشتیبان در پیش بینی دبی اوج در حوضه ماهنشان-انگوران ارزیابی شد. بدین منظور از داده های مشاهداتی 36 سال (1390-1354) دبی حداکثر روزانه، بارش متناظر آن روز و دمای میانگین ماهانه در سه ایستگاه مهرآباد، ینگی کند و قره گونی استفاده شد. دبی های اوج مشاهداتی و پیش بینی شده در هر دو مدل بر اساس معیارهای ارزیابی جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین (R^2) و معیار نش- ساتکلیف (NSE) مقایسه شد. میانگین مقادیر RMSE در مرحله ی صحت سنجی برای مدل GEP به ترتیب در ایستگاه های ینگی کند، قره گونی و مهرآباد برابر با 0.49، 0.08 و 0.050 و در مرحله ی آموزش برابر با 0.042، 0.060 و 0.047 محاسبه شد، میانگین مقادیر R^2 در مرحله ی صحت سنجی در این ایستگاه ها به ترتیب برابر با 0.88، 0.86 و 0.87 و برای مرحله ی آموزش برابر 0.89، 0.89 و 0.92 برآورد شد. مقادیر NSE در مرحله ی صحت سنجی برای هر سه ایستگاه برابر با 0.75 و برای مرحله ی آموزش برابر با 0.77، 0.76 و 0.80 به دست آمد. همچنین مقادیر RMSE در مدل SVM برای مرحله ی صحت سنجی به ترتیب در این ایستگاه ها برابر با 0.042، 0.040، 0.054 و در مرحله ی آموزش برابر با 0.053، 0.064 و 0.044 محاسبه شد. مقادیرR^2 در مرحله ی صحت سنجی برابر با 0.66، 0.85، 0.73 و برای مرحله ی آموزش برابر 0.86، 0.88 و 0.91 و مقادیر NSE برای صحت سنجی برابر با 0.56، 0.75، 0.61 و برای مرحله آموزش برابر 0.71، 0.77 و 0.80 حاصل شد. با بررسی معیارهای ارزیابی، مدل GEP عملکرد نسبتا بهتری داشته است و این مدل برای پیش بینی سیل منطقه ماهنشان-انگوران مناسب تر است.کلید واژگان: پیش بینی سیل, داده کاوی, مدیریتDue to the lack of hydrological and meteorological stations, the use of data-based models is essential. Herein efficiency of Gene Expression Programming Models and Support Vector Machine are evaluated involving peak flood discharge prediction of Mahneshan-Angoran basin as a case study, central Iran. For this purpose, observational data of 36 annual maximum daily flow (1975-2011), corresponding rainfall and average monthly temperature of three stations including Mehrabad, Yangikand and Qarahgoni were used. The observed and predicted peak discharge flows in both models were compared based on the RMSE, explanatory coefficient (R^2) and Nash-Sutcliffe (NSE) criteria. The mean values of RMSE in the validation stage for the GEP model in Yingikand, Qarahgooni and Mehrabad stations are equal to 0.049, 0.080 and 0.050, respectively, and in the training stage are equal to 0.042, 0.060 and 0.047, the mean values of R^2 in the validation stage in above mentioned stations are equal to 0.88, 0.86 and 0.87, respectively, and for the training stage estimated equal to 0.89, 0.89 and 0.92. NSE values in the validation stage is equal to 0.75 for all three stations. However that is equal to 0.77, 0.76 and 0.80 for the mentioned stations in the training stage. Also, the RMSE values in the SVM model for the validation stage are equal to 0.042, 0.040, 0.054, respectively, and in the training stage are equal to 0.053, 0.064 and 0.044. R^2 values in the validation stage are equal to 0.66, 0.85 and 0.73. Also for the training stage are equal to 0.86, 0.88 and 0.91. NSE values for validation are equal to 0.56, 0.75 and 0.61 and for the training stage are equal to 0.71, 0.77 and 0.80. According to the evaluation criteria, the GEP model performed relatively better and this model is more suitable for predicting floods in Mahneshan-Angoran basin.Keywords: Data mining, Flood Forecasting, Management
-
پیش بینی جریان در مقیاس زمانی ماهانه برای مدیریت و برنامه ریزی بهینه منابع آب ضروری است. در این مقاله با استفاده از پیش بینی های حاصل از مدل اقلیمی ECMWF، پیش بینی جریان ماهانه در زیر حوضه شاهرود واقع در حوضه آبریز سفیدرود در شمال غرب کشور انجام شد. برای این منظور با استفاده از پیش بینی بارش ماهانه حاصل از مدل اقلیمی ECMWF و مدل سازی داده محور SVR به عنوان مدل بارش- رواناب، بارش پیش بینی شده به جریان تبدیل شد. ابتدا نتایج مربوط به پیش بینی بارش در دوره تاریخی حاصل از مدل اقلیمی ECMWF تا افق پیش بینی 3 ماهه برای محدوده مورد مطالعه، از درگاه اینترنتی Climate Data Store دریافت شد. سپس با استفاده از مدل داده محور SVR، مدل ترکیب شده اقلیمی- داده محور برای پیش بینی جریان تا افق پیش بینی 3 ماه آینده توسعه داده شد. نتایج نشان داد که پیش بینی جریان مبتنی بر مدل های پیش بینی اقلیمی برای افق پیش بینی 1 ماه آینده نسبت به دو افق پیش بینی 2 و 3 ماه آینده دقیق تر است. به طوری که افق پیش بینی 1 ماه آینده بیشترین ضریب نش- ساتکلیف در واسنجی مساوی 77/0 و در مرحله صحت سنجی 48/0، بیشترین ضریب همبستگی در واسنجی 87/0 و در صحت سنجی 69/0، کمترین مقدار جذر میانگین مربعات خطا در واسنجی 8/6 میلیون مترمکعب و صحت سنجی 3/6 میلیون مترمکعب و بهترین مقدار اریبی نسبی برای واسنجی 96/0 و صحت سنجی 1/1 را داشته است. همچنین نتایج نشان داد که بر اساس دو شاخص ارزیابی احتمالاتی POD و FAR، مدل پیش بینی توسعه یافته، توانایی بالایی در تشخیص وقایع مختلف جریان به خصوص جریان های کم و زیاد را دارد.
کلید واژگان: مدل های اقلیمی, SVR, مدل سازی بارش-روانابStream flow forecasting on a monthly time scale is essential for optimal water resources management and planning. In this paper using the predictions obtained from the ECMWF climate model, monthly stream flow forecast was made in Shahroud river Subbasin, part of Sefidrood basin northwest of Iran. To achieve this aim, using monthly precipitation forecasts from ECMWF climate model in tandem with SVR data-driven modeling, as a rainfall-runoff model, the stream flow was predicted based on the predicted precipitations. First, the results of precipitation forecast, for the desired historical period, up to a 3-month forecast horizon for the study area were obtained from the Climate Data Store. Then, by using the SVR driven model, a linked Climate-Data-driven model was developed to predict the flow up to a 3-month forecast horizon. The results showed that flow forecasting based on climate forecasting models is more accurate for the forecast horizon of the next month than two and three months. So that the forecast horizon of the next month has the highest Nash-Sutcliffe coefficient, in calibration 0.77 and in validation 0.48. The highest correlation coefficient in calibration 0.87 and validation 0.69, the lowest root mean square error in calibration 6.8 and validation 6.3 million cubic meters and also has the best relative bias value for calibration 0.96 and validation 1.1. Also the results, based on the POD and FAR probabilistic indices, showed that the developed predictive model has a high ability to detect different states of stream flow events, especially for extreme flows event.
Keywords: Climate Models, SVR, Rainfall-runoff modeling -
در این مقاله مدل سازی فرونشست دشت ابهر با مدل شبیه ساز MODFLOW و استخراج نقشه رستری فرونشست آبخوان اشباع در یک دوره ده ساله انجام شده است. مدل فرونشست با توسعه زیرمدل SUB در ساختار کد عددی تفاضل محدود MODFLOW انجام شد. دوره شبیه سازی به دو مرحله جهت واسنجی مدل کمی جریان در شرایط غیرماندگار از روش تحلیل حساسیت تلفیقی و با بکارگیری مدل PEST و جهت صحت سنجی تقسیم شد. نتایج نشان داد شبیه سازی آبخوان دارای 8% خطای نسبی می باشد که موید مدل سازی ایده آل است. بررسی تغییرات عمودی ساختار لایه های زمین نشان داد در دوره ده ساله آبخوان 34 سانتی متر فرونشست داشته است. در بررسی مدل فازی تکمیلی با استفاده از همپوشانی گاما بین لایه های موثر با رخداد بیشینه همبستگی رگرسیون خطی لایه نقاط فرونشست مشخص شد که تحلیل اثر کاربری اراضی با تفسیر تغییرات فرونشست مدل فازی مطابقت دارد. با وجود آنکه کاربری شهری تنها 4 درصد از سطح آبخوان را شامل می شود ولی 26 درصد از واقعه فرونشست و در مقابل کاربری کشاورزی که 42 درصد از سطح می باشد 56 درصد از فرونشست و زمین های بایر با 54 درصد از سطح آبخوان اشباع تنها 19 درصد از فرونشست دشت را به خود اختصاص داده اند. با به کارگیری همپوشانی وزنی لایه های ایجاد شده با استفاده از عملگر گاما در مدل فازی جهت پهنه بندی بعنوان روشی نوین در محاسبات نرخ فرونشست زمین به تفکیک نوع کاربری اراضی، می توان مناطق مستعد فرونشست زمین را شناسایی کرد تا با مدیریت صحیح، از وقوع فرونشست و تاثیرات مخرب آن جلوگیری نمود.
کلید واژگان: مدلسازی, مدل فازی, آبخوان ابهر, فرونشستIntroductionThe reduced groundwater levels of plains have led to increased water extraction cost, increased energy consumption, reduced water quality, and the appearance of subsidence. Structural subsidence in plains could be directly resulted from reduced level of groundwater as well as destruction of alluvial texture in aquifers. Although it results from the compacted underlying layers of soil, subsidence represents unpleasant outcomes in the future. The compacted underlying layers and reduced water table in groundwater basins reduce the water storage space. In other words, reduced groundwater storage is a rational consequence of subsidence (Sharifikia et al., 2014). Scientific investigation and various instruments, including mathematical models, are required to overcome the problems of groundwater resources (Gaura et al., 2011; Hu et al., 2010). Mathematical models allow for investigating changes in the current and future situations of groundwater tables by incorporating different influential factors (Yaoutia et al., 2008; Zhang, 2010). Therefore, using mathematical models, the situation of an aquifer can be simulated by collecting information on the inputs and outputs of the groundwater system at a small cost in a short time. Such simulation models can provide the mutual effects of surface water and groundwater in short- and long-term periods. MODFLOW is among the most important mathematical models (Lachaal et al., 2012).In this current paper the approaches to minimize subsidence in Abhar plain is evaluated that based on an empirically derived relationship between cumulative subsidence rates and groundwater levels is used with common groundwater model software MODFLOW. Also, the vertical changes in the ground structure were nonlinearly modeled based on the cellular changes of the finite difference method. To determine the essential factor of the changes, the fuzzy model approach and spatial-statistical analysis were adopted. The largest effect on the appearance of subsidence was studied by the regression relationships of the corresponding points in the spreadsheet setting.
Material and methodsAbhar Plain is located in the northwest of the Namak Lake Basin. It occupies an area of 1926.5 km2, 1040.92 km2 of which is plain, while the remaining area is composed of mountains. The maximum and minimum elevations of Abhar Plain are 2166 and 749 m, respectively. The saturated area of the plain is approximately 657.9 km2 – the corrected area is 657.4 km2. The groundwater extraction area of the plain includes 1359 water wells with an annual discharge of 233.36 million m3, 169 fountains with an annual discharge of 4.88 million m3, and 101 aqueducts with an annual discharge of 1.3 million m3.Considering that parameters involved in the calculation of the final subsidence layer had reduction or enhancement effects on each other and given the descriptions on the overlapping functions, the current study employed the gamma operator. Computation was performed by the MODFLOW-2005 engine in GMS v.10. The study period was selected to be 119 months, which could be made more accurate and rebuilt based on the maximum available data. The computation engine of PCG2 with 100 outer and inner iterations, a critical convergence variation limit of 0.01 m, and a critical convergence error limit of 0.01 m3 per day was selected. 75% of the interval length was used for calibration in non-stable conditions. After seven executions of the calibration model with a certain number of internal iterations, the optimal final number of surface feeding, horizontal hydraulic conductivity and horizontal hydraulic conductivity anisotropy, specific yield in the form of pilot extraction points, and transferability parameters in the boundaries, and the waterway network in the form of the bunches of lines. The layers were also used to develop the fuzzy subsidence model.According to the described fuzzy theory, each of the basic parameters influencing or representing subsidence was transformed into a standard raster map in the range of 0-1 by a linear equation. The fuzzified layers included water level reduction, the difference between the initial and final water levels, horizontal hydraulic conductivity anisotropy, horizontal hydraulic conductivity, saturated aquifer depth, surface feeding, extraction flow rate, and specific yield. Direct fuzzification was applied to all the parameters, except for surface feeding, to which inverse fuzzification was applied. Table 2 shows the zoning errors of the selected layers. The parameters of Table 2 were used to develop the fuzzy model. The coefficients of the aquifer were merely extracted from the last calibration round of the groundwater flow model.In the next step, to investigate the spatial variations of subsidence occurrence, the land-use layer was utilized as the statistical analysis basis of the subsidence raster output.
ConclusionThe results of the current study indicated that subsidence modeling can be carried out by linear regression analysis with a determination correlation coefficient of 70%. Among the influential parameters, merely the spotted aquifer depth layer had a correlation of 30%. The fuzzified variations of the layers with the enhancement-reduction gamma combination had the highest correlations with the spotted subsidence layer of the MODFLOW output. However, the correlation was noticeably lower than expected. In the subsidence model, the final raster layer was transferred to the GIS setting using dispersed points. After zoning using the regional analysis command in two manners, the separate indicators of land-uses and a basic land-use set were extracted. These results revealed that the urban land-use accounted for 26% of subsidence, even though it occupied merely 4% of the aquifer’s area. The agricultural land-use (including gardens), which accounted for 42% of the aquifer’s area, involved 56% of subsidence events. Finally, occupying 54% of the aquifer’s area, the idle land-use accounted for merely 19% of the vertical changes of the aquifer’s structure. The high subsidence in urban areas was noticeable. Considering the alluvial groundwater yield, the effect of water level reduction can be seen with small spatial distances.
Keywords: Modeling, fuzzy model, Abhar Aquifer, subsidence -
پیش بینی بارش یکی از ابزارهای مهم در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب به حساب می آید. اخیرا از روش های جدیدی به نام مدل های دینامیکی جو برای پیش بینی بسیاری از متغیرهای هیدرو-اقلیمی از جمله بارش استفاده می شود. قبل از استفاده از پیش بینیهای این مدل ها در برنامه ریزی و تصمیمگیری، لازم است ارزیابی دقت و تصحیح اریبی آن ها انجام شود. از این رو هدف مقاله حاضر، تصحیح اریبی و ترکیب نتایج پیشبینی بارش مربوط به مجموعه ای از مدلهای پیشبینی دینامیکی جهانی میباشد. برای این کار، ابتدا نتایج پیشبینی بارش هریک از مدلها به صورت جداگانه با دادههای بارش ایستگاهی منطقه برای دوره تاریخی 1982 تا 2017 مقایسه شدند و خطای سامانمند هریک از آن ها به روش نگاشت چندک تصحیح شد. این کار برای افق های پیش بینی مختلف و برای پیش بینی های صادره از ماه های مختلف انجام شده است. در گام بعدی متناسب با دقت هر یک از مدلهای پیش بینی، سامانه پیشبینی ترکیبی یا چند مدلی با استفاده از روش میانگین گیری بیزین توسعه داده شد. نتایج نشان داد پس از تصحیح اریبی به روش نگاشت چندک، حداقل یک مدل پیش بینی از 78 مدل پیش بینی دارای همبستگی نسبتا بالا در حدود 7/0 می باشد. این نتیجه برای افق پیش بینی 1 ماه آینده بیشتر دیده شد. بعد از ترکیب 78 عضو پیش بینی با استفاده از روش میانگین گیری بیزین، این میزان همبستگی به بیشتر از 8/0 افزایش یافت. بنابراین با تصحیح اریبی و ترکیب مدل های پیش بینی با یکدیگر، دقت بارش پیش بینی شده به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد.کلید واژگان: پیش بینی بارش, مدل های NMME, عدم قطعیت, میانگین گیری بیزین, نگاشت چندکPrecipitation forecasting is one of the most important tools in water resources planning and management. Recently, new methods called atmospheric dynamic models have been used to predict many hydro-climate variables including precipitation. Before using the predictions of these models in planning and decision making, the accuracy of the mentioned predictions and their bias correction should be evaluated. Therefore the objective of this study is to ascertain the biases and to combine the results of precipitation forecasting with a set of global dynamic forecasting models. To achieve this aim, firstly the precipitation forecast results of each model were compared separately with the regional recorded precipitation data in the period of 1982 to 2017. Using this approach, the systematic errors were removed and corrected, i.e. using the quantile mapping method. This work was done for different forecast periods and also for different months. Furthermore, based on the accuracy of each model, a hybrid/multi-model prediction system was developed using Bayesian averaging method (BMA). The results showed that after the bias correction, using the quantitative mapping, at least one model among 78 prediction models have a relatively high correlation value of about 0.7. This result was recorded for the next one-month horizon. This correlation was increased to more than 0.8, by combining 78 predictive members, using Bayesian averaging method. Therefore, the accuracy of the predicted precipitation increases significantly using bias correction in tandem with combining the prediction models.Keywords: Precipitation Forecasting, NMME Models, Uncertainty, Bayesian model averaging, Quantile mapping
-
برآورد دقیق ضریب زوال آلودگی با توجه به تاثیر آن در مصرف اکسیژن محلول رودخانه ها از موارد مهم در مدیریت کیفیت منابع آب است. هدف مقاله حاضر برآورد ضریب زوال دو رودخانه تالار و بابلرود با اندازه گیری های میدانی و تدقیق روابط تجربی پرکاربرد در دو فصل بهار و تابستان است. پارامترهای کیفی شامل DO، BOD، pH، EC، نیترات، فسفات و درجه حرارت در رودخانه تالار در 5 ایستگاه به طول مقادیر 4 کیلومتر و در بابلرود در 3 ایستگاه به طول کل8/2 کیلومتر در ماه های اردیبهشت و مرداد 1397 اندازه گیری و ثبت شد. سپس برآورد ضریب زوال با استفاده از مدل تحلیلی استریتر فلپس برآورد شد. بر اساس نتایج در هر دو رودخانه مقدار ضریب زوال در تابستان بیشتر از بهار است. مقدار متوسط ضریب زوال در رودخانه تالار در فصل بهار 57/1 و در تابستان 11/6 و در بابلرود، در بهار 2/1 و در تابستان (1/day) 34/8 محاسبه شد. همچنین بر اساس تغییرات شیب نمودار اکسیژن محلول بدست آمده در هر دو رودخانه، در فصل بهار اکسیژن محلول مقادیر بیشتر (متوسط تالار 47/7 و بابلرود 58/7 میلی گرم در لیتر) و در تابستان مقادیر کمتری (متوسط تالار 15/5 و بابلرود 93/5 میلی گرم در لیتر) داشته است. در رودخانه تالار مقدار BOD در فصل بهار 34/4 و در تابستان 9/7 میلی گرم در لیتر و در بابلرود در بهار 9/2 و در تابستان 2/3 میلی گرم در لیتر اندازه گیری شده که نشان دهنده افزایش آلاینده ها در فصل تابستان می باشد.
کلید واژگان: استریتر- فلپس, اکسیژن خواهی بیوشیمیایی, اکسیژن محلول, بازهوادهی, خودپالاییAccurate estimation of pollution decay coefficient is due to its effect on the oxygen consumption of the river’s solution of important issue, in managing the quality of water resources. The main purpose of this paper is to determine the decay factor of two rivers of Iran, named Talar and Babolrood Rivers. It has been done by measuring the field and elucidating the common empirical equations in two seasons of spring and summer. The qualitative parameters including DO, BOD, pH, EC, nitrate, phosphate and temperature in Talar River were measured in 5 sections of a total length of 4 km long, and in Babolrood River in 3 sections at a total length of 2.8 km, in May and August 2018. Then the decomposition coefficient was estimated using Streeter-Phelps Analytic Model. DO and BOD values were also analyzed in both spring and summer seasons. Based on the results in both case studies, the decay rate in summer was more than spring. The decay rate in Talar River was calculated equal to 1.57 in spring and 6.11 in summer, and in Babolrood, spring was 1.2 and in the summer was 8.34 (1/ day). Also, based on the slope changes, the dissolved oxygen content in both rivers increased in spring and decreased in the summer. In Talar River the BOD was equal to 4.34, in spring and 7.44 mg per liter in summer, and in Babolrood River in spring was equal to 2.5 and in the summer equal to 3.2 mg per liter.
Keywords: Streeter-Phelps, BOD, Dissolved oxygen, Reaeration, Self-Purification -
امروزه ارزش اقتصادی منابع آب به عنوان شاخصی مهم در مصرف بهینه و مدیریت عرضه و تقاضای آب بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. در مقاله حاضر با ارتقاء و کاربرد یک مدل ریاضی موجود تعیین ارزش اقتصادی آب، اثر آب مجازی در افزایش ارزش اقتصادی منابع آب بررسی شده است. این بررسی برای دشت اراک و محصولات استراتژیک گندم، جو، یونجه و ذرت علوفه ای در سه حالت وزن دهی مساحت تحت کشت، حجم آب مصرفی و درآمد محصول انجام شد. اطلاعات لازم شامل اطلاعات هواشناسی، کشاورزی، احجام آب مصرفی و مقادیر هزینه ها و درآمد ها برای سال زراعی 1395- 1394 تهیه و به کار رفت. نتایج نشان داد که ارزش اقتصادی منابع آب کشاورزی دشت اراک در هر سه حالت مختلف وزن دهی، با لحاظ آب مجازی که به جایگزینی محصولات منجر شد، افزایش می یابد. به طوری که با کشت ذرت علوفه ای به جای یونجه در سه روش وزن دهی مساحت تحت کشت، حجم آب مصرفی و درآمد محصول، به ترتیب 36، 28 و 5/40 درصد افزایش در ارزش اقتصادی منابع آب ایجاد می شود. افزایش ارزش اقتصادی منابع آب از راهکارهای نیل به توسعه پایدار و تامین امنیت غذایی است.
کلید واژگان: آب مجازی, ارزش اقتصادی آب, مدل ریاضی, وزن دهیOptimal water consumption and the supply & demand management would require a better focus on the economy of water resources. This study evaluates the effects of virtual water on the economic value of water resources using a mathematical model. The model has been applied to the Arak Plain, central Iran, for four strategic crops of wheat, barley, alfalfa and corn with three weighting methods of “cultivated area”, “water consumption volume”, and “income”. Meteorological and agricultural data, water consumption data as well as incomes and expenses of the water section in 2015-2016 were used in this research. Results show that the economic value of agricultural water resources in the Arak Plain increased for all the three weighting methods by considering the virtual water that led to substituting the products. Replacing alfalfa with sorghum would increase the economic value of water resources by 36.0%, 28.0%, and 40.5%, using the three weighting methods of “cultivated area”, “water consumption volume”, and “income”, respectively. Increasing the economic value of water resources is one of the main ways towards sustainable development and food security.
Keywords: mathematical model, virtual water, water economic value, weighting
- 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.