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

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « Sensitivity analysis » در نشریات گروه « آب و خاک »

تکرار جستجوی کلیدواژه « Sensitivity analysis » در نشریات گروه « کشاورزی »
  • ارزیابی مقایسه ای مدل های IHACRES، AWBM و Tank برای شبیه سازی رواناب روزانه در دوره های ترسالی و خشکسالی
    فاطمه سادات رضوانی، خلیل قربانی*، میثم سالاری جزی، بهناز یازرلو، لاله رضایی قلعه
    سابقه و هدف
    رواناب متغیر اصلی برای تجزیه و تحلیل هیدرولوژیکی حوزه آبریز است و باتوجه به اهمیت آن، برای چندین دهه تحقیقات هیدرولوژیکی بر شبیه سازی روابط بارش رواناب متمرکز بوده است که منجر به ارائه مدل های فراوانی گردیده است. باتوجه به تعدد مدل های هیدرولوژیکی، انتخاب یک مدل بهینه از بین انواع مدل ها فرآیند ساده ای نیست. بدین منظور در پژوهش حاضر پس از انتخاب حوزه آبریز گالیکش از سیل خیزترین حوزه ها در استان گلستان، عملکرد سه مدل هیدرولوژیکی AWBM، Tank و IHACRES مورد ارزیابی قرار گرفت و پارامترهای مدل ها نیز تحلیل حساسیت شد و در نهایت کارایی مدل ها در دوره های ترسالی و خشکسالی سنجیده شد.
    مواد و روش ها
    مقدار رواناب روزانه خروجی از حوزه برای یک دوره 30 ساله (2019-1989) با استفاده از هر یک از مدل های مذکور شبیه سازی شده و با استفاده از چهار معیار ضریب ارزیابی نش-ساتکلیف، ریشه میانگین مربعات خطا، ضریب تبیین و میانگین درصد قدر مطلق خطا، عملکرد هر یک از مدل ها در دو دوره واسنجی و صحت سنجی بررسی شده است. پس از بهینه سازی مقادیر تمامی پارامترها، حساسیت پارامترهای هر یک از مدل ها تجزیه و تحلیل گردیده است. در نهایت پس از مشخص کردن وضعیت خشکسالی با شاخص SPI، عملکرد هر یک از مدل ها در دو دوره ترسالی و خشکسالی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.
    یافته ها
    نتایج حاکی از عملکرد تقریبا مشابه دو مدل بارش-رواناب IHACRES و AWBM است. مدل IHACRES با داشتن ضریب نش-ساتکلیف 73/0 و 75/0 و RMSE 97/2 و 94/2 به‏ترتیب در دو دوره واسنجی و صحت سنجی و مدل AWBM نیز با ضریب نش-ساتکلیف 74/0 و 69/0 و RMSE 92/2 و 24/3 برای دوره های واسنجی و صحت سنجی عملکرد مطلوبی را نشان داده اند، اما مدل Tank در شبیه سازی رواناب حوزه موفق نبوده و عملکرد پایین تری نسبت به دو مدل دیگر داشته است. تحلیل حساسیت پارامترهای مدل ها نیز نشان داد پارامترهای Kbase، H11 و f به‏ترتیب در مدل های AWBM، Tank و IHACRES بیشترین حساسیت را به تغییر مقادیر خود دارند. در نهایت مقایسه عملکرد مدل ها در دو دوره ترسالی و خشکسالی نشان داد که تمامی مدل ها با دقت بالایی موفق به شبیه سازی رواناب حوزه در دوره ترسالی شده اند به‏طوری که ضریب نش-ساتکلیف 79/0، 74/0 و 78/0 به‏ترتیب برای سه مدل AWBM، Tank و IHACRES عملکرد مورد قبول مدل ها را در شبیه سازی رواناب در دوره ترسالی نشان می دهد. درحالی که ارزیابی نتایج، عملکرد ضعیف تمامی مدل ها را در دوره خشکسالی نشان داده است و ضریب نش-ساتکلیف به‏دست آمده برای مدل ها به‏ترتیب برابر 05/0-، 45/0- و 12/0 است که نشان از ضعف مدل ها در شبیه سازی مقادیر پایین جریان است.
    نتیجه گیری
    در ارزیابی سه مدل هیدرولوژیکی AWBM، Tank و IHACRES در شبیه سازی جریان روزانه مشخص شد که به‏طور کلی با اختلاف کمی مدل IHACRES نسبت به مدل AWBM نتایج بهتری را نشان می دهد؛ اما در دوره های ترسالی با توجه به ارزیابی های صورت گرفته مدل AWBM دقت خوبی داشته است درحالی که مدل IHACRES در دوره خشکسالی نسبت به دیگر مدل ها عملکرد بهتری را نشان داده است. با توجه به این موضوع می توان گفت مدل ها در شبیه سازی جریانات کم که در دوره های خشکسالی اتفاق می افتد ضعیف تر عمل کردند در حالی که آگاهی از وضعیت جریان رودخانه ها در دوره های خشکسالی می تواند نقش موثری را بر مدیریت منابع آبی داشته باشد از این رو در جهت افزایش دقت آن ها می بایست چاره ای جست.
    کلید واژگان: بارش-رواناب, بهینه ‏سازی, تحلیل حساسیت, حوزه آبریز گالیکش, مدل هیدرولوژیکی}
    Comparative assessment of IHACRES, AWBM, and Tank models for daily runoff simulation in wet and dry periods
    Fatemeh Sadat Rezvani, Khalil Ghorbani *, Meysam Salarijazi, Behnaz Yazarloo, Laleh Rezaei Ghaleh
    Background and objectives
    Runoff is the main variable for the hydrological analysis of the watershed, and due to its importance, for several decades, hydrological research has focused on the simulation of rainfall-runoff relationships, which has led to the presentation of many models. Due to the multiplicity of hydrological models, choosing an optimal model among various models is not a simple process. For this purpose, in the present research, after selecting the Galikash watershed from the most flood-prone basins in Golestan province, the performance of three hydrological models AWBM, Tank, and IHACRES were evaluated and the parameters of the models were also analyzed for sensitivity and finally the efficiency of the models in wet and dry periods was examined.
    Materials and methods
    The amount of daily runoff from the watershed for a period of 30 years (1989-2019) was simulated using each of the mentioned models and using four criteria Nash-Sutcliffe evaluation coefficient, root mean square error, coefficient of determination, and mean absolute percentage error, the performance of each model has been checked in two periods of calibration and validation. After optimizing the values of all the parameters, the sensitivity of the parameters of each model has been analyzed. Finally, after specifying the drought condition with the SPI index, the performance of each model for two wet and dry periods has been investigated and evaluated.
    Results
    The results indicate that two rainfall-runoff models, IHACRES and AWBM, have almost similar performance. IHACRES model with Nash-Sutcliffe coefficients of 0.73 and 0.75 and RMSE of 2.97 and 2.94, respectively, in two calibration and validation periods and AWBM model with Nash-Sutcliffe coefficients of 0.74 and 0.69 and RMSE of 2.92 and 3.24 for the calibration and validation periods have shown good performance, but the Tank model was not successful in simulating the watershed runoff and its performance is lower than the two other models. The sensitivity analysis of the model parameters also showed that Kbase, H11, and f parameters are the most sensitive to the change of their values in AWBM, Tank, and IHACRES models, respectively. Finally, the comparison of the performance of the models in wet and dry periods showed that all the models have succeeded in simulating the watershed runoff with high accuracy in the wet period, so that the Nash-Sutcliffe coefficient is 0.79, 0.74 and 0.78 for the three AWBM, Tank and IHACRES models, respectively, shows the acceptable performance of the models in simulating the runoff in wet period. While the evaluation of the results has shown the poor performance of all models in dry period, and the Nash-Sutcliffe coefficient obtained for the models is -0.05, -0.45, and 0.12 respectively, which shows the weakness of the models in simulation of the low flow.
    Conclusion
    In the evaluation of the three hydrological models AWBM, Tank, and IHACRES in daily runoff simulation, it was found that in general, with a small difference, the IHACRES model shows better results than the AWBM model. Also, in wet periods, according to the evaluations, the AWBM model led to good accuracy, while the IHACRES model has shown better performance than other models in dry period. Considering this issue, it can be said that the models performed weaker in simulating low flows that occur during dry periods, while the knowledge of streamflow conditions during dry periods can play an effective role in managing water resources. Therefore, to increase their accuracy, a solution should be found.
    Keywords: Galikash Watershed, Hydrological Model, Optimization, Rainfall-Runoff, Sensitivity Analysis}
  • کامران عزیزی، مریم حافظ پرست مودت*

    شبیه سازی بارش رواناب و تولید هیدروگراف، کاربرد فراوانی در تحلیل رفتار حوضه در مقابل بارش، محاسبه حجم و پیک سیلاب، میزان تلفات و امکان طراحی ابعاد سازه ها دارد. یکی از رایج ترین مدل های شبیه ساز HEC-HMS می باشد. در این پژوهش با هدف آنالیز حساسیت پارامترهای روندیابی هیدروگراف سیل در حوضه آبریز رودخانه مرک، ابتدا با افزونه HEC-GeoHMS در محیط Arc GIS و نقشه DEM منطقه، خصوصیات فیزیوگرافی حوضه ساخته و در مدل HEC-HMS فراخوانی گردید. سپس با وارد نمودن داده های سه رخداد سیلاب و بارش متناظر آن، هیدروگراف محاسباتی ایجاد و جهت واسنجی ابتدا به روش سعی وخطا مدل در محدوده ای مطلوب قرار گرفت که بتوان با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی بهینه سازی را انجام داد. در بهینه سازی با تابع هدف به حداقل رساندن میانگین مجموع مربعات خطا، پارامترهای K و X ماسکینگام که حساسیت ویژه ای در تولید هیدروگراف دارند بهینه و کارایی مدل را در رده عالی قرار داد بطوریکه برای رخداد سیلاب تاریخ آبان 1394 معادل نوامبر2015 و با شرط توقف 50 تکرار (NSE=0.871, PBIAS=25.52, RMSE=0.4,   NRMSE=2.63)، در رخداد سیلاب فروردین 1395 معادل مارس2016 (NSE=0.731, PBIAS=28.82, RMSE=0.5, NRMSE=1.01) و در رخداد اسفند 1398 معادل فوریه2020 (NSE=0.834, PBIAS=7.96, RMSE=0.4, NRMSE=0.95) قرار گرفت که نشان از کارایی عالی مدل بعد از بهینه سازی ضرایب ماسکینگام با الگوریتم تکامل تفاضلی(DE) دارد.

    کلید واژگان: HEC-Geohms, HEC-HMS, آنالیز حساسیت, ماسکینگام, مرک}
    Kamran Azizi, Maryam Hafezparast Mavedat *

    Simulation of runoff and hydrograph production is widely used in analyzing the behavior of basin against precipitation, calculating the volume and peak of floods, the amount of losses and the possibility of designing the dimensions of structures. HEC-HMS is one of the most common simulator models In this study, with the aim of analyzing the sensitivity of flood hydrograph routing parameters in the Merk River basin, first, the physiographic characteristics of the basin were constructed with the HEC-GeoHMS plugin in the Arc GIS environment and the DEM map of the area and they were called in the HEC-HMS model. then by entering the three flood event data and its corresponding precipitation, computational hydrograph is created.  For calibration, at first by trial and error, the model was placed in a suitable range which can be optimized using differential evolution algorithm. In optimizing the target function to make the average at least of the sum of squares of error, the K and X Muskingum parameters, which are particularly sensitive to hydrograph production, placed the model optimization and its performance in the excellent category so that for the event of November 2015 floods and a stop of 50 iteration (NSE=0.871, PBias=25.52, RMSE=0.4, NRMSE=2.63), for the event of March 2016 floods (NSE=0.731, PBias=28.82, RMSE=0.5, NRMSE=1.01) and in February 2020 (NSE=0.834, PBias=7.96, RMSE=0.4, NRMSE=0.95) which indicate an excellent performance of the model after optimization of the Muskingum coefficients by differential evolution algorithm (DE).

    Keywords: HEC-Geohms, HEC-HMS, Merck, Muskingum, Sensitivity Analysis}
  • افشین کیانی، سعید شعبانلو*، فریبرز یوسفوند

    تخمین و پیش بینی آبشستگی در اطراف پایه پل ها نقش بسزایی در طراحی این نوع از سازه ها ایفا می کند زیرا با افزایش ابعاد حفره آبشستگی پایداری پایه پل به خطر افتاده و در نتیجه این سازه ممکن است تخریب شود. در این مطالعه، عمق آبشستگی در مجاورت پایه پل های جفت و سه تایی با استفاده از تکنیک دسته بندی c- میانیگن فازی شبکه انفیس (ANFIS-FCM) تخمین زده شد. برای انجام این کار، ابتدا پارامترهای تاثیرگذار بر روی عمق آبشستگی در اطراف پایه های پل جفت و سه تایی از قبیل عدد فرود (Fr)، نسبت نسبت قطر پایه پل به عمق جریان (D/h) و نسبت فاصله بین پایه ها به عمق جریان (d/h) شناسایی شدند. سپس با استفاده از این پارامترهای بدون بعد، هفت مدل ANFIS-FCM مختلف تعریف گردید. لازم به ذکر است که برای آموزش این مدل ها از 70 درصد داده های آزمایشگاهی و برای آزمون آنها از 30 درصد باقیمانده استفاده شد. در ادامه، با انجام یک تحلیل حساسیت، مدل برتر و موثرترین پارامتر ورودی معرفی شدند. مدل برتر مقادیر آبشستگی ها را بر حسب کلیه پارامترهای ورودی با دقت مناسبی پیش بینی نمود. به عنوان مثال، مقادیر ضریب همبستگی، شاخص پراکندگی و ضریب نش برای شرایط آزمون مدل برتر به ترتیب مساوی با 988/0، 106/0 و 976/0 بدست آمدند. علاوه بر این، عدد فرود نیز مهمترین پارامتر ورودی در نظر گرفته شد. در انتها، یک کد کامپیوتری برای شبیه سازی عمق حفره آبشستگی در مجاورت پایه های پل جفت و سه تایی ارایه گردید.

    کلید واژگان: دسته بندی c-میانیگن فازی, انفیس, آبشستگی, پایه پل, تحلیل حساسیت}
    Afshin Kiani, Saeid Shabanlou *, Fariborz Yosefvand

    Estimation and prediction of scouring around the piers play a significant role to design these structures since with increasing dimensions of scour hole, stability of the pier is threatened; as a result, the structure may be destructed. In this study, scour hole in the vicinity of twin and three piers is estimated by using fuzzy c-means clustering of ANFIS (ANFIS-FCM) network technique. To do this, firstly, the parameters affecting scour hole around twin and three piers including Froude number (Fr), the ratio of the pier diameter to the flow depth (D/h), and the ratio of the distance between the piers to the flow depth (d/h) were detected. Subsequently, seven ANFIS-FCM models were defined by means of these dimensional input parameters. It should be stated that 70% of the experimental data were utilized to training the models and 30% of the rest were applied to testing. Next, the superior ANFIS-FCM model and the most important input parameter were introduced by implementing a sensitivity analysis. The premium model as a function of all input parameters simulated the scour values with a reasonable accuracy. For instance, the correlation coefficient (R), the scatter index (SI), and the Nash-Sutcliff efficiency coefficient (NSC) are respectively computed to be 0.988, 0.106, and 0.976. Furthermore, the Froude number was considered as the most important input parameter. Lastly, a computer code was introduced so as to simulate the scour hole around the twin and three piers.

    Keywords: Fuzzy c-means clustering, ANFIS, Scouring, Piers, Sensitivity analysis}
  • بهزاد شکوری، میرعلی محمدی*، میرجعفر صادق صفری

    به علت وجود عدم قطعیت های گوناگون در مشخصات مصالح و مدل سازی سدهای خاکی، کمی سازی این عدم قطعیت ها نیازمند تحلیل حساسیت و کاهش تعداد پارامترهای متغیر برای کاهش هزینه و زمان در مدل سازی امری بسیار ضروری به نظر می رسد. در این پژوهش، تحلیل عددی سد خاکی ماکو واقع در استان آذربایجان غربی به عنوان مطالعه موردی، با نرم افزار FLAC2D صورت گرفته و پاسخ استاتیکی به دست آمد. اثر لایه های ساخت و مقدار و شکل خطوط هم تراز تنش و جابه جایی با پژوهش های قبلی مقایسه و اعتبارسنجی گردید. تعداد 49 متغیر تصادفی (از مشخصات مصالح در نواحی هسته، پوسته، فیلتر، زه کش، پی آبرفتی و سنگ بستر) در نظر گرفته شد. با انجام تحلیل حساسیت و با استفاده از نمودار Tornado، تعداد پارامترهای متغیر کاهش و 18 متغیر تصادفی مهم در تحلیل سد خاکی شناسایی شدند. نتایج نشان داد که تغییرات چگالی خشک (γd) پوسته تغییری در حدود 8 درصد و هم چنین تغییرات ضریب پواسون (ν) و مدول الاستیسیته (E) هسته تغییری در حدود 7 درصد در پاسخ سد خاکی ایجاد می کنند. در نهایت، پارامترهای چگالی خشک (γd)، ضریب پواسون (ν)، مدول الاستیسیته (E) و زاویه اصطکاک داخلی (φ) به ترتیب پارامترهای حساس تری شناسایی شدند که بر پاسخ سدهای خاکی بیش ترین تاثیر را می گذارند.

    کلید واژگان: تحلیل حساسیت, سد خاکی, کمی سازی عدم قطعیت, نمودار Tornado}
    Behzad Shakouri, Mirali Mohammadi *, MirJafar Sadegh Safari

    Due to the existence of various uncertainties in the materials and modeling of these structures, the quantification of these uncertainties requires sensitivity analysis and reducing the number of variable parameters to reduce cost and time in modeling. In this research, numerical analysis of Maku dam located in West Azerbaijan province which is considered as a case study is performed using FLAC2D software and the static response is obtained. The effect of construction layers and the amount and shape of contours of stress and displacement were compared and validated with previous researches. The 49 random variables (RVs) (of materials properties in the zones of the core, shell, filter, drainage, alluvium and bedrock) was considered. By performing sensitivity analysis and using the Tornado diagram, the number of variable parameters is reduced and 18 important RVs were identified for the modeling and analysis of the earth dam. The results showed that altering the dry density (γd) of the shell causes a change of about 8% and altering the Poisson's ratio (ν) and also the modulus of elasticity (E) of the core leads to a change of about 7% in earth dams’ response. Finally, parameters of dry density (γd), Poisson's ratio (ν), modulus of elasticity (E) and internal friction angle (ϕ) were identified as more sensitive parameters that have the greatest impact on the response of earth dams.

    Keywords: Sensitivity analysis, Earth dam, Uncertainty quantification, Tornado diagram}
  • فائزه کمری یکدانگی، عبدالواحد خالدی درویشان*، سهیلا آقابیگی
    حفاظت خاک نیازمند یک مدل و چهارچوب مناسب در ارزیابی فرسایش خاک و رسوب تولیدی براساس سناریوهای کاربری اراضی است. از این رو پژوهش حاضر با هدف بررسی حساسیت های مدل G2 نسبت به عامل فرسایش پذیری خاک در حوزه آبخیز معرف کسیلیان در بازه زمانی 2021-2001 انجام شد. نکاتی همچون استفاده از داده های پایگاه جهانی خاک و مقایسه با داده های نمونه برداری خاک، حذف فرسایش پذیری خاک در مناطق صخره ای و حذف داده های پرت ایجاد شده حاصل از خطای سیستماتیک در پژوهش حاضر لحاظ شد. نتایج نشان داد که به طور کیفی شدت فرسایش خاک برآوردی براساس هر یک از نکات مذکور، تماما در طبقه کمینه قرار داشت. نتایج اولیه شدت فرسایش خاک حاصل از داده های پایگاه جهانی خاک و روش IDW به ترتیب 31/4 و 33/4 تن در هکتار در سال بود که بر اساس آزمون t مستقل، اختلاف معنی داری با هم نداشتند. اما اثر سایر تغییرات شامل حذف فرسایش پذیری خاک در مناطق صخره ای و حذف داده های پرت بر تغییر مقادیر برآوردی فرسایش خاک با استفاده از آزمون های تحلیل واریانس یکطرفه و دانکن معنی دار (P<0.01) بود. شدت متوسط فرسایش خاک برآوردی حوزه آبخیز پس از رعایت نکات ذکر شده بیش از 65 درصد نسبت به نتایج اولیه کاهش یافت و به داده های کرت های فرسایش نزدیک تر شد. بر همین اساس می توان جمع بندی نمود که در کاربست مدل های فرسایش خاک، دقت و حساسیت ویژه در نحوه اجرا و رعایت نکاتی ضروری در خصوص نقشه عامل فرسایش پذیری خاک به منظور دست یابی به نتایج مناسب ضروری است.
    کلید واژگان: تحلیل حساسیت, داده های Soilgrid جهانی, رسوب دهی ویژه, فرسایش خاک, مدل های تجربی}
    Faezeh Kamari Yekdangi, Abdulvahed Khaledi Darvishan *, Soheila Aghabeigi Amin
    Soil conservation requires a suitable model and framework to assess soil erosion and sediment yield based on land use scenarios. Therefore, the present study was conducted with the aim of investigating the sensitivity of the G2 model to the soil erodibility factor in the Kasilian representative watershed in the period of 2001-2021. Points such as the use of global soilgrid database and comparison with soil sampling data, removal of soil erodibility in rocky areas, and removal of outlier data created by systematic error were included in the current research. The results showed that qualitatively, the rate of soil erosion estimated based on each of the mentioned points was completely in the minimum category. The initial results of the soil erosion rate obtained from the global soilgrid database and the IDW method were 4.31 and 4.33 t ha-1 y-1, respectively, which were not significantly different based on the independent t test. But the effect of other changes, including removal of soil erodibility in rocky areas and removal of outlier data on the change of soil erosion estimates using one-way ANOVA and Duncan's tests were significant (P<0.01). The estimated average rate of soil erosion in the watershed after following the mentioned points was reduced by more than 65% compared to the initial results and became closer to the data of erosion plot.
    Keywords: empirical model, Global Soilgrid Data, Sensitivity analysis, Soil erosion, Specific Sediment Yield}
  • رحمان باریده*، فرشته نسیمی
    هدف از این پژوهش بررسی حساسیت تبخیر و تعرق مرجع نسبت به متغیرهای هواشناسی و معرفی پایگاه داده ای با بیشترین دقت در ارائه متغیرهای هواشناسی تاثیرگذار بر تبخیر و تعرق مرجع در حوضه دریاچه ارومیه بود. برای این منظور 24 ایستگاه سینوپتیک انتخاب و داده های هواشناسی آن ها به صورت روزانه در بازه 1389 تا 1398 تهیه گردید. سپس با استفاده از معادله فائو پنمن مانتیث تبخیر و تعرق مرجع محاسبه گردید و تاثیر تغییرات متغیرهای هواشناسی به صورت جداگانه در بازه 20%± بر آن بررسی شد. سپس دقت داده های هواشناسی ERA5، CFSv2 و MERRA2 مورد ارزیابی قرار گرفت و دقیق ترین آن ها معرفی گردید. میانگین ده ساله تبخیر و تعرق مرجع ایستگاه های هواشناسی برابر 3/1 میلی متر در روز به دست آمد و نتایج نشان داد که بیشینه دما تاثیرگذارترین متغیر هواشناسی بر تغییرات تبخیر و تعرق مرجع است. پس از آن به ترتیب سرعت باد و کمینه دما بیشترین تاثیر را داشتند. مقدار ضریب حساسیت برای بیشینه دما، سرعت باد و کمینه دما به ترتیب 0.4، 0.2 و 0.1 به دست آمد. بررسی داده های هواشناسی ERA5، CFSv2 و MERRA2 نشان دادند که مجموعه داده های ERA5 دارای بیشترین دقت هستند. بر اساس نتایج، میانگین 10 ساله تبخیر و تعرق مرجع ERA5 برابر 2.86 میلی متر بر روز به دست آمد. این مقدار بر اساس شاخص CRM دارای 8% کم برآوردی نسبت به مقدار به دست آمده از ایستگاه های هواشناسی بود. در نهایت شاخص های EF (0.92) و nRMSE (0.17) تبخیر و تعرق مرجع ERA5 را در رتبه مناسب و قابل اعتماد قرار دادند.
    کلید واژگان: تحلیل حساسیت, فائو پنمن مانتیث, تبخیرتعرق مرجع, مجموعه داده های هواشناسی جهانی}
    Rahman Barideh *, Fereshteh Nasimi
    The purpose of this research was to investigate the sensitivity of reference evapotranspiration to meteorological variables and to introduce the most accurate database in providing these variables in the Urmia Lake basin. For this purpose, 24 synoptic stations were selected and their meteorological data was prepared on a daily basis between 2010 and 2019. Then, the reference evapotranspiration was calculated using the FAO-Penman-Monteith equation, and the effect of changes in meteorological variables on ET0 was investigated individually in the range of ±20%. In the next step, the accuracy of ERA5, CFSv2 and MERRA2 meteorological data was evaluated and the most accurate one was introduced. The ten-year average of reference evapotranspiration of the meteorological stations was obtained 3.1 mm d-1, and the results showed that the maximum temperature is the most influential meteorological variable on reference evapotranspiration changes. After that, wind speed and minimum temperature had the greatest effect, respectively. The value of sensitivity coefficient for maximum temperature, wind speed and minimum temperature was obtained 0.4, 0.2 and 0.1 respectively. In the review of meteorological data of ERA5, CFSv2 and MERRA2, statistical indicators showed that the ERA5 dataset has the most accuracy. Based on the results, the 10-year average of reference evapotranspiration of the ERA5 was obtained 2.86 mm d-1 and according to the CRM index, this value was 8% underestimated compared to the value obtained from meteorological stations. Finally, the values of EF indices equal to 0.92 and nRMSE equal to 0.17 put the reference evapotranspiration of the ERA5 in a suitable and reliable rank.
    Keywords: Sensitivity analysis, FAO Penman-Monteith, Reference Evapotranspiration, Global meteorological dataset}
  • امیر بسکابادی، سیدناصر باشی ازغدی*، فرهاد خام چین مقدم
    سفره های آب زیرزمینی، به عنوان یکی از مهم ترین منابع آبی آسیب پذیر، به شکل های مختلف در معرض آلودگی قرار دارند که تشخیص و کنترل آلودگی در آن ها نسبت به آب های سطحی مشکل تر و پرهزینه تر است. بهترین روش جلوگیری از آلودگی آن ها، شناسایی منابع آلوده کننده و مناطق آسیب پذیر، تهیه نقشه های پهنه بندی آسیب پذیر و اتخاذ سیاست های مدیریتی مناسب است. برای ارزیابی دشت خضری در این تحقیق از دو روش درستیک و گادز استفاده شده است. این دشت که جزو زیر حوضه های نمکزار خواف- دق پترگان ایران می باشد از جنبه تقسیمات سیاسی کشور جزو استان خراسان جنوبی و در محدوده شهرستان قاینات مابین طول های 35 58 تا 17 59 شرقی و عرض های 41 33 تا 6 34 واقع گردیده است. نتایج حاصل از درستیک برای این دشت نشان داد که بخش کوچکی از منطقه دارای آسیب پذیری بسیار کم و ناحیه بسیار وسیعی از دشت دارای آسیب پذیری کم (68/69 درصد) و شمال غربی و غرب این دشت دارای آسیب پذیری متوسط، زیاد و خیلی زیاد می باشد. تحلیل حساسیت به دو روش حذف پارامتر و تک پارامتر انجام گرفته است. در تحلیل حساسیت تک پارامتر، پارامتر محیط آبخوان بیشترین وزن موثر و پارامتر درصد شیب توپوگرافی کمترین وزن موثر را در محاسبه شاخص آسیب پذیری دارند. در نقشه پهنه بندی شده توسط هر دو روش نقاط با آسیب پذیری زیاد در محدوده شهر خضری و کارخانه فولاد است.
    کلید واژگان: آبخوان دشت خضری, آسیب پذیری, تحلیل حساسیت, مدل درستیک, مدل گادز}
    Amir Boskabadi, Seyyed Nasser Bashi Azghadi *, Farhad Khamchin Moghaddam
    Aquifers, as one of the most vulnerable water sources, are exposed to various contaminants in different forms, which detecting and controlling pollution in these resources are more difficult and costly than surface water. The best way to prevent their contamination is to identify polluting sources and vulnerable areas, prepare vulnerable zoning maps and adopt appropriate management policies. In this study, the DRASTIC and GODS methods are used to assess the Khezri area. Khezri area is one of the sub-basins of Khaf-Petergan Playa Iran, based on the political divisions of the country, and located in the southern Khorasan province near Qayen city, between the longitudes of 35 58 to 17 59 east and latitudes 41 33 to 6 34. The results of the DRASTIC for this area showed that a small part of the area has very low vulnerability, a very wide area of the plain has low vulnerability (69.68%), and the northwest and west of this plain have medium, high and very high vulnerability. Sensitivity analysis is also done in this area with two methods of eliminating the parameter and single parameter. In the single parameter sensitivity analysis, the aquifer environment parameter has the most effective weight and the parameter of the topographic slope percentage has the least effective weight in calculating the vulnerability index. In the map zoned by both methods, the points with high vulnerability are in the area of Khezri city and steel factory.
    Keywords: Khezri aquifer, Vulnerability, Sensitivity Analysis, DRASTIC model, GODS model}
  • ناهید سادات جعفری*، سعید علیمحمدی
    آب‏های زیرزمینی یکی از منابع مهم و اصلی برای تامین نیاز‏هایی از جمله آب‏آشامیدنی و کشاورزی است.با افزایش فشار‏های بشر و اقلیم بر روی منابع آب زیرزمینی، پیش بینی‏های دقیق از جریان و کیفیت آب‏های زیر زمینی برای مدیریت پایدار امری ضروری است.مدلسازی کیفی آب‏های زیرزمینی ابزاری مفید برای شناسایی چگونگی انتقال آلاینده‏ها در محیط متخلخل آبخوان است.این مدل‏ها شامل پارامترهای متعددی هستند که اغلب براساس مطالعات پیشین یا قضاوت کارشناسی برآورد می‏شوند، یا در بهترین شرایط براساس اندازه گیری‏های محدود میدانی برآورد می‏گردند.در نتیجه داده‏های ورودی به مدل‏های ‏شبیه‏سازی دقیق نیستند و همراه با خطا‏هایی هستند پس لازم است در ابتدا پارامتر‏های موثر وحساس نسبت به خروجی‏های مدل مشخص شوند. در این مقاله ابتدا یک مسیله با برنامه MODFLOW-2010 و MT3DMS ‏شبیه‏سازی شده و غلظت آلاینده مورد نظر را در چاه بهربرداری با توجه به پارامترهای داده شده در بازه زمانی دوسال بدست آورده شده است.تحلیل حساسیت برای خروجی‏های زمان و غلظت ماکسیمم در طی این دوسال انجام شده است و با توجه به خصوصیات آماری خروجی‏ها پارامتر‏های موثر بر روی غلظت و زمان ماکسیمم برآورد شده است.نتایج نشان می دهند که پارامترهای موثر بر غلظت آلاینده محلول در چاه بهره برداری به ترتیب 1)ضریب کاهشی 2)ضریب توزیع 3)پخشیدگی طولی 4)هدایت هیدرولیکی 5)ضریب پخشیدگی عرضی 6) تخلخل می باشند و همچنین پارامترهای موثر بر زمان مربوطه به غلظت ماکسیمم در چاه بهره برداری به ترتیب 1)هدایت هیدرولیکی 2)ضریب توزیع 3)تخلخل 4)ضریب توزیع عرضی 5)ضریب کاهشی 6)پخشیدگی طولی می باشند.
    کلید واژگان: آب زیرزمینی, آلاینده محلول, تحلیل حساسیت, MOFLOW, MT3DMS}
    Nahid Sadat Jafary *, Saeed Alimohammady
    Groundwater is one of the main sources for supplying needs, including drinking water and agriculture.With increasing human and climate pressures on groundwater resources, accurate forecasts of groundwater flow and quality for sustainable management are essential. Underground water quality modeling is a useful tool for identifying how to transfer pollutants in a the porous aquifer. These models include several parameters that are often estimated based on previous studies or expert judgment, Or in the best cases, based on Measurements in plaeses . In conclusion, the input data to the simulation models are not accurate and are accompanied by errors, so it is necessary to first define the effective and sensitive parameters relative to the outputs of the model.In this paper, a problem with the MODFLOW-2010 and MT3DMS programs was first simulated and the desired pollutant concentrations in wells were estimated according to the parameters given over a two-year period. Sensitivity analysis for time outs and Maximum concentration has been done during these two years. According to the statistical characteristics of the outputs, effective parameters are estimated on the maximum concentration and time. The results show that the effective parameters on the concentration of solute pollutants in the wells are 1 ) Reduction coefficient 2) Distribution coefficient 3) Longitudinal diffusion 4) Hydraulic conductivity 5) Transverse diffusion coefficient 6) Porosity Respectively.effective parameters on the time associated with the maximum concentration in the well operation are 1) Hydraulic conductivity 2) Distribution coefficient 3) Porosity 4) Transverse distribution coefficient 5) Reduction coefficient 6) Longitudinal diffusion.
    Keywords: Groundwater, Solute Contaminants, Sensitivity Analysis, MOFLOW, MT3DMS}
  • مهدی ماجدی اصل*، توحید امیدپور علویان، مهدی کوهدرق

    سرریزهای غیرخطی ضمن برخوردار بودن از مزیت های اقتصادی، قابلیت عبوردهی جریان بیشتری را نسبت به سرریزهای خطی دارند. الگوریتم های هوشمند به دلیل توانایی زیاد در کشف رابطه های دقیق پیچیده ی مخفی بین پارامترهای مستقل موثر و پارامتر وابسته و همچنین صرفه جویی مالی و زمانی، جایگاه بسیار ارزشمندی بین پژوهشگران پیدا کرده اند. در این پژوهش عملکرد الگوریتم های پشتیبان بردار ماشین (SVM) ، برنامه ریزی بیان ژن (GEP) ، نرم افزار (QNET) و شبکه هوش مصنوعی (ANN) در پیش بینی ضریب دبی سرریزهای غیرخطی تعداد 318 سری داده برای سناریو اول و سناریو دوم شامل تعداد 363 سری داده و سناریو سوم شامل ادغام داده ها (مجموع سناریو ی اول و دوم) که شامل 681 سری داده می باشند. تفاوت سناریو اول و دوم در فرم تاج سرریز ربع دایره ای و نیم دایره ای می-باشد. پارامترهای هندسی و هیدرولیکی مورد استفاده در این پژوهش شامل نسبت بار آبی کل(H_T/p) ، بزرگ نمایی (L_C/W)، زاویه دیواره سیکل(α) و ضریب دبی (Cd) می باشند. نتایج هوش مصنوعی نشان داد که تر کیب پارامترهای(Cd, H_T/p, α, L_C/W) در الگوریتم هایQNET ، ANN،GEP و SVM در مرحله ی آموزش مربوط به سناریو برتر با شاخصه های ارزیابی به ترتیب برابراست با (9960/0=(R2، (0080/0=(RMSE، (9961/0=(DC، (9980/0=(R2، (0057/0=(RMSE، (9980/0=(DC، (9837/0=(R2، (0207/0=(RMSE، (9838/0=(DC و (9902/0=(R2، (0186/0=(RMSE، (9830/0=(DC می باشد. که در مقایسه با دیگر ترکیب ها منجر به بهینه ترین خروجی شده است که نشان دهنده دقت بسیار مطلوب به ترتیب در هر چهار روش عبارت است از ANN، QNET، SVM و GEP در پیش بینی ضریب دبی سرریز غیرخطی است. نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که پارامتر موثر در تعیین ضریب دبی سرریز غیرخطی در تمامی روش ها پارامتر نسبت بار آبی کل (H_T/p) می باشد. مقایسه نتایج این تحقیق با سایر محققین نشان می دهد که شاخصه های ارزیابی برای تمامی روش های تحقیق حاضر نسبت به سایر محققین نسبتا بهتر می باشد.

    کلید واژگان: آنالیز حساسیت, سرریز غیرخطی, شبکه های عصبی, ضریب دبی}
    Mahdi Majedi Asl *, Tohid Omidpour Alavian, Mehdi Kouhdaragh

    While having economic advantages, non-linear weirs have more passing flow capacity than linear weirs. These weirs have higher discharge efficiency with less free height upstream compared to linear weirs by increasing the length of the crown at a certain width. Intelligent algorithms have found a valuable place among researchers due to their great ability to discover complex and hidden relationships between effective independent parameters and dependent parameters, as well as saving money and time. In this research, the performance of support vector machine (SVM), gene expression programming (GEP), software (QNET) and artificial intelligence network (ANN) in predicting the discharge coefficient of non-linear Weirs of 318 data series for the first scenario And the second scenario includes the number of 363 data series and the third scenario includes data integration (the sum of the first and second scenario) which includes 681 data series. The difference between the first and second scenarios is in the shape of the quarter-circle and semi-circle weir crown. The geome tric and hydraulic lines used in this research include total water load ratio (H_T/p), magnification) L_C/W), cycle wall angle (α) and discharge coefficient (Cd). The results of artificial intelligence showed that the combinations (Cd, H_T/p, α, L_C/W) in QNET, ANN, GEP, SVM algorithms in the training stage related to the superior scenario are equal to the evaluation indicators respectively (R2=0.9960), (RMSE=0.0080), (DC=0.9961), (R2=0.9980), (RMSE=0.0057), (DC=0.9980), (R2=0.9837), (RMSE=0.0207), (DC=0.9838) and (R2=0.9902), (RMSE=0.0186), (DC=0.9830). Which has led to the most optimal output compared to other combinations, which indicates a very favorable accuracy in all four methods, namely ANN, QNET, SVM and GEP in predicting the weir discharge coefficient is non-linear. The results of the sensitivity analysis showed that the effective parameter in determining the nonlinear weir discharge coefficient in all methods is the total water load ratio parameter (H_T/p).

    Keywords: Sensitivity analysis, Non-Linear Weirs, Neural Networks, Discharge coefficient}
  • رضا عزیزی*، محمود شفاعی بجستان

    متغیرهای به کار رفته در معادله های تجربی برآورد عمق آب شستگی موضعی پیرامون پایه ی پل ها مشخصه های جریان و رسوب، مانند سرعت جریان، عمق جریان و اندازه ی ذرات رسوب هستند. محاسبه ی عمق آب شستگی موضعی پایه ی پل با استفاده از معادله های تجربی نیز بر پایه ی داده های اندازه گیری شده ی این خصوصیات صورت می گیرد. خطاهایی که در اندازه گیری های این خصوصیات رخ می دهد و در کاربردهای مهندسی معمول است، بر صحت برآورد عمق آب شستگی پایه ی پل تاثیر می گذارد. در تحقیق حاضر انتشار خطای ناشی از داده های ورودی و تاثیر آن در برآورد عمق آب شستگی موضعی پایه ی پل، با استفاده از روش عددی مونت کارلو، بررسی شده و براساس آن میزان حساسیت و نقاط ضعف و قوت نسبی معادله ها تعیین شده است. در این تحقیق چهار معادله ی برآورد عمق آب شستگی موضعی پیرامون پایه های با مقطع دایره ای، با مواد بستر غیرچسبنده در شرایط آب شستگی آب زلال و بستر زنده، شامل معادله های فروهلیچ (1991)، گایو و همکاران (1993)، شفرد/ملویل (2014)، و 18-HEC (2016) بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که از بین متغیرهای ورودی، به ترتیب، سرعت جریان و اندازه ی ذرات رسوب بیشترین، و تغییرات عمق جریان کمترین تاثیر را بر محاسبات عمق آب شستگی موضعی پایه ی پل دارند. همچنین نتایج این تحقیق نشان می دهد که از بین چهار معادله ی مورد بررسی، معادله ی 18-HEC کمترین و معادله ی گایو و همکاران بیشترین حساسیت را نسبت به خطاهای موجود در داده های اندازه گیری شده دارند.

    کلید واژگان: آب شستگی موضعی, انتشار خطا, پایه پل, حساسیت سنجی, روش مونت کارلو}
    Reza Azizi *, Mahmood Shafai Bajestan

    Scour around bridge piers is an important challenging issue in hydraulic engineering and one of the primary causes of bridge failures (Singh et al., 2022). To date, a large number of empirical equations have been proposed by researches for estimating local scour depth at bridge piers. However, their applicability and results are very different from each other, in such a way, calculated local scour depths using these equations, for a 1 m diameter pier in fine and coarse sand beds, could vary almost from 0.2 m to 3 m, and 0.25 m to 5 m, respectively (Sheppard et al. 2014). In these conditions, evaluation of the performance and accuracy of pier scour empirical equations is very important. In fact, it is necessary to assess the effect of errors in measurements of input properties on estimation of local scour at piers in order to specify the equations that are mostly affected by propagation of input data errors. Sensitivity analysis of these equations and determining the effect of data uncertainties on them could result in precise computation of pier scour that leads in safe designs and reduction in further damages. Variables that are used in local scour equations at bridge piers, are flow and sediment properties, such as flow velocity and depth, and sediment grain sizes. Computation of local scour depth at bridge piers using empirical equations is based on the measurements of these properties. Errors in these measurements, that are common in engineering applications, affect the accuracy of estimations of pier scour. In the present research, propagation of input data errors and its effect on the pier scour estimation analyzed by Monte Carlo numerical method, that determines the sensitivity level, and relative strengths and weaknesses of the equations. In this research, sensitivity analysis carried out for four empirical equations of local scour depth around cylindrical piers in non-cohesive sediment beds and in both clear-water and live-bed scour conditions. Evaluated equations are: Froehlich (1991), Gao et al. (1993), S/M (2014), and HEC-18 (2016) equations. Monte Carlo method is based on generation of random numbers. The goal of the Monte Carlo method is to simulate an existing model (in the present study, an empirical equation to estimate the local scour at bridge piers) by randomly sampling from the input physical properties distribution using a large number of samples and finally predicting the output response (Pinto et al., 2006). The physical properties selected for the error analysis include the depth-averaged flow velocity (v ̅_1), flow depth (y_1), and sediment median grain diameter (d_50). Bridge pier width (w) is a property in the equations that is supposed to be known precisely, therefore it is excluded from the analysis. In this research, pier’s reference width is supposed to be constant in the value of 1 m. The densities of water (ρ) and sediment (ρ_s) are variables that could be the error source in the computation of pier scour. However, they are both excluded from sensitivity analysis of pier scour equations, because their values are usually known and supposed to be constant. In order to analyze the results, four output quantities are defined: 1- local scour depth around bridge pier that is computed based on the mean values of physical properties (z_mp=z(v ̅_1,y ̅_1,d ̅_50)), 2- pier scour depths in each Monte Carlo simulation (z_i=z(v_1i,y_1i,d_50i );i=1,…,N), the number of computations (N) set to 10 000 in all simulations, 3- Mean pier scour depth (z_m=z ̅_i), and 4- standard deviation of pier scour depths (σ_z). The error analysis is based on the ratio between fourth and first quantities, that is defined as r ratio (r=σ_z/z_mp). In evaluating velocity errors on local scour depth at piers, in all velocities, except in v ̅_1=0.5 m/s acceptable values of r (r≤0.3) obtained for all equations. In relative comparison of the equations, two equations, Gao et al. and HEC-18 show most and least sensitivity to the velocity variations, respectively. For flow depth (y_1) variations, small values of r obtained for all equations. In all cases, values of r were below 0.1. comparison of equations reveals that HEC-18 and S/M equations are the most and least sensitive to the flow depth errors, respectively. In analysis of sediment median grain size errors on pier scour depth, acceptable values of r observed for all the cases simulated. In all simulations, values of r were smaller than 0.07, except for Gao et al. equation, with d_50 = 0.2 mm and 0.5 mm and with α = 0.4, that values of r reached to 1.3 and 0.17, respectively.Among four evaluated equations, Gao et al. and HEC-18 equations show most and least sensitivity to the sediment grain size variation, respectively. Therefore, Gao et al. equation is more sensitive to physical properties than the other equations analyzed. Results also show that among three input variables, errors in the measurements of flow depth and velocity have minimum and maximum effect on the estimation of pier scour depth, respectively.

    Keywords: Bridge pier, error propagation, Local scour, Monte Carlo method, Sensitivity analysis}
  • سید کیومرث پژوهیده، اصلان اگدرنژاد*، فریبرز عباسی

    تحلیل حساسیت مدل های گیاهی به محققان کمک می کند تا قبل از واسنجی و کاربرد آن، اطلاعات لازم در خصوص واکنش مدل گیاهی به تغییرات پارامترهای ورودی آن را داشته باشند.این موضوع سبب می شود تا با آگاهی بیشتری بتوان داده های ورودی را به مدل معرفی نموده و دقت مدل را در مرحله واسنجی افزایش داد.نظر به توسعه استفاده از مدلهای گیاهی در سال های اخیر، در این پژوهش به بررسی حساسیت مدل AquaCrop در شبیه سازی عملکرد گیاه ذرت دانه ای نسبت به تغییرات پارامترهای رشد گیاهی بهره وری آب نرمال شده (WP*)، حداکثر ضریب تعرق گیاهی (KCTrx)، ضریب پوشش گیاهی اولیه (CC0)، ضریب رشد پوشش گیاهی (CGC)، ضریب کاهش پوشش گیاهی (CDC) و شاخص برداشت (HI) با استفاده از روش Beven (1979) پرداخته شد.بدین منظور، از داده های دو ساله برداشت شده از مزرعه تحقیقاتی 400 هکتاری موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر استفاده شد.فاکتورهای مورد استفاده در این پژوهش شامل سطوح مختلف آب آبیاری (W1، W2، W3 و W4 به ترتیب نشان دهنده تامین 120، 100، 80 و 60 درصد نیاز آبی) و کود نیتروژن (N1، N2، N3 و N4 به ترتیب نشان دهنده تامین 100، 80، 60 و صفر درصد نیاز کودی) بود.نتایج نشان داد که مدل به تغییرات شاخص برداشت (0.65≤Spi≤1.3) و بهره وری آب نرمال شده (0.55≤Spi≤1.2) بیشترین حساسیت را داشت.کمترین حساسیت نیز نسبت به تغییرات ضریب زوال پوشش گیاهی (CDC) مشاهده شد (0.02≤Spi≤0.07).ضرایب حساسیت برای همه پارامترها به جز CDC مثبت بود.بنابراین با افزایش مقدار CDC مدل دچار خطای کم برآوردی میشود.ضریب حساسیت برای تیمارهای N1 تا N4 به طور متوسط برابر با 32/0، 41/0، 46/0 و 51/0 بود.این نتایج برای تیمارهای آبیاری W1 تا W4 نیز به طور متوسط برابر با 36/0، 39/0، 44/0 و 50/0 بود.از این رو، با افزایش تنش آبی و کودی حساسیت مدل نسبت به تغییر همه پارامترها افزایش یافت و بیشترین حساسیت در تیمار W4N4 مشاهده شد.

    کلید واژگان: پارامترهای رشدی گیاه, تحلیل حساسیت, روش Beven, شبیه سازی, مدل AquaCrop}
    Seyed Kioomars Pazhoohideh, Aslan Egdernezhad *, Fariborz Abbasi

    Sensitivity analysis of crop models helps researchers to have the necessary information about the reaction of crop models to changes in input parameters before calibration and application. This makes it possible to introduce the input data to the model with more awareness and increase the accuracy of the model in the calibration stage. Due to using the AquaCrop model in recent years, in this study, the sensitivity of normalized water productivity (wp*), crop transpiration, initial canopy cover (CCo), canopy growth coefficient (CGC), canopy decline coefficient (CDC) and harvest index (HI) was analyzed using a new method. For this purpose, corn yield data collected from Research Institute of Seed and Plant Breeding during 2008-2010 were used. Data consisted of four irrigation levels (W1, W2, W3 and W4 indicate supply of 120, 100, 80 and 60% of water requirement, respectively) and four nitrogen fertilizer amount (N1, N2, N3 and N4 indicate supply of 100, 80, 60 and 0% of fertilizer requirements, respectively). The results showed that the AquaCrop was most sensitive to changes in harvest index (0.65≤Spi≤1.3) and normalized water productivity (0.55≤Spi≤1.2). The lowest sensitivity (0.02≤Spi≤0.07) was observed to changes in crop canopy decrease coefficient (CDC). Sensitivity coefficients were positive for all parameters except CDC. Therefore, by increasing the CDC value, the AquaCrop suffers from underestimated error. The sensitivity coefficients for treatments N1 to N4 were equal to 0.32, 0.41, 0.46 and 0.51, respectively. These results for irrigation treatments W1 to W4 were equal to 0.36, 0.39, 0.44 and 0.5, respectively. So, with increasing water stress and fertilizer, the sensitivity of the AquaCrop model to all parameters increased. The highest sensitivity was observed in W4N4 treatment.

    Keywords: AquaCrop model, Beven Method, crop growth model, Sensitivity analysis, Simulation}
  • ساناز شکری، عبدالرحیم هوشمند، منا گلابی، ناصر عالم زاده انصاری، دن استرو

    به منظور انجام شبیه سازی میزان عملکرد و بهره وری آب گیاه خیار (Cucumis sativus L.) آزمایشی در قالب طرح بلوک کاملا تصادفی با سه سطح آبیاری 100، 85 و 75 درصد نیازآبی در دو فصل کشت طی سال های 1397 و  1398 اجرا و از شبکه های عصبی پرسپترون (MLP) و روش ماشین بردار پشتیبان (SVM) استفاده گردید و در نهایت جهت انتخاب مدل مناسب و بهینه از شاخص های ضریب تبیین، میانگین مربعات خطا و میانگین مربعات خطای نرمال شده استفاده شد. میزان آب آبیاری،، تعداد برگ روی بوته، دما، میزان تبخیر و میزان رطوبت نسبی به عنوان داده های ورودی انتخاب شدند و به ترتیب 60، 20 و 20 درصد کل داده ها، به ترتیب برای آموزش، اعتبارسنجی و آزمون مدل اختصاص یافت. نتایج نشان داد که شبکه عصبی MLP با ورودی های میزان آب آبیاری و تعداد برگ به ترتیب با داشتن ضریب تبیین 92/0 و 86/0 دقت بیشتری در شبیه سازی میزان عملکرد میوه و بهره وری آب مصرفی در گیاه خیار داشت. نتایج آنالیز حساسیت حاکی از آن بود که پارامتر ورودی آب آبیاری به ترتیب با ضریب حساسیت 9/0 و 86/0 مهمترین پارامتر موثر بر مدل بهره وری آب مصرفی و عملکرد میوه خیار می باشد.

    کلید واژگان: پرسپترون, ماشین بردار پشتیبان, شبکه عصبی, آنالیز حساسیت, کم آبیاری}
    Sanaz Shokri, Abdolrahim Hooshmand, Mona Golabi, Naser Alemzadeansari, Dan Struve

     In order to simulate the yield and water productivity of cucumber plant (Cucumis sativus L.), an experiment was conducted in the form of a completely randomized block design with three irrigation levels of 100, 85 and 75% of the water requirement in two growing seasons during 2017 and 2018 and using perceptron neural networks (MLP) and support vector machine (SVM) methods were used and finally, to select the appropriate and optimal model, the indices of explanatory coefficient, mean squared error and normalized mean squared error were used. The amount of irrigation water, number of leaves on the plant, temperature, evaporation rate and relative humidity were selected as input data and 60%, 20% and 20% of the total data were allocated for training, validation and testing of the model, respectively. The results showed that the MLP neural network with the inputs of irrigation water and number of leaves was more accurate in simulating fruit yield and water productivity in cucumber plants with an explanation coefficient of 0.92 and 0.86, respectively. The results of the sensitivity analysis indicated that the irrigation water input parameters are the most important effective parameters on the water consumption efficiency model and cucumber fruit yield with sensitivity coefficients of 0.9 and 0.86, respectively.

    Keywords: Perceptron, Support Vector Machine, Neural Network, Sensitivity analysis, dehydration}
  • مهران بهتری*، مهدی نادری خوراسگانی، احمد کریمی، حسین شیرانی
    سابقه و هدف
    کربن آلی خاک نقش بسیار مهمی در افزایش تولید محصولات کشاورزی، کاهش فرسایش خاک و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای دارد. درک بهتر از مقدار و ذخیره کربن آلی خاک برای استفاده از خاک و حفظ بهره وری آن موثر و ضروری می-باشد. مراتع گسترده منطقه فندوقلو در استان اردبیل به طور بالقوه می توانند مقادیر قابل توجهی از کربن را حفظ و ترسیب کند اما به دلیل افزایش جمعیت در معرض تغییر کاربری اراضی قرار دارند. چنین تنش هایی منجر به تخریب زمین و کاهش ترسیب کربن در برخی قسمت ها خواهد شد. بنابراین هدف این مطالعه شناسایی متغیرهای طبیعی موثر در ترسیب و تراکم کربن آلی خاک انجام شده است که می‎توان از متغیرهای شناسایی شده برای اصلاح و کاهش تخریب مراتع و اراضی زراعی در منطقه فندوقلو استفاده کرد.
    مواد و روش ها
    با استفاده از تکنیک ابر مکعب لاتین و متغیرهای مکانی مانند نقشه های خاک، کاربری اراضی و زمین شناسی، محل نقاط نمونه برداری تعیین شد. برای هر واحد کاربری (مرتع یا زراعی) 70 نمونه خاک سطحی مرکب (در کل 140 نمونه) از عمق صفر تا 15 سانتی متری جمع آوری شد. پس از آماده سازی نمونه های خاک، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک ها با توجه به روش های استاندارد اندازه گیری شد. مدل رقومی ارتفاعی از منطقه مورد مطالعه با استفاده از خطوط هم تراز نقشه توپوگرافی تشکیل و مشتقات اولیه و ثانویه ساخته شد. باندهای لندست هشت از درگاه زمین شناسی ایالات متحده استخراج و شاخص تفاضل نرمال شده پوشش گیاهی و نقشه حرارتی منطقه مورد مطالعه محاسبه شد. از مدل های رگرسیون خطی چندمتغیره و مدل شبکه عصبی مصنوعی با استفاده از داده های خاک، مدل رقومی ارتفاعی و مشتقات آن، شاخص تفاضل نرمال شده پوشش گیاهی و نقشه حرارتی به عنوان متغیرهای مستقل برای پیش بینی تراکم کربن آلی خاک استفاده شد. برای ارزیابی نتایج مدل ها، از ضریب تبیین و جذر میانگین مربعات خطا استفاده شد.
    یافته ها
    استفاده از مدل رگرسیون خطی چندمتغیره نشان داد که نیتروژن کل خاک، شاخص تفاضل نرمال شده پوشش گیاهی و میانگین وزنی قطر خاکدانه، 53 درصد تراکم کربن آلی خاک را در مراتع توجیه نمود در حالی که 46 درصد از تراکم کربن آلی خاک در کاربری زراعی توسط نیتروژن کل خاک و انحنای سطح توجیه گردید. نتایج آزمون تی جفتی، تفاوت معنی داری (01/0>P) بین تراکم کربن آلی خاک در کاربری مرتع و زراعی نشان داد. شبکه عصبی مصنوعی با آرایش 24-10-1 و تابع انتقال تانژانت سیگموییدی در لایه پنهان به-ترتیب 71 درصد و 82 درصد از تراکم کربن آلی خاک را در کاربری مرتع و زراعی توجیه نمود. جذر میانگین مربعات خطا مدل های رگرسیون خطی چندمتغیره برای پیش بینی تراکم کربن آلی خاک در کاربری مرتع و زراعی به ترتیب 07/1 و 04/1 بود، اما همین مقادیر در مدل شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب برای کاربری مرتع و زراعی به 85/0 و 58/0 کاهش یافت. تحلیل حساسیت نشان داد که مدل شبکه عصبی مصنوعی به شدت به مدل رقومی ارتفاعی و رطوبت خاک در نقطه پژمردگی حساس هستند.
    نتیجه گیری
    نتیجه این مطالعه حاکی از معنی داری اثر پوشش گیاهی و میانگین وزنی قطر خاکدانه روی ترسیب کربن در کاربری مرتع بود. نتایج شبکه های عصبی مصنوعی که برای شبیه سازی تغییرات تراکم کربن آلی خاک مورد استفاده قرار گرفت، نشان دادند که این شبکه-ها می توانند با شناسایی اثرات این متغیرها در ردیابی بخش مهمی از تغییرات تراکم کربن آلی خاک در کاربری های مرتع و زراعی موفق عمل کنند. نتایج همچنین نشان داد که توابع انتقالی به دست آمده توسط پارامترهای توپوگرافیکی اولیه و ثانویه برای تخمین تراکم کربن آلی خاک می تواند در منطقه، مورد استفاده قرار گیرد.
    کلید واژگان: مدل رگرسیون چند متغیره خطی, شبکه عصبی مصنوعی, تحلیل حساسیت}
    Mehran Behtari *, Mehdi Naderi Khorasgani, Ahmad Karimi, Hussien Shirani
    Background and Objectives
    Soil organic carbon is very important in increasing the production of agricultural products and reducing soil erosion and greenhouse gas emissions. A better understanding of the amount and storage of soil organic carbon is essential to the use of soil and maintaining its productivity. The extended pastures of Fandoqloo region in Ardabil province potentially could support and sequestrate considerable amounts of carbon but they are subjected to land use change, high population and tourism. Such tensions led to land degradation and low carbon sequestration in some parts. This study aimed to find effective natural variables on soil carbon density and sequestration. Such variables could be applied for remediation and resilience of degraded pastures and croplands in Fandoghloo region.
    Materials and Methods
    By application of Latin Hypercube techniques and spatial variables like soil, land use and geological maps the location of sample points was determined. For each land use unit (pasture or cropland) 70 composite surface soil samples (in total 140 samples) were collected from zero to 15 cm deep. After pretreatments of soil samples, soil's physical and chemical properties were measured according to standard protocols. A digital elevation model of the study area was formed using digital isolines of topographic maps and primary and secondary derivates were constructed. Landsat 8 bands were extracted from the Geology Department site of the USA and Normalized difference vegetation index and thermal map of the study area were calculated. Multiple linear regression and artificial neural network models were applied and soil data, digital elevation model and its derivates, normalized difference vegetation index and land surface temperature map have entered the models as independent variables for the prediction of soil organic carbon density. To evaluate the results of the models, the coefficients of determination and root mean square error was used.
    Results
    Application of multiple linear regression model indicated that total soil nitrogen, normalized difference vegetation index and mean weight diameter of aggregates justified 53% of soil organic carbon density in the pasture while 46% of soil organic carbon density in croplands land use was explained by total soil nitrogen and plane curvature. The results of the paired t-test showed a significant difference (P< 0.01) between soil organic carbon density of the pasture and cropland land use. An artificial neural network with an arrangement of 1-10-24 and tan-sigmoid transfer function in the hidden layer justified 71% and 82% of the soil organic carbon density in the pasture and croplands, respectively. Root mean square error of multiple linear regression models for predicting soil organic carbon density in the pasture and croplands were 1.07 and 1.04, respectively but of artificial neural network model was decreased to 0.85 and 0.58 for pasture and cropland, respectively. Sensitivity analysis revealed that the artificial neural network model was severely sensed to digital elevation model and soil moisture content at wilting point.
    Conclusion
    The result of this study indicated the significance of natural vegetation cover and the mean weight diameter of soil aggregates for carbon sequestration in the pastures. Artificial neural networks performed to simulate changes in soil organic carbon density showed that these networks are successful in tracking an important part of soil organic carbon density changes at pasture and cropland land uses. In other words, artificial neural networks were able to identify the effects of these variables on soil organic carbon density using tracing and identifying the effects and interactions between an independent variable series with organic carbon density status. The results showed that transmission functions can be used by the data of primary and secondary topographic parameters for estimating soil organic carbon density in the region.
    Keywords: Multivariate linear regression model, Artificial neural network, Sensitivity analysis}
  • مسعود پورغلام آمیجی، خالد احمدآلی*، عبدالمجید لیاقت
    این پژوهش با هدف انتخاب ویژگی های مهم برای مدل سازی هزینه سامانه های آبیاری تحت فشار با استفاده از داده های 515 پروژه آبیاری قطره ای در چهار بخش شامل هزینه ایستگاه پمپاژ و سامانه کنترل مرکزی (TCP)، هزینه لوازم داخل مزرعه (TCF)، هزینه نصب و اجرای داخل مزرعه و ایستگاه پمپاژ (TCI) و هزینه کل (TCT) انجام شد. در مرحله اول بانک اطلاعاتی شامل 39 متغیر تاثیرگذار در هزینه بخش های یادشده، تهیه و قیمت تمام پروژه ها (1385 تا 1398) برای سال پایه 1400 به روزرسانی شد. سپس انتخاب ویژگی با الگوریتم های مختلف در محیط MATLAB و در دو بخش شامل (1) کل ویژگی ها (ویژگی های قبل از طراحی و ویژگی های بعد از آن شامل 39 ویژگی) و (2) ویژگی های قبل از مرحله طراحی (شامل 18 ویژگی) انجام شد. نتایج انتخاب ویژگی نشان داد که مقادیر RMSE و R2 برای بخش کل ویژگی ها به ترتیب برابر با 0/007 و 0/92 و برای بخش ویژگی های قبل از طرحی به ترتیب برابر 0/003 و 0/89 است. از بین الگوریتم های مختلف برای انتخاب ویژگی، ماشین بردار پشتیبان (SVM) و الگوریتم های بهینه سازی (Wrapper) به ترتیب عنوان بهترین یادگیرنده و روش انتخاب ویژگی شناسایی شدند. نتایج معیارهای ارزیابی نشان داد که دو الگوریتم LCA و FOA برآورد مناسبی را به دست دادند و معیار خطای آن در بخش کل ویژگی ها به ترتیب 0/0020و 0/0018 و همبستگی آن 0/94 و 0/94 به دست آمد. در بخش ویژگی های قبل از طراحی نیز این معیارها به ترتیب 0/0006 و 0/95 برای هر دو الگوریتم بود. در نهایت در بخش کل ویژگی ها، 10 مورد از 39 ویژگی و در بخش ویژگی های قبل از طراحی، 8 مورد از 18 ویژگی به عنوان موثرترین ویژگی ها انتخاب شد. نتایج انتخاب موثرترین ویژگی ها که بر هزینه بخش های مختلف سامانه آبیاری قطره ای اثرگذارند، می تواند مدل سازی هزینه سامانه ها را ساده تر و سریع تر کرده و ضمن کاربرد در کارهای پژوهشی، در عمل نیز برآورد و مدیریت هزینه ها را قبل از طراحی و اجرای این طرح ها ممکن کند.
    کلید واژگان: مدل سازی اقتصادی, سامانه های نوین آبیاری, تحلیل حساسیت, شناخت الگو, الگوریتم های فراکاوشی}
    Masoud Pourgholam-Amiji, Khaled Ahmadaali *, Abdolmajid Liaghat
    This research aimed to select essential features for modeling the cost of pressurized irrigation systems using the data of 515 drip irrigation projects in four parts, including the cost of pumping station and central control system (TCP), cost of on-farm equipment (TCF), cost of installation and operation on-farm and pumping station (TCI), and total cost (TCT). In the first stage, a database including 39 features influencing the cost of the mentioned sectors was prepared and the price of all projects (2006 to 2019) was updated for the base year of 2021. Then, feature selection was done with different algorithms in MATLAB environment and in two parts including (1) all features (39 features before and after the design stage) and (2) 18 features before the design phase (BD). The results showed that the amounts of RMSE and R2 for all the features were equal to 0.007 and 0.92, respectively, and for the BD section, they were equal to 0.003 and 0.89, respectively. Among the different algorithms for feature selection, support vector machine (SVM) and optimization algorithms (Wrapper) were identified as the best learner and feature selection method, respectively. The results of the evaluation criteria showed that the two LCA and FOA algorithms achieved the best estimation, and their error criterion in all the features were 0.0020 and 0.0018, respectively, while their correlations were 0.94 and 0.94. In the BD features, these criteria were 0.0006 and 0.95 for both algorithms, respectively. Finally, in the all features section, 10 out of 39 features and for BD section, 8 out of 18 were selected as the most effective features. The results of choosing the most effective features that affect the cost of different parts of the drip irrigation system can make the cost modeling of the systems simpler and faster and, while being useful for research works, it facilitates estimation and management of costs before implementation of each project.
    Keywords: Economic Modeling, Modern Irrigation Systems, Sensitivity analysis, Pattern Recognition, Meta-heuristic algorithms}
  • فاطمه سادات رضوانی، خلیل قربانی*، میثم سالاری جزی، لاله رضایی قلعه، بهناز یازرلو

    با توجه به تاثیر قابل توجه میزان رواناب در مدیریت پایدار منابع آب و عملیات مهندسی، پیش بینی و برآورد دقیق این متغیر از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین، هدف از پژوهش حاضر ارزیابی عملکرد تعدادی از مدل های هیدرولوژیکی در شبیه سازی رواناب و نیز تحلیل حساسیت پارامترهای این مدل‏ها جهت تعیین پارامترهای تاثیرگذار بر شبیه‎سازی است. به این منظور در پژوهش حاضر پس از تهیه داده‏ های مورد نیاز در دوره آماری 1397-1367 به شبیه سازی رواناب حوزه آبخیز گالیکش استان گلستان با استفاده از سه مدل هیدرولوژیکی یکپارچه Sacramento، SimHyd و SMAR پرداخته شد. پس از برآورد رواناب حوزه آبخیز، عملکرد هر یک از این مدل‏ها در شبیه سازی رواناب خروجی از حوزه آبخیز با استفاده از چهار معیار ارزیابی ضریب نش-ساتکلیف (NSE)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین (R2) و میانگین درصد قدر مطلق خطا (MAPE) در دو دوره واسنجی و صحت‏ سنجی بررسی شده و در نهایت حساسیت پارامترهای هر یک از مدل‏ ها در برآورد رواناب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از شبیه سازی رواناب حاکی از عملکرد بهتر مدل بارش-رواناب Sacramento با ضریب نش-ساتکلیف 82/0 و 70/0 در دوره واسنجی و صحت‏ سنجی نسبت به دیگر مدل های هیدرولوژیکی است. پس از آن، مدل SimHyd با ضریب نش-ساتکلیف 71/0 و 76/0 برای دو دوره واسنجی و صحت‏ سنجی عملکرد مطلوبی را نشان داده است، اما مدل SMAR در شبیه‎سازی رواناب حوزه آبخیز موفق نبوده و عملکرد پایینی داشته است. یافته های تحلیل حساسیت پارامترهای مدل‏ها نیز نشان می دهد که پارامترهایی مانند LZTWM و Zperc در مدل Sacramento، پارامترهای نسبت نفوذناپذیری و ضریب نفوذ در مدل SimHyd و پارامتر ظرفیت ذخیره برگابی در مدل SMAR بیش‏ترین حساسیت را به کاهش مقدار خود داشته‏ اند. هم‏چنین، افزایش مقدار پارامترهای Rexp و نسبت رواناب مستقیم در مدل های Sacramento و SMAR بیش‏ترین تاثیر را نسبت به دیگر پارامترها بر شبیه سازی رواناب داشته‏ اند. یافته‏ ها حکایت از عملکرد بهتر مدل Sacramento و پس از آن مدل SimHyd در شبیه سازی رواناب حوزه آبخیز دارد و مدل SMAR ضعیف ترین عملکرد را در بین مدل ها داشته است. هم‏چنین، نتایج تحلیل حساسیت نشان داد که تغییر پارامترهای مدل تاثیر متفاوتی بر روند شبیه سازی رواناب داشته و بهینه‏ سازی صحیح این پارامترها موجب افزایش دقت شبیه سازی‏ ها خواهد شد.

    کلید واژگان: حوزه آبخیز گالیکش, مدل هیدرولوژیکی, بارش-رواناب, تحلیل حساسیت, شبیه سازی}
    Fatemeh Sadat Rezvani, Khalil Ghorbani *, Meysam Salarijazi, Laleh Rezaei Ghaleh, Behnaz Yazarloo
    Introduction

    One of the most critical issues that have always been the concern of researchers in water engineering and hydrology is the simulation of runoff or river discharge to plan, prevent damages, and solve the water shortage problem, and soil erosion. In addition, due to the ever-increasing limitations of extractable freshwater resources, it is very important to predict the river discharge and its changes as accurately as possible. The prediction of runoff, this important hydrological variable, significantly impacts the sustainable management of water resources, engineering designs, environmental protection, water supply planning, water quality management, irrigation systems, and electricity generation worldwide. Besides, for data accuracy and to modify and complete the data, the results of these models can be used. The rainfall-runoff process is one of the most complex, dynamic, and non-linear hydrological phenomena, which is influenced by various factors such as temporal and spatial changes, geomorphology, and climatic characteristics of the catchment area. Knowing the connection between precipitation and runoff is one of the important issues of hydrology because precipitation data are used in flood prediction, and a good prediction is made when a suitable relationship is defined. By increasing the accuracy of river runoff prediction, more efficient management and planning are done. Therefore, improving runoff prediction modeling seems essential.

    Materials and Methods

    So far, complex and diverse relationships have been presented to predict the extent of river floodings, such as conceptual rainfall-runoff models, time series linear models, and hybrid models. However, due to the lack of accurate knowledge and the complexity of factors affecting river flooding, the values ​​calculated from various relationships have significantly differed in many cases. In the meantime, hydrological models, with their potential, are considered efficient tools, especially in climate change conditions. One of the models that researchers use to model rainfall and runoff is the RRL (Rainfall Runoff Library) hydrological model. This software package includes integrated and conceptual models (such as AWBM, Sacramento, SMAR, SimHyd, and Tank). In this research, the comparative evaluation of the Sacramento, SimHyd, and SMAR models of this tool has been done in predicting the long-term runoff of the Galikesh watershed and also investigating the effect of parameters on the performance of each model.

    Results and Discussion

    In this research, after preparing the input data, the models were calibrated and validated for 1989-2010 and 2010-2019. The simulated and observation runoff results were analyzed to check the potential of the models. Furthermore, after evaluating the model using the optimized parameters, the sensitivity of each of the parameters of the three Sacramento, SimHyd, and SMAR models was investigated in the simulation of runoff from the Galikesh watershed so that the sensitivity of the models to the change of parameters and the effect of each parameter in the simulation makes it clear. To be the results of the evaluations indicate the optimal performance of all models in runoff simulation. However, the Sacramento model with a Nash Sutcliffe coefficient of 0.82 for the calibration period and 0.7 for the validation period, and then the SimHyd model with a Nash Sutcliffe coefficient of 0.71 and 0.76 for the calibration and validation period has the best performance in the runoff simulation of the Galikesh watershed. The SMAR model has shown weaker results than other models in runoff simulation. Finally, the sensitivity of all parameters was checked. The results showed some parameters such as LZTWM (Lower zone tension water capacity) and Zperc (Maximum percolation rate coefficient) in the Sacramento model, impervious threshold parameters and infiltration coefficient in the SimHyd model, and the evaporation conversion (T) parameter in the SMAR model was the most sensitive to reducing their values. Also, increasing the value of the Rexp (Percolation equation exponent) parameter in the Sacramento model and the proportion direct runoff (H) parameter in the SMAR model has the greatest impact on the simulation runoff compared to other parameters.

    Conclusion

    Different models have been proposed to explain these complexities, considering the importance of runoff forecasting and the non-linearity of converting precipitation into the runoff. Different structures and approaches of studied models have led to their different predictions, which has led to the importance of the comparative evaluation of the models for various purposes. For this purpose, in this research, three hydrological models, Sacramento, SimHyd, and SMAR have been used to simulate the runoff of the Galikash catchment area. The investigations showed that all three models could simulate the outflow of the watershed, and all the models have successfully simulated high amounts of runoff. However, the Sacramento model has performed better than the others. Models parameters sensitivity analysis has been investigated considering the importance and effect on runoff simulation. Finally, The sensitivity analysis showed that some parameters are more sensitive than others in the runoff simulation. The optimal amount of these parameters should be considered during the simulation due to their high sensitivity.

    Keywords: Galikesh Watershed, Hydrological models, Rainfall-Runoff, Sensitivity analysis, simulation}
  • محمدجواد امیری*، مهدی بهرامی، معصومه السادات موسوی، علی شعبانی

    روش تشت تبخیر کلاس A یکی از روش های بسیار رایج تخمین تبخیر- تعرق مرجع  (ET0)است که به دلیل سادگی، هزینه به نسبت کم و توانایی تخمین تبخیر- تعرق روزانه، به طور گسترده در جهان استفاده می شود. در این تحقیق کارایی 8 معادله تجربی شامل آلن و پروییت ، کوینکا، اشنایدر، اشنایدر اصلاح شده، پرییرا و همکاران، اورنگ، راگووانشی و والندر  و فایو 56 در برآورد ضریب تشت تبخیر کلاس A و تبخیر - تعرق گیاه مرجع در ایستگاه فسا واقع در استان فارس مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور ضریب تشت محاسبه شده از معادلات فوق با ضریب تشت اندازه‏گیری شده که از نسبت تبخیر - تعرق به دست ‏آمده از روش فایو- پنمن- مانتیث به میزان تبخیر از تشت به دست آمد، مقایسه شد. نتایج نشان داد تمامی معادلات تجربی دارای دقت بسیار پایینی در برآورد ضریب تشت تبخیر هستند (0/25<nrmase< span=""></nrmase<>;0/3> R2). نتایج مقایسه بین ET0 به دست آمده از معادلات تجربی با ET0 به دست آمده از معادله پنمن- مانتیث- فایو نشان داد که معادله فایو 56 دارای بهترین عملکرد است (0/3=NRMASE;0/72=R2). به منظور افزایش دقت معادلات تجربی ضریب تشت تبخیر، این معادلات با داده های هواشناسی 8 ساله (1386-1394) ایستگاه هواشناسی فسا تصحیح شده و با داده های مستقل 2 ساله (1394-1396) اعتبارسنجی شد. نتایج نشان داد که دقت همه معادلات تجربی افزایش یافته و معادله کوینکا با 0/16 =  NRMASE و 0/63 = R2 به عنوان مناسب‏ترین معادله برای تخمین ضریب تشت و تبخیر- تعرق مرجع (0/18=NRMASE;0/85=R2). برای منطقه فسا انتخاب شد. آنالیز حساسیت نشان داد که به ترتیب داده های سرعت باد (U)، رطوبت نسبی (RH)، فاصله تشت از پوشش گیاهی (F)، شیب منحنی فشار بخار اشباع (∆)، ساعت آفتابی (n)، و فشار هوا (P) بیشترین تاثیر را در تخمین ضریب تشت تبخیر دارد. با استناد به نتایج آماری و تحلیل حساسیت، معادله ای برای برآورد ضریب تشت در منطقه فسا و سایر مناطق دارای اقلیم یکسان با آن منطقه استخراج شد.

    کلید واژگان: ضریب تشت, معادلات تجربی, آنالیز حساسیت, پنمن- مانتیث- فائو}
    M.J Amiri*, M. Bahrami, M. Mousavi Poor, A. Shabani

    Class A pan evaporation method as one of the most common methods for reference evapotranspiration (ET0) estimation has been widely used in the world due to its simplicity, relatively low cost, and ability to estimate daily ET. In this study, the performance of 8 empirical methods consisting of Allen and Pruitt (1991), Cuenca (1989), Snyder (1992), modified Snyder, Pereira, et al. (1995), Orang (1998), Raghuwanshi and Wallender (1998), and FAO/56 were analyzed to estimate class A pan coefficient and ET0 at Fasa synoptic station located in Fars province. The calculated pan evaporation coefficients from the above equations were compared with measured pan evaporation coefficients which were obtained from the ratio of evapotranspiration calculated by the FAO-Penman-Monteith method to the rate of evaporation from the pan. The results showed that all empirical methods did not predict pan coefficient values well (R2 < 0.3 and NRMSE > 0.25). The comparison results between ET0 from empirical methods and ET0 obtained from FAO-Penman–Monteith indicated that the FAO/56 method had the best performance (R2 = 0.72 and NRMSE = 0.3). To increase the accuracy of empirical pan coefficient equations, these equations were modified with eight years (2007-2015) of meteorological data from the Fasa synoptic station and validated using two years of independent data (2015-2017). The results showed that the accuracy of all empirical models was improved and the Cuenca equation with NRMSE = 0.16 and R2= 0.63 was selected as the best equation for pan coefficient estimation and ET0 (R2 =0.85; NRMSE =0.18) in Fasa region. The sensitivity analysis revealed that the estimated pan coefficient is more sensitive to wind speed, followed by relative humidity, fetch distance, the slope of the saturation vapor pressure curve, sunshine hours, and air pressure. According to statistical results and sensitivity analysis, an equation was expanded for the Fasa region and other areas with the same climate.

    Keywords: Pan coefficient, Empirical equations, Sensitivity analysis, FAO Penman–Monteith}
  • محمد رفیع رفیعی*، داریوش رسولی، مسیح ذوالقدر، مهدی مهبد
    مقدمه

    مدل سازی بارش-رواناب یکی از روش های مهم در مطالعه هیدرولوژی و مدیریت زیست محیطی به ویژه در مناطق شهری است که در آن سیل های ناگهانی خسارات مالی و جانی قابل توجهی را به دنبال دارد. بر این اساس، مدل های مختلفی برای شبیه سازی سیل شهری توسعه داده شده است که از بین آنها انتخاب بهترین آنها در ادبیات مورد توجه قرار گرفته است.

    روش

    دقت مکانی و زمانی مدل هیدرولوژیکی SWMM در قالب سه نرم افزار EPA SWMM و ASSA و Bently SewerGEMS V8i و مدل های SCS TR-55، SCS TR-20، Rational، Dekalb Rational، Santabarbara UH در قالب نرم افزار ASSA و مدل SCS UH در قالب نرم افزار Bently SewerGEMS V8i جهت برآورد هیدروگراف و دبی پیک رواناب در منطقه مطالعاتی بررسی گردید. مدل ها با به کارگیری داده های عمق و سرعت رواناب اندازه گیری شده در سه نقطه ازشبکه در سه واقعه بارندگی، واسنجی و با استفاده از سه واقعه مجزای دیگر، اعتبارسنجی شده اند. شاخص های ارزیابی عبارتند از: ضریب ناش-ساتکلیف، ضریب بایاس، ضریب تعیین و ریشه مربع خطا.

    یافته ها

    از بین مدل های مورد بررسی، مدل های SWMM در قالب هر سه نرم افزار بیشترین دقت را در شبیه سازی رواناب داشته اند. مدل SWMM در قالب نرم افزار EPA SWMM بالاترین دقت را در شبیه سازی شکل کلی هیدروگراف و دبی اوج رواناب داشته و سپس به ترتیب مدل SWMM در قالب نرم افزار SewerGEMS V8i و ASSA دقت بیشتری داشته اند. بر اساس روش های پارامتر جزیی و ضریب همبستگی اسپیرمن، بیشترین حساسیت خروجی مدل به ترتیب در درصد مناطق نفوذ ناپذیر، عرض معادل، ضریب مانینگ مناطق نفوذ ناپذیر، عمق چالابی مناطق نفوذ ناپذیر، درصد مناطق غیر قابل نفوذ بدون ذخیره چالابی، عمق چالابی مناطق نفوذ پذیر و شماره منحنی نفوذ مشاهده گردید. مدل به ضریب زبری مناطق نفوذ پذیر حساسیت نشان نداد.

    نتیجه گیری

    نتایج حاکی از آن است که مدل EPA SWMM  نسبت به سایر مدل ها، دقت بیشتری در شبیه سازی رواناب در منطقه مطالعاتی داشته و می تواند جهت طرح های مدیریت رواناب حوضه های شهری مشابه مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: رواناب شهری, واسنجی و اعتبار سنجی مدل های شبیه سازی سیلاب شهری, تحلیل حساسیت}
    Mohammad Rafie Rafiee *, Dariush Rasouli, Masih Zolghadr, Mehdi Mahbod
    Introduction

    Rainfall-runoff modeling is considered one of the important methods in the study of hydrology and environmental management, especially in urban areas, in which sudden floods lead to significant financial and human losses. Thereupon, various models have been developed for urban flood simulation, among which selecting the best, is of significant consideration in the literature.

    Methods

    Runoff peak flow and hydroghs measured in three nodes of an urban drainage network were applied for both spatial and temporal evaluation of the SWMM hydrological model in EPA SWMM, ASSA and Bently SewerGEMS V8i softwares. Other rainfall-runoff models also evaluated were SCS TR-55, SCS TR-20, Rational, Dekalb Rational, Santabarbara UH models (in ASSA software) and SCS UH model (in SewerGEMS V8i software). The models were calibrated considering the measurements during three precipitation events, and then validated by the measured data of three other events. The Nash-Sutcliffe coefficient along with the BIAS coefficient, the Coefficient of Determination and the Root Mean Square Error were used as the efficiency indicators.

    Findings

    The measured runoff peak flow and hydrograph were most compatible with those simulated by SWMM models of EPA SWMM, SewerGEMS V8i and ASSA softwares, respectively. Regarding the results of the partial parameter and the Spearman correlation coefficient methods, model outputs were most sensitive to the percentage of impervious areas, equivalent width, roughness coefficient of impervious areas, the depth of depression of impervious and pervious areas, the percentage of impervious areas without surface storage and the curve number, respectively. The model was not sensitive to the roughness of the permeable areas. The results suggest EPA SWMM as the software with more reliable simulation results for runoff management projects in the study area and urban basins alike.

    Keywords: Agriculture, Urban runoff, Calibration, validation, urban flood simulation models, Sensitivity analysis}
  • مهنوش جناب، هادی رمضانی اعتدالی*، پیمان دانشکار
    کاهش میزان بارندگی، افزایش خشکسالی و توسعه کشاورزی در سال‎های اخیر منجر به افزایش مصرف آب زیرزمینی و افت روزافزون سطح ایستابی شده است. در این مطالعه با استفاده از نسخه 10 نرم افزار GMS، وضعیت آبخوان دشت قزوین در دو حالت پایدار برای مهر 1397 و ناپایدار از مهر 1397 تا شهریور 1398 مدلسازی گردید. آنالیز حساسیت مدل نسبت به پارامترهای هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه انجام شده و پس از واسنجی و صحت سنجی مدل این پارامترها تعیین گردید. آنالیز حساسیت مدل نسبت به این دو پارامتر نشان می‎دهد که مدل حساسیت بیش تری نسبت به تغییرات هدایت هیدرولیکی در مقایسه با تغییرات آبدهی ویژه دارد. ریشه میانگین مربعات خطا در حالت پایدار و ناپایدار به ترتیب 84/0 و 06/1 متر ، میانگین خطای مطلق به ترتیب 66/0و 75/0 متر و ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده نیز به‎ترتیب 00007/0 و 0009/0 به دست آمد که نشان از دقت بالای شبیه سازی مدل دارد. مقدار متوسط هدایت هیدرولیکی در محدوده آبخوان 06/14 متر بر روز و آبدهی ویژه 064/0 تخمین زده شد. سپس سطح آب زیرزمینی در 6 سناریوی تغییر سیستم‎های آبیاری (حفظ وضعیت موجود، افزایش سطح آبیاری تحت فشار، تغییر سیستم‎ها به سطحی، تغییر سیستم‎ها به بارانی، تغییر سیستم‎ها به قطره‎ای و آبیاری با راندمان 100 درصد) شبیه‎سازی گردید. نتایج نشان داد با فرض ثابت بودن برداشت آب زیرزمینی و عدم وجود پدیده فرونشست، در سناریوی آبیاری سطحی، سطح آب زیرزمینی در بالاترین حالت خود با آب برگشتی 30 درصد و در شرایط آبیاری قطره‎ای در پایین ترین حالت خود با میزان آب برگشتی 6/3 درصد قرار خواهد گرفت.
    کلید واژگان: آب برگشتی, آبدهی ویژه, آنالیز حساسیت, هدایت هیدرولیکی, GMS}
    Mahnoosh Jenab, Hadi Ramezani Etedali *, Peyman Daneshkar
    The decrease in rainfall, the increase in drought and the development of agriculture in recent years have led to an increase in the consumption of underground water and an increasing decline in water levels. In this study, using version 10 of GMS software, the condition of Qazvin Plain aquifer was modeled in two stable states for October 2017 and unstable from October 2017 to September 2018. The sensitivity analysis of the model was performed with respect to the parameters of hydraulic conductivity and specific yield, and these parameters were determined after calibration and validation of the model. The sensitivity analysis of the model with respect to the two mentioned parameters shows that the model is more sensitive to changes in hydraulic conductivity compared to changes in specific yield. The root mean square error in stable and unstable state was 0.84 and 1.06 m, respectively, and the absolute mean error was 0.66 and 0.75 m, respectively, which shows the high accuracy of the model simulation. The average value of hydraulic conductivity in the aquifer area was estimated as 14.06 m/day and specific drainage was 0.064. Then the underground water level in 6 scenarios of changing the irrigation systems (maintaining the existing situation, increasing the irrigation level under pressure, changing the systems to surface, changing the systems to rain, changing the systems to drip and irrigation with 100% efficiency) was simulated. The results showed that assuming that the underground water extraction is constant, in the surface irrigation scenario, the underground water level will be at its highest level with 30% return water and in drip irrigation conditions at its lowest level with 3.6% return water.
    Keywords: Return Water, Specific yield, Sensitivity analysis, Hydraulic conductivity, GMS}
  • مهدی سلامی، بهزاد قربانی، مهدی رادفر*، حسین صمدی بروجنی
    تلفات تبخیر از سطح آزاد آب در سدهای مخزنی، یکی از فرایندهای مهم در هواشناسی و هیدرولوژی می باشد. هریک از روابط تجربی برآورد تبخیر با توجه به شرایط آب و هوایی هر منطقه مورد تایید قرارگرفته است. به همین دلیل واسنجی روابط برآورد تبخیر در مناطق مختلف لازم است. سطح وسیع مخزن سد چغاخور واقع در استان چهارمحال و بختیاری (16 کیلومترمربع در رقوم نرمال) باعث شده تبخیر از سطح آزاد آب پارامتری تاثیرگذار در برنامه ریزی منابع آب حوضه محسوب گردد. در این تحقیق از روش های تجربی مه یر، مارسیانو، شاهتین، هنفر، ایوانف و سازمان عمران اراضی آمریکا (USBR) برای بررسی تبخیر از سطح آزاد آب سد چغاخور استفاده شد و نتایج آن ها با مقادیر واقعی تبخیر از سطح آزاد آب مقایسه گردید. روش میانگین ایوانف و USBR در محاسبه تبخیر ماهانه با ضریب تعیین 89/0، RMSE 6/21 و MBE 4/0- و روش میانگین مه یر و شاهتین در محاسبه تبخیر روزانه با ضریب تعیین 67/0،RMSE  01/1 و  MBE0.16 به عنوان بهترین روش برآورد تبخیر از سطح دریاچه چغاخور، انتخاب گردیدند. نتایج تحلیل حساسیت روش های مورد استفاده در این تحقیق، حساسیت کم مدل های برآورد تبخیر روزانه به پارامتر سرعت باد را نشان می دهد، به عبارت دیگر روشی که برای سرعت باد سهم کمتری را در نظر گیرد نتایج بهتری را در برآورد تبخیر به همراه دارد.
    کلید واژگان: تحلیل حساسیت, تبخیر, سطح آزاد آب, سد چغاخور}
    Mahdi Salami, Behzad Ghorbani, Mahdi Radfar *, Hosein Samadi Borojeni
    Evaporation losses from free surface water in reservoir dams are one of the important processes in meteorology and hydrology. Each experimental methods estimates the evaporation based on the climatic conditions of each region. For this reason, calibration of the relationship between evaporation estimates in different regions are required (Vanzyl et al., 1989). experimental methods are common in engineering sciences. Most scholars, by modifying experimental methods and discovering new relationships, try to find a simple and high-level relationship to replace with the field methods. More than 50 experimental relationships have been proposed for estimating evapotranspiration by various researchers (Naorem and Devi, 2014). Despite the importance of evaporation in hydrology, less attention has been paid to it. However, with the correct estimation, it can be applied in water resource planning with fewer errors (Saadatkhah et al., 2002).In this research, the experimental methods of Mayer, Marciano, Shahthin, Henfer, Ivanov and USBR have been used to study the evaporation from the free surface of the Choghakhor lake, located in Chaharmahal and Bakhtiari province of Iran. The results have been compared with actual evaporation values from the free surface.
    Keywords: Sensitivity analysis, Evaporation, free water surface, Choghakhor lake}
  • Danlu Guo *, Arash Parehkar, Dongryeol Ryu, Andrew Western
    Introduction
    Irrigation water is an expensive and limited resource. Previous studies show that irrigation scheduling can boost efficiency by 20-60%, while improving the water productivity by at least 10%. A key aspect of irrigation scheduling is accurate estimation of crop water use and soil water status, which often require modelling with good information on soil, crop, climate and field management. However, this input information is often highly uncertain. Our study aims to obtain a comprehensive understanding of uncertainties in irrigation scheduling that arise from individual model inputs, from which identifying the key contributor of uncertainty. Our study aims to understand the uncertainty in model-based irrigation scheduling and the key model inputs that contribute to this uncertainty. To achieve this, we first performed a comprehensive literature review to identify the key sources and the expected ranges of uncertainty in individual model inputs. Secondly, a global sensitivity analysis was conducted to quantify the influence of each model input on the total uncertainty of the modelled irrigation scheduling decision, across 14 climatically different locations in Australia.
    Materials and Methods
    To achieve this, we used a global sensitivity analysis to assess the relative importance of the uncertainty in each model input to the total uncertainty in output. This analysis focused on the modelled irrigation scheduling (summarized with irrigation amount per day during an irrigation cycle) with a single-bucket soil water balance model following the Food and Agriculture Organisation (FAO). The key input variables required by the model include weather data, crop parameters (i.e., crop coefficient and root depth), soil parameters (plant available water capacity) and management factors (depletion factor).
    Results
    To define the uncertainty in each model input, we first performed a comprehensive literature review to summarize the key sources of uncertainty in estimating each of these model inputs, and the expected range of uncertainty in the data of each input. Based on these uncertainty ranges, we ran the global sensitivity analysis with the soil water scheduling model. In this analysis, a large number of random samples were drawn for each input variable within its expected range of uncertainty, to produce ensemble simulations of soil water status and thus irrigation scheduling decisions. The total uncertainty in these scheduling decisions were then analysed with respect to that of each input variable, to establish the relative importance of the uncertainty in individual input variables. The sensitivity analysis was performed at 14 climatically different locations in main irrigation districts across Australia to provide a comprehensive understanding of sensitivity.
    Conclusions
    Our results highlight the crop coefficient as the most important contributor to the total uncertainty in irrigation scheduling simulation, across different climate zones in Australia. The uncertainty in crop coefficient can be potentially reduced by better representation of its spatial and temporal variation, as well as considering alternative approaches such as remote sensing estimates. Our findings are useful to inform the future direction of research to improve irrigation scheduling in Australia. Further, our modelling approach is transferable to other irrigation regions to better understand the uncertainties associated with irrigation scheduling and the key data sources that lead to these uncertainties.
    Keywords: Irrigation scheduling, Soil water balance, Sensitivity analysis, Uncertainity, Water productivity}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال