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 « calibration » در نشریات گروه « آبخیزداری، بیابان، محیط زیست، مرتع »

تکرار جستجوی کلیدواژه «calibration» در نشریات گروه «کشاورزی»
  • فائزه جعفری، حمیدرضا مرادی*، علی باقری
    مقدمه و هدف

    تغییر اقلیم به‎ صورت مستقیم روی مولفه ‎های هیدرولوژیک و منابع آبی تاثیرگذار است و جریان خروجی از حوضه را تحت تاثیر قرار می‎دهد. محاسبه میزان تغییرات احتمالی در مقادیر بارش و رواناب نقش مهمی در سیاست‎گذاری و برنامه ریزی منابع آب در شرایط تغییر اقلیم خواهد داشت. در این پژوهش شبیه‎ سازی رواناب حوزه‎ های آبخیز شرق استان مازندران (تالار، تجن، نکارود و بابل‎رود) تحت تاثیر تغییر اقلیم در دوره زمانی آتی (2040-2021) مورد بررسی قرار گرفت.

    مواد و روش‎ها: 

    برای بررسی تغییر اقلیم، از یکی از مدل‎های گردش عمومی جوی- اقیانوسی با نام HadGEM2 تحت سناریوهای اقلیمی (RCP 2.6 و RCP 8.5) استفاده شده است. برای ریزمقیاس نمایی داده ‎های اقلیمی از مدل Lars-WG طی سه مرحله کالیبره کردن داده ها، ارزیابی داده‎ها و تولید داده‎های هواشناسی برای دوره آتی استفاده شد. برای این‎منظور از داده ‎های روزانه بارش، بیشینه و کمینه دما و ساعات آفتابی ایستگاه‎های منتخب چهار حوضه در دوره فعلی (2016-1997) استفاده و مدل برای دوره پایه اجرا شد. پس از اطمینان از توانایی مدل Lars-WG در شبیه ‎سازی داده‎ های هواشناسی از طریق مقایسه داده‎های تولید شده توسط مدل HadGEM2 و داده ‎های مشاهداتی موجود در دوره پایه، این مدل جهت تولید داده‎ های آتی با استفاده از سناریوهای اقلیمی (RCP 2.6 و RCP 8.5) اجرا شد و مقادیر روزانه داده‎های اقلیمی بارش، بیشینه و کمینه دما و ساعات آفتابی 40 سال آینده (2021-2060) تولید و شبیه‎سازی شد. برای شبیه‎سازی جریان در دوره آتی و بررسی اثر تغییر اقلیم بر رواناب، از مدل هیدرولوژیکی IHACRES که یک مدل پیوسته مفهومی- دینامیکی برای شبیه‎ سازی بارش-رواناب در مقیاس حوضه است، با استفاده از سناریوهای اقلیمی استفاده شد. به این منظور، داده ‎های بارش، دمای میانگین و دبی روزانه دوره فعلی (2016-1997) چهار حوضه وارد نرم‎افزار IHACRES شد. سپس دو دوره زمانی 2008-1997 و 2016-2009 به‎ترتیب برای واسنجی و اعتبارسنجی به‎ منظور تعیین عملکرد مدل IHACRES در توانایی شبیه‎ سازی دبی دوره آتی انتخاب شد. پس از واسنجی و اعتبارسنجی، داده‎های اقلیمی تولید شده توسط مدل HadGEM2 وارد IHACRES شد و سری روزانه دبی برای دوره آتی (2040-2021) پیش‎بینی شد. سپس میانگین سالانه دبی‎های مشاهداتی در دوره فعلی و دبی‎های شبیه ‎سازی شده در دوره آتی تحت سناریوهای RCP 2.6 و RCP 8.5 و همچنین متوسط 20 ساله رواناب در ایستگاه ‎ها در دوره آتی با دوره مشاهداتی مقایسه و ارزیابی شد.

    یافته‎ ها:

     یافته‎ های حاصل از بررسی تغییر اقلیم نشان داد در هر چهار حوضه، میانگین ماهانه دمای کمینه و دمای بیشینه در تمامی ماه ‎های سال دوره آتی در هر دو سناریو RCP 2.6 و RCP 8.5 نسبت به دوره فعلی (2016-1997) افزایش یافت. میانگین ماهانه بارش در هر دو سناریو نسبت به دوره فعلی روند ثابتی ندارد و در ماه‎های مختلف متفاوت است. یافته ‎های حاصل از پیش‎بینی رواناب نشان داد تغییرات دبی حوضه‎ها تحت شرایط تغییر اقلیم نسبت به دبی دوره فعلی، ثابت نیست که دلیل آن می‎تواند ثابت نبودن روند تغییرات بارش دوره آتی نسبت به دوره فعلی باشد. همچنین در برخی سال‎ها در دوره آماری آتی علی‎رغم افزایش میانگین بارش، دبی در دوره آینده کاهش می‎یابد که احتمالا دلیل آن‎را می‎توان به افزایش دما در دوره آتی بر اثر تغییر اقلیم ارتباط داد. اما در مورد افزایش دبی علی‎رغم کاهش میانگین بارش آن سال، یکی از دلایل آن می‎تواند امکان رخداد بارش‎های با شدت بالا یا رگباری در آن سال موردنظر باشد که باعث افزایش میزان دبی شده است. متوسط 20 ساله دبی پیش ‎بینی شده در ایستگاه‎ های منتخب حوضه تالار، تجن و نکارود در دوره آتی برای هر دو سناریو RCP 2.6 و RCP 8.5 نسبت به دوره فعلی کاهش داشته است، اما در ایستگاه منتخب حوضه بابلرود، این مقدار در سناریو RCP 2.6 نسبت به دوره فعلی افزایش داشته است. در ایستگاه پل سفید در حوضه تالار، دبی شبیه‎ سازی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 6/18 و سناریو RCP 8.5 برابر با 6/12 متر مکعب بر ثانیه به ‎دست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 7/41 مترمکعب بر ثانیه می‎باشد، کاهش نشان می‎دهد. در ایستگاه سلیمان تنگه در حوضه تجن دبی پیش‎بینی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 7/33 و سناریو RCP 8.5 برابر با 7/29 متر‎مکعب بر ثانیه به‎دست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 9/82 مترمکعب بر ثانیه می‎باشد، کاهش یافته است. در ایستگاه سفیدچاه در حوضه نکارود دبی شبیه‎سازی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 3/85 و سناریو RCP 8.5 برابر با 3/72 مترمکعب بر ثانیه به‎دست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 4/10 مترمکعب بر ثانیه می‎باشد، کاهش می‎یابد. اما در ایستگاه بابل در حوضه بابل‎رود، دبی تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 11/40 مترمکعب بر ثانیه پیش‎بینی شد که نسبت به دبی دوره مشاهداتی که برابر با 11/34 مترمکعب بر ثانیه می‎باشد، افزایش یافته است، در صورتی‎که دبی تحت سناریو RCP 8.5 با مقدار برابر با 11/22 مترمکعب بر ثانیه کمتر از دبی مشاهداتی شبیه‎ سازی شد.

    نتیجه‎ گیری:

     به‎ طور کلی تاثیر تغییرات اقلیمی بر منابع آب یکی از چالش‎های پیش‎روی برنامه‎ریزان منابع آب است و می‎تواند پیامدهای جدی را متوجه اکوسیستم‎ها و جوامع کند. بر اساس یافته‎های پژوهش و اهمیت آثار تغییر اقلیم در وضعیت هیدرولوژی حوضه‎های منطقه مطالعاتی، اعمال سیاست‎های مناسب به‎منظور مدیریت پایدار منابع آب ضروری است.

    کلید واژگان: تغییر اقلیم, شبیه‎ سازی رواناب, مدل ریزمقیاس نمایی Lars-WG, مدل هیدرولوژیکی IHACRES, واسنجی
    Faeze Jafari, Hamidreza Moradi*, Ali Bagheri
    Background

    Climate change directly impacts hydrological components, water resources, and watershed outflow. Calculating the amount of possible changes in rainfall and runoff will play an important role in the policy-making and planning of water resources under climate change conditions. In this research, runoff simulation in the eastern watersheds of Mazandaran province (Talar, Tajan, Nekarood, and Babolrood) was investigated under the impact of climate change in the future period (2021-2040).

    Methods

    In this research, one of the atmospheric-ocean general circulation models, named HadGEM2, was used under climate scenarios (RCP 2.6 and RCP 8.5) to investigate climate change. The Lars-WG model was used for the downscaling of climate data during three stages of data calibration, data evaluation, and meteorological data generation for the future period. This purpose was achieved using the daily data of rainfall, maximum and minimum temperatures, and sunshine hours of the selected stations of four watersheds in the current period (1997-2016), and the model was implemented for the base period. After ensuring the ability of the Lars-WG model to simulate meteorological data by comparing the data produced by the HadGEM2 model and the observational data of the base period, this model was implemented to generate future data using climate scenarios (RCP 2.6 and RCP 8.5). The daily values of the climate data of rainfall, maximum and minimum temperatures and sunshine hours were produced and simulated for the next 40 years (2021- 2060). Runoff simulation in the future period and the effect of climate change on runoff were investigated with the IHACRES hydrological model, which is a continuous conceptual-dynamic model for simulating rainfall-runoff at the watershed scale, using climate scenarios. For this purpose, the daily data of rainfall, mean temperature, and discharge of the current period (1997-2016) in four watersheds were introduced into the IHACRES software. Then, the 1997-2008 and 2009-2016 periods were selected for calibration and validation, respectively, to determine the ability of the IHACRES model to simulate future runoff. After calibration and validation, the climate data produced by the HadGEM2 model were introduced into IHACRES, and the daily series of discharge was predicted for the future period (2021-2040). Then, the annual average of the observed discharges in the current period and the simulated discharges in the future period under the RCP 2.6 and RCP 8.5 scenarios, as well as the 20-year average runoff in the stations in the future period, were compared and evaluated with the observation period.

    Results

    The results of the climate change investigation showed that mean monthly minimum and maximum temperatures in all months of the future period would increase in all four watersheds in both scenarios RCP 2.6 and RCP 8.5 compared to the current period (1997-2016). Compared to the current period, the mean monthly rainfall in both scenarios does not have a constant trend and is different in various months. The results of the runoff simulation show that the changes in the discharge of the watersheds under the effect of climate change are not constant compared to the discharge of the current period. This could be attributed to the inconsistency of the trend of changes in the precipitation of the future period compared to the current period. Despite the increase in the average rainfall, the discharge will decrease in some years in the future period, which can probably be related to the increase in temperature in the future period due to climate change. Despite the decrease in the average rainfall of that year, the increase in discharge could be caused by, for example, the possibility of heavy rains or showers in that year, thereby increasing the amount of discharge. Compared to the current period, the 20-year mean of the predicted discharge has decreased in the selected stations (Talar, Tajan, and Nekarood watersheds) in the future period for both scenarios. In the station considered for the Babolrood watershed, however, this value has increased in the RCP 2.6 scenario compared to the current period. In the Polsefid station of the Talar watershed, the simulated discharge under the RCP 2.6 and RCP 8.5 scenarios was equal to 6.18 and 6.12 m3/s, respectively, which shows a decrease compared to the observed discharge of 7.41 m3/s. In the Soleimantange station of the Tajan watershed, the predicted discharge under the RCP 2.6 and RCP 8.5 scenarios was equal to 7.33 and 7.29 m3/s, respectively, which has decreased compared to the observed discharge of 9.82 m3/s. In the Sefidchah station of the Nekarood watershed, the simulated discharge under the RCP 2.6 and RCP 8.5 scenarios was equal to 3.85 and 3.72 m3/s, which reveals a decline compared to the observed discharge of 4.10 m3/s. In the Babol station of the Babolrood watershed, however, the discharge under the RCP 2.6 scenario was predicted to be equal to 11.40 m3/s, which has increased compared to the discharge (11.34 m3/s) during the observation period. Under the RCP 8.5 scenario, it was simulated with a value of 11.22 m3/s, less than the observed discharge.

    Conclusion

    In general, the impact of climate change on water resources is one of the major challenges facing water resources planners and can have serious consequences for ecosystems and communities. Based on the findings of the research and the importance of climate change effects on the hydrological conditions of the watersheds in the study area, it is necessary to apply appropriate policies for the sustainable management of water resources.

    Keywords: Calibration, Climate Change, IHACRES Hydrological Model, Lars-WG Downscaling Model, Runoff Simulation
  • مجید رجبی جاغرق، سید محمد موسوی بایگی*، سید علیرضا عراقی، هادی جباری نوقابی

    محصولات ماهواره ای تنها منبع داده موجود با پوشش فضایی مناسب است، با این وجود، داده های آن ها بر مقادیر مشاهداتی منطبق نبوده و دارای انحراف است، هرچند این عدم تطابق به طور دقیق قابل رفع نیست، با این حال، یک راه حل کاهش سوگیری، واسنجی داده هاست. در حال حاضر، تکنیک های یادگیری ماشین برای بهبود دقت پیش بینی انواع مختلف پدیده های آب و هوایی به کار گرفته می شوند، لذا حل رگرسیونی مسائلی از این قبیل از طریق روش های مبتنی بر یادگیری ماشین و آموزش عمیق بسیار کارآمد است. باراش روزانه 19 ایستگاه باران سنج ثبات وزارت نیرو بین سال های 2010 تا 2021 میلادی استخراج شد و در مقابل مقادیر متوسط پیکسل های بارش روزانه متناظر آن ها در پایگاه داده ERA5 قرارگرفت. به منظور واسنجی داده ها، از سه الگوریتم D-Tree، KNN و MLP استفاده شد. دامنه تغییرات ضریب همبستگی در MLP، D-Tree و KNN به ترتیب برابر [0.87, 0.98]، [0.75, 0.97] و [0.4, 0.87] است. هم چنین این دامنه تغییرات برای RMSE در MLP بین 7/0 تا 4/2 میلی متر در روز متغیر بوده و این تغییرات برای D-Tree و KNN به ترتیب بین 8/0 تا 2/2 و 2/1 تا 5/2 محاسبه شده اند. در 75 درصد ایستگاه ها RMSE در الگوریتم های MLP، D-Tree و KNNبه ترتیب کم تر از 5/1، 9/1 و 2/2 میلی متر در روز است. دامنه تغییرات سوگیری در MLP، [18/0، 6/0- میلی متر در روز] بوده و این دامنه تغییرات برای D-Tree و KNN به ترتیب [16/0، 5/0 میلی متر در روز] و [6/0، 8/0- میلی متر در روز] محاسبه شده اند. سوگیری داده های اصلاحی و مقادیر مشاهده شده، در الگوریتم های MLP، D-Tree و KNN برای میانه ایستگاه ها به ترتیب برابر 09/0-، 11/0- و 16/0- میلی متر در روز است. ارزیابی عملکرد سه الگوریتم یادگیری ماشین (MLP، D-Tree و KNN) در تصحیح بارش روزانه پایگاه داده ERA5 و مقایسه شاخص های آماری CC، RMSE و سوگیری برای داده های بازتولید شده نسبت به مقادیر زمینی نشان داد که در هر سه شاخص آماری الگوریتم MLP نسبت به دوالگوی دیگر بهتر عمل نموده و از دقت مناسبی برای تصحیح بارش روزانه برخوردار است.

    کلید واژگان: پایگاه داده, شاخص های آماری, یادگیری ماشین, واسنجی
    Majid Rajabi Jaghargh, Seyed Mohammad Mousavi Baygi*, Seyed Alireza Araghi, Hadi Jabari Noghabi

    Satellite products are the only available data source with adequate spatial coverage, however, their data do not match the observed values ​​and have biases, although this discrepancy cannot be fixed precisely, however, a solution to reduce the bias is data recalibration. Currently, machine learning techniques are used to improve the accuracy of forecasting various types of weather phenomena, so regression solving such problems through methods based on machine learning and deep learning is very efficient. The daily precipitation of 19 rain gauge stations of the Ministry of Energy between 2010 and 2021 was extracted and compared to the average values ​​of their corresponding daily precipitation pixels in the ERA5 database. To measure the data, three algorithms D-Tree, KNN, and MLP were used. The range of changes of correlation coefficient in MLP, D-Tree, and KNN is equal to [0.87, 0.98], [0.75, 0.97], and [0.4, 0.87], respectively. In addition, the range of changes for RMSE in MLP varies from 0.7 to 2.4 mm per day, and these changes for D-Tree and KNN are calculated between 0.8 to 2.2 and 1.2 to 2.5, respectively. In 75% of stations, RMSE in MLP, D-Tree, and KNN algorithms is less than 1.5, 1.9, and 2.2 mm per day, respectively. The range of bias changes in MLP is [0.18, -0.6 mm per day] and this range of changes for D-Tree and KNN is respectively [0.16, 0.5 mm per day] and [0.6, -0.8 mm per day] have been calculated. The bias of corrected data and observed values ​​in MLP, D-Tree, and KNN algorithms for the middle of the stations is -0.09, -0.11, and -0.16 mm per day, respectively. The evaluation of the performance of three machine learning algorithms (MLP, D-Tree, and KNN) in correcting the daily precipitation of the ERA5 database and the comparison of CC, RMSE, and bias statistical indices for the reproduced data compared to ground values ​​showed that in all three statistical indices, the MLP algorithm works better than the others and has good accuracy for correcting the daily precipitation.

    Keywords: Calibration, Database, Statistical Indicators, Machine Learning
  • فاطمه زندی، محمد بشیرگنبد*
    مقدمه و هدف

    با توجه به حجم زیاد فعالیت های انسانی و تجاری یکی از مهم ترین اهداف زیرساخت ها، جمع آوری و انتقال رواناب های شهری، مهار سیلاب و جلوگیری از آب گرفتگی در شهرها است. به منظور برآورد صحیح رواناب و خصوصیات واحدهای آب شناخت و کانال ها به کارگیری مدل های مناسب آب شناختی و آبی مهم است. با توجه به اهمیت موضوع، این پژوهش با هدف برآورد رواناب شهری ملایر به منظور تعیین نقاط احتمالی سیل گرفتگی با استفاده از مدل مدیریت طوفان آب (SWMM) انجام شد.

    مواد و روش ها

    بر پایه ی گزارش های فنی موجود، ابتدا محدوده ی زیر آبخیز ها، گره ها و کانال های اصلی شهر تعیین شد. با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی جهت جریان و شیب منطقه تعیین شد و 11 عدد زیر آبخیز شناسایی شد. همچنین با صرف نظر از اندازه ی ژرفای اولیه ی آب و سطح ماندابی 11 عدد گره تعیین شد. با استفاده از داده های بارش روزانه ایستگاه همدید ملایر در دوره ی آماری 2020- 1992، بارش نه ساعته با دوره ی بازگشت دو سال به عنوان بارش طرح محاسبه و وارد مدل شد. شکل هندسی کانال ها، مستطیل باز و از روش موج جنبشی برای روندیابی جریان در کانال ها استفاده شد. اندازه های بیشترین آب دهی عبوری کانال ها با استفاده از رابطه ی سطح مقطع جریان و سرعت جریان برای بارش طرح 9 ساعته با دوره ی بازگشت دو سال محاسبه شد. برای واسنجی مدل از متغیرهای درصد مناطق نفوذناپذیر، ذخیره ی چالابی و ضریب زبری مناطق نفوذناپذیر در بازه ی تغییر دامنه ی مجاز اصلاح استفاده شد. به منظور ارزیابی مدل از ضریب کارایی نش-ساتکلیف و ریشه ی میانگین مربعات خطا استفاده شد.

    نتایج و بحث

    نتایج نشان داد پس از بهینه سازی اندازه های متغیرها، ضریب کارایی نش-ساتکلیف و جذر میانگین مربعات خطا به ترتیب 0/73 و 0/02 بود. از کل بارش 14/54 میلی متری، اندازه ی 5/53 میلی متر مربوط به تلفات نفوذ، اندازه ی 7/55 میلی متر مربوط به رواناب سطحی و اندازه ی 1/45 میلی متر مربوط به ذخیره ی چالابی بود. نتایج نشان داد زیرآبخیز هایی که در شمال شهر و مشرف به بلندی ها بودند و به گره ی شماره ی 10 منتهی می شدند حجم و آب دهی رواناب بیش تری داشتند و لازم است در این منطقه در طراحی و گسترش کانال ها تجدیدنظر شود. همچنین زیر آبخیز های بخش غربی شهر (زیر آبخیز شماره ی 4) و بخش جنوب غربی (زیر آبخیز شماره ی 8) با 0/651 و 0/547 به ترتیب بیش ترین و کم ترین توان سیل خیزی را داشتند.

    نتیجه گیری و پیشنهادها

    در این پژوهش نتایج نشان داد تقریبا نیمی از شهر در رخداد بارش ها، تحت تاثیر خطرهای سیلاب قرار خواهند گرفت. ازاین رو شبکه ی زهکشی کنونی کارایی لازم برای تخلیه رواناب شهری در بخش شمال شهر را ندارند و تعیین ابعاد بهینه ی کانال ها ضروری است. به دلیل برف گیر بودن بلندی های شرقی منطقه ی مطالعه شده و با توجه به زمین شناسی آن پیشنهاد می شود از مدل هایی که توانایی محاسبه ی رواناب ناشی از ذوب برف را دارند در پژوهش های آتی استفاده شود.

    کلید واژگان: رواناب شهری, شهر ملایر, مدل سازی, SWMM, واسنجی
    Fatemeh Zandi, Mohammad Bashirgonbad *
    Introduction and Goal

    Due to the large volume of human and commercial activities, one of the most important goals of infrastructure is to collect and transfer urban runoff, control floods and prevent flooding in cities. To correctly estimate the runoff and characteristics of hydrological units and channels, it is important to use appropriate hydrological and water models. Considering the importance of this topic, this research was conducted with the aim of estimating the urban runoff of the Malayer to determine the potential flooding points using a storm water management model (SWMM).

    Material and Methods

    On the basis of available technical reports, the area of the sub-watersheds, nodes and main channels of the city were first determined. Flow direction and slope of the area was determined using a digital elevation model and 11 sub-watersheds were identified. In addition, 11 nodes were determined, regardless of the initial water depth and water level. Using the daily rainfall data of the Malayer synoptic station during the 1992–2020 statistical period, a nine-hour rainfall with a return period of 2 years was calculated and entered into the model. The geometrical shape of the channels was an open rectangle and the flow trend in the channels was determined using the kinetic wave method. The size of the maximum flow of water through the channels was calculated using the relationship between the cross-section of the flow and the speed of the flow a 9-hour the rainfall with a return period of 2 years. To calibrate the model, the variables of percentage of impervious areas, pond storage and roughness coefficient of impervious areas were used in the change range of the allowed modification range. In order to evaluate the model, Nash-Sutcliffe efficiency coefficient and the root mean square error were used.

    Results and Discussion

    The results showed that after optimizing the sizes of the variables, the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient and the root mean square error were 0.73 and 0.02, respectively. Of the total rainfall of 14.54 mm, 5.53 mm was related to infiltration losses, 7.55 mm was related to surface runoff, and 1.45 mm was related to pond storage. The results showed that the sub-watersheds that were in the north of the city and overlooking the heights and leading to node number 10 had more volume and drainage and it is necessary to revise the design and expansion of the channels in this area. In addition, the sub-watersheds of the western part of the city (sub-watersheds no. 4) and the southwestern part (sub-watersheds no. 8) had the highest and lowest flood potential of 0.651 and 0.547, respectively.

    Conclusion and Suggestion

    In this research, the results showed that almost half of the city would be affected by flood risks in the event of rains. Therefore, the current drainage network does not have the necessary efficiency to discharge urban runoff in the northern part of the city, and it is necessary to determine the optimal dimensions of the channels. Because the eastern elevations of the studied area are snow-covered and considering the geology of the area, in future research, models capable of calculating the runoff caused by snow melting should be used.

    Keywords: Calibration, Malayer city, modeling, SWMM, Urban runoff
  • Zahra Khanmohammadi, Emad Mahjoobi *, Saeid Gharechelou, Hamid Abdolabadi

    Runoff is a crucial hydrological variable that provides vital information for water resource management and planning. In this study, we used the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to simulate monthly runoff in the Neyshabur watershed, Khorasan Razavi province, for a ten-year period from 2000 to 2009. We considered all available rain gauges, synoptic, and evapotranspiration stations within and around the watershed. We calibrated the model parameters and coefficients using the SUFI2 algorithm in the SWAT-CUP software package. We found that the parameters related to the infiltration process, such as CH_K2, CN2, SOL_AWC, and REVAPMN, had the most significant impact on the runoff. We evaluated the model's performance during the calibration and validation periods using parameters such as P-factor, R-factor, Kling-Gupta efficiency (KGE), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), and coefficient of determination (R2). The simulation results showed good agreement with the observed monthly runoff for both the calibration and validation periods. The NSE and R2 values were 0.84 and 0.87, respectively, at the Zarande Andarab station during the calibration period, and 0.74 and 0.78, respectively, during the validation period. The Hosseinabad Jangal station showed even better performance, with NSE and R2 values of 0.93 and 0.93, respectively, during the calibration period, and 0.90 and 0.90, respectively, during the validation period. Comparing our results with previous studies in the same watershed, we found that utilizing a more comprehensive monitoring network and increasing the statistical period of the study can significantly enhance the model's performance and reduce uncertainties in the calibration and validation stages.

    Keywords: Calibration, KGE, NSE, SUFI2, SWAT-Cup
  • افسانه فرپور*، حسین خزیمه نژاد
    امروزه استفاده از مدل های هیدرولوژی، عمدتا برای شبیه سازی تغییرات منبع آب و سیلان (رواناب و تبخیر) ضروری به نظر می رسد. مدل سازی مناسب فرایندهای هیدرولوژیکی نیازمند تعیین پارامترهای مدل است. در فرایندهای واسنجی مقادیر پارامترهای مدل طوری برآورد می شوند که مدل به خوبی بتواند سامانه طبیعی را شبیه سازی کند. تخمین پارامترهای این گونه مدل ها عموما به صورت مستقیم به ‎دلیل تعداد بالای پارامترها غیرممکن است و لازم است، به کمک ابزار های بهینه سازی (واسنجی مدل) آن ها را برآورد کرد. در پژوهش حاضر، واسنجی پارامتر های مدل بارش-رواناب روزانه Hymod (یک مدل ساده مفهومی بارش-رواناب) با استفاده از الگوریتم نهنگ (WOA) که از نحوه جستجوی غذای نهنگ سرچشمه گرفته است، انجام شد. ارزیابی روش واسنجی مذکور با استفاده از داده های روزانه بارش و تبخیر و تعرق برای پنج سال و صحت سنجی آن نیز در پنج سال، در حوضه رودخانه لیف آمریکا انجام شد. مقادیر دبی شبیه سازی شده و مشاهده شده با کمک شاخص های ضریب همبستگی (R2)، خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) و ضریب ناش-ساتکلیف (NS) مقایسه شدند. مقادیر معیارهای سنجش خطا به ترتیب 0.91، 1.2 و 0.8 برای دوره واسنجی و 0.91، 2.5 و 0.83 برای دوره صحت سنجی به دست آمد. همچنین، پارامترهای محاسبه شده به کمک الگوریتم نهنگ، میزان بیشترین ذخیره رطوبتی در حوضه 216.95 میلی متر، تغییرات مکانی ذخیره رطوبت خاک 0.38، عامل توزیع بین دو مخزن رطوبتی 0.98، زمان ماندگاری در مخزن جریان آرام 0.08 روز و زمان ماندگاری در مخزن جریان سریع 0.47 روز است. بررسی مقادیر خطا نشان داد، الگوریتم بهینه سازی نهنگ کارایی بالایی در زمینه واسنجی مدل های بارش-رواناب دارد.
    کلید واژگان: حوزه آبخیز رودخانه لیف, مدل بارش-رواناب, مدیریت آبخیز, واسنجی, WOA
    Afsane Farpour *, Hosein Khozeymenezhad
    Today, the use of hydrological models is mainly necessary to simulate changes in water source and flow (runoff and evaporation). Proper modeling of hydrological processes requires the determination of model parameters. In calibration processes, the values ​​of the model parameters are estimated so that the model can simulate a natural system well. It is generally impossible to estimate the parameters of such models directly due to the large number of parameters and it is necessary to estimate them with the help of optimization tools (model calibration). In the present study, the parameters of the daily Hymod rainfall-runoff model (a simple conceptual rainfall-runoff model) were calibrated using the Whale algorithm (WOA), which is derived from the way whale food is searched. The evaluation of the mentioned calibration method was performed using daily precipitation, evapotranspiration and transpiration data for 5 years and its validation was performed in 5 years in the Leaf River Basin of the United States. The simulated and observed flow rates were compared using correlation coefficient (R2), root mean square error (RMSE) and Nash-Sutcliffe coefficient (NS). The values ​​of error measurement criteria were 0.91, 1.2 and 0.8 for the calibration period and 0.91, 2.5 and 0.83 for the validation period, respectively. Also, the parameters calculated using the whale algorithm, the maximum moisture storage in the area of 216.95 mm, spatial variation of soil moisture storage 0.38, the distribution factor between the two moisture tanks 0.98, the shelf life in the laminar tank 0.08 days and Shelf life in fast flow tank is 0.47 days. Examination of error values ​​showed that the Whale Optimization Algorithm has high efficiency in calibrating rainfall-runoff models.
    Keywords: Calibration, Leaf River Watershed, Precipitation-Runoff Model, Watershed management, WOA
  • فاطمه آخونی پورحسینی، کیومرث ابراهیمی*، محمدحسین امید

    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, واسنجی
    Fatemeh Akhoni Pourhosseini, Kumars Ebrahimi*, MohammadHossein Omid

    The 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
  • رضا فرد، مهدی وفاخواه*، حمیدرضا مرادی

    کیفیت مکانی مدل رقومی ارتفاع اثر زیادی در شبیه سازی جریان با استفاده از مدل نیمه توزیعی SWAT دارد. بر این اساس هدف این مطالعه ارزیابی اثر دقت مکانی سه نوع لایه مدل رقومی ارتفاع با دقت های مکانی 10، 50 و 200 متر بر نتایج شبیه سازی دبی روزانه در حوزه آبخیز ارازکوسه واقع در حوزه آبخیز گرگانرود، استان گلستان می باشد ابتدا مدل با استفاده از مدل رقومی ارتفاع با دقت مکانی 10متر و داده های اقلیمی سال 1376 تا 1392 اجراء شد به طوری که سال 1376 تا 1377 برای گرم کردن مدل، سال های 1378 تا 1387 برای واسنجی و سال های 1388 تا 1392برای اعتبارسنجی مدل استفاده شدند. در دوره واسنجی نتایج ضریب تعیین در بازه 0/40 تا 0/60 و نمایه کارآیی نش-ساتکلیف در بازه 0/37 تا 0/58 بدست آمد. هر دو نمایه در مرحله اعتبارسنجی نسبت به مرحله واسنجی مقدار کاهشی داشتند. نتایج نمایه PBIAS برای مدل های رقومی ارتفاع با دقت مکانی 10 و 50 متر نشان دهنده بیش تخمینی مدل و برای مدل رقومی ارتفاع با دقت مکانی 200 متر نشان دهنده کم تخمینی مدل بود. نتایج پژوهش نشان داد که برای شبیه سازی دبی در مقیاس زمانی روزانه برای حوزه آبخیز ارازکوسه بهترین دقت مکانی 50 متر می باشد.

    کلید واژگان: اعتبارسنجی, حوزه آبخیز ارازکوسه, دقت مکانی, مدل بارش-رواناب, واسنجی, SUFI-2
    Reza Fard, Mehdi Vafakhah*, Hamidreza Moradi

    The spatial quality of the Digital Elevation Model (DEM) has a great effect on the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) semi-distributed model. The purpose of this study was to evaluate the effect of spatial accuracy of three DEMs with spatial resolutions of 10, 50 and 200 m on the results of daily discharge simulation in the Arazkuseh subwatershed located in Gorganroud watershed, Golestan province, Iran. To do this, after-mentioned DEMs was obtained.  First, the model was run using a DEM with a spatial resolution of 10 m and climate data from 1998 to 2013. So that 1998 to 2000 were used to warm-up the model, 2001 to 2009 to calibrate and 2010 to 2013 to validate the model. In the validation period, the results of coefficient of determination ranged from 0.40 to 0.60 and Nash-Sutcliffe efficiency criteria ranged from 0.37 to 0.58. Both criteria had a decreasing value in the validation phase compared to the calibration phase. The PBIAS criteria was negative for DEMs with 10 and 50 m spatial resolution, respectively which indicates overestimation, and positive value ​​for DEM with 200 m spatial resolution, which represents the overestimation of the model. The results showed that the spatial resolution of 50m is the best spatial resolutions to simulate the discharge on a daily time scale for Arazkuseh watershed.

    Keywords: Arazkuseh watershed, calibration, rainfall-runoff model, spatial resolution, SUFI-2, validation
  • علیرضا واعظی*، اولدوز بخشی راد

    شماره منحنی یکی از روش های رایج برای برآورد رواناب سطحی در حوزه های آبخیز است. عدم قطعیت در برآورد رواناب غالبا به دلیل پیش فرض آن برای نسبت نگهداشت اولیه است l= 0.2 مطالعه حاضر به منظور ارزیابی دقت روش شماره منحنی در برآورد رواناب در برخی از زیرحوضه های رود ارس شامل لیوار، کلاله و شکرعلی چای در منطقه نیمه خشک شمال غرب ایران انجام گرفت. مقادیر رواناب بر اساس داده های ایستگاه های هیدرومتری برای دوره 30 ساله (از سال 1366 تا 1396) استخراج و با مقادیر برآوردی مدل مقایسه شد. برآورد رواناب برای هر زیرحوضه با استفاده از حداکثر ظرفیت نگهداشت آن (S) انجام شد. بر اساس نتایج، میانگین رواناب سالانه در زیرحوزه های لیوار، کلاله و شکر علی چای 4/ 6، 45 /1 و 5/ 9 میلی متر است. ضریب کارایی روش شماره منحنی در زیرحوزه های لیوار، کلاله و شکرعلی چای به ترتیب 44/ 0-، 25/ 0- و 27/ 0- درصد بود. کاربرد این روش منجر به بیش برآوردی در مقادیر کوچک رواناب و کم برآوردی در مقادیر بزرگ رواناب شد. واسنجی مدل با اصلاح نسبت نگهداشت اولیه به 08/ 0، ضریب کارایی مدل را به ترتیب 95، 96 و 93 درصد بهبود داد. بر این اساس واسنجی مدل برای پیش بینی مطلوب رواناب در زیرحوضه های ارس و حوضه های مشابه ضروری است.

    کلید واژگان: رواناب سطحی, مدیریت حوزه آبخیز, منطقه نیمه خشک, نسبت نگهداشت اولیه
    AliReza Vaezi*, Ouldouz Bakhshi Rad

    The SCS-curve number is one of the common methods to estimate drirect runoff in the watershed scale. There is often an uncertainty in predicting runoff in many areas due to to the model’s assumption on the initial abstraction ratio (l= 0.20). This study was conducted to evaluate the accuracy of SCS-CN method in estimating runoff in some semi-arid subbasins of the Aras river consits of the Livar, Kalaleh and Shekaralichay in northwest of Iran. Runoff values were obtained from hydrometery stations for a 30-year period from 1987-2017) and compared with the estimated values which were determined using the maximum retention capacity (S). Based on the results, mean annual runoff in the Livar, Kalaleh and Shekaralichay subbasins is is 6.4, 1.45 and 9.5 mm, respectively. The model accuracy of the Livar, Kalaleh and Shekaralichay was -0.44, -0.25 and -0.27 percent, respectively. It showed over-estimations for small runoff values and down-estimation for large values. The model was calibrated usingthe revision of the initial abstraction ratio value (l= 0.08) and the model accuracy improved to 95, 96 and 93 percent, respectively. As a conclution, the calibration of l is essential to acuurate prediction of runoff in the the Aras river and similar basins.

    Keywords: Surface runoff, Watershed Management, Semi-arri region, Initial abstraction ratio, Calibration
  • حسن فتحی زاد*، محمدعلی حکیم زاده اردکانی

    آب های زیرزمینی یکی از مهمترین منابع آبی هستند که مطالعه کیفی آن ها برای حفاظت و برنامه ریزی منابع آب بسیار مهم است. همچنین اندازه گیری پارامترهای کیفی آب زیرزمینی پر هزینه و زمان بر است. مدل ها هزینه برآوردهای کیفی آب را کاهش داده و بانک اطلاعاتی برای مدیریت منابع آب ارایه می دهند. در این پژوهش کارایی مدل های شبکه عصبی مصنوعی و جنگل تصادفی در پیش بینی مقادیر هدایت الکتریکی، نسبت جذب سدیم، سولفات و کل مواد جامد محلول آب زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی کیفی نمونه ی آب زیرزمینی، 201 حلقه چاه (داده های وابسته) شبکه پایش شرکت آب منطقه ی استان یزد در سال 1395 و داده های محیطی (داده های مستقل) شامل: داده های زمین شناسی، کاربری اراضی، شاخص های پوشش گیاهی، شاخص های شوری خاک، مشتقات حاصل از مدل رقومی ارتفاعی، فاصله از معادن، فاصله از جاده، فاصله از رودخانه، فاصله از نقاط مسکونی، بارندگی و جمعیت استفاده شده است. نتایج مدل سازی پارامترهای هدایت الکتریکی، نسبت جذب سدیم، سولفات و کل مواد جامد محلول با استفاده از مدل های شبکه عصبی مصنوعی و جنگل تصادفی نشان دهنده دقت مناسب مدل شبکه عصبی مصنوعی در پیش بینی این پارامترها است به طوری که نقشه نهایی پارامترهای هدایت الکتریکی، نسبت جذب سدیم، سولفات و کل مواد جامد محلول آب زیرزمینی را به ترتیب با ضریب تبیین 82/0، 92/0، 92/0 و 97/0 پیش بینی کرده است و این در حالی است که مدل جنگل تصادفی پارامترهای هدایت الکتریکی، نسبت جذب سدیم، سولفات و کل مواد جامد محلول آب زیرزمینی را به ترتیب با ضریب تبیین 37/0، 65/0، 80/0 و 68/0 پیش بینی نموده است. پارامترهای هدایت الکتریکی، نسبت جذب سدیم، سولفات و کل مواد جامد محلول در شمال، مرکز و جنوب غربی دارای بالاترین مقدار و در جنوب شرقی و جنوب غربی دارای پایین ترین مقدار می باشند. با انتخاب نوع و تعداد مناسب عوامل ورودی و نیز استفاده از نوع مناسب و سازگار شبکه عصبی مصنوعی و نیز کالیبره کردن مناسب آن می توان گفت که این تکنیک ابزاری بسیار کارا و مناسب برای برآورد پارامترهای هدایت الکتریکی، نسبت جذب سدیم، سولفات و کل مواد جامد محلول در دشت یزد-اردکان می باشد.

    کلید واژگان: حفاظت و برنامه ریزی, داده های محیطی, دشت یزد-اردکان, ضریب تبیین, کالیبره
    Hassan Fathizad *, MohammadAli Hakimzadeh Ardakani
    Introduction

    Groundwater resources are one of the main natural resources that support socio-economic development of countries (Siebert et al., 2010). Management and protection of groundwater resources is of great importance in countries such as Iran, which are located in arid and semi-arid regions without surface water resources. Therefore, resource conservation, in addition to short-term and long-term planning, is essential to optimizing their productivity (Abu-Khalaf et al., 2013). These natural resources face a variety of issues that threaten their sustainability, such as the effects of climate change, human activities and natural processes (Alabjah et al., 2018; Baghvand et al., 2010; Burri et al., 2019; El Asri et al., 2019; Houemenou et al., 2020; Mountadar et al., 2018). Considering the great importance of recognizing the quality characteristics of groundwater in desert areas and the need for its proper management, predicting groundwater quality for the management and exploitation of water resources in the Yazd-Ardakan plain seems urgent. Therefore, the aim of this study was to evaluate and compare the efficiency of artificial neural network and random forest models in predicting EC, SAR, SO4- and TDS values. In this research, modeling will be done based on the relationship between environmental (auxiliary) data and groundwater quality parameters.

    Materials and Methods

    The study area is spread over ​​482900 ha of land, which in terms of position is 53° 08´ 36˝ and 54° 85´ 32˝ E longitude, is located in the central plateau of Iran and the central part of Yazd province. The maximum height of the area is 2677 m and the minimum height is 997 m from the sea level. To evaluate the quality of groundwater sample, 201 wells of the monitoring network of Yazd Regional Water Company in 2016, the measured parameters EC, SAR, SO4- and TDS were used. The factors of environmental (auxiliary) data in this research include geological data, land use, vegetation indices, soil salinity indices, derivation of digital elevation model, distance from mines, distance from road, distance from river, distance from residential areas, rainfall and population.After preparing the groundwater quality parameters and environmental data, the values of EC, SAR, SO4- and TDS were predicted using artificial neural network and random forest models. In order to validate the random forest model, the cross-validation method (10-fold) was used in R statistical software. In this method, the data is divided into 10 parts. 9 parts of the data are used for modeling and the remaining part is used to validate the obtained model. MAE, RMSE and R2 statistical indices were used to evaluate the efficiency of artificial neural network and random forest models for groundwater parameters.

    Results and Discussion

    In this research, in simulating EC, SAR, SO4- and TDS parameters, the best structure obtained from 100 repetitions of artificial neural network learning has 2 hidden layers and 10 hidden neurons in each layer. The results of random forest sensitivity analysis show the high importance of the parameters extracted from the DEM. The use of satellite image data to investigate the groundwater quality parameters is also a convenient and cost-effective method. Furthermore, combining satellite data with DEM to investigate groundwater quality parameters and their zoning makes the results more efficient and increases its accuracy. A very important point in the analysis of parameters is the important role of parameters such as distance from the road and distance from the mines. This indicates the direct effect of man-made environmental factors on the groundwater quality of the study area. The results of modeling the EC, SAR, SO4- and TDS parameters using artificial neural network and random forest models show the appropriate accuracy of the artificial neural network model in predicting these parameters. Accordingly, the neural network model has predicted the parameters of EC, SAR, SO4- and TDS of groundwater with coefficient of determination of 0.82, 0.92, 0.92 and 0.97, respectively, while the model Stochastic forest has predicted EC, SAR, SO4- and TDS parameters of groundwater with coefficients of determination of 0.37, 0.65, 0.80 and 0.68, respectively. Based on the obtained results, it can be concluded that the artificial neural network model has a higher accuracy than the random forest model in predicting groundwater quality parameters. EC, SAR, SO4- and TDS parameters have the highest values in the north, center and southwest, and the lowest values in the southeast and southwest.

    Conclusion

    It can be said that the technique is highly efficient for estimating EC, SAR, SO4 and TDS parameters in Yazd-Ardakan plain as long as a proper and a sufficient number of input elements, a proper and compatible artificial neural network, and an appropriate calibration are used.

    Keywords: Calibration, Coefficient of Determination, Environmental data, Protection, planning, Yazd-Ardakan Plain
  • سعید نبی پی لشکریان*، محمود عرب خدری، صمد شادفر
    فرسایش تشدید شده ی خاک و تولید رسوب زیاد از دشواری های مهم در بسیاری از منطقه های ایران است. شناسایی فراگیر منطقه های بحرانی برای کاهش دادن اثر بد آن با کنش های حفاظت خاک و آبخیزداری، ضرورت دارد. با توجه به نبود ایستگاه اندازه گیری در خروجی آبخیزهای کوچک، مدل های تجربی ابزار مناسبی برای برآورد کردن فرسایش خاک و رسوب دهی است. یکی از روش های متداول در ایران مدل توان فرسایش است. هدف اصلی این تحقیق تطبیق دادن شرایط نرم افزار با طبیعت و جمع بندی نتیجه ی به دست آمده در منطقه های برگزیده ی کشور است. 63 آبخیز در نه استان که پژوهش رسوب دهی در آن انجام شده بود برای مقایسه با مقدار برآوردشده انتخاب شد. برای محاسبه ی رسوب دهی آبخیز ها، لایه های اطلاعاتی لازم برای مدل توان فرسایش بررسی، و امتیاز داده شد. مقایسه ی نتیجه ها نشان داد که در بیش تر زیرآبخیزها برآورد های مدل (0/19 تا 9/71 تن بر کیلومتر مربع در سال) کم تر از مقدار رسوب اندازه گیری شده ی آبگیرها (0/44 تا 459/64 تن بر کیلومتر مربع در سال) است. واسنجی مدل با اصلاح ضریب های جدول های مدل توان فرسایش در قالب دو حالت ممکن کل آبخیزها و پس از تقسیم به سه منطقه ی جغرافیایی انجام شد، که سبب بهبود فراوان برآوردها شد. ضریب کارآیی نش-ساتکلیف برای همه ی آبخیز ها 0/66، و برای منطقه های مرکزی، زاگرس، و شمال شرقی به ترتیب 0/68، 0/5 و 0/89 به دست آمد. به همین دلیل توصیه می شود که مدل توان فرسایش اولیه به کار برده نشود، و از مدل با ضریب اصلاح شده بهره برده شود.
    کلید واژگان: بند کوتاه, رسوب دهی, فرسایش خاک, مدل توان فرسایش, واسنجی
    Saeed Nabipay- Lashkarian *, Mahmood Arabkhedri, Samad Shadfar
    Accelerated soil erosion and high sediment production are important issues in many parts of Iran. The identification of high erosion risk regions is necessary for the planning of soil and water conservation measures in order to reduce erosion damages. Empirical models are required for estimating soil erosion and sediment yield in the absence of gauged small watersheds. The Erosion Potential Method (EPM), originally developed in Croatia, is a popular erosion estimating model in Iran; however, its efficiency across the country has not been thoroughly assessed. Therefore, a calibration study was carried out by comparison between the model the estimated and measured sediment yields through sediment survey for 63 reservoirs at the outlet of small catchments in the Semnan, Markazi, Isfahan, Chaharmahal va Bakhtiari, West Azarbaijan, Lorestan, Fars, Golestan, and the Khorasan Razavi Provinces. All required maps and information of the study basins for estimating the EPM sediment yield were produced via field survey as well as data analysis. Comparison of the results showed that in most cases, the model estimates (0.19 to 9.71 tons per square kilometer per year) are lower than the measured sediment yields ​​at the reservoir inlets (0.44 to 459.64 tons per square kilometer per year). Thus, we calibrated the EPM by modifying its original tables and evaluated the results using the Nash‐Sutcliffe efficiency coefficient in two scenarios, a, all basins, and b, after dividing into three geographical zones, which significantly improved the estimates. The Nash ‐ Sutcliffe efficiency coefficient for scenario a was 0.66, and 0.68, 0.50 and 0.89 for the Central, Zagros, and Northeast zones, for scenario b respectively. Based on the results, it is strongly recommended to use the modified EPM instead of the original model.
    Keywords: Calibration, EPM model, sediment yield, small dam, soil erosion
  • فاطمه بالویی، سعید سلطانی کوپائی*

    امروزه به دلیل افزایش رشد جمعیت، اقدامات مدیریتی نادرست و عدم نظارت بر روند تخریب پوشش اراضی سبب شده بسیاری از حوزه های آبخیز در معرض تخریب شدید قرار گیرند که این امر خود منجر به افزایش رواناب و رسوب می گردد. در این مطالعه، هدف بررسی تاثیر تغییر کاربری اراضی/پوشش بر نوسانات آب های سطحی در حوزه آبخیز دویرج بود. به منظور تهیه نقشه های کاربری اراضی/پوشش از تصاویر ماهواره لندست مربوط به سه سال 1373، 1384 و 1393  استفاده شد. برای مدل سازی بارش_رواناب از مدل رایانه ای  SWAT   استفاده گردید؛ سپس با استفاده از نرم افزار  SWAT_CUP     کارایی مدل افزایش یافت. بررسی عملکرد مدل با استفاده از آماره های   NS،R2، P_FACTOR   و  R_FACTOR   صورت گرفت. پس از انجام واسنجی و اعتبارسنجی مقادیر این ضرایب به ترتیب برای دوره واسنجی برابر 58 /0، 60 /0، 81 /0، 87 /0    و برای دوره اعتبارسنجی مدل برابر    56 /0، 57 /0، 81 /0 و 89 /0  به دست آمد. بررسی میزان رواناب سالانه نشان داد تغییر کاربری جنگل و مرتع به زمین  بایر از سال   1373 تا 1393  موجب افزایش رواناب خروجی از مقدار91/ 3 تا 85 /5 مترمکعب بر ثانیه در حوضه شده است.

    کلید واژگان: تغییر کاربری اراضی, رواناب سطحی, دویرج ایلام, مدل سازی, سنجش از دور, واسنجی, اعتبارسنجی
    Fateme Balouei, Saeed Soltani Kopaei*

    Today population growth, inaccurate management practices and land degradation processes have caused many watersheds to be severely degraded, leading to increased runoff and sediment. In this study, the aim of the study was to investigate the effect of land use change on surface water fluctuations in the Doiraj watershed. Landsat satellite imagery was used for three periods of 1995, 2006, and 2015, it was found that the major changes occurred with decreasing forest and rangelang  levels and increasing land barren. For modeling rainfall-runoff, a SWAT computer model was used. Then, using the SWAT_CUP model, The performance of the model was evaluated using statistics, NS, R2, P_FACTOR and R_FACTOR. After calibration and validation, the values of these coefficients were 0.58, 0.60, 0.81, 0.87 for the calibration period and 0.56, 0.57, 0.81 and 89 for the validation period of the model, respectively was obtained. Annual runoff estimation indicated that changes in forest, pasture and wasteland land use from 1995 to 2015 increased the outflow runoff the basin from 3.91 to 5.85 m3 / s.

    Keywords: landuse Change, Surface Runoff, Doiraj of Ilam, Modeling, Remote Sensing, Calibration, Validation
  • سکینه دامادی، عبدالحمید دهواری، محمدرضا دهمرده قلعه نو*، محبوبه ابراهیمیان

    مدل های هیدرولوژیک، نمایش ساده شده ای از سامانه واقعی آبخیز هستند، که به مطالعه درباره عملکرد حوزه در واکنش به ورودی های گوناگون و فهم بهتر فرآیندهای هیدرولوژی کمک می کنند. مدل HEC-HMS از مهم ترین مدل های هیدرولوژیکی برای برآورد حجم و دبی سیلاب حوز ه های آبخیز می باشد. در این پژوهش از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS برای شبیه سازی فرآیند بارش-رواناب حوز ه آبخیز سرباز در استان سیستان و بلوچستان  استفاده گردید و هیدروگراف سیلاب برای دوره های بازگشت مختلف محاسبه شد. برای انجام پژوهش در ابتدا با استفاده از نقشه مدل ارتفاعی رقومی (DEM) و با کمک برنامه های الحاقی Arc Hydro و HEC-Geo HMS مدل حوضه و زیرحوضه ها تهیه شد. از تلفیق نقشه های کاربری اراضی و گروه هیدرولوژیکی خاک در محیط ARC GIS ، نقشه شماره منحنی برای حوضه مورد مطالعه بدست آمد که نتایج حاصل از شماره منحنی نشان می دهد این حوزه دارای نفوذپذیری کم و از طرفی حجم رواناب بالایی می باشد. نتایج نشان داد که سازگاری خوبی بین حداکثر دبی های لحظه ای مشاهداتی آماری و شبیه سازی شده در خروجی حوزه وجود دارد. مقادیر شاخص کارایی مدل در مرحله اعتبارسنجی با ضریب ناش-ساتکلیف و مجذور میانگین مربعات خطا به ترتیب برابر با 0/90 و 16/37 است که نشان دهنده ی کارایی بالای مدل در برآورد دبی اوج در حوضه و زیرحوضه ها می باشد.

    کلید واژگان: حوضه, دبی, سیلاب, مدل HEC-HMS, واسنجی
    Sakineh Damadi, Abdolhamid Dehvari, Mohammad Reza Dahmardeh Ghaleno*, Mahboobeh Ebrahimian

    Hydrological models are simplified representation of the real basin system, which helps to assess basin function in response to different inputs and better understanding of hydrological processes. The HEC-HMS model is one of the most important hydrological models for Flood estimating volumes and discharge in watersheds. In this research, the HEC-HMS hydrologic model was used to simulate the runoff flow in the Sarbaz river basin in Sistan and Baluchestan province. For this, basin and sub-basins models were prepared using the Digital Elevation Model (DEM) map and using Arc Hydro and HEC-geo HMS extensions. Next, through integration of land use maps and soil hydrologic groups in the Arc GIS, the curve number map for the studied basin was obtained. The results suggest that this basin has low permeability and high runoff volume. The results showed that there is a good consistency between observed and simulated hydrographs at the basin outlet and values of model efficiency index at the validation stage with Nash-Sutcliffe efficiency and were 0.90 and 16.37respectively which indicates the high efficiency of the model in estimating peak flow in basins and sub-basins. Also, according to the results, in this basin, as returns period increases, the runoff volume and basin discharge will be increased.

    Keywords: Basin, Calibration, Discharge, Flood, HEC-HMS model
  • رضا بدیع زادگان، سعیدرضا خداشناس*، کاظم اسماعیلی

    براساس معیارهای شهری و مدیریت کلان شهرها، یکی از مسایل مهم، کنترل رواناب های سطحی و هدایت آن ها به سمت کانال های زهکشی می باشد. به این منظور و برای اطلاع از عکس العمل حوضه های آبخیز شهری و شبیه سازی پدیده بارش-رواناب در این حوضه ها، از مدل های نرم افزاری استفاده می شود. از این رو با توجه به اطلاعات کم بارش و رواناب، در حوضه های شهری، معمولا این مدل ها بدون واسنجی و یا با واسنجی های غیر واقعی به کار گرفته می شوند که باعث می شود که نتایج از واقعیت دور باشد. در این تحقیق با استفاد از داده های واقعی ایستگاه هواشناسی شمال تهران و ایستگاه هیدرومتری مقصودبیک (رزگنده)، نرم افزارSWMM  مورد واسنجی و صحت سنجی قرار گرفت و پارامترهای ورودی به مدل، به دست آمدند. برای کالیبراسیون این مدل از سه رویداد بارندگی برای واسنجی مدل و از دو رویداد برای صحت سنجی آن استفاده شد. براساس اطلاعات به دست آمده از مقادیری شبیه سازی و مشاهداتی این رویداد های بارندگی، دبی بیشینه، حجم رواناب خروجی و زمان اوج سیلاب مورد مقایسه قرار گرفت. میزان RMSE برای هیدروگراف خروجی از حوضه زرگنده برای وقایع اول تا پنجم به ترتیب 05/0، 22/0، 4/0، 37/0 و 16/0 و ضریب NSC برابر با 91/0، 94/0، 93/0، 9/0 و 94/0 به دست آمد. همچنین میزان درصد اختلاف دبی بیشینه سیلاب، مدل سازی و مشاهداتی برای وقایع اول تا پنجم به ترتیب 33/7، 69/9، 8/5، 6/5، 93/9 و برای حجم رواناب این درصد اختلاف به ترتیب 82/8- ، 08/3- ، 8/8، 43/19- و11/5 به دست آمد. با توجه به این نتایج، عملکرد مدل SWMM در شبیه سازی رواناب های ناشی از بارندگی در این منطقه قابل قبول بوده و می تواند به جهت مدیریت و کنترل رواناب های شهری مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: ایستگاه هیدرومتری مقصودبیک, حوضه آبریز شهری, مدل بارش-رواناب SWMM, واسنجی و صحت سنجی مدل
    Reza Badizadegan, Saeed Reza Khodashenas *, Kazem Esmaili

    In this study SWMM software has been calibrated with real meteorological and hydrometric data at the North of Tehran basins and simulation parameters have been obtained. For this purpose, five rainfall events and runoff data related to these rainfalls, recorded at the outlet of Zargandeh catchment were used. This model is calibrated with three events and verified with two other events. Also, in this simulation the peaks of flood, outflow hydrographs, runoff volumes and peak flood times is obtained. The root mean square error are obtained for outlet hydrographs for the first to fifth events were 0.05, 0.22, 0.4, 0.37 and 0.16, and the Nash-Sutcliffe coefficient are obtained 0.91, 0.94, 0.93, 0.9 and 0.94, respectively. Also, the percentage of difference of the flood discharge peak modeling and observations for first to fifth events are calculated 7.33%, 9.69%, 5.8%, 5.6% and 9.93% and for runoff volume, this percentage difference are calculated -8.82%, -3.08%, 8.8%, -19.43% and 5.11%, respectively. Based on these results, the performance and application of this model to simulate runoff in this area is acceptable and can be used to manage and control urban runoff.

    Keywords: Rainfall-Runoff model, calibration, validation, Urban Catchment, SWMM model
  • فریبا زکی زاده، علیرضا مقدم نیا*، علی سلاجقه، عبدالله اردشیر

    در طی چند دهه گذشته با توجه به رشد جمعیت و توسعه شهری، رواناب شهری افزایش یافته و منجر به مشکلات مختلفی از جمله آبگرفتگی معابر سطح شهر، انتشار آلودگی های زیست محیطی و خطرات ناشی از گسترش سیلاب شده است. به منظور مدیریت رواناب شهری لازم است میزان رواناب به درستی برآورد گردد. از جمله مدل های پرکاربرد برای برآورد رواناب شهری مدل  SWMMاست. هدف تحقیق حاضر، ارزیابی کارایی مدل SWMM در شبیه سازی دبی جریان در حوزه آبخیز شهری در منطقه 22 تهران است. در ابتدا پارامترهای مورد نیاز مدل محاسبه شد. برای واسنجی و ارزیابی مدل، رواناب متناظر با سه واقعه بارندگی در خروجی حوزه اندازه گیری شد و با رواناب شبیه سازی شده توسط مدل مقایسه شد. نتایج به دست آمده از واسنجی مدل نشان داد که شبیه سازی دبی در هر دو واقعه مورد بررسی، انطباق خوبی با داده های مشاهده ای دارد. از فرآیند واسنجی برای برآورد مقدار بهینه پارامترهای ورودی مدل استفاده شد. نتایج ارزیابی مدل SWMM کارایی و دقت مدل را با مقدار نش ساتکلیف 72/ 0 تایید می کند. همچنین مقدارRSR  برای ارزیابی مدل 53/. به دست آمد که نشان دهنده قابل قبول بودن مدل است و نشان می دهد که مدل مذکور قابلیت شبیه سازی رواناب شهری را دارد و می توان از این مدل برای طرح های مدیریت رواناب شهری و طراحی شبکه زهکشی رواناب شهری منطقه مورد مطالعه استفاده نمود.

    کلید واژگان: تحلیل حساسیت, رواناب شهری, صحت سنجی, مدل SWMM, واسنجی
    Fariba Zakizadeh, Alireza Moghaddam Nia *, Ali Salajegheh, Abdollah Ardeshir

    Over the past few decades due to population growth and urban development, urban runoff has increased and led to different problems such as inundation of urban pathways, dissemination of environmental pollutions and flood hazards. In order to urban runoff management, it is necessary to estimate runoff rate correctly. SWMM is one of the most widely used models in estimating urban runoff. The goal of this research is to evaluate the performance of SWMM model in simulating flow rate in an urban watershed in District 22 of Tehran. At first, model required parameters were calculated. For model evaluation and validation, in three events, runoff was measured in the watershed outlet and was compared with simulated runoff. The model validation results showed that the simulated flow rates had good adaptation with the observed ones. The validation results were used for estimating optimum values of model input parameters. The results of SWMM model evaluation confirm model accuracy with NS= 0.72 and RSR= 0.53 and indicate the model ability in simulating urban runoff. So, SWMM model can be used for urban runoff management plans and designing urban runoff drainage networks in this area.

    Keywords: Sensitivity analysis, Urban Runoff, Verification, SWMM model, calibration
  • علیرضا معماری*، کریم سلیمانی، محمود حبیب نژاد روشن، علی گلکاریان

      هکتار در جنوب شهر مشهد واقع شده و محدوده مورد مطالعه، منطقه مسکونی شهرک پایداری مشهد با مساحت 6/95 هکتار در پایین دست زیرحوزه های M2، M3 و M4 می باشد. بدلیل دبی پیک زیاد سیلاب زیرحوزه های M2، M3 و M4 ، ظرفیت کانالهای انتقال شهری در منطقه شهرک پایداری کافی نبوده و پس از هر بارندگی، رواناب زیادی وارد مناطق مسکونی می شود. هدف از این پژوهش ارزیابی کارایی مدل EPASWMM در شبیه سازی رواناب می باشد. محدوده مطالعاتی به 12 واحد هیدرولوژیک (OUT1 الی OUT12) تفکیک شده وشبکه جمع آوری رواناب در قالب گره ها- کانالها وارد مدل شد. از چهار واقعه بارندگی برای ارزیابی و واسنجی مدل استفاده شده که در بخش واسنجی ، مقدار نمایه نش- ساتکلیف (NS) برای متغیر دبی در واقعه اول و سوم به ترتیب 94/0 و 92/0 و برای ارتفاع رواناب به ترتیب 9/0 و 86/0بوده و نشاندهنده بالابودن دقت شبیه سازی رواناب شهری با استفاده از مدل EPASWMM در هر دو متغیر می باشد. نتایج بخش ارزیابی مدل برای دو واقعه دوم و چهارم نشان می دهد که نمایه های (NS) و (R2) برای سه متغیر دبی، ارتفاع و سرعت رواناب به ترتیب از 78/0 تا 9/0 و 73/0 تا 89/0 متغیر بوده که نشاندهنده همبستگی زیاد داده های مشاهده ای و شبیه سازی شده می باشد. سناریوهای کاهش سیلاب در واحدهای هیدرولوژیکی با توجه به نتایج شبیه سازی بررسی شده و نتایج نشان داد که اتصال- گره های کد 5 ، 8، 11 و 12 ظرفیت انتقال رواناب در سرعتهای بالا را نداشته و بر اساس نتایج روندیابی مدل، تغییر ابعاد گره و کانال انجام شده است.

    کلید واژگان: ارزیابی, اتصال- گره, سیلاب شهری, واسنجی, هیدروگراف, مشهد
    Alireza Memari *, Karim Solaimani, Mahmood Habibnejad, Ali Golkarian

    Different models have been designed to simulate incoming floods into urban areas from rural areas, one of the models is the EPASWMM. Mashhad urban watershed with 8 inde-pendent subbasins and area of 2,472 hectares, located in south of Mashhad city . Study area is the residential area of Mashhad Paydari township (Area= 95.6 ha) that located below the M2, M3 and M4 subbasins. Due to high peak flood events in M2, M3 and M4 subbasins, the capacity of urban transmission channels in the Paydari township is’nt suf-ficient and after every rain, a lot of runoff enters the residential areas. The purpose of this research is evaluate the efficiency of EPASWMM model in simulating runoff. The study area was divided into 12 hydrological units (OUT1 to OUT12) and after determine of input parameters of the model, the runoff gathering network in the form of nodes-channels was introduced into the model. Four rainfall events were used to evaluate and calibrate the model with (NS), (RMSE) and (R2) coefficients. In the calibration section of the model, the value of the (NS) coefficient for discharge in the first and third events was 0.94 and 0.92 respectively and for runoff height, 0.9 and 0.86, respectively and indicates simulation accuracy of EPASWMM model in both parameters. The results of the model evaluation section for the second and fourth events shows that the NS and R2 coefficients for three parameters of discharge, height and runoff were from 0.78 to 0.9 and 0.73 to 0.89 and indicates a large correlation between observational and simulated data. Flood reduction scenarios in hydrological units have been investigated according to the simulation results.

    Keywords: Evaluation, Connection-node, Urban flood, Calibration, Hydrograph, Mashhad
  • سعید نبی پی لشکریان*، محمود عرب خدری، صمد شادفر

    فرسایش تشدیدی خاک و تولید و انتقال مقادیر زیاد رسوب از معضلات مهم بسیاری از مناطق کشور ایران است. برای کاهش اثرات سوء این معضل از طریق انجام اقدامات حفاظت خاک و آبخیزداری، اطلاع از میزان فرسایش خاک و تولید رسوب و به عبارتی شناسایی مناطق بحرانی ضرورت دارد. با توجه به فقدان ایستگاه اندازه گیری در خروجی آبخیزهای کوچک، مدل های تجربی ابزار مناسبی برای تخمین فرسایش خاک و رسوب دهی می باشند. یکی از این روش ها که بر اساس داده های رسوب مناطق مدیترانه ای ابداع شده، مدل تجربی نمره دهی فاکتوریل (FSM) است. بر همین اساس هدف اصلی این تحقیق، بررسی میزان هم خوانی برآوردهای این مدل تجربی و مقدار مشاهده ای رسوب در مناطق منتخب کشور می باشد. به همین منظور، 58 حوضه واجد اطلاعات رسوب دهی در استان های سمنان، مرکزی، اصفهان، چهارمحال و بختیاری، آذربایجان غربی، لرستان، فارس، گلستان و خراسان رضوی برای مقایسه با مقادیر برآوردی مدل انتخاب شدند. برای محاسبه رسوب دهی حوضه ها، لایه های اطلاعاتی لازم برای مدل FSM بررسی و امتیازهای مربوطه داده شد. مقایسه نتایج نشان داد که تمامی تخمین های مدل اصلی (قبل از واسنجی) چند برابر بیش تر از مقادیر رسوب اندازه گیری شده مخازن (44/0 تا 64/459 تن بر کیلومتر مربع در سال) هستند. به منظور اصلاح ضرایب، واسنجی در قالب دو سناریو، یک بار با کل داده ها و بار دیگر پس از تقسیم به سه منطقه جغرافیایی انجام گرفت که سبب بهبود قابل توجه برآوردها شد. به طوری که ضریب کارایی Nash‐Sutcliffe برای کل ایستگاه ها، 39/0 و برای مناطق مرکزی، زاگرس و شمال شرقی به ترتیب 51/0، 66/0 و 78/0 به دست آمدند. به همین دلیل توصیه می شود که از کاربرد مدل FSM بدون واسنجی خودداری شود. هم چنین، طبق نتایج به دست آمده می توان جمع بندی نمود که واسنجی منطقه ای مدل تجربی FSM، نتایج بهتری دارد.

    کلید واژگان: بند کوتاه, رسوب دهی, فرسایش خاک, واسنجی, مدل FSM
    Saeed Nabipay Lashkarian*, Mahmood Arabkhedri, Samad Shadfar

    Accelerated soil erosion and the production and transfer of large amounts of sediment are considered as one of the most important issues in many parts of Iran. Having enough knowledge on soil erosion and sediment production as well as identification of critical areas are necessary in order to reduce the adverse effects of this problem through soil and water conservation measures. Due to lack of gauge stations in the outlets’ of small watersheds, empirical models are considered as the proper tools for estimating soil erosion and sedimentation. One of these methods which was developed based on Meditranean sediment data, is the Factorial Scoring Model (FSM). Towards this, the main objective of this research is to compare estimated vs. observed sediment yields in some selected regions of Iran. For this purpose, 58 small chatchments equipped by reservoirs in their outlets were selected in Semnan, Central, Isfahan, Chaharmahal and Bakhtiari, West Azarbaijan, Lorestan, Fars, Golestan and Khorasan Razavi Provinces. The comparison of the results showed that all estimates of the original model (before calibration) are several times bigger than observed values obtained by surveying (0.44 to 459.44 t.km-2.y-1). In order to correct the model coefficients for Iran, calibration was performed in two scenarios; once using all data and in the second secenario after allocating data into three geographic regions, which in both cases resulted in significant improvement of estimates. The Nash‐Sutcliffe Efficiency coefficient for all catchments was 0.39, and for Central, Zagros and Northeast regions were 51.1, 0.66 and 0.78, respectively. Based on obtained findings, the application of original FSM must be avoided in study areas. Instead, we strongly recommend using calibrated models based on observational values for different geographic regions.

    Keywords: Calibration, FSM Model, sediment yield, small dam, soil erosion
  • سعید سروری*، محسن پوررضا، زهرا زراعتکار

    در دهه های اخیر مدل های مفهومی مختلفی ارایه شده است که این مدل ها همواره دارای پارامترهایی هستند که می بایست با توجه به داده های مشاهداتی مورد تخمین قرار گیرند. از طرف دیگر، یافتن مقادیر بهینه برای پارامترهای هر مدل شبیه سازی، کاری است که همواره با شک و تردید همراه می باشد. یکی از روش های عمده برای پیش بینی سیلاب، روش سازمان حفاظت خاک آمریکا (SCS) می باشد که توسط محققین زیادی مورد بازبینی و تغییر قرار گرفته است. هدف از تحقیق حاضر، واسنجی پارامترهای 1- روش اصلاحی CN، 2- مدل میشرا و سینگ، 3- روش قدیمی شماره منحنی هر سه نسخه مدل معروف SCS و مقایسه نتایج آن ها می باشد. با توجه به مشکل اعتماد و نقص در داده های حوضه های داخل کشور، حوضه معرف با کیفیت داده های بارش و رواناب ساعتی مورد قبول، واقع در جنوب شیلی با استفاده از الگوریتم فراکاوشی PSO مورد مطالعه قرار گرفت. مقادیر دبی شبیه سازی شده با استفاده از معیارهای خطای کلینگ گوپتا (KGE)، ضریب ناش- ساتکلیف (NS)، ضریب همبستگی (R2) و میانگین مربعات خطا (RMSE) مورد بررسی قرار گرفت. به طور خلاصه مقایسه نتایج مقادیر رواناب شبیه سازی شده و مشاهده شده با کمک معیارهای ارزیابی مدل، نشان ازکارایی بالاتر دو روش 1- میشرا و سینگ و 2- روش اصلاحی CN (KGE=0.91) در شبیه سازی بارش-رواناب بود که لزوم بازنگری جدی استفاده از روش های بارش-رواناب مرسوم مبتنی بر شماره منحنی را می طلبد.

    کلید واژگان: الگوریتم فراکاوشی PSO, سیلاب, شماره منحنی, مدل بارش-رواناب, واسنجی
    Saeed Sarvari*, Mohsen Pourreza, Zahra Zaraatkar

    In recent decades, due to the importance of watershed management programs and the need for adequate information and correct estimation of rainfall and runoff, many conceptual models have been proposed. These models have parameters that must be estimated according to observational data. However, finding the optimal values for the parameters of simulation models has always faced uncertainty. One of the main methods for evaluating and predicting floods is the soil conservation methods provided by the Soil Conservation Service (SCS). This study aims to calibrate model parameters for three modified SCS models, i.e. 1- the Mishra and Singh model, 2- curve number model, and 3- modified curve number (MCN) model, in a basin in southern Chile using the evolutionary PSO algorithm. Comparison of the results was carried out using performance criteria such as Kling Gupta Efficiency (KGE), Nash-Sutcliff coefficient (NS), and mean square error (RMSE). Results revealed that simulated runoff is more efficient in MCN and Mishra and Singh models with KGE = 0.91 in rainfall-runoff simulations.

    Keywords: Curve number, PSO evolutionary algorithm, Calibration, Rainfall-runoff modeling
  • ابوالحسن فتح آبادی*، مهناز کوه نشین، علی حشمت پور، معصومه فراستی

    در دهه های اخیر مدل های هیدرولوژیکی کاربرد گسترده ای در شبیه سازی فرایند بارش رواناب یافته اند. این مدل ها دارای مقادیر پارامترهای ثابت هستند که نیاز است با روش مناسب، مقادیر آن ها بهینه شوند. در واقع، کارایی مدل های هیدرولوژیک علاوه بر ساختار آن ها به مقادیر بهینه پارامترهای آن ها بستگی دارند. در این پژوهش، به بررسی کارایی سه روش بهینه سازی اتوماتیک شامل الگوریتم تکامل تصادفی جوامع، DDS و الگوریتم ژنتیک در بهینه سازی پارامترهای مدل یکپارچه HyMod در حوضه قورچای رامیان پرداخته شد. برای هر سه الگوریتم، سرعت رسیدن به هم گرایی و میزان تغییرات مقادیر بهینه شده مورد بررسی قرار گرفت. الگوریتم ژنتیک در تعداد اجرای کمتری به هم گرایی رسید و پس از آن، الگوریتم DDS در مرتبه بعدی قرار داشت. از نظر زمان اجرا به ازای هر تکرار، کمترین زمان مربوط به روش تکامل تصادفی جوامع و بیشترین زمان مربوط به روش الگوریتم ژنتیک بود. بیشترین نوسانات در جواب های بهینه شده مربوط به الگوریتم DDS و کمترین نیز مربوط به الگوریتم تکامل تصادفی جوامع بود که از این نظر، بهینه سازی با استفاده از روش تکامل تصادفی جوامع از ثبات بیشتری برخودار بود. با استفاده از تحلیل واریانس و مقایسه میانگین ها مشاهده شد، در روش تکامل تصادفی جوامع با افزایش تعداد جوامع تا 12 جمعیت عملکرد مدل بهتر شد که از این تعداد بیشتر، عملکرد الگوریتم بهبود پیدا نکرد. برای پارامتر alpha با افزایش مقدار آن، عملکرد الگوریتم بدتر شد و بهترین عملکرد الگوریتم مربوط به مقدار برابر با 0.58 بود. بر عکس پارامتر alpha، با افزایش پارامتر beta عملکرد الگوریتم بهتر شد و بهترین عملکرد در مقدار beta برابر با یک به دست آمد. برای الگوریتم ژنتیک مقادیر بهینه تعداد کروموزوم ها، نرخ تزویج و نرخ جهش به ترتیب برابر با 16، 0.2 و 0.3 به دست آمد.

    کلید واژگان: بارش رواناب, بهینه سازی اتوماتیک, حوضه قورچای رامیان, سرعت هم گرایی, واسنجی
    Aboalhasan Fathbabadi *, Mahnaz Kohneshin, Ali Heshmatpour, Masome Farasati

    During last decades hydrological models were extesively used in rainfall-runoff modeling. These models contain some constant parameters that must be optimized through appropraite mthods. In addation to model structur, the efficieny of hydrological models depend on these optimized parameters. In this study, the efficiency of three automatic optimizing algorithms including Dynamically Dimensioned Search (DDS), Shuffled Complex Evolution and Genetic algorithms in calibration lumped hydrological model HyMod in Ghorchay Ramian Catchment were investigated. For these mehods, convergence speed and variability of final optimized values were investigated. Results showed that Genetic algorithm converged faster than two other methods. Following, DDS algorithm converged faster than Shuffled Complex Evolution algorithm. Shuffled Complex Evolution and Genetic algorithms took shorter and longer time per each epock, respectively. Highest and the least variability of final results were obtained for DDS and Shuffled Complex Evolution algorithms, respectively. With respect to final results variability, Shuffled Complex Evolution algorithm was more satable and had better performance than other methods. Using analyse variance and comper means in Shuffled Complex Evolution algorithms for complexes less than 12, the model performance was increased as the number of complexe increased. As alpha value increased, the model performance decreased and model had the best performance at the value of 0.58. Conversely, model performance was increase as beta values increasd and the best perfromnce was obtained for beta equal to 1. For Genetic algorithm, the best performance was obtained when the value of values crossover, mutation and chromosome number was equal to 0.2 and 0.3 and 16, respectively.

    Keywords: Automatic optimizing, Calibration, Convergence speed, Ghorchay Ramian catchment, Rainfall-runoff
  • رحیم کاظمی*، جهانگیر پرهمت
    تعیین سهم جریان های زیرسطحی در جریان رودخانه، می تواند در تحلیل جریان رودخانه، مدل سازی بارش-رواناب و واسنجی مدل ها، مدیریت آب در شرایط کم آبی و تعیین میزان ذخیره آبخیز مفید باشد. در این پژوهش، تعداد 22 ایستگاه آب سنجی با آمار مناسب و دوره مشترک آماری سال های آبی1391-1361 انتخاب شدند. روند تغییرات جریان در طی ماه های سال برای کلیه ایستگاه های آب سنجی منطقه پژوهش ترسیم و خشک ترین ماه سال تعیین شد. سپس،  واسنجی شش الگوریتم رقومی برگشتی با استفاده از داده های دراز مدت خشک ترین ماه سال انجام و پس از به دست آوردن پارامترهای بهینه مدل ها، تفکیک جریان پایه برای کل دوره انجام و ارزیابی کارایی مدل ها با استفاده از شاخص ریشه میانگین مربعات خطا انجام شد. نتایج نشان داد که قسمت اعظم جریان رودخانه در منطقه مورد پژوهش، مربوط به جریان پایه است و کمینه، بیشینه و میانگین سالانه شاخص جریان پایه در کل دوره به ترتیب برابر با 0.48، 0.62 و 0.56 می باشد که نشان دهنده مشارکت بیش از 50 درصدی منابع آب های زیرسطحی در آب های سطحی حوضه های مورد پژوهش است. نتایج ارزیابی کارایی مدل ها با استفاده از شاخص ریشه میانگین مربعات خطا نشان داد که متوسط خطا در منطقه پژوهش، برای هر شش روش در محدوده 0.025 تا 0.044 است که کمترین آن متعلق است به روش لینه و هالک و بیشترین خطا، مربوط به فیلتر رقومی تک پارامتره می باشد. جمع بندی کلی نتایج فرایند واسنجی و بررسی روابط همبستگی بین داده های محاسباتی و اندازه گیری شده، نشان داد که بین داده های محاسباتی و اندازه گیری شده، همبستگی با ضریب تبیین بیش از 0.80 وجود دارد و روش واسنجی با داده های فصل خشک در غیاب روش های مبتنی بر ردیاب ها، به عنوان مناسب ترین روش واسنجی فیلتر های رقومی تفکیک جریان در منطقه مورد پژوهش پیشنهاد می شود.
    کلید واژگان: پارامتر فیلتر, جریان زیرسطحی, فصل خشک, منابع آب, واسنجی
    Rahim Kazemi *, Jahangir Porhemmat
    Understanding the base flow can be useful in river flow analysis, rainfall-runoff modeling, calibration of models, water resource management in low flow conditions and determination of the amount of water storage in watershed. In this research, 22 stations were selected with the appropriate data and common period of the years of 1982-2012. The trend of flow changes during the months of the year was determined for all hydrometric stations in the study area and the driest month was determined. Then, the calibration of six recursive digital algorithms was performed using the long-term data of the driest month of the year and after obtaining optimal parameters of the models, the base flow separation for the whole period was performed. The performance evaluation of the models was done using root mean square error. The results showed that the major part of the river flow in the study area was related to the base flow and the minimum, maximum and average annual base flow index for the whole period was equal to 0.48, 0.62 and 0.56, respectively, representing more than 50% of ground water contribution to stream flow of the studied watersheds. Results of the evaluation of the models using the root mean square error showed that the mean error in the research area for all the methods ranged from 0.025 to 0.044. The minimum was related to Lynie and Holick, and the maximum related to the One-parameter digital filter. Over all, conclusion of the results of the calibration process and investing the correlation between calculated and measured data showed that there was a correlation with a coefficient of explanation of more than 80%. Calibration method with dry season data in the absence of tracer-based methods is suggested as the most suitable method for calibrating digital separation filters in the study area.
    Keywords: Base flow, Calibration, dry season, filter parameter, Water resources
  • علی طالبی*، مهرناز شهریور، حسین ملکی نژاد، سمانه پورمحمدی، زین العابدین حسینی

    در یک اکوسیستم طبیعی بهره برداری از زمین و ایجاد تغییر در شرایط محیطی به ویژه پوشش گیاهی و کاربری اراضی آن اکوسیستم بر پاسخ های هیدرولوژیکی مانند جاری شدن سیلاب و میزان فرسایش و رسوب منطقه تاثیرگذار می باشد و در نهایت باعث خسارات شدید اقتصادی - اجتماعی می شود. لذا پیش بینی تغییرات کاربری اراضی بر وضعیت سیلاب های دهه های آتی و رسوب زایی حوزه، راهگشای مقابله با این پدیده خواهد بود. جهت شبیه سازی سیستم هیدرولوژیکی دهه های آتی، مدل HEC-HMS که برای دوره گذشته واسنجی و اعتبارسنجی شده، با تغییر در شماره منحنی و درصد نفوذناپذیری زیر حوزه ها اجرا شد؛ و هیدروگراف های پیش بینی شده دهه های آتی (2020، 2025 و 2030) و گذشته (2004) مورد مقایسه قرار گرفت.  نتایج نشان داد دبی اوج و حجم سیلاب در دهه های 2020، 2025 و 2030 نسبت به دهه 2004 به ترتیب (8/52 و 41/20)، (29/70 و 51/32) و (87/78 و 05/38) افزایش خواهد یافت. میانگین دبی اوج در دهه 2020، 2025 و 2030 نسبت به میانگین دبی اوج رگبارهای مشاهداتی (در اثر تغییر کاربری اراضی و ثابت ماندن سایر شرایط) به ترتیب 16، 25 و 35/38 درصد افزایش خواهد یافت. مرحله دوم، تعیین تغییرات رسوب در آینده با استفاده از منحنی سنجه-رسوب بود که با قرار دادن دبی دهه 2004 و دهه های 2020، 2025 و 2030 در آن، میزان رسوب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد میزان رسوب برای سال 2020 در مقایسه با سال 2004 به میزان 01/12، برای سال 2025 در مقایسه با سال 2020، 14/15 درصد و برای سال 2030 در مقایسه با سال 2025، 64/36 درصد افزایش خواهد یافت. با توجه به نتایج به دست آمده، تغییر کاربری در آینده و به تبع آن افزایش دبی، رسوب هم به طور قابل توجهی افزایش پیدا خواهد کرد؛ که می تواند شرایط هیدرولوژیکی و مورفولوژی حوزه را تحت تاثیر قرار دهد.

    کلید واژگان: تغییرکاربری اراضی, رواناب, فرسایش, منحنی سنجه رسوب, واسنجی, HEC-HMS
    Ali Talebi*, Mehrnaz Shahrivar, Hossein Malekinezhad, Samaneh Poormohamadi, Zeinolabedin Hosseini

    In a natural ecosystem, land exploitation and change in environmental conditions, particularly changes in vegetation and land use effects on hydrological responses such as floods and erosion and sediment and ultimately causing heavy social-economic losses. Then, prediction of effect of land use changes on flood situation in the future decades and sedimentation of watersheds will be the way to deal with this phenomenon. To simulate the hydrological behavior in future decades, HEC-HMS model was calibrated and validated for the previous period, with changes in curve number and percentage of impermeability (as a result of land use changes). Then, predicted hydrograph for coming decades (2020, 2025 and 2030) and last (2004) were compared. The results show that the peak discharge and flood volume in the 2020, 2025 and 2030, will be increased in compared to the decade of 2004 equal to (52.8 and 20/41), (70.29 and 32.51) and (87.78 and 38.05), respectively will increase. Mean peak in the 2020, 2025 and 2030 will be increase (due to land use change), 16, 25 and 38.35 percent, respectively. In the next step, sediment changes in the future was investigated using the sediment rating curve in decades of 2020, 2025 and 2030. The results showed that the amount of sediment for 2020 will be increase 12.01 % compare to 2004, for 2025 compare to 2020, 15.14 % and for 2030 compare to 2025, 36.64 %. According to the results, land use change in future leads to increase in discharge and sediment, which could affect the hydrological and morphological conditions of watershed.

    Keywords: Calibration, Erosion, HEC-HMS, Land Use Change, Runoff, Sediment Rating Curve
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