فهرست مطالب
مجله اکو هیدرولوژی
سال هفتم شماره 4 (زمستان 1399)
- تاریخ انتشار: 1399/10/01
- تعداد عناوین: 20
-
-
صفحات 843-854
جای خالی آنچه در تحقیقات گذشته به چشم میخورد، یافتن ارتباط معنادار میان خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی و سپس، تعیین باند اعتماد احتمال تاخیر زمانی میان رخ دادن دو فاز خشکسالی است. در تحقیق حاضر، سعی شد تا با استفاده از روش شمارش فرکانس، زمان تاخیر میان دو فاز خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی، براساس مشاهدات موجود، برای حوضه تالاب انزلی با 9 ایستگاه هواشناسی و 20 ایستگاه هیدرومتری طی سالهای 1364 تا 1394 تعیین شود. با توجه به آنکه در دوره مشاهداتی 30 ساله امکان رخداد خشکسالی های حدی کم است، برای تولید شرایط خشکسالی هواشناسی با بزرگی، تداوم و شدتهای مختلف فراتر از آنچه تا کنون دیده شده، به کمک روش مونت کارلو به شبیهسازی مصنوعی بارش اقدام شد. برای شبیه سازی خشکسالی هیدرولوژیکی در سناریوهای مختلف خشکسالی هواشناسی از مدل بیلان آب SWAT استفاده شد. برای بررسی اثر تداوم و شدت خشکسالی هواشناسی بر تاخیر زمانی بین دو فاز خشکسالی، از ماتریس همبستگی تقاطعی استفاده شد. نتایج نشان داد با افزایش تداوم خشکسالی هواشناسی، تاثیرات آن تا مدت طولانیتر بر رودخانه به صورت خشکسالی هیدرولوژیکی مشاهده می شود. از طرفی، افزایش شدت خشکسالی هواشناسی، موجب کاهش زمان تاخیر میان دو فاز خشکسالی خواهد شد. باند اعتماد احتمال تاخیر زمانی میان خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیک نیز نشان داد با احتمال حدود 70 درصد، تاخیر زمانی یک ماهه و کمتر میان دو خشکسالی وجود دارد.
کلیدواژگان: تاخیر زمانی، خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی، شدت خشکسالی، عدم قطعیت، مدت خشکسالی -
صفحات 855-871
کشور ایران به دلیل واقع شدن در اقلیم خشک و نیمهخشک و همچنین، با رشد روزافزون مصارف آب در بخشهای کشاورزی، شرب و صنعت، با خطر جدی بروز بحران آب مواجه شده است. برای مقابله با این بحران، باید نسبت به انواع مصرف آب با حساسیت بیشتری برخورد شود. بخش صنعت یکی از مصرفکنندگان عمده منابع آب کشور است و مدیریت مصرف آب در این بخش، باید مورد توجه قرار گیرد، تا علاوه بر صرفهجویی در مصرف آب، نیاز آبی صنایع در آینده نیز تامین شود. مطالعه حاضر، روی یکی از کارخانههای بزرگ تولید مواد شوینده در استان قزوین صورت گرفته است. نوعی آنالیز مرز سیستم برای یک کارخانه تولید مواد شوینده ارایه شده و محدوده محاسبات عوامل مصرف آب را مشخص کرده است. با استفاده از اطلاعات دریافت شده از کارخانه و محاسبات مربوط به آن، در سال 2019 مقدار رد پای آب کلی کارخانه 64/26 مترمکعب بر تن محصول محاسبه شده است. میزان رد پای آب مستقیم و غیرمستقیم به ترتیب 658/0 و 9/25 مترمکعب بر تن محصول برآورد شده است که نشاندهنده سهم زیاد تولید مواد شوینده در مصرف آب است. در پژوهش حاضر، رد پای آب خاکستری در این صنعت 5/14 مترمکعب بر تن محاسبه شده و میزان رد پای آن روی میزان رد پای آب کلی کارخانه بسیار تاثیرگذار است.
کلیدواژگان: رد پای آب مجازی، رد پای آب خاکستری، کاهش مصرف آب، مصرف انرژی، مواد شوینده -
صفحات 873-889
سیل شایع ترین مخاطره طبیعی در جهان است که سبب از بین رفتن جان و مال انسانها شده است. تاثیر سیل تابعی از چندین معیار مانند قدرت و بزرگای سیل، تکرار و مدت جریان سیل و ژیومتری مقطع رودخانه است. ارزیابی مناطق مستعد سیل در مقیاس منطقهای برای مدیریت حوضه آبریز و کاهش تلفات احتمالی اهمیت زیادی دارد. هدف از مطالعه حاضر، تهیه نقشه حساسیت سیل با استفاده از نوعی تحلیل ترکیبی از معیارهای هیدروژیومورفیک و فرایند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) است. برای رسیدن به این هدف، از معیارهای عامل ارتفاع، شیب، فاصله از شبکه زهکشی، ژیومورفولوژی، تراکم شبکه زهکشی، تجمیع جریان، بارش، کاربری اراضی، زمینشناسی، قدرت جریان، شاخص رطوبت توپوگرافی و انحنای توپوگرافی استفاده شده است. لایه های قدرت جریان، شاخص رطوبت توپوگرافی و انحنای توپوگرافی در محیط ساگا (SAGA) و بقیه فاکتورها در محیط GIS تهیه شده اند. پس از آماده سازی معیارها، ماتریس مقایسه زوجی آنها تهیه شده است. سپس، مقدار ضریب نهایی لایه ها با کمک نرم افزار اکسپورت چویز تهیه شده است. پس از آن، تمامی فاکتورها، کلاسبندی شده و با استفاده از توابع فازی، نرمال سازی فازی روی آنها اعمال شده است. در نهایت، همه لایه ها با استفاده از روش وزن دهی خطی (WLC) با هم ادغام شدهاند و نقشه نهایی تهیه شده است. برای تعیین میزان همبستگی لایه ها با استفاده از نقاط تصادفی، میزان ضریب همبستگی فاکتورها محاسبه شده است. نتیجه به دست آمده از پژوهش حاضر نشان میدهد در حوضه آبریز سنقر، حدود 26 درصد از منطقه در معرض حساسیت سیل زیاد و خیلی زیاد و 59 درصد آن در معرض حساسیت سیلاب کم و خیلی کم قرار دارد. از میان عوامل ژیومورفولوژیک موثر بر سیلاب، سه عامل ارتفاع، شیب و تراکم شبکه زهکشی و بارش تاثیر عمدهای بر حساسیت سیلاب حوضه آبریز سنقر دارند. در مقابل، چهار فاکتور فاصله از شبکه زهکشی، تجمع جریان، شاخص قدرت رود و انحنای توپوگرافی تاثیر کمتری بر نقشه حساسیت سیلاب حوضه آبریز سنقر دارند.
کلیدواژگان: حساسیت سیلاب، حوضه آبریز سنقر، فرایند تحلیل سلسله مراتبی، GIS -
صفحات 891-906بهبود بازده سیستم های حرارتی و بازیافت حرارت در سال های اخیر مورد توجه بسیاری از محققان بوده است. با توجه به بحران آب و انرژی، بهبود بازده سیستم های حرارتی و بازیافت حرارت به همراه استفاده از فرایند شیرین سازی آب، در سال های اخیر توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. طراحی هم زمان واحدها و یکپارچه سازی فرایندها سبب کاهش تعداد تجهیزات مورد نیاز و مصرف انرژی می شود. هدف اصلی مقاله حاضر، تامین آب شیرین جزیره قشم با انرژی تجدیدپذیر است. در مقاله حاضر یک ساختار یکپارچه تولید هم زمان آب شیرین و تولید توان با استفاده از سیستم آب شیرین کن حرارتی چند مرحله ای و سیکل تولید توان کالینا توسعه داده شده است. به منظور تامین حرارت این ساختار یکپارچه، طی شبانه روز از کلکتورهای صفحه تخت و سیستم ذخیره سازی مواد تغییرفاز دهنده استفاده شده است. در این ساختار یکپارچه به ترتیب بازده نیروگاه تولید توان سیکل کالینا به میزان 751/6 درصد، ضریب عملکرد سیستم آب شیرین کن حرارتی به میزان 874/2 و بازده اگزرژی کل ساختار یکپارچه به میزان 45/55 درصد است. آنالیز اگزرژی ساختار یکپارچه نشان می دهد بیشترین تخریب اگزرژی در ساختار یکپارچه به ترتیب در کلکتور های خورشیدی به میزان 68/81 درصد و در مبدل های حرارتی به مقدار 34/14 درصد رخ می دهد. آنالیز اقتصادی ساختار یکپارچه نشان می دهد به ترتیب مقدار بازگشت سرمایه به میزان 883/3 سال و قیمت محصول آب شیرین تولیدی US$/m3131/2 است.کلیدواژگان: آب شیرین کن چندمرحله ای، بحران و رد پای آب، تولید توان، ذخیره سازی مواد تغییرفازدهنده، کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت
-
صفحات 907-919
یکی از عوامل تهدیدکننده برای منابع آب شیرین، پیشروی آب شور و نفوذ آن به سفره آب زیرزمینی است. این مسئله در مناطق ساحلی و حاشیه کویرها اتفاق میافتد و سبب کاهش کیفیت آب شیرین میشود. تبخیر از سطح خاک و عمق سطح ایستابی از عوامل تاثیرگذار بر پیشروی شوری و توزیع نمک در ناحیه اشباع و غیراشباع به حساب میآید. در پژوهش حاضر با ساخت مدل فیزیکی به ابعاد 1×1×4 متر شرایط قرارگیری آبخوان شور و شیرین در چهار گرادیان هیدرولیکی مختلف بررسی شد. هنگام انجام آزمایش از مدل فیزیکی، دادههای رطوبت و شوری برداشت شد و سپس، توزیع شوری در مدل فیزیکی با استفاده از نرم افزار HYDRUS-2D به صورت عددی شبیهسازی شد. نتایج نشان داد مدل HYDRUS-2D به خوبی توزیع رطوبت و شوری را شبیه سازی میکند. بیشترین مقدار ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE) برای شبیه سازی رطوبت و شوری به ترتیب 28/9 و 69/21 درصد بود. نتایج نشان داد الگوی پیشروی و پسروی شوری متفاوت است. در شرایطی که سطح آب شیرین بالاتر است، در ناحیه اشباع مانع از پیشروی آب شور شده و در ناحیه غیر اشباع تاثیر زیادی بر کنترل شوری نداشته است که دلیل آن تبخیر از سطح خاک است. در ناحیه اشباع، در شرایطی که سطح آب شور و شیرین برابر بود، سه واحد افزایش شوری در ناحیه شور دیده شد و در شرایطی که سطح آب شور بالاتر بود، 5/6 واحد افزایش شوری در وسط دو مخزن آب شور و شیرین مشاهده شد.
کلیدواژگان: آب زیرزمینی، جبهه شوری، گرادیان هیدرولیکی -
صفحات 921-933
بلایای طبیعی یکی از علت های مهم مرگومیر انسانها هستند. در این میان، سیل و زلزله بیشترین آمار خسارت های جانی و مالی را به خود اختصاص داده اند. با توجه به اینکه ایران جزء ده کشور اول حادثه خیز دنیا است، مطالعه حاضر به ارزیابی آثار متغیرهای کلان اقتصادی بر خسارت های جانی و مالی ناشی از سیل و زلزله به روش WLS طی بازه زمانی 1339 - 1398 در ایران پرداخته است. نتایج مطالعه حاضر نشان داد افزایش یک درصدی در متغیرهای تولید ناخالص داخلی سرانه، امید به زندگی و میزان باسوادی موجب کاهش به ترتیب 52/1، 26/5 و 55/10 درصدی در خسارت های جانی ناشی از سیل و زلزله شده است. همچنین، افزایش یکدرصدی در متغیرهای تراکم جمعیت، میزان بیکاری، مخارج دولت در زیرساختها و باز بودن اقتصاد به ترتیب افزایش 64/20، 47/7، 22/4 و 86/4 درصدی خسارت های جانی ناشی از سیل و زلزله را به همراه دارد. از طرف دیگر، افزایش یک درصدی در متغیرهای تولید ناخالص داخلی سرانه، تراکم جمعیت، مخارج دولت در زیرساختها و میزان باسوادی سبب افزایش به ترتیب 86/1، 01/13، 81/12 و 52/24 درصدی در خسارت های مالی ناشی از سیل و زلزله شده است. همچنین، افزایش یکدرصدی در متغیرهای امید به زندگی و سرمایه گذاری در سرمایه فیزیکی نیز سبب کاهش به ترتیب 22/33 و 9/9 درصد در خسارت های مالی ناشی از سیل و زلزله شده است. با توجه به نتایج پژوهش حاضر، از آنجا که تاثیر متغیرهای اقتصادی بر میزان خسارت های مالی و جانی ناشی از سیل و زلزله در ایران درخور توجه است، بنابراین سیاست گذاری اقتصادی برای کاهش آثار منفی این حوادث امری ضروری تلقی میشود.
کلیدواژگان: آزادی تجاری، بلایای طبیعی، سیل، شاخص امید به زندگی، میزان باسوادی -
صفحات 935-949
یکی از مشخصه های مهم در مطالعه هیدرولیکی و اکوهیدرولوژیکی جریان در رودخانه ها، مقاومت پوشش گیاهی در مقابل جریان، نیروی درگ و ضریب درگ به دست آمده است. ضریب درگ تابع خصوصیات جریان، مشخصات تراکم و توزیع پوشش گیاهی است و اغلب با استفاده از روابط تجربی که دقت مطلوبی ندارند، تخمین زده میشود. در تحقیق حاضر، با هدف بهبود دقت و استخراج روابط بهینه برای ضریب درگ جریان در کانالهای روباز حاوی پوشش گیاهی مستغرق، از رویکرد بهینه سازی پارتو و برنامهریزی بیان چندژنی در ترکیب با الگوریتم دسته بندی حداکثر عدم تشابه استفاده شده است. با آنالیز ابعادی، متغیرهای حاکم بر پدیده به صورت بدون بعد استخراج شده و سپس، تعداد 910 سری داده اندازه گیری شده مربوط به ضریب درگ پوشش گیاهی، مشخصات هیدرولیکی جریان و پوشش گیاهی تهیه شد و روابط صریحی برای تخمین ضریب درگ به دست آمد. بررسی نتایج مدل پیشنهادی نشان داد مدل یادشده با R2=0.9, RMSE=0.41, MPE=17% دقت بسیار بیشتری نسبت به روابط تجربی دارد و 20 درصد کمتر بودن خطای رابطه بهینه پیشنهادی از روابط تجربی، بیانگر کارایی مطلوب آن است. همچنین، تحلیل مفهومی رابطه پیشنهادی نشان داد علاوه بر سادگی فرم رابطه بهینه، مفاهیم فیزیکی حاکم بر پدیده و اجزای موثر بر مقاومت درگ جریان را نیز به خوبی استنتاج کرده است. بنابراین، کارآمدی مدل جدید پیشنهادی نسبت به مطالعات قبلی تایید شده است و میتوان از نتایج آن در مطالعات و مدلهای هیدرولیکی و اکوهیدرولوژیکی جریان در رودخانه ها و کانالها در شرایط وجود پوشش گیاهی استفاده کرد.
کلیدواژگان: بهینه سازی پارتو، پوشش گیاهی، ضریب درگ، مقاومت جریان، مدل بیان چندژنی -
صفحات 951-965
عوامل متعددی بر فرایند روندیابی سیلاب تاثیرگذار هستند که هریک وزن خاصی در کاهش پیک سیلاب عبوری از سرریز دارند. در تحقیق حاضر، این عوامل شناسایی شده و آنالیز حساسیت پارامترهای موثر بر دبی پیک طراحی مخزن سد سردشت بررسی شد. همچنین، تاثیرگذاری این عوامل و حساسیت آنها در برآورد هیدروگراف تولیدی حوضه و روندیابی مخزن مشخص شد. در مرحله نخست پس از ساخت مدل حوضه با تمام المانهای موثر در HEC-HMS، یک رگبار بارش و رواناب متناظر شبیه سازی و پارامترهای موثر بر ایستگاههای مختلف واسنجی شد. در مرحله دوم با تبدیل حداکثر بارش محتمل (PMP) به حداکثر سیل محتمل (PMF) در مخزن سد روندیابی شد. در مرحله آخر، حساسیت پارامترهای CN، مقدار بارش طراحی، مقدار زمان تاخیر آبراهه و زمان تاخیر حوضه بالادست سد و پارامترهای روندیابی دبی پیک طراحی انجام شد. نتایج نشان داد سیلاب طراحی بیشترین حساسیت را به مقدار بارش طراحی دارد، بهطوری که با 30 درصد تغییر در بارش، مقادیر CN، زمان تاخیر آبراهه و سیلاب طراحی بهطور خطی به ترتیب 40، 25 و 8 درصد تغییر میکند، ولی در 30± درصد زمان تاخیر حوضه، تغییرات سیلاب بهطور غیرخطی 5 درصد در تخمین بالا و 16 درصد در تخمین پایین را سبب میشود.
کلیدواژگان: روندیابی مخزن، سد سردشت، سرریز، مدل بارش رواناب، هیدروگراف -
صفحات 967-979
یکی از فرایندهای مهم هیدرولوژیکی، مدلسازی بارش - رواناب است. هدف تحقیق حاضر، انتخاب ورودیهای بهینه و ترکیب مناسب برای مدلسازی رواناب در حوضه آبخیز کارون شمالی با استفاده از آزمون گاما در نرمافزار WinGamma است. به این منظور، از دادههای بارش و دبی جریان در مقیاس روزانه مربوط به سالهای آماری 1376 1396 استفاده شد. نواقص آماری به روش همبستگی و آزمون همگنی دادهها با استفاده از ران تست انجام شد. برای تعیین تاخیرهای بارش و دبی جریان از ضرایب خودهمبستگی، خودهمبستگی جزیی و همبستگی متقاطع در محیط نرمافزار R Studio بهره گرفته شد. در نهایت، ورودیهای بهینه و ترکیب مناسب با استفاده از آزمون گاما در محیط نرمافزار WinGamma به دست آمدند. نتایج این تحقیق نشان داد 9 پارامتر ورودی بهینه شامل بارش روز جاری (Pt)، بارش با تاخیر یک روز (Pt-1)، دو روز (Pt-2)، سه روز (Pt-3) و چهار روز (Pt-4) و همچنین دبی روز قبل (Qt-1)، دبی با تاخیر دو روز (Qt-2)، سه روز (Qt-3) و چهار روزه (Qt-4) سطح معناداری در سطح اطمینان 5 درصد داشتند که برای ایجاد 130 ترکیب مناسب تشخیص داده شدند و بر مبنای کمترین میزان آماره گاما (Γ) برای هر زیرحوضه یک ترکیب مناسب مشخص شد. در نهایت، برای کل حوضه ورودیهای بهینه شامل پارامترهای Pt، Pt-1، Qt-1، Qt-2 و Qt-4 و بهترین ترکیب بهصورت Pt, Pt-1, Qt-1, Qt-2, Qt-3 است. به طور کلی، در تمامی زیرحوضهها و کل حوضه بارش روز جاری، بارش یک و دو روز قبل و همچنین، دبی روز قبل و دو روز قبل تاثیر زیادی بر رواناب ورودی به رودخانه حوضه دارند.
کلیدواژگان: آماره گاما، حوضه آبخیز کارون شمالی، ضریب خودهمبستگی، فرایند بارش - رواناب، WinGamma -
صفحات 981-992
یکی از مسایل مهم در مدیریت و برنامهریزی منابع آب کشور، پیشبینی تغییرات بارش در دورههای آینده است. هدف از تحقیق حاضر، بررسی روند تغییرات بارش 19 سال آینده حوضه آبریز کرخه با استفاده از 6 ایستگاه سینوپتیک (اسلامآباد غرب، بستان، خرمآباد، روانسر، کنگاور و ملایر) است. ابتدا داده های اقلیمی دوره پایه از سال 1998 تا سال 2016 به صورت روزانه فراهم شد. سپس، داده های خروجی مدل گردش عمومی جو IPCM4 با سه سناریوی تغییر اقلیم A1B، A2 و B1 توسط مدل LARS-WG در حوضه آبریز کرخه ریزمقیاس شد. نتایج به دست آمده از تغییرات بارش، در 6 ایستگاه سینوپتیک حوضه آبریز کرخه در دوره پایه (2016-1998) و دوره آینده (2017 2035) ارزیابی و تجزیه وتحلیل شد. نتایج به دست آمده از بررسی میانگین بارش نشان میدهد در ایستگاه های اسلام آباد غرب، بستان، روانسر و ملایر میزان بارندگی 19 سال دوره آینده نسبت به 19 سال دوره گذشته بر اساس هر سه سناریوی A1B و A2 و B1 افزایش پیدا میکند و سناریوی اقلیمی A2 افزایش بیشتری را نسبت به دیگر سناریوها نشان میدهد. همچنین، میزان بارندگی دوره آینده نسبت به دوره گذشته در ایستگاه کنگاور، طبق هر سه سناریوی A1B و A2 و B1 کاهش خواهد یافت. در ایستگاه خرم آباد فقط طبق سناریوی A2 افزایش بارندگی در دوره آینده نسبت به دوره گذشته خواهد بود و طبق سناریوهای A1B و B1 میزان بارندگی دوره آتی روند کاهشی خواهد داشت.
کلیدواژگان: تغییر اقلیم، سناریو، گازهای گلخانه ای، مدل IPCM4 -
صفحات 993-1005
تغییر اقلیم و فعالیت های انسانی، از جمله سدسازی و برداشت آب برای مصارف مختلف، دو کلیدواژه در مدیریت منابع آب هستند که به طور مستقیم بر تبادلات آب بین منابع آب سطحی و زیرزمینی موثر ند. تحقیق حاضر به تعیین سهم تغییر اقلیم (خشکسالی هیدرولوژیکی) و فعالیت های انسانی (سدسازی) بر منابع آب رودخانه کارون پرداخته است. به این منظور، منابع آب سطحی و آبخوان محدوده مطالعاتی گتوند-عقیلی برای مطالعه انتخاب شد. با تجزیه وتحلیل ماتریس ایرانی آثار سدسازی بر منابع آب مشخص شد. نتایج نشان داد تعداد آثار میانگین جبری منفی در ستون برابر با 6 عدد و تعداد پیامدهای میانگین جبری منفی در ردیف برابر با 4 عدد است که در این بین، تعداد پیامدهای منفی کمتر از 1/3- در ستون، به توسعه گردشگری و تفرج مربوط می شود. همچنین، تعداد آثار منفی کمتر از 1/3- در ردیف، مربوط به کیفیت آب رودخانه است. در ادامه، به منظور تعیین سهم تغییر اقلیم در تغییرات منابع آب، شاخص های خشکسالی هیدرولوژیکی و هیدروژیولوژیکی در دوره آماری 15 ساله محاسبه شدند. نتایج مقایسه میزان هدایت الکتریکی و TDS در نقاط نمونه برداری شده نشان دهنده افزایش درخور توجه بود که با نتایج ماتریس ایرانی همخوانی داشت. همچنین، با توجه به آبگیری سد گتوند علیا در سال 1390 و مقایسه شاخص های SDI و GRI نشان می دهد طی سال های 1391 تا 1394 خشکسالی هیدرولوژیکی و هیدروژیولوژیکی در منطقه وجود نداشته است و بر این اساس، می توان بخشی از افت آبخوان را ناشی از احداث سد گتوند علیا و برداشت های منطقه ای دانست.
کلیدواژگان: ارزیابی آثار محیط زیست، تغییر اقلیم، توسعه پایدار، سد، منابع آب -
صفحات 1007-1019با افزایش جمعیت، استفاده از منابع طبیعی بیشتر شد و با وجود محدودیتهای این منابع، مشکلات زیستمحیطی به وجود آمد. از سویی دیگر، تغییرات اقلیمی نیز نگرانیها را در حوزه تامین آب و انرژی دو چندان میکند. شاید تنها دو راه حل برای مقابله با بحران آب موجود باشد: ایجاد و کشف منابع جدید، حفظ منابع فعلی در دسترس و استفاده برنامه ریزی شده از آن. پژوهش پیش رو با هدف بررسی رد پای آب صنعت برق صورت گرفت. ابتدا تعدادی از نیروگاه های کشور به عنوان نمونه مطالعه شد. سپس، میزان آب مجازی مصرفی به ازای تولید هر کیلووات ساعت برق از نیروگاههای حرارتی و انرژیهای تجدیدپذیر بررسی و محاسبه شد. نتایج نشان داد میزان آب مجازی مصرفی در نیروگاههای مختلف تابع نوع نیروگاه و نوع سیستم خنک کننده آن است. مصرف آب در انواع نیروگاهها به این ترتیب است: بخاری> سیکل ترکیبی >گازی > فتوولتاییک > بادی. میزان مصرف آب برای نیروگاههای بخاری با سیستم خنک کننده برج تر برابر با 2/2 لیتر بر کیلووات ساعت، 5/1 لیتر بر کیلووات ساعت برای نیروگاههای بخاری و سیکل ترکیبی با سیستم خنک کننده یک بارگذر، 2/0 لیتر بر کیلووات ساعت برای نیروگاههای بخاری و سیکل ترکیبی با سیستم خنک کننده خشک، 025/0 لیتر بر کیلووات ساعت برای نیروگاههای گازی و 07/0 لیتر بر کیلووات ساعت برای نیروگاههای فتوولتاییک است. با توجه به ارزش آب کشور در بخشهای مختلف شرب، صنعت و آبیاری، هزینه های ناشی از آب مصرفی به ترتیب در نیروگاه بادی، گازی و فتوولتاییک نسبت به بخاری و سیکل ترکیبی به صرفهتر است. بنابراین، برای توسعه و رشد صنعت نیروگاهی کشور، انتخاب نوع نیروگاه و به ویژه نوع سیستم خنک کننده در صرفه جویی مصرف آب کارکرد زیادی دارد.کلیدواژگان: آب مجازی، تولید برق، رد پای آب
-
صفحات 1021-1031
به منظور حفظ پایداری اکولوژیکی و بیولوژیکی تالابها، باید درک صحیحی از محیط فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی آنها داشت و وضعیت فلزات سنگین در آنها بررسی شود. هدف از مطالعه حاضر، بررسی آلودگی آب تالاب چغاخور به آرسنیک، مس، کروم، سرب، روی و کادمیوم با استفاده از شاخصهای MI، HPI، HEI، Cd و IRWQIST طی فصل پاییز 1397 بود. نمونهب رداری از آب سطحی در 10 ایستگاه انجام شده و میزان غلظت فلزات توسط دستگاه ICP-MASS سنجیده شد. نتایج محاسبه شاخصهای آلودگی آب نیز نشان داد آب تالاب طبق شاخص MI در تمامی ایستگاه ها با مقدار 04/1 در طبقه آستانه خطر از نظر شرب و طبق شاخص HEI با مقدار 46/0 در طبقه آلودگی کم قرار گرفت. شاخص Cd نیز با مقدار 96/4- نشاندهنده آلودگی کم و HPI با مقدار 73/34 نشاندهنده عدم آلودگی آب تالاب به فلزات سنگین بودند. همچنین، طبق نتایج شاخص IRWQIST کیفیت آب در همه ایستگاه های بررسی شده از نظر آلاینده های سمی با کمترین مقدار 4/76 در ایستگاه 1 و بیشترین مقدار 4/80 در ایستگاه 10 در محدوده وضعیت خوب این شاخص قرار داشتند. بنابراین، به طور کلی کیفیت آب تالاب چغاخور از نظر فلزات سنگین موجود در آب در وضعیت آلودگی کم قرار دارد که نیازمند توجه ویژه بر کیفیت آب این تالاب به منظور جلوگیری از آلودگی آن است.
کلیدواژگان: تالاب چغاخور، شاخصهای آلودگی آب، فلزات سنگین، کیفیت آب -
صفحات 1033-1045
سیستم های توزیع آب شهری، بخش بزرگی از زیرساختهای شهری را تشکیل میدهند. آگاهی و شناخت از منابع ورود آلاینده و چگونگی حرکت آن، سبب مدلسازی و انجام یک مدیریت بحران مناسب هنگام نفوذ این آلاینده ها به شبکه میشود. در این تحقیق به منظور شبیه سازی حرکت نیترات در خاک، معادله انتقال-پخش آلودگی خاک در MATLAB کدنویسی شد. سپس، شبکه توزیع شماره 2، آب شرب شهر زاهدان به عنوان منطقه مطالعاتی مد نظر قرار گرفت و نقاط مستعد با غلظت زیاد آلاینده در شبکه شناسایی شد. شبیه سازی شبکه بر اثر وقوع دوساعته آلودگی، با استفاده از اتصال مدل عددی EPANET و نرمافزار MATLAB مدلسازی شد. به منظور مدیریت کیفی شبکه، دو ابزار کارآمد و به صرفه زمان ماند و جریان رقیقساز معرفی شده و در کنار ابزار تخلیه آب آلوده، استفاده شدند. نتایج به کارگیری ابزار مدیریت کیفی تخلیه آب با غلظت غیرمجاز نشان داد با قطع کردن جریان به مدت 25/1 تا 4/2 بازه زمانی تزریق آلودگی به شبکه و همچنین، خروج آب به میزان 5 درصد دبی پایه لوله، میتوان از ورود آلودگی به نقاط دیگر شبکه جلوگیری کرد. برای شبیهسازی ابزار زمان ماند، شبکه به چهار منطقه نزدیک، میانه، دور و خیلی دور تقسیم شد. نتایج تحلیل کیفی شبکه بیان می کرد که زمان ماند مورد نیاز گره های ناحیه میانه، دور و خیلی دور نسبت به حالت نزدیک به ترتیب بین 25 تا 30، 50 و 67 تا 75 درصد کاهش مییابد. در ادامه، تاثیر مثبت و کارآمد جریان رقیقساز به عنوان یک راهکار مدیریت و کنترل کیفی شبکه توزیع به اثبات رسید. مقدار جریان رقیقساز لازم به منظور بهبود وضعیت کیفی آب شبکه، حدود 20 درصد دبی پایه لوله محاسبه شد.
کلیدواژگان: آلودگی شبکه آب، ابزارهای مدیریت کیفی آب، پدیده مکش، تخلیه آب آلوده، جریان رقیقساز، زمان ماند -
صفحات 1047-1060
هدف از تحقیق حاضر، تعیین مناطق دارای پتانسیل آب زیرزمینی با استفاده از مدلهای شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، جنگل تصادفی (RF)، ماشین بردار پشتیبان (SVM) و رگرسیون خطی (GLM) است. در تحقیق حاضر از 14 پارامتر شامل ارتفاع، شیب، جهت شیب، انحنا، فاصله از آبراهه و گسل، تراکم آبراهه و گسل، لیتولوژی، متوسط بارندگی، کاربری اراضی، شاخص موقعیت توپوگرافیک (TPI)، موقعیت شیب نسبی (RSP) و شاخص رطوبت توپوگرافیک (TWI) برای بررسی پتانسیل آب زیرزمینی استفاده شده است. از مجموع 10624 چشمه، به صورت تصادفی 70 درصد به عنوان دادههای آزمون و 30 درصد به عنوان دادههای اعتبارسنجی طبقهبندی شدند. همچنین، برای تعیین مهمترین پارامترها از مدل RF استفاده شد. تست همخطی بین پارامترها با استفاده از نرمافزار SPSS انجام شد. از منحنی تشخیص عملکرد نسبی برای قدرت پیشبینی مدلها و شاخص سطح سلول هسته (SCAI) به منظور دقت تفکیک بین طبقات استفاده شد. نتایج نشان داد بین پارامترها همخطی وجود ندارد. نتایج مدل RF نشان داد به ترتیب پارامترهای ارتفاع، کاربری اراضی، شیب، فاصله از گسل، TWI و لیتولوژی مهمترین عوامل تاثیرگذار بر پتانسیل آب زیرزمینی هستند. همچنین، بر اساس منحنی ROC در هر دو بخش آموزش (915/0=AUC) و اعتبارسنجی (909/0=AUC)، مدل ANN دارای بیشترین دقت بودند و مدلهای RF، SVM و GLM در ردههای بعدی قرار گرفتند. همچنین، نتایج شاخص سطح سلول هسته نشان داد هر چهار مدل با دقت مناسبی به تفکیک طبقات پرداختهاند. بر اساس مدل ANN، 4/31 درصد حوضه پتانسیل آب زیرزمینی زیاد و خیلی زیاد دارد.
کلیدواژگان: پتانسیل آب زیرزمینی، جنگل تصادفی، دریاچه ارومیه، شبکه عصبی مصنوعی، یادگیری ماشینی -
صفحات 1061-1070
یکی از کاربردهای مهم سدهای سنگریزهای، کنترل سیل از طریق کاهش دبی اوج سیل ورودی است. بررسی اینکه چه مقدار از دبی ورودی به مخزن دارای سد سنگریزهای در شرایط جریان غیرماندگار به پاییندست منتقل میشود، اهمیت زیادی دارد. در پژوهش حاضر، روندیابی سیل در سدهای سنگریزهای تاخیری دوگانه با استفاده از 4 نمونه از دادههای آزمایشگاهی موجود و روش ماسکینگام خطی و الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) بررسی شده و تاثیر طول سد سنگریزهای و فاصله بین دو سد و همچنین، تاثیر اندازه قطر سنگدانه ها روی ضریب K روش ماسکینگام خطی ارزیابی شده است. نتایج بیانگر آن است که مقادیر میانگین خطای نسبی (MRE) 4 آزمایش استفاده شده در پژوهش حاضر، به ترتیب برابر با 9/4، 4/3، 35/4 و 55/3 درصد و مقادیر مربوط به خطای نسبی دبی اوج (DPO) آزمایشهای یادشده نیز بهترتیب برابر با 58/1، 47/0، 86/2 و 78/1 درصد محاسبه شده که بیانگر دقت زیاد روش ماسکینگام خطی در برآورد هیدروگراف خروجی است. همچنین، نتایج نشان میدهد هرچه فاصله بین هیدروگراف ورودی و خروجی افزایش یابد، مقدار K افزایش یافته و هرچه اندازه قطر سنگدانه ها افزایش یابد، سرعت جریان افزایش یافته و به تبع آن، مقدار K کاهش مییابد.
کلیدواژگان: الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات (PSO)، روندیابی سیل، روش ماسکینگام خطی، سدهای سنگریزهای تاخیری دوگانه -
صفحات 1071-1087
قابلیتها و مزایای مدل استراتژیک متاسوات در قالب نرمافزار مربوطه در پژوهش حاضر برای برنامه ریزی تالاب معرفی میشود. متاسوات بر مبنای تیوری مبتنی بر منابع است. بر اساس این تیوری، منابع و قابلیتهای منحصربه فرد، عامل اصلی مزیت رقابتی مستمر و پایدار را شکل میدهند. بر این اساس، تالاب ها میتوانند با برنامه ریزی اصولی و شناخت منابع و قابلیت های باارزش، تقلیدناپذیر، کمیاب و غیرقابل جایگزین نسبت به رقبا، مزیتهای رقابتی پایدار خود را شناسایی کنند. در پژوهش حاضر ابتدا اهداف سازمان حفاظت محیط زیست در ارتباط با تالابها استخراج شد. سپس، هر یک از اهداف توسط کارشناسان اهل فن اولویتبندی شدند. پس از آن، شاخصهای راهبردی تالاب با موفقیت استخراج شد و با تکنیک لیکرت وزن دهی شده و شاخصهایی برای ارزیابی، مشخص شد و نقشه راهبردی _ مدیریتی منابع آبی تالاب جازموریان به دست آمد. سپس، ارزیابی توانایی منابع، شاخص های مورد نظر استخراج و عوامل محیطی موثر بر برنامه ریزی راهبردی تالاب جازموریان تعیین شده و نقشه راهبردی بر اساس عوامل محیطی و منابع ترسیم شد. درنهایت، قضاوت بر اساس نقشه های راهبردی _ مدیریتی به دلیل دستیابی به راهبردها صورت پذیرفت. یافته های تحقیق موید این موضوع است که اعمال مدیریت زیست بومی با رویکرد حفاظتی به همراه دخیل کردن جوامع محلی منطقه در فرایندهای مدیریتی میتواند به عنوان بهترین شیوه مدیریتی و مقابله با خشکسالی ها و بحرانهای آبی مطرح شود، که به گونه ای مواردی همچون احداث سد با اندازه حباب 4/4 و مختصات 5/6، 3/1، جمعیت با اندازه حباب 6 و مختصات3/8، 3/0، حفر بیش از حد چاه با اندازه حباب و مختصات 3/8، 3/0 و در صدر همه، تغییر کاربری اراضی با اندازه حباب 5/6 و مختصات 8/3،9/1 بیشترین تناسب راهبردی را داشته باشد.
کلیدواژگان: احیای تالاب، حوضه آبریز، مدل راهبردی - فضایی، نظریه مبتنی بر منابع -
صفحات 1089-1097
محدودیت منابع آب و افزایش جمعیت سبب شده است که بخش کشاورزی نسبت به سایر بخشهای مصرف کننده آب تقاضای بیشتری داشته باشد. بنابراین، امروزه چالش بخش کشاورزی تولید غذا با استفاده از آب کمتر است. تحقیق حاضر در سال 1397 1398 در دشتهای استان تهران و بر اساس اطلاعات موجود جهاد کشاورزی انجام شده است. از این رو، هدف از انجام تحقیق حاضر ، بررسی عوامل تاثیرگذار بر پایداری منابع آب است. در تحقیق پیش رو ابتدا 110 نفر از تولیدکنندگان براساس فرمول کوکران به عنوان حجم نمونه تعیین شدند و در آن از پرسشنامه برای تجزیه وتحلیل استفاده شد. نمونهگیری به صورت تصادفی از میان تولیدکنندگان محصولات کشاورزی انجام شد. پایایی پرسشنامه با استفاده از ضریب آلفای کرونباخ در بازه 75 93 درصد با استفاده از نرم افزار SPSS تایید شد. سپس، تابع تولید کاب داگلاس به عنوان تابع تولید مناسب آورده شد و با استفاده از قضیه شپرد تابع هزینه تولید و تابع تقاضا برای آب کشاورزی محاسبه شد. ارزش افزوده بخش کشاورزی متغیر وابسته تابع و متغیرهای مستقل نیز شامل متغیرهای اقتصادی، اجتماعی و فنی در نظر گرفته شدند. تجزیه وتحلیل داده ها با نرم افزار SPSS انجام شد. نتایج همبستگی نشان داد بین مدیریت پایدار منابع آب با متغیرهای عوامل اقتصادی و سپس، با دیدگاه کارشناسان ارتباط معناداری در سطح 99 درصد وجود دارد. بین سن و سابقه کارشناسان و پایداری آب رابطه معناداری وجود ندارد و به بیانی دیگر، این عوامل مستقل از مدیریت پایدار آب هستند.
کلیدواژگان: بخش کشاورزی، پایداری آب، عوامل اقتصادی، مدیریت اقتصادی، مدیریت پایدار، منابع آب -
صفحات 1099-1112
از آنجا که بسیاری از حوضه های آبخیز کشور ایران ایستگاه رسوبسنجی ندارند، بین اندازهگیریها و برآوردهای انجامشده اختلاف زیادی مشاهده میشود. به همین دلیل، ارزیابی استفاده از مدلهای تجربی و روشهای آماری برآورد رسوب معلق انتقال رودخانه ها ضروری به نظر میرسد. هدف از تحقیق حاضر، ارزیابی همگنی و ناهمگنی، روند تغییرات میزان دبی جریان و رسوب و مقایسه مناسب کارایی روشهای برآورد بار رسوب معلق با استفاده از منحنی سنجه در منطقه مطالعه شده است. با استفاده از نرمافزار ProUCL از طریق آزمون من کندال و پتیت به ترتیب به تغییرات روند و ارزیابی همگنی و ناهمگنی سری زمانی دبی آب و رسوب پرداخته شد. برای برآورد رسوبدهی معلق منحنی سنجه یکخطی، دوخطی و حد وسط دسته ها بررسی شده و بهترین روش از میان روشهای یادشده از طریق معیار R2، NSE، RMSE و SD ارزیابی و انتخاب شد. نتایج نشان داد روش حد وسط دسته ها با بیشترین کارایی به عنوان روش مناسب برای این منطقه است. همچنین، نتایج حاصل از بررسی روند تغییرات دبی جریان و رسوب با استفاده از آزمون من کندال با سطح 5 درصد معناداری نشان داد روند به صورت نزولی بوده و نشان دهنده تطابق تغییرات دبی و رسوب در این منطقه است. در ارزیابی آزمون پتیت مشخص شد که سری زمانی گسسته در دبی رسوب ناهمگن و در دبی آب همگن است؛ بنابراین داشتن دانشی در ارتباط با همگنی و ناهمگنی دبی جریان و رسوب میتواند برای اقدامات حفاظتی و تعدیل آثار زیستمحیطی موثر باشد.
کلیدواژگان: آزمون پتیت، آزمون من- کندال، رسوب دهی معلق، منحنی سنجه رسوب، ناهمگنی رسوب -
صفحات 1113-1126
شور شدن خاکها، مسئله مهم محیطی است که سبب کاهش بهره وری خاک میشود. برای مدیریت بهینه منابع خاکی پایش کمی شوری خاک، تغییرات زمانی و تحلیل فضایی عوامل تاثیرگذار بر آن ضروری به نظر میرسد. هدف از تحقیق حاضر، استخراج نقشه پراکندگی شوری خاک و تحلیل فضایی آن پس از بارشهای بیش از نرمال سال آبی 1397 1398 در غرب ایران است. با استفاده از تصاویر ماهوارهای لندست و شاخص GDVI و به وسیله الگوریتم نوشته شده در سامانه گوگل اینجین، نقشه هدایت الکتریکی خاک استخراج شده و در پنج کلاس شوری طبقه بندی شد. نتایج نشان داد به طور کلی شوری خاک در محدوده مطالعه شده کاهش یافته است. اگر عامل بارشی در دوره مطالعه شده مهمترین عامل در تغییرات پراکندگی شوری بدانیم، مناطق با شوری شدید که در کلاس ارتفاعات کم قرار دارند، تغییری نکرده است. این عامل به دلیل وجود سازندهای شور و شیب ملایم اطراف آنها نتوانسته تاثیر زیادی بر کلاس شوری شدید بگذارد، اما کلاس با شوری متوسط بیشترین تغییرات را داشته و بارش توانسته است شوری سطح خاک این کلاس را به پاییندست جابه جا کند.جهت بیضی سه برابر انحراف استاندارد مکانی شمال غربی به جنوب شرقی به دست آمد که نشان میدهد بیش از 99 درصد پراکندگی شوری به تبعیت از آرایش مکانی ارتفاعات، بارش و پراکندگی رده های خاک در این راستا گسترش دارد. آماره 4566/0شاخص موران و P_Value مقدار 00/0 خودهمبستگی مکانی شوری خاک را در غرب کشور نشان داد.نقشه لکه های داغ نیز نشان داد شوری سطحی خاک به صورت خوشهای در راستای شمال غرب و به جنوب شرق و در ارتفاعات کمتر از 1200 متر قرار دارد.تحلیل لکه های داغ نیز نشان داد شوری خاک به سمت شرق و داخل کشور بیشتر الگوی خوشهبندی پیدا کرده است. از نتایج و روش این تحقیق میتوان به راحتی و با سرعت زیاد مناطقی که در معرض شوری خاک قرار دارند، شناسایی و پایش کرده و در برنامه ریزی های محیطی برای پیاده سازی اقدامات پیشگیرانه استفاده کرد. همچنین، از نتایج تحقیق حاضر و خروجیهای آن برای شناسایی کانونهای شوری خاک در برنامه ریزی های کشاورزی و تخصیص امکانات استفاده کرد.
کلیدواژگان: آماره جی استار، تصاویر لندست، شاخص GDVI، شوری خاک
-
Pages 843-854
There is a deficiency in the number and depth of researches regarding the significant association between meteorological and hydrological droughts, and investigating the effects of uncertainties in the lag time between the two phases of the droughts. In this study, the lag time between the two phases of meteorological and hydrological droughts was investigated based on the available observations, using frequency-counting methods for the Anzali wetland basin with 9 meteorological and 20 hydrometric stations having recorded data from 1985 to 2015. Due to the fact that in the 30-year observation period, the possibility of severe droughts is low, to generate unobserved meteorological drought conditions of varying magnitude, continuity, and intensity, using the Monte Carlo method artificial rainfall was simulated. The SWAT water balance model was employed to generate the hydrological drought situations for different meteorological drought scenarios. The effect of the persistence and severity of meteorological drought on the lag time was investigated using the statistical technique of cross-correlation matrices. The results showed that an increase in meteorological drought duration increases the hydrological drought duration while an increase in the drought intensity reduces the lag time between the two phases of the droughts. The confidence interval of the lag time between meteorological and hydrological droughts showed that there is a chance of 70% to have a lag time of one month or less between the two phases of the droughts.
Keywords: Meteorological, Hydrological Drought, Drought Severity, Drought Duration, Uncertainty, lag time -
Pages 855-871
Iran is located in arid and semi-arid climates; Due to the fact such country is facing with the growing consumption of water that can be addressed to the water crisis audience in the coming years. Therefore, to tackle the problem we should be sensitive about all type of water consumption. The industry sector is one of the consumers of water resources in the country and optimization of water consumption in this sector is a crucial priority that must be considered. This plan could save water consumption and also, the water needs of industries will also be met in the future. The present study was conducted on one of the largest detergent factories in Qazvin province. A system boundary analysis is provided for a detergent plant and specifies the range of calculations of water use factors. Using data from the plant and related calculations, the total water footprint of the plant in 2019 is estimated to be 26.64 𝑚3 for each product. Direct and indirect water footprints were estimated to be 0.658 and 25.9 𝑚3, respectively, indicating a high share of detergent production in water consumption. In this study, the amount of gray water footprint in the detergent industry was calculated and its rate for a detergent plant was calculated to be 14.5 cubic meters per tonne of product per year.
Keywords: virtual water footprint, detergent, water consumption reduction, Energy consumption, Grey water footprint -
Pages 873-889
elevation factor, slope, Distance from river, Geomorphology, Drainage density, Flow accumulation, precipitation, land use, geology, SPI, TWI, curvature. SPI, TWI, curvature layers in SAGA GIS environment have been prepared and the other layers have been prepared in GIS environment. After preparing the criteria, the pairwise comparison matrix is prepared and then the value of the final coefficient of the layers is prepared with the help of Expert Choice software. Then all the factors are classified and fuzzy normalization is applied to them using fuzzy functions. Finally, all layers are merged using the WLC method and the final map is prepared. To determine the degree of correlation of layers using random points, the correlation coefficient of factors has been calculated. The results of this study show that in Sanghar catchment area, about 26% of the area is exposed to high and very high flood sensitivity and 59% have low and very low flood sensitivity. Among the geomorphic factors affecting the flood, three factors: elevation, slope, and drainage network density have a major impact on the flood sensitivity of the Sanghar catchment; In contrast, the four factors of Distance from river, SPI, Flow accumulation and curvature played a smaller role in the flood susceptibility map of Sanghar catchment.
Keywords: Flood, AHP, GIS -
Pages 891-906Types of research in recent years have turned their attention to improving the efficiency of thermal and heat recovery systems. Regarding the water and energy crisis, improving the efficiency of thermal systems and heat recovery, along with the use of the desalination process, has attracted many researchers in recent years. The simultaneous design of units and the integration of processes reduce the amount of required equipment and energy consumption. The main purpose of this article is to supply fresh water to Qeshm Island with renewable energy. An integrated structure for cogeneration of freshwater and power has been developed using a multi-stage thermal water desalination system and Kalina cycle. To supply the input heat, an integrated structure of solar flat plate collectors and phase change material have been used. This integrated structure produced 227.8 kgmole/h freshwater and 1107 kW power. In this integrated structure, the efficiency of the Kalina cycle power plant and gain output ratio of the multi-effect desalination system are 6.751% and 2.874, respectively. Exergy analysis of the integrated structure shows that the highest exergy destruction occurs in solar collectors of 81.68% and heat exchangers of 14.34%, respectively. The economic analysis of the integrated structure shows that the period of return and the prime cost of the freshwater are 3.883 years and 2.131 US$/m3, respectively.Keywords: Water footprint, concern, Multi-effect desalination, Power cycle, PCM, Flat plate solar collectors
-
Pages 907-919
One of the threating factors to fresh water resources is the advancement of saline water and intrusion into the groundwater aquifer. This problem occurs in coastal zones and desert margins which causes reduction in the quality of fresh water. Evaporation from the soil surface and the water table depth are factors affecting the salinity and salt distribution in the saturated and unsaturated zones. In this study, by constructing a physical model with dimensions of 4×1×1 m, the proposed situation of saline and fresh aquifer levels was studied in four different hydraulic gradients. During the experiment, moisture and salinity data were collected from the physical model and then the salinity distribution in the physical model was numerically simulated using Hydrus-2D software. The results showed that Hydrus-2D model simulates moisture and salinity distribution well. The Maximum Normalized Root Mean Square Error (NRMSE) for simulation of moisture and salinity were 9.28 and 21.69 percent. The results showed that the pattern of salinity progression and regression were different. In conditions where the fresh water level is higher, it prevents the advance of saline water in saturated zone, and in unsaturated zone it does not have a significant effect on controlling salinity due to evaporation from the soil surface. In the saturated zone, when the saline and fresh water levels were equal, three units salinity increase in saline zone and when the saline water level was higher, 6.5 units salinity increase was observed in the middle of the two saline and fresh water reservoirs.
Keywords: Groundwater, Salinity Front, Hydraulic gradient -
Pages 921-933
Natural disasters are one of the most important causes of human death.Meanwhile, floods and earthquakes have the highest number of casualties and financial losses.Therefore, given that Iran is one of the top ten countries in the world, Hence, the present study evaluates the effects of macroeconomic variables on casualties and financial losses caused by floods and earthquakes by the WLS method in the period 1339-1398 in Iran.The results of this study showed that one percent increase in the variables of GDP per capita, life expectancy and literacy rate caused a decrease of 1.52, 5.26 and 10.55 percent in flood and earthquake casualties, respectively.Also, a one percent increase in the variables of population density, unemployment rate, government spending on infrastructure and openness of the economy increases by 20.64, 7.47, 4.22 and 4.86 percent, respectively, of the casualties caused by floods and earthquakes.On the other hand, a one percent increase in GDP per capita, population density, government spending on infrastructure and literacy rate caused an increase of 1.86, 13.01, 12.81 and24.52 percent in financial losses due to floods and earthquakes, respectively.A one percent increase in the variables of life expectancy and investment in physical capital also caused a decrease of 33.22 and9.9 percent in the financial losses caused by floods and earthquakes, respectively.Therefore, considering the results of the role of economic variables in the amount of financial and casualties caused by floods and earthquakes in Iran is significant, so economic policy to reduce the negative effects of these events is considered necessary.
-
Pages 935-949
The vegetation resistance, drag force and drag coefficient is one of the most properties in hydraulic and Eco hydrological studies in rivers. The drag coefficient depends on flow properties, condition of density and distribution of vegetation, and often estimated by non-accurate empirical equations. In the present study with the aim of improving the accuracy and derivation of optimum equations for drag coefficient in open channel flow with submerged vegetation, the optimal Pareto and multi gene genetic expression programming in combination with maximum dissimilarity classification algorithm is used. By using the dimensional analysis, the effective parameters derived in non-dimensional form and using 910 data points of drag coefficient and flow with vegetation conditions explicit equations for drag coefficient are developed. Investigating the results of proposed model shows that model with R2=0.9, RMSE=0.41, MPE=10% is more accurate than the empirical equations and its errors are 20% smaller than previous equations, declare the appropriate performance of developed model. Furthermore, the physical meaning of the developed models shows that beyond its simplified form, it has the ability in inferring of physical meaning of drag phenomenon. Therefore, the superiority of proposed model versus previous studies is confirmed. The results of the current model can use in studies and hydraulic/eco-hydrologic models in rivers and channels having vegetation.
Keywords: Pareto Optimality, vegetation, drag coefficient, flow resistance, multi-gene expression model -
Pages 951-965
Several factors are affecting the flood routing process, each of which has a particular weight of attenuation of flood peaks through the spillway. This paper identifies these factors and analyzes the factors affecting the sensitivity of peak discharge estimation of Sardasht dam and the effects of these factors and their sensitivity were determined through hydrograph routing from the basin and the reservoir. At the first stage, after the construction of the basin model with full elements in Hec-Hms, one available storm event with corresponding runoff, simulated then affecting parameters in the different subbasins were calibrated. In the second stage, the probable maximum precipitation (PMP) hyetograph converted to probable maximum flood (PMF) and routed in the reservoir. At the last stage, the sensitivity of CN, amount of rainfall design, lag time of channel and lag time of basin and also flood routing of the reservoir were investigated. The results show that the design flood is most sensitive to the amount of precipitation as with 30% change in precipitation, CN and channel lag time the flooding amount changed linearly about 40%, 25%, and 8%, respectively, but with changing ±30% of basin lag time the flood peak changed non-linearly by 5 in over estimating and 16% in the underestimating.
Keywords: Rainfall-Runoff model, Reservoir routing, Sardasht Dam, spillway, Hydrograph -
Pages 967-979
The aim of this study is to select the effective parameter and optimum combination for R-R modeling using Gamma in WinGamma for Northern Karun watershed. daily precipitation and discharge data in 1997-2017 was used. Lake data was removed and homogeny of data done using Run-Test. Statistical corrections were corrected by correlation method and data homogeneity test was performed by Run-Test method. The coefficients of auto-correlation, partial auto-correlation and cross-correlation in the R Studio software environment were used. Optimum inputs were also obtained using the Gamma test in WinGamma . The results showed that 9 optimum input include precipitation today (Pt), one day (Pt-1), two days (Pt-2), three days (Pt-3) and four days (Pt- 4), As well as discharge the day before (Qt-1), discharge with a delay of two days (Qt-2), three days (Qt-3) and four days (Qt-4) had a significant level of confidence at the level of 5%, which for the creation of 130 suitable combinations was identified and based on the lowest Gamma (Γ) statistics, a suitable composition was determined for each sub-watershed. for the whole basin, the optimum inputs include the parameters Pt, Pt-1, Qt-1, Qt-2 and Qt-4, and the best combinations are Pt, Pt-1, Qt-1, Qt-2, Qt-3. In general, in all sub-watersheds and the whole watershed precipitation of the current day, the precipitation of one or two days ago as well as the discharge of the previous day and two days ago have a significant effect on the runoff entering the in river basin.
Keywords: Auto-correlation Coefficient, Gamma Statistic, North Karun Watershed, Rainfall-Runoff Process, WinGamma -
Pages 981-992
The present research aims to study the trend of precipitation changes of Karkheh Catchment Area in 19 next years via using 6 synoptic stations (Eslam Abad Gharb, Bostan, Khorram Abad, Ravansar, Kangavar, and Malayer). At first, climate data of the basic period from 1998 to 2016 was provided daily. Then, output data of IPCM4 Atmosphere General Circulation Model was become microscale with 3 scenarios of climate change of A1B, A2, and B1 through LARS-WG Model in Karkheh Catchment Area. Obtained results of precipitation changes were evaluated and analyzed in 6 synoptic stations of Karkheh Catchment Area in basic period of 1998-2016 and next period of 2017-2035. Studying of error rate of observation and simulated data was conducted in evaluation of LARS-WG Model and the proper model was evaluated. Obtained results of studying precipitation average represents that the precipitation amount of the next 19 years will increase compared to the 19 previous years based on each of three scenarios of A1B, A2 and B1 in stations of Eslam Abad Gharb, Bostan, Ravansar and Malayer and A2 Scenario shows more increase in comparison to the other scenarios. Indeed, precipitation amount of the next period will decrease compared to the previous period in Kangavar Station, according to each of three scenarios of A1B, A2, and B1.
Keywords: climate change, IPCM4 Model, Scenario, Greenhouse Gases -
Pages 993-1005
Climate change and human activities, including dams, are keywords in water resources management that directly affect water exchanges between surface and groundwater resources. The purpose of this study is to determine the contribution of human activities (dam construction) and climate change (hydrological drought) on the water resources of the Karun River. For this purpose, the study area of Gotvand-Aghili was selected. By analyzing the Iranian matrix, the effects of dam construction on water resources were determined. The results showed that there are 6 and 4 negative effects in the column and row respectively. However, the matrix shows that the consequence and impact of tourism development and recreational activity and surface water quality are less than -3.1. Continuously, to determine the contribution of climate change in water resources, hydrological and hydrogeological drought indices were calculated over an 11-year statistical period. The results of comparing the electrical conductivity in the sampled points show a significant increase that was consistent with the results of the Iranian matrix. Comparison of SDI and GRI indices shows that from 2012 to 2015, there was no hydrological and hydrogeological drought in the region, and based on this, part of the aquifer decline can be considered as a result of the construction of the Gotvand Olya Dam.
Keywords: Environmental Impact Assessment, climate change, Sustainable Development, dam, Groundwater Resources -
Pages 1007-1019With the increase in population, the use of natural resources increased and despite the limitations of these resources, environmental problems were created. Climate change, on the other hand, doubles concerns about water and energy supply. There are only two solutions to the water crisis: creating and discovering new resources, keeping existing resources available, and using them in a planned way. The aim of this study is the investigation of the water footprint of the electricity industry. At first, a number of power plants in the country were studied as samples. Then, the amount of virtual water consumption per kilowatt hour of electricity generated from thermal power plants and renewable energy was investigated and calculated. The results showed that the amount of virtual water used in different power plants depends on the type of power plant and the type of cooling system. Water consumption in all types of power plants is as follows: heat >combined cycle >gas >photovoltaic> wind. The average water consumption in the stem power plant with wet tower cooling system is 2.2 L/kWh, in the steam and CCGT power plant with once-though cooling system is 1.5 L/kWh, in the steam and CCGT with dry cooling system is 0.2 L/kWh, in the gas turbine is 0.025 L/kWh and in the PV is 0.07 L/kWh. The price of water is different for drinking water, irrigation and industry. So the price of water consumption of electricity is low in wind turbine, gas turbine and photovoltaic, respectively. Therefore, in order to develop and grow the country's power industry, choosing the type of power plant and especially the type of cooling system plays an important role in saving water consumption.Keywords: water footprint, Electricity generation, Virtual water
-
Pages 1021-1031
In order to maintain the ecological and biological sustainability of wetlands, it is necessary to have a proper understanding of their physical, biological and chemical environment and to investigate the status of heavy metals in them. The purpose of this study was to investigate the contamination of Choghakhor wetland with arsenic, copper, chromium, lead, zinc and cadmium using MI, HPI, HEI, Cd and IRWQIST indices during autumn 2018. Surface water sampling was performed in 10 stations and the concentration of metals was measured by ICP-MASS. The results of calculation of water pollution indices also showed that the wetland water was within the danger threshold class in terms of drinking according to MI index in all of the stations with a value of 1.04 and within the low pollution class according to HEI index with a value of 0.46. Cd index showed low pollution with a value of -4.96 and HPI showed that wetland water was not polluted with heavy metals with a value of 34.73. Also, according to the results of IRWQIST index, water quality was within the good condition of this index in all studied stations in terms of toxic pollutants with the lowest value of 76.4 in station 1 and the highest value of 80.4 in station 10. Therefore, the water quality of Choghakhor wetland was within the low pollution condition in terms of heavy metals in the water, which requires special attention to the water quality of this wetland in order to prevent further pollution.
Keywords: Choghakhor Wetland, Water pollution indices, Heavy metals, Water quality -
Pages 1033-1045
Urban water distribution systems constitute a large part of urban infrastructure. Awareness and understanding of pollutant sources and transport of contamination process in the water network cause suitable modeling of this phenomenon in the water network as well as perform a proper crisis management when the contaminants enter the network. In order to simulate the movement of nitrate in the soil, the nitrate advection-dispersion equation was programmed in MATLAB in this research. The second water distribution network of Zahedan has been considered as the study area and potential points with high concentration of pollutants in the network have been identified. Network simulation, after two hours of contamination, was tested for water contamination by linking EPANET and MATLAB software. to manage the network pollution crisis, two tools were proposed including detention time and dilution flow and were used along with polluted water discharging. The results of discharging of the polluted water showed that by closing pipes from 1.25 to 2.4 of the pollution injection time and also discharging water at a rate of 5% of the base pipe flow can prevent the entering of the pollution to other parts of the network. To calculate detention time, the network was divided into four parts including: near, middle, far and very far. The results of the qualitative analysis of the network indicated that required detention time to treat the quality of water in the nodes of the middle, far and very far decreased 25 to 30, 50 and 67 to 75 percent compared to the near nodes, respectively. Moreover, efficiency and positive performance of dilution flow as a tool for quality management and control of water distribution network, was proved. Required dilution flow to treat the quality of water was determined to be nearly 20% of the base pipe flow.
Keywords: Water Quality Management Tools, Water Network Pollution, Suction Phenomenon, Discharge of polluted water, Dilution Flow, Detention Time -
Pages 1047-1060
The purpose of this study is to determine the areas with groundwater potential using artificial neural network (ANN), random forest (RF), support vector machine (SVM) and linear regression (GLM) models. In the present study, 14 parameters groundwater potential including altitude, slope, slope direction, curvature, distance to stream and fault, stream and fault density, lithology, average rainfall, land use, topographic position index (TPI), relative slope position (RSP) and topographic wetness index (TWI) were used. From a total of 10,624 springs, randomly 70% as test data and 30% as validation data were classified. The RF model was also used to determine the most important parameters. Alignment test between parameters was performed using SPSS software. The Receiver operating characteristic was used to Predictive power of models and the Seed Cell Area Indexes (SCAI) was used to accurately distinguish between classes. The results showed that there is no alignment between the parameters. The results of RF model showed that the parameters of height, land use, slope, and distance from fault, TWI and lithology are the most important factors affecting groundwater potential, respectively. Also, based on the ROC curve in both training (0.915) and validation (0.909), the ANN model had the highest accuracy and the RF, SVM and GLM models were in the next categories. Also, the results of the seed cell area index showed that all four models have separated the classes with appropriate accuracy. According to the ANN model, 31.4% of the basin has high and very high groundwater potential.
Keywords: Artificial Neural Network, Groundwater Potential, Lake Urmia, Machine learning, Random forest -
Pages 1061-1070
One of the most important applications of rock-fill dams is to control flood by reducing the peak discharge of inflow. It is of great importance to study how much of the inflow to the rock-fill dam reservoir is transferred to the downstream under unsteady flow conditions. In the present study, flood routing in dual detention rock-fill dams was studied using four experimental data samples, linear Muskingum method, and particle swarm optimization (PSO) algorithm and the effect of rock-fill dam length, distance between two dams, and aggregate size was studied on the K coefficient of linear Muskingum method. The results showed that the mean relative error (MRE) of the four experiments used in the present study were equal to 4.9, 3.4, 4.35 and 3.55%, respectively, and the relative error of the peak discharge (DPO) of the mentioned experiments were calculated as 1.58, 0.47, 2.86 and 1.78%, respectively, which indicates the high accuracy of the linear Muskingum method in estimating the outflow hydrograph. The results also showed that, by increasing the distance between the inflow and outflow hydrographs, the K coefficient increased and by increasing the aggregates size, the flow velocity increased and consequently, the K coefficient decreased.
Keywords: Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, Flood routing, Linear Muskingum Method, Dual Detention Rock-fill Dams -
Pages 1071-1087
The present study seeks to introduce the capabilities and advantages of the strategic model of Meta- Swot in the form of relevant software in wetland planning. The resource is based on resource-based theory (RBV). This theory believes that unique resources and capabilities form the main factor of continuous and sustainable competitive advantage. Accordingly, wetlands can identify their sustainable competitive advantages by programming in principle and recognizing valuable, irreplaceable, rare, and irreplaceable (VRIO) resources and capabilities compared to competitors. At first, the Environment Protection Organization’s aim was to extract in related with wetland, then each of the goals prioritized by experts. Then Wetland Strategic Indicators to succession determined and weighted by Delphi and technique like and indicators for evaluation was identified. We produced strategic-managerial map. According to assessment of resource capability, we extracted proper indicators and effective environmental factors in Jazmoorian Strategic Planning. strategic map based on resources and environmental factors. Finally judging by strategic-managerial plans for achieving strategies was done. Results show that by using native management with protection approach by co-ownership local communities in management processes can be suggested such as best management style at the time of drought and water crisis. Dam construction with bubble size: 4.4 and coordinates (1.3,6.5), population with bubble size and coordinates (0.3,8.3), drilling well with bubble size and coordinates (0.3,8.3) and most importantly, land use changing with bubble size 6.5 and coordinates (1.3,9.8), has the highest strategic fit.
Keywords: Revival wetland, Basin, Strategic – spatial model, Wetland jazmoorian -
Pages 1089-1097
Limited water resources and population growth have made the agricultural sector more in demand than other water-consuming sectors, so today the challenge for the agricultural sector is related to food production using less water. This case study was conducted in the plains of Tehran province in 1397-98 and it is based on the information available in agricultural management of Tehran province. Therefore, the purpose of this survey is to investigate the challenges and factors affecting the sustainability of water resources management. First, we did random sampling from agricultural producers and 110 producers determined based on Cochran's formula as the sample size. The reliability of questionnaire determined between 75%-93% by Cronbach's alpha index with SPSS. Then the appropriate production function called Cobb–Douglas production function is given and using the shepherd theorem, the production cost function and then Demand function for agricultural water has been calculated. The added value of the agricultural sector was considered as a dependent variable and independent variables including economic, social and technical variables. According to the results of the correlation test, there is a significant relationship between sustainable management of water resources and the variables of economic factors and then the views of experts is at the level of 99%. There is no significant relationship between age and background of experts and water sustainability. In other words, these factors are independent of sustainable water management.
Keywords: Water sustainability, Agriculture, Economic management, economic factors, water resources, Sustainable management -
Pages 1099-1112
There is a significant difference between the observed and simulated suspended sediment yield with respect to many watersheds in Iran as this country does not have sediment stations. Due to station limitation, it is necessary to evaluate the experimental models and statistical methods for estimating the transfer rivers suspended sediment. The aim of this study is to evaluate homogeneity and heterogeneity, the trend of changes in discharge and sediment value and assesses a suitable comparison of suspended sediment load estimation methods efficiency using rating curves. The present study, the ProUCL software was used through the Kendall and Pitt test to evaluate trend changes and homogeneity and heterogeneity of time series relating to water and sediment discharge, respectively. To estimate suspended sediment a one-line, two-line, and mean-load rating curves were used. The performance of the methods was evaluated based on R2, NSE, RMSE and SD and the best method was selected. The finding of this study suggested that the mean-load method was selected as an appropriate method with the highest efficiency in the study area. Further, the trend changes of water and sediment discharges using the Kendall test showed that the trend is declining with a significance level of 5% and indicated that there are adaptations between water and sediment discharge changes. Pittet test revealed that the discrete time series in related to water and sediment discharges are homogeneous and heterogeneous, respectively. Therefore, having knowledge about the homogeneity and heterogeneity of water and sediment discharge can be effective in protection measures and environmental effects moderation.
Keywords: Pittet test, Man Kendall test, Suspended sedimentation, Sediment Rating Curve, and Sediment heterogeneity -
Monitoring and Evaluation of Spatial Variations in Soil Electrical Conductivity Using Remote SensingPages 1113-1126
Soil salinity is an important environmental issue that reduces soil productivity. For optimal management of soil resources, quantitative monitoring of soil salinity, temporal changes and spatial analysis of the factors affecting it are necessary. The purpose of this study is to extract the soil salinity distribution map and its spatial analysis after more than normal rainfall in the rainy year of 1997-98 in western Iran. Using Landsat satellite imagery and GDVI index and algorithm written in Google Engine system, soil electrical conductivity map was extracted and classified into five salinity classes. The results showed that in general, soil salinity has decreased in the study area. Areas with high salinity that are in the low altitude class have not changed. If the precipitation factor in this study period is the most important factor in changes in salinity distribution, this factor could not have a great effect on the salinity class, but the medium salinity class had the most changes. Move the soil surface of this class down. For the ellipse, three times the standard spatial deviation of the northwest to the southeast was obtained, which shows that more than 99% of the salinity dispersion follows the spatial arrangement of altitudes, precipitation and dispersion of soil categories in this direction. Statistics of 0.4566 of Moran index and P_Value showed 0.00 spatial salinity of soil salinity in the west of the country. The hot-spot map also showed that the surface salinity of the soil is clustered in the northwest and southeast directions at altitudes of less than 1200 meters. Hot-spot analysis also showed that soil salinity to the east and inland has found more clustering pattern. The results and methods of this research can easily and quickly identify areas that are exposed to soil salinity and could be used in environmental planning to implement preventive measures. The results of this research are also used and its outputs are also utilized to identify soil salinity centers in agricultural planning and allocation of facilities.
Keywords: Soil Salinity, Landsat images, GDVI index, G-Star statistics