فهرست مطالب

علوم و مهندسی آبخیزداری ایران - پیاپی 59 (زمستان 1401)

مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران
پیاپی 59 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حامد فرضی، اصغر بیات، فرزانه وکیلی تجره، مجید رحمانی، امید اسدی نلیوان* صفحات 1-11

    حوزه سد کرج در استان البرز به دلیل دارا بود شرایط خاص توپوگرافیکی و انسان ساخت مستعد وقوع  سیل های ویران گر می باشد. هدف از این تحقیق تعیین مناطق دارای پتانسیل حساسیت سیل و اولویت بندی عوامل موثر بر آن با استفاده از روش حداکثر آنتروپی می باشد. 14 عامل موثر بر پتانسیل سیل انتخاب و تست هم خطی عوامل با آزمون فاکتور تورم واریانس بررسی شد. از مجموع 47 نقطه سیل، به صورت تصادفی 70 درصد به عنوان داده های آزمون و 30 درصد به عنوان داده های اعتبارسنجی طبقه بندی شدند. هم چنین جهت تعیین مهم ترین پارامترها از نمودار جکنایف استفاده شد. از منحنی ROC جهت قدرت   پیش بینی مدل استفاده شد. نتایج نشان داد که هم خطی بین عوامل مورد استفاده وجود ندارد و لذا کلیه عوامل در فرآیند مدل سازی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد که بر اساس نمودار جکنایف لایه های ارتفاع، فاصله از آبراهه و بارندگی به ترتیب مهم ترین عوامل موثر بر حساسیت و احتمال وقوع سیل بودند. بر اساس سطح زیر منحنی و نمودار ROC میزان دقت پیش بینی مدل در بخش آموزش عالی (925 /0) و در بخش اعتبارسنجی خوب (717 /0) بوده است. بر اساس نقشه نهایی حساسیت سیل 41/ 22 درصد از پهنه حوزه مورد مطالعه دارای پتانسیل حساسیت سیل متوسط رو به بالا می باشد.

    کلیدواژگان: پهنه بندی، حداکثر آنتروپی، حساسیت سیل، سد کرج
  • علی اکبر داودی راد، مجید محمدی* صفحات 12-22

    فرسایش آبکندی به عنوان یکی از شکل های معمول فرسایش در مناطق خشک و نیمه خشک شناخته می شود. به دلیل اهمیت این پدیده، مطالعات مختلفی در سراسر جهان به منظور بررسی فرسایش آبکندی و اثرات آن انجام شده است. هدف این تحقیق تعیین دقت نقشه حساسیت فرسایش آبکندی با استفاده از مدل های  SVM و MARS  در حوزه آبخیز شازند بود. جمع آوری اطلاعات آبکند های منطقه مورد مطالعه انجام شد. محل آبکند ها با استفاده از تصاویر ماهواره لندست، گوگل ارث تعیین و در بازدیدهای میدانی ثبت شد. بعد از تهیه نقش حساسیت فرسایش آبکندی با استفاده از روش های مذکور، از منحنی تشخیص عملکرد نسبی و سطح زیر این منحنی برای ارزیابی دقت نقشه ها استفاده شد. سطح زیر منحنی برای مدل های SVM و MARS به ترتیب 781 /0 و 697 /0 به دست آمد. نتایج ارزیابی نشان داد که دقت مدل های SVM و MARS به ترتیب در طبقه خوب و متوسط قرار گرفته است. نتایج تحقیق می تواند ابزار مفیدی برای مدیریت منابع طبیعی و محیط زیست و همچنین کاهش تخریب خاک باشد.

    کلیدواژگان: فرسایش آبکندی، رگرسیون چندمتغیره انطباقی اسپلاین، ماشین بردار پشتیبان، حوزه آبخیز شازند
  • بهروز محسنی، محمود حبیب نژاد روشن*، کاکا شاهدی، عبدالله درزی نفت چالی صفحات 23-31

    پایداری منابع آب زیرزمینی به معنای تضمین دردسترس بودن دایمی خدمات ضروری آب زیرزمینی برای مدت نامحدود است. هدف از این تحقیق، بررسی وضعیت پایداری منابع آب زیرزمینی دشت ممنوعه بهشهر- بندرگز از طریق مقایسه دو شاخص بهره برداری آب و کمبود آب سبز است. در ابتدا شاخص کمبود آب سبز براساس مفهوم ردپای آب، به عنوان نسبت بین ردپای آب سبز به آب سبز قابل دسترس محاسبه شد. شاخص بهره برداری آب نیز با توجه به متوسط بلندمدت منابع آب شیرین سالانه براساس مولفه های تخلیه چاه و قنات، تغذیه کل و آب برگشتی به دست آمد. سپس مقدار هریک از شاخص ها در الگوهای کشت (گندم بهاره و برنج) طی یک دوره 33 ساله (61-94) محاسبه شدند. شاخص کمبود آب سبز برای گندم بهاره و برنج به ترتیب 68 /2 و 54 /2 برآورد شد. شاخص بهره برداری آب نیز برای دو الگوی کشت  به ترتیب 18 و     8 /17 درصد محاسبه شد. افزایش تبخیر تعرق در کشت گندم بهاره سبب کاهش محتوای آب خاک و درنهایت منجر به ناپایداری بیش ازحد منابع آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه شد. براساس نتایج، استفاده از شاخص بهره برداری آب در مقایسه با شاخص کمبود آب سبز ارتقای پایداری منابع آب زیرزمینی دشت بهشهر- بندرگز را نشان داد.

    کلیدواژگان: تغذیه، تبخیر-تعرق، دشت بهشهر-بندرگز، ردپای آب، هارگریوز
  • لیلا بیابانی، مهین حنیفه پور، حسن خسروی*، بهروز اکبرپور بناب صفحات 32-43

    در این تحقیق با استفاده از مدل‌ نسبت فراوانی (FR) تلاش شد مناطق با پتانسیل بالای آب زیرزمینی حوزه آبخیز سیرا  مشخص شود. 14 فاکتور موثر بر پتانسیل آب زیرزمینی شامل درجه شیب، درصد شیب، طول شیب (LS)، ارتفاع، شاخص جریان رودخانه (SPI)، شاخص رطوبت توپوگرافی (TWI)، انحنای سطح، فاصله از رودخانه‌ها، فاصله از جاده ها، فاصله از گسل،  سنگ شناسی، کاربری اراضی، گروه های هیدرولوژیک خاک و تراکم زهکشی در نظر گرفته شد. در محیط GIS نقشه های فاکتورها تهیه و هم پوشانی شدند. در منطقه 83 چشمه وجود دارد که 58 مورد برای مدل‌سازی و 25 مورد برای صحت سنجی در مدل FR  مورد استفاده قرار گرفت. در نهایت با استفاده از خروجی مدل، نقشه پتانسیل منابع آب زیرزمینی ایجاد گردید. جهت صحت سنجی و ارزیابی نقشه‌های پتانسیل آب زیرزمینی از منحنی ‌ROC استفاده شد. نتایج صحت سنجی نشان داد که سطح زیر منحنی (AUC) در مدل نسبت فراوانی 21/ 81 درصد است که این مدل کارایی خوبی در پتانسیل منابع آب زیرزمینی منطقه دارد. بر اساس نتایج پتانسیل چشمه های به ترتیب، 07 /5، 59 /13، 85 /42 و 48 /38 درصد منطقه در کلاس‌های کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد قرار گرفت.

    کلیدواژگان: نقشه پتانسیل آب زیرزمینی، نسبت فرکانس، مدیریت پایدار، سیرا، سطح زیر منحنی
  • گوهر نوروزی*، رضا محمدپور، علیرضا والی پور، علی ترابی، محمدمهدی احمدی صفحات 44-52

    شناخت رابطه دبی- اشل در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب و همچنین طراحی سازه های هیدرولیکی، سازماندهی رودخانه ها و برنامه ریزی برای سیستم های هشدار سیل دارای اهمیت بالایی می باشند. با پیشرفت علم و افزایش سرعت محاسبات، روش های جدیدی تحت عنوان سیستم های هوشمند ارایه گردیده است که استفاده از آنها می تواند گزینه بهتری جهت مدل سازی باشد. در این تحقیق به ترتیب از روش های هوشمند ترکیبی Fuzzy-GMDH، RBF و ANFIS استفاده شده است. روش Fuzzy-GMDH  که ترکیبی از دو تکنیک منطق فازی (Fuzzy) و روش کنترل گروهی داده ها (GMDH) جهت پیش بینی دبی - اشل می باشد. جهت بررسی مدل پیشنهادی از داده های واقعی و نرمال شده رودخانه مند واقع در استان بوشهر استفاده و نتایج  با دو روش شبکه های عصبی RBF و همچنین ANFIS مقایسه شده است. در ابتدا با استفاده از آنالیز حساسیت پارامترهای مهم تعیین و سپس روش های ذکر شده با شاخص های آماری از جمله ضریب ناش (NASH) بررسی و مقایسه شده است. نتایج حاصله نشان داد که داده های خام در روش Fuzzy-GMDH با مقدار 8822 /0=NASH، دقت بالاتری را نسبت به داده های نرمال (8788 /0=NASH) ارایه می دهد. از طرفی مدل Fuzzy-GMDH دارای عملکرد بهتری در پیش بینی دبی روزانه نسبت به دو روش دیگر با مقادیر ضریب ناش به ترتیب 8555 /0 و 8776 /0 است.

    کلیدواژگان: پیش بینی دبی، رابطه دبی- اشل، رودخانه مند، سیستم استنتاج فازی، شبکه عصبی
  • زینب حزباوی*، مرضیه پارسازاده کلوانق، محمود عرب خدری، یحیی پرویزی، فریدون سلیمانی صفحات 53-74

    اوایل قرن 20، به سبب آغاز تحقیقات آبخیزهای زوجی در چندین منطقه از جهان، منحصر به فرد بوده است. به نحوی که در بین 1930 تا 1970 گسترش قابل توجهی در احداث آبخیزهای زوجی صورت گرفت. در حال حاضر به سبب داشتن پتانسیل های ویژه و بهره مندی از امکانات تحقیقاتی مناسب برای اهداف مدیریتی و حفاظتی در حال استفاده هستند. بی شک، بدون داشتن داده های مقایسه ای حاصل از رویکرد آبخیزهای زوجی، تعیین روابط علت و معلولی تغییرات محیطی و بزرگی اثرات آن ها در برخی از شرایط خاص دشوار است. هر چند مرور آزمایش های حاصل از آبخیزهای زوجی در سطح جهان توسط محققان مختلفی انجام شده است، اما متاسفانه به سبب رواج انتشار مقالات داخل کشور به زبان فارسی، مرور مطالعات آبخیزهای زوجی از دید مطالعات مروری جهانی مغفول مانده است. بر همین اساس، مقاله حاضر با هدف بیان کارکرد و معرفی آبخیزهای معرف و زوجی و نیز تحلیل کلی از مطالعات صورت گرفته در زمینه شاخص های مختلف پایش اقدامات مدیریتی و پاسخ هیدرولوژیکی انجام شد. تحلیل نتایج حاصل از مطالعه شاخص های ارزیابی در آبخیزهای معرف و زوجی کشور نشان داد که شاخص های مورد مطالعه در سه دسته اصلی هیدرولوژی، شیمیایی و بیوفیزیکی قابل دسته بندی هستند. شاخص های هیدرولوژی و شیمیایی به ترتیب دارای بیش ترین و کم ترین فراوانی مطالعات بوده اند.

    کلیدواژگان: آبخیزهای آزمایشی، پایش بلندمدت، رواناب، شاخص ارزیابی، کرت فرسایش
|
  • Farzaneh Vakili Tajareh, Asghar Bayat, Majid Rahmani, Omid Rahmani* Pages 1-11

    Karaj dam basin in Alborz province is prone to destructive floods given to its special topographic and anthropogenic conditions. The purpose of this study is to determine the areas with flood susceptibility potential and prioritize the factors affecting it using the maximum entropy method. 14 factors affecting flood potential selection and linear testing Factors were analyzed by variance inflation factor. Out of a total of 47 flood points, 70 percent were randomly classified as training data and 30 percent as validation data. The Jackknife test was also used to determine the important factors. The ROC curve was used to predict the model. The results showed that there is no alignment between the factors used and therefore all factors were used in the modeling process. The results showed that according to the Jackknife test, DEM, distance from the stream and rainfall were the most important factors affecting the susceptibility of floods, respectively. Based on the area under the curve and ROC diagram, the accuracy of the model prediction was higher in the higher training sector (0.925) and good in the accreditation sector (0.717). According to the final flood susceptibility map, 22.41 percent of the study area has a moderate to high flood susceptibility potential.

    Keywords: Flood Susceptibility, Karaj Dam, Maximum Entropy, Zonation
  • Aliakbar Davodirad, Majid Mohammady* Pages 12-22

    Gully erosion found to be typical erosion form in semiarid and arid landscape. Because of the importance of this phenomenon, various studies have been conducted around the world to assess gully erosion and its effects. The purpose of this research was accuracy assessment of gully erosion susceptibility maps using SVM and MARS models in the Shazand watershed. Acquiring information about the gully erosion occurred in the study area was done. Locations of the gullies were specified using Landsat satellite images, google earth and field surveys. After gully erosion susceptibility mapping using mentioned models, the receiver operating characteristic (ROC) curve and area under the curve (AUC) were used to assess accuracy of these maps. The AUC for the SVM and MARS models obtained 0.781 and 0.697 respectively. Results of accuracy assessment show that accuracy of SVM and MARS models is located into the good and moderate class respectively. The research results can be a useful tool to manage natural resources and environment and also reduction of soil degradation.

    Keywords: Gully erosion, MARS, SVM, Shazand watershed
  • Behrooz Mohseni, Mahmood Habibnejhad*, Kaka Shahedi, Abdullah Darzi Pages 23-31

    Sustainability of groundwater resources means ensuring the permanent availability of essential groundwater services for a long-time. This research was conducted to investigate the sustainability of groundwater resources in the prohibited plain of Behshahr- Bandar-e-Gaz by using water expoliation and green water scarcity indices. Initially, the green water deficit index was calculated based on the concept of water footprint. The water exploitation index was obtained according to the long-term average of annual fresh water resources based on the components of well and qanat discharge, total recharge and return flow. The indices were calculated for the common cropping pattern of the region (spring wheat and rice) for a 33-year period (1982- 2015). The green water deficit index was 2.68 and 2.54 for spring wheat and rice cropping system, respectively. Also, the water exploitation index was 18 percent and 17.8 percent, respectively. Increase in evapotranspiration under spring wheat cropping reduced soil water content and ultimately led to excessive instability of groundwater resources in the study area. Based on the results, the use of water expoliation index can improve the sustainability of groundwater resources in Behshahr Bandar-e-Gaz plain rather than the green water scarcity index.

    Keywords: Recharge, Evapotranspiration, Behshahr- Bandar-e-Gaz plain, Water footprint, Hargreaves
  • Leila Biabani, Mahin Hanifehpur, Hassan Khosravi*, Behrooz Akbarpoor Bonab Pages 32-43

    In this study, using the frequency ratio (FR) model, an attempt has been made to identify areas with high groundwater potential of the Sira catchment. Effective factors for preparing groundwater potential map including slope aspect, slope percentage, slope length (LS), Elevation, stream power index (SPI), topographic wetness index (TWI), plan curvature, distance to rivers, distance to roads, distance to faults, lithology, land use, soil hydrological groups and drainage density considered for groundwater potential zone mapping. In the GIS environment, the maps of factors were prepared and overlapped. There are 83 springs in the region, of which 58 were used for modeling and 25 for validation in the FR model. Finally, using the model output, the potential map of groundwater resources was created. The ‌ROC curve was used to validate and evaluate the groundwater potential maps. Validation results showed that the area under the curve (AUC) in the frequency ratio model is 81.21percent, which has a good performance in the potential of groundwater resources in the region. Based on the results of spring potential, 5.07, 13.59, 42.85, and 38.48 percent of the region were in low, medium, high, and very high classes, respectively.

    Keywords: Groundwater potential map, frequency ratio, sustainable management, Sira, area under the curve
  • Gohar Norouzi*, Reza Mohammadpour, Alireza Valipour, Ali Torabi, MohammadMehdi Ahmadi Pages 44-52

    Understanding the Stage–Discharge relationship is of great importance in the management and planning of water resources, as well as the design of hydraulic structures, the organization of rivers, and the planning of flood warning systems. With the advancement of science and increasing the speed of computing, new methods called intelligent systems have been introduced, the use of which can be a better option for modeling. In this research, Fuzzy-GMDH, RBF and ANFIS combined intelligent methods have been used, respectively. The Fuzzy-GMDH method, which is a combination of two techniques of fuzzy logic (Fuzzy) and Group Method of Data Handling (GMDH) for flow-prediction. To study the proposed model, real and normalized data of Mand River located in Bushehr province were used and the results were compared with two methods of RBF and ANFIS neural networks. First, important parameters were determined using sensitivity analysis and then the mentioned methods were evaluated and compared with statistical indicators such as Nash coefficient (NASH). The results showed that the raw data in the Fuzzy-GMDH method with a value of NASH = 0.8822, offers higher accuracy than normal data (NASH = 0.8888). On the other hand, the Fuzzy-GMDH model has a better performance in predicting discharge daily than the other two methods with flow coefficient values of 0.8555 and 0.8776, respectively.

    Keywords: ANN, ANFIS, Forecasting Discharge, Mand River, Stage–discharge relationsh
  • Zeinab Hazbavi*, Marzieh Parsazadeh Kalvanaq, Mahmood Arabkhedri, Yahya Parvizi, Freidoon Soleimani Pages 53-74

    The early 20th century has been unique because of the initiation of paired watersheds (PWs) research in several world regions. So that, between 1930 and 1970, there was a significant expansion in the setting up PWs. They are currently being used for management and conservation objectives due to their special potential and appropriate research facilities. Undoubtedly, without having comparative data from the PWs approach, it is difficult to determine the cause-and-effect relationships of environmental changes and the magnitude of their impacts in some specific conditions. However, a review of experiments from PWs worldwide has been done by various researchers, unfortunately, due to the prevalence of publishing domestic articles in the Persian language, the review of studies on PWs has been neglected from the point of view of international review studies. Based on this, this article aims to express the function and introduction of representative and paired watersheds, as well as a general analysis of the studies conducted in the field of various monitoring indicators of management practices and hydrological response. The analysis of the results obtained from the study of the assessment indicators showed three main categories of hydrology, chemical, and biophysical. The hydrological and chemical indicators have the highest and lowest frequency of studies, respectively.

    Keywords: Assessment indicator, erosion plot, experimental watersheds, long-term monitoring, runoff