فهرست مطالب

مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران
پیاپی 67 (زمستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/10/12
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد کاظمی*، عاطفه جعفرپور صفحات 1-15
    مقدمه

    سنجش از راه دور به ابزاری ارزشمند جهت تهیه داده های یکپارچه مکانی در مورد پوشش و کاربری زمین در مقیاس های زمانی و مکانی تبدیل شده است. یکی از چالش های اصلی در نقشه برداری چند-زمانه پوشش و کاربری زمین، در دسترس بودن و یکپارچگی داده های آموزشی برای الگوریتم های طبقه بندی نظارت شده است. جمع آوری نمونه های آموزشی برای هر کلاس پوشش و کاربری زمین در طول دوره های زمانی مختلف می تواند زمان بر و از لحاظ میدانی به ویژه در محیط های در حال تغییر سریع، چالش برانگیز باشد. این مسئله همچنین با امکان تغییرات طیفی و فنولوژیکی در ویژگی های پوشش زمین در طول زمان تشدید می شود و از این حیث می تواند قابلیت انتقال نمونه های آموزشی را کاهش دهد. مفهوم «مهاجرت یا انتقال» نمونه های آموزشی از یک سال مرجع به سال های هدف (مقصد) به عنوان راهی برای غلبه بر محدودیت داده های آموزشی مورد بررسی قرار گرفته است. در این میان، استفاده از سامانه گوگل ارت انجین (GEE) نقشه برداری چندزمانه پوشش و کاربری زمین را تسهیل کرده است. توانایی GEE در ادغام منابع داده مختلف، از جمله تصاویر Sentinel-2 و طیف گسترده ای از شاخص های طیفی، به محققان امکان توسعه کاربست طبقه بندی پوشش و کاربری زمین قوی و مقیاس پذیر را داده است. رصد تغییرات در استفاده و پوشش زمین در طول زمان برای درک و مدیریت محیط زیست حیاتی است. با این حال، هنگامی که محدودیت داده های آموزشی برای دوره های زمانی مختلف وجود داشته باشد، می تواند چالش برانگیز باشد. پژوهش حاضر رویکردی نوآورانه برای طبقه بندی تصاویر ماهواره ای Sentinel-2 در سال های مختلف با استفاده از مجموعه  نمونه های آموزشی مرجع است.

    مواد و روش ها

    در پژوهش حاضر، کاربست نوآورانه ای با استفاده از نمونه های آموزشی متغیر از یک سال مرجع (تصاویر Sentinal-2 سال 2019)، همراه با باندهای تصاویر Sentinel-2 و شاخص های طیفی، برای طبقه بندی پوشش و کاربری زمین در منطقه مانگرو خوران به عنوان منطقه ای پویا و مهم اکولوژیکی مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، کاربرد الگوریتم های یادگیری ماشین در چارچوب سامانه GEE برای دستیابی به دقت طبقه بندی بالا و پایش تغییرات پوشش زمین در طول زمان بررسی شد. در این پژوهش، تصاویر ماهواره ای Sentinel-2 پوشش دهنده منطقه مورد مطالعه برای سال های هدف 2022 و 2024 و سال مرجع 2019 در GEE فراخوانی شدند. سپس جمع آوری داده های حقیقت زمینی شامل موقعیت و طبقه بندی انواع مختلف پوشش زمین برای سال مرجع با استفاده از نقشه کاربری اراضی سازمان فضایی اروپا جمع آوری شد. در ادامه، داده های حقیقت زمینی با کیفیت بالا و نمونه های تصویری متناظر آن ها از سال مرجع (2019) به عنوان نمونه های آموزشی به تصاویر سال هدف با الگوریتم فاصله زاویه طیفی (SAD) منتقل شدند. همچنین الگوریتم های طبقه بندی RF، GBT و CART برای طبقه بندی تصاویر سال هدف با استفاده از نمونه های آموزشی متغیر  به کار گرفته شدند. تصاویر طبقه بندی شده با استفاده از معیارهای مختلف صحت، مانند دقت کلی، ضریب کاپا، دقت تولیدکننده و دقت کاربر ارزیابی و خطای گماشته شده و حذف شده ارزیابی شدند. در نهایت اهمیت باندهای طیفی مختلف Sentinel-2 و شاخص های طیفی در فرآیند طبقه بندی تجزیه و تحلیل شد تا مناسب ترین ویژگی ها برای تفکیک پدیده های مختلف منطقه مورد مطالعه شناسایی شوند.

    نتایج و بحث:

    نتایج پژوهش حاضر نشان داد از میان الگوریتم های طبقه بندی، بیشترین میزان دقت برای صحت کلی و کاپا تصاویر طبقه بندی شده سال 2024 و 2022، مربوط به طبقه بندی جنگل تصادفی به ترتیب  با دقت 9104/0 و 8742/0، 8955/0 و 8570/0 بوده است. همچنین نتایج نشان داد مساحت جنگل های حرا در طول دوره بررسی از 74/7530 هکتار به 51/6546 تنزل داشته است، چیزی در حدود 23/984 هکتار کاهش و به عبارتی 164 هکتار کاهش سطح جنگل های حرا به ازای هر سال. مساحت پهنه های مسکونی و عرصه های ساخت و ساز از 5252/72 هکتار در سال 2019 به 4815/96  در سال 2024 رسیده است که رشد شتابان این کاربری در دو سال آخر دیده می شود. نتیجه اشتراکات و جمع بندی روش های مختلف طبقه بندی در سنوات مختلف و اهمیت نسبی باندها و شاخص ها نشان داد که شاخص های EMVI و mNDWI  بدلیل فراگیری پدیده های جنگل های مانگرو و نیز پهنه های آبی در محدوده مورد مطالعه غالبیت بیشتری از خود نشان داده اند. لذا در ترکیبات باندی جهت تفکیک پدیده های مختلف استفاده از باندهای سبز، قرمز، مادون قرمز نزدیک و از میان شاخص ها، شاخص مانگرو و نیز شاخص بهینه پهنه های آبی برای محدوده مطالعاتی مناسب ترین تشخیص داده شدند و برای عرصه های مشابه در جنوب ایران و محدوده های مانگرو پیشنهاد می شوند. در پژوهش حاضر با انتقال نقاط حقیقت زمینی سال منبع به تصاویر متناظر آن ها به عنوان نمونه های آموزشی در تصاویر سال هدف، از یک کاربست ساده و موثر برای طبقه بندی تصاویر ماهواره ای در پلتفرم GEE استفاده شد که قابلیت تسری به سایر مناطق را دارد.

    نتیجه گیری

    به طور کلی، پژوهش حاضر پتانسیل استفاده از نمونه های آموزشی متغیر و الگوریتم های پیشرفته یادگیری ماشین مانند جنگل تصادفی، درخت گرادیان تقویت شده و درخت رگرسیون و طبقه بندی و کاربرد شاخص های طیفی به عنوان داده های کمکی را برای طبقه بندی دقیق تصاویر ماهواره ای چند-زمانه نشان می دهد. توسعه ابزارهای مکانی، از جمله پلتفرم آنلاین GEE ، برای مدیریت به روز کاربری های زمین، از جمله مناطق تالابی و مانگرو، ضروری است. در پزوهش حاضر، نمونه های آموزشی با کیفیت بالا از سال مرجع به سال هدف (مهاجرت نمونه های آموزشی از زمان مشخص به سایر زمان ها) منتقل شدند و در انتها دقت طبقه بندی بالایی با استفاده از الگوریتم طبقه بندی جنگل تصادفی نسبت به سایر روش ها مانند رگرسیون تقویت شده یا درختان رگرسیون و طبقه بندی به دست آمد. این روش راه حل بالقوه ای در مطالعات چند-زمانه کاربری زمین و کمبود یا ناکافی بودن نمونه های آموزشی در سیستم GEE است. در این راستا پیشنهاد می شود که در مطالعات آینده، از ترکیبی از روش های فاصله اقلیدسی (ED)، فاصله زاویه طیفی (SAD) و خوشه بندی K-means برای تولید نمونه های آموزشی متغیر استفاده شود و نتایج طبقه بندی تصویر با استفاده از این روش ها مقایسه و تحلیل شود. این رویکرد راه حل امیدوارکننده ای برای تولید نقشه های روزآمد کاربری/ پوشش زمین، حتی در محیط های چالش برانگیز با داده های آموزشی محدود، ارائه می دهد. نتایج به دست آمده از این مطالعه می تواند جهت دهی مطالعات آتی را برای پایش پوشش اراضی، مدیریت و حفاظت موثر از منابع طبیعی ارزشمند، مانند جنگل های مانگرو را در سایر مناطق، هدایت کند.

    کلیدواژگان: الگوریتم های طبقه بندی پیکسل پایه، اهمیت نسبی، فاصله زاویه طیفی، کاربری اراضی، مانگرو، نمونه های آموزشی متغیر
  • سمانه رضوی زاده*، فاطمه درگاهیان، سارا تیموری، آزاده گوهردوست صفحات 16-30
    مقدمه

    سیل یک خطر طبیعی قابل توجه است که هرساله، میلیون ها نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می دهد و خسارات زیادی به اموال، زیرساخت ها و بوم سازگان های مختلف وارد می کند. بررسی تغییرات مناطق سیلابی برای درک و کاهش این اثرات بسیار مهم است. تحقیقات علمی نشان می دهد که دشت‏ های سیلابی تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله تغییرات آب و هوا، شهرنشینی و شیوه های مدیریت رودخانه است. تغییرات آب و هوایی، به ویژه در سال‏ های اخیر، منجر به افزایش شدت بارش‏ های رگباری شده است که به نوبه خود پهنه ‏های سیل‏گیر را گسترش و خطر سیل را افزایش می دهد. شهرنشینی و توسعه مناطق مسکونی نیز با افزایش رواناب سطحی و کاهش مناطق نفوذ طبیعی آب، حجم و دبی حداکثر سیلاب را تشدید می کند. اولین قدم جهت مدیریت بهینه سیلاب شناسایی مناطق سیل‏گیر، تهیه نقشه محدوده سیل گیر و پایش تغییرات سطوح آن در طی زمان است. تهیه نقشه پهنه های سیل گیر پس از واقعه و پایش مستمر وقایع سیلابی، معمولا سخت و استفاده از تصاویر ماهواره ای یکی از مهم ترین انتخاب واقع بینانه برای این موضوع است. از سوی دیگر تحولات اخیر در پایش سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره ‏ای نیز، پتانسیل پایش سیلاب را در جهان به صورت چشمگیری افزایش داده است. تصاویر ماهواره ای و فناوری های سنجش از دور، به ویژه از طریق پلتفرم هایی مانند گوگل ارث انجین، داده های ارزشمندی را برای تجزیه و تحلیل تغییرات زمانی و مکانی در مناطق سیل‏گیر ارائه می کنند.

    مواد و روش‏ها:

    در تحقیق حاضر به پایش وقایع سیلابی به وقوع پیوسته با دبی حداکثر لحظه ای در ایستگاه هیدرومتری سد کهک پرداخته شد. هامون های سیستان، به ویژه در سال های اخیر، تنها از طریق آب ورودی از رودخانه‏ های افغانستان به ایران در مواقع سیلابی آبگیری شده اند. لذا پایش سطح آبگیر هامون های سیستان در وقایع سیلابی و سطوح سیل‏گیر دشت سیستان در طی زمان، با استفاده از سری زمانی تصاویر ماهواره ای (در بازه زمانی 1984 تا 2021) انجام شد. برای این منظور از تصاویر ماهواره ای لندست (شاخص NDVI ، الگوریتم های شناسایی پهنه های آبی انتقال و فصلی) در محیط سامانه گوگل ارث انجین استفاده شد. بدین منظور در اولین گام، تاریخ های وقوع سیلاب، در ایستگاه هیدرومتری سد کهک واقع بر رودخانه سیستان در محل ورودی از رودخانه هیرمند به ایران در بازه زمانی 1984 تا 2021 استخراج شد. سپس در چند تاریخ شامل قبل از وقوع سیلاب،  اولین تاریخ وجود تصویر بعد از وقوع سیلاب و همچنین بعد از اتمام آبگیری (بر اساس هیدروگراف روزانه ایستگاه سد کهک) تصاویر ماهواره‏ ای لندست دانلود شد. سپس به منظور پردازش و استخراج اطلاعات از تصاویر، ابتدا به پیش پردازش و در نهایت شناسایی پهنه‏ های آبگیر هامون‏ های سیستان در وقایع سیلابی با استفاده از شاخص NDVI  و با استفاده از باندهای مادون قرمزو قرمز  پرداخته شد. هم چنین با استفاده از الگوریتم های GSWE، توزیع زمانی و مکانی سطوح آب در مقیاس جهانی و در طول سه دهه گذشته پایش شد.

    نتایج و بحث:

    با استفاده از تاریخ های وقوع سیلاب در ایستگاه هیدرومتری پایاب سد کهک واقع بر رودخانه سیستان (در محل ورودی از رودخانه هیرمند به ایران)، در سه مقطع زمانی شامل، قبل از وقوع سیلاب، اولین تاریخ وجود تصویر ماهواره ای بعد از وقوع سیلاب و بعد از اتمام آبگیری (بر اساس هیدروگراف روزانه ایستگاه سد کهک)، تصاویر ماهواره ‏ای لندست دانلود شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در سال آبی 1368-1367 دبی حدکثر لحظه ای، معادل 83/901 مترمکعب بر ثانیه بوده که در تاریخ 18/01/1368 به وقوع پیوسته است. پایش تصاویر ماهواره ای لندست در سه مقطع زمانی قبل، حین و پس از وقوع سیلاب، نشان می دهد که با ورود جریان سیلابی از رودخانه هیرمند به ایران پهنه آبگیر تالاب‏ های هامون افزایش یافته و مساحت پهنه آبگیر هامون های سیستان بعد واقعه سیلابی و در تاریخ 18/01/1368، برابر با 4/2614 کیلومترمربع بوده است.در سال های آبی 1370-1369 و 1395-1394 نیز، دبی حدکثر لحظه ای به ترتیب معادل 1178 و 6/624 مترمکعب بر ثانیه بوده که در تاریخ های 14/02/ 1369 و 22 /01/1395 به وقوع پیوسته است. استخراج پهنه های آبگیر تالاب های سیستان با استفاده از شاخص NDVI از تصاویر ماهواره ای لندست، نشان می دهد که در این دو واقعه سیلابی حداکثر پهنه آبگیر تالاب‏ های هامون حاصل از جریان سیلابی و پس از ورود سیلاب بوده است که به ترتیب مساحتی برابر با 6/4477 و 8/1319 کیلومترمربع بوده است.

    نتیجه گیری

    مطالعه سه واقعه سیلابی سالانه حداکثری در دشت سیستان، نشان داد که آبگیری هامون ه ای سیستان کاملا متاثر از وقوع سیلاب است. مقایسه گام به گام نقاط شروع تا انتهای هیدروگراف سیلاب با پهنه های سیلابی مستخرج از تصاویر ماهواره ای در همان گام های زمانی، نشان دهنده تطابق کامل سطح پهنه آبگیر با اندازه دبی سیلابی است. همچنین مطالعه تغییرات پهنه‏‎ های آبگیر هامون های سیستان با استفاده از لایه GSWE، به خوبی تغییرات رخ داده در این پهنه ها را در بازه زمانی 1984 تا 2020 نشان می دهند. لذا نتایج بدست آمده از مطالعه آبگیری هامون های سیستان با استفاده از نقشه های GSW نشان داد که سطح آبگیر هامون ها در بازه زمانی بلند مدت، کاهش شدیدی را نشان می دهد بطوریکه تغییرات رخ داده به گونه ای بوده که در سال 2020 نسبت به 1984، بیش از 74 درصد از مساحت هامون های سیستان به صورت فصلی آبگیری می شود.همچنین از نظر مطالعه وضعیت آبگیری ماهانه بر اساس پایش پهنه ‏های آبگیر متوسط بلند مدت نیز، نتایج نشان داد که تنها بخش کوچکی از دشت سیستان (حدود 11 هزار هکتار) بطور متوسط در تمام مدت سال آب دار  است که این مساحت نیز متعلق به چاه نیمه هاست و حدود 5/0 درصد از مساحت منطقه مورد مطالعه را در بر می گیرد. همچنین بیش از دو میلیون هکتار از سطح منطقه مورد مطالعه، به طور متوسط تنها در یک ماه از سال آب دار  بوده  که معادل 4/88 درصد از مساحت کل منطقه مورد مطالعه (هامون های سیستان، رودخانه های مشرف به آن و چاه نیمه ‏ها) را شامل می شود.

    کلیدواژگان: هیدروگراف سیلاب، الگوریتم Transition، الگوریتم Seasonality، دشت سیستان
  • محسن کاظمی، حسن خسروی، علی سلاجقه*، شهرام خلیقی سیگارودی، شیرین محمدخان صفحات 31-43
    مقدمه

    مخاطرات طبیعی سالانه سبب بروز خسارت های جانی و مالی فراوانی در جهان می شوند. پدیده فرونشیت یکی از این مخاطرات است که امروزه با وقوع خشکسالی های اخیر در شهرها و به ویژه کلان شهرها اهمیت فراوانی یافته است. این پدیده در بسیاری از دشت های ایران با بهره برداری بیش از حد از منابع آب زیرزمینی رخ داده است. نرخ و الگوهای مکانی فرونشست در طول زمان قابل تغییر است. بنابراین اندازه گیری دقیق و استفاده از ابزارهای پیش بینی جهت پایش و مطالعه آن لازم است. استفاده از تصاویر رادرای (روش تداخل سنجی راداری) یکی از ابزارهای جدید و قدرتمند در تعیین میزان فرونشست زمین است. این روش به عنوان راهکاری مناسب و کم هزینه در مناطقی که فاقد زیرساخت های ترازیابی هستند، بسیار کارآمد و مفید عمل می کند. در واقع، این تکنیک با ارائه تصاویر ماهواره ای با دقت بالا، امکان رصد و پایش پدیده مخرب فرونشست را فراهم می سازد و نقشی حیاتی در مدیریت و کنترل فرونشست زمین ایفا کند.  با توجه به اینکه میزان برداشت آب زیرزمینی به شدت بر میزان و توزیع فرونشست تاثیر می گذارند. این پژوهش با هدف پایش فرونشست سالانه و ارزیابی ارتباط آن با تغییرات سطح آب زیرزمینی در آبخوان کرمانشاه انجام شده است. بدین منظور، روند زمانی فرونشست زمین و نوسانات سطح آب های زیرزمینی در بازه زمانی یکسان مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش با بهره گیری از روش تداخل سنجی تفاضلی راداری به پایش و بررسی نرخ فرونشست زمین در آبخوان کرمانشاه پرداخته شد. بدین منظور از هفت سری تصاویر راداری سنتینل A-1 جهت بررسی نرخ فرونشست طی بازه زمانی 2015- 2021 استفاده شد. تحلیل تصاویر در محیط سیستم عامل ویندوز و با نرم افزار SNAP انجام گرفت. سپس به منظور برآورد میزان حداکثر افت سطح آب زیرزمینی آبخوان کرمانشاه از داده های 38 حلقه چاه پیزومتری طی بازه زمانی مهرماه 2015-2021 استفاده شد. اطلاعات مربوط به موقعیت مکانی و میانگین سطح ایستابی چاه های مشاهده ای آبخوان وارد نرم افزارArcGIS شده و با استفاده از روش درون یابی IDW، نقشه های پهنه بندی تغییرات سطح آب زیرزمینی در منطقه مطالعاتی محاسبه شد. سپس با استفاده از نقشه های فرونشست زمین و تغییرات سطح آب زیرزمینی سالانه، نقشه میانگین نرخ هفت ساله فرونشست زمین و تغییرات سطح آب زیرزمینی تهیه شد. این نقشه ها به منظور تحلیل دقیق تر و جامع تر از روند تغییرات و تاثیرات متقابل بین نرخ فرونشست سالانه و تغییرات سطح آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفتند. در پژوهش حاضر، ارتباط و همبستگی بین نرخ فرونشست سالانه با روند تغییرات سطح آب زیرزمینی، چه در بخش های شهری و کشاورزی و چه در کل محدوده آبخوان، مورد واکاوی و ارزیابی دقیق قرار گرفت.

    نتایج و بحث:

    نتایج بررسی آبخوان کرمانشاه در بازه زمانی 2015 تا 2021، حاکی از نوسانات قابل توجه در نرخ فرونشست و تغییرات سطح آب زیرزمینی است. در سال های ابتدایی دوره مورد بررسی، نرخ فرونشست در محدوده پر تنش آبخوان به شدت افزایش یافت، به گونه ای که در سال های 2015-2016 این نرخ بین 6/5 تا 4/14 -سانتی متر در سال متغیر بود. این میزان فرونشست هم زمان با افت بی سابقه سطح آب زیرزمینی تا حدود 6/12 متر در همان سال ها رخ داده است. با این حال، در سال های 2016 تا 2021، روند رو به بهبودی در وضعیت آبخوان مشاهده شد، به طوری که نرخ فرونشست به 9/11 - تا 2/6 سانتی متر در سال کاهش و تغیرات سطح آب نیز به 19/0- تا 8/11متر در سال محدود شئ. بررسی تفصیلی نشان می دهد که بخش های شمالی و غربی آبخوان بیشترین میزان فرونشست را با متوسط 4/3- تا 3/6- سانتی متر در سال تجربه کرده اند، در حالی که مناطق مرکزی و جنوبی با کاهش 0 تا 8/1- سانتی متر در سال مواجه بوده اند. همچنین، در اراضی کشاورزی شمال آبخوان، افت سطح آب زیرزمینی به میانگین 50 سانتی متر در سال رسیده است. تحلیل داده ها نشان داد که ضریب تعیین بین میانگین نرخ فرونشست و میانگین تغییرات سطح آب زیرزمینی در اراضی شهری و کشاورزی به ترتیب 13/0 و 07/0  و برای کل سطح آبخوان برابر با 08/0 بوده که نشان دهنده عدم همبستگی قوی بین این دو متغیر در هر دو کابری است.

    نتیجه گیری

    مطالعات تصاویر راداری آبخوان کرمانشاه طی بازه زمانی 2015 تا 2021 نشان می دهد که این منطقه با چالش های جدی مربوط به افت سطح آب زیرزمینی و فرونشست زمین مواجه بوده است. نتایج به دست آمده حاکی از روند کاهشی نرخ فرونشست از 4/14- سانتی متر در سال 2015-2016 به 9/11- سانتی متر در سال 2020-2021 است. همچنین بیشترین نرخ فرونشست در بخش های شمال غربی و غربی آبخوان مشاهده شده است. همزمان با کاهش نرخ فرونشست، سطح آب زیرزمینی نیز روند نزولی داشته به طوری که بیشترین افت سطح آب 6/12- متر در سال 2015-2016 و کمترین آن 19/0- متر در سال 2019-2020 ثبت شده است. حداکثر افت سطح آب زیرزمینی در بخش های مرکزی و شمالی آبخوان و کمترین آن در بخش های جنوبی و شهری بوده است. با این حال، همبستگی بین میانگین نرخ فرونشست و تغییرات سطح آب زیرزمینی در اراضی شهری و کشاورزی پایین بوده است. تجزیه و تحلیل نتایج نشان می دهد که عوامل مختلفی از جمله گسل، جنس و ضخامت آبخوان و تغییرات سطح آب زیرزمینی در دهه های گذشته می تواند در فرونشست آبخوان کرمانشاه نقش داشته باشد. تفاوت در روند تغییرات نرخ فرونشست و افت سطح آب زیرزمینی در مناطق مختلف آبخوان نیز حاکی از پیچیدگی این مسئله است. پژوهش حاضر با هدف ارائه دیدگاهی جامع و علمی از تغییرات سطحی و زیرزمینی آبخوان کرمانشاه انجام شده است. نتایج حاصل از این مطالعه می تواند به تصمیم گیران برای برنامه ریزی های زیرساختی و توسعه ای منطقه و همچنین درک بهتر چالش های مدیریت آب زیرزمینی و ارائه راهکارهای مناسب برای کنترل پدیده فرونشست، یاری رساند.

    کلیدواژگان: تصاویر Sentinel1-A، مدیریت منابع آب، مدل معکوس وزنی فاصله ای، نرم افزارSNAP
  • علی دسترنج*، ابراهیم کریمی سنگچینی، حمزه نور صفحات 44-57
    مقدمه

    هر ساله، زمین لغزش ها خسارات گسترده ای از لحاظ جانی و مالی را به همراه دارند که شامل تخریب جنگل ها، زمین های کشاورزی حاصلخیز، مناطق سکونتی و شبکه های ارتباطی می شود. باتوجه به اینکه زمین لغزش ها نسبت به سایر بلایای طبیعی مدیریت پذیرتر هستند؛ لذا شناخت این پدیده در راستای جلوگیری از خسارات ناشی از آن از اهمیت زیادی برخوردار است. ازاین رو تحقیق حاضر به منظور ارزیابی خطر زمین لغزش و تهیه نقشه شدت خسارت زمین لغزش در حوزه آبخیز بار نیشابور در استان خراسان رضوی انجام گرفت. ارزیابی حساسیت به زمین لغزش می تواند به برنامه ریزان در مدیریت نهایی آلودگی محیطی و منابع طبیعی در پیشگیری از خسارات احتمالی و در نهایت توسعه فعالیت های اقتصادی در حوزه آبخیز کمک کند. حوزه آبخیز بار در شمال غربی شهر نیشابور به دلیل شرایط زمین شناسی، اقلیمی و فعالیت های انسانی دارای پتانسیل وقوع زمین لغزش است. ازاین رو ضرورت شناسایی مناطق مستعد وقوع زمین لغزش، خطرپذیری و ریسک زمین لغزش در این حوزه می تواند از خسارات مالی و جانی جلوگیری نماید. در این تحقیق سعی خواهد شد که به طور هم زمان مطالعات مربوط به خطر، عناصر در معرض خطر، آسیب پذیری عناصر ناشی از وقوع زمین لغزش و در نهایت خسارت (ریسک) زمین لغزش در حوزه آبخیز بار موردمطالعه قرار بگیرد. در نتیجه هدف از این تحقیق ارزیابی خطر زمین لغزش و خسارت زمین لغزش با استفاده از شدت خطر، عناصر در معرض خطر و درجه آسیب پذیری عناصر در معرض خطر؛ به منظور مدیریت خطر و خسارت زمین لغزش در حوزه آبخیز بار است.

    مواد و روش ها

    حوزه آبخیز بار نیشابور یکی از زیر حوزه های حوزه آبریز رودخانه بار است که در شمال شهرستان نیشابور قرار دارد. ازنظر موقعیت جغرافیایی، حوزه آبخیز بار در محدوده طول جغرافیایی"23 '35 °58 تا "4 '52 °58 شرقی و عرض جغرافیایی "9 '28 °36 تا "7 '26 °36 شمالی قرار دارد و در دامنه های جنوبی بینالود واقع شده است. برای انجام این مطالعه ابتدا از طریق مطالعات کتابخانه ای و بازدید صحرایی اقدام به شناخت و جمع آوری عوامل موثر بر وقوع زمین لغزش شد. سپس؛ نقشه پراکنش زمین لغزش های منطقه با استفاده از لایه زمین لغزش های منطقه  که توسط اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان خراسان رضوی تهیه شده بود، استخراج و با استفاده از تصاویر ماهواره ای Google Earth و بازدیدهای میدانی اصلاح شد. جهت مدل سازی خطر زمین لغزش از 70 درصد نقاط لغزشی برای آموزش مدل و 30 درصد داده های لغزشی به منظور اعتبارسنجی مدل استفاده شد. سپس نقشه خطر زمین لغزش با استفاده از 14 پارامتر کلیدی و موثر بر وقوع زمین لغزش در منطقه به کمک روش یادگیری ماشین بیشینه آنتروپی (ME) تهیه شد و با استفاده از شاخص ROC صحت سنجی مدل، مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت نقشه خسارت زمین لغزش با ترکیب نقشه های شدت خطر، عناصر در معرض خطر و درجه آسیب پذیری عناصر براساس معادله عمومی ریسک (R= H. E. V)، تهیه شد.

    نتایج و بحث:

    بر اساس نتایج، میزان مساحت سطح زیر نمودار شاخص ROC در مرحله اعتبارسنجی 854/0 به دست آمد، حاکی از قابلیت خیلی خوب مدل در پهنه بندی و تعیین مناطق مستعد خطر زمین لغزش در حوزه آبخیز بار است. نتایج نقشه آسیب پذیری منطقه مورد مطالعه نشان داد که، 9/56 درصد از حوزه آبخیز بار در کلاس زیاد و خیلی زیاد عناصر در معرض خطر واقع شدند. این در حالی است که 8/17 درصد از این حوضه در کلاس زیاد و خیلی زیاد آسیب پذیری خطر زمین لغزش قرار گرفتند. دلیل آن عدم وجود تاسیسات مهم، کارخانه های بزرگ، اتوبان، سازه های مهم و مجتمع تفریحی بزرگ در این حوضه هست. هم چنین نتایج نقشه پهنه بندی ریسک منطقه مورد مطالعه نشان داد که 1/9 درصد از حوزه آبخیز بار نیشابور معادل 2503 هکتار در کلاس زیاد و خیلی زیاد و 8/77 منطقه  معادل 21450 هکتار در کلاس کم و خیلی کم  خسارت واقع شدند. تفسیر نتایج نشان داد با توجه به وجود عناصر در معرض خطر در منطقه بیشتر منطقه دارای ریسک کم و خیلی کم است. این امر به تمرکز کارهای مدیریتی مانند عدم توسعه مناطق مسکونی، احداث و توسعه جاده ها، توسعه باغات، خطوط انتقال نیرو و... در بخش های که دارای خسارت زیاد و خیلی زیاد هستند کمک می کند و باعث کاهش اتلاف وقت و هزینه می شود.

    نتیجه گیری

    در این مطالعه در حوزه آبخیز بار نیشابور در استان خراسان رضوی به عنوان یک حوضه مستعد وقوع زمین لغزش با مساحتی حدود 8/27643 هکتار اقدام به پهنه بندی حساسیت، آسیب پذیری، ریسک زمین لغزش شد. شرایط طبیعی حوزه آبخیز بار نیشابور مانند زمین شناسی، شرایط ناهمواری ها، ژئومورفولوژی و تکتونیک و همچنین عوامل تشدیدکننده انسانی مانند تغییر کاربری و راه های روستایی بستر مناسبی را برای وقوع زمین لغزش به وجود آورده که در مجموع 73 مورد در منطقه موردمطالعه شناسایی شد. در این تحقیق سعی شد از تمامی عوامل موثر در ارزیابی حساسیت زمین لغزش در حوزه آبخیز بار نیشابور استفاده شود. باتوجه به نقشه پهنه بندی ریسک منطقه موردمطالعه، 1/9 درصد از حوزه آبخیز بار نیشابور در کلاس زیاد و خیلی زیاد و 8/77 منطقه در کلاس کم و خیلی کم  خسارت واقع شدند. تفسیر نتایج تعداد زمین لغزش در هر کلاس ریسک نشان داد که 41 عدد زمین لغزش های برداشت شده در کلاس ریسک کم و خیلی کم واقع شدند. در نتیجه با توجه به وجود عناصر در معرض خطر در منطقه بیشتر منطقه دارای ریسک کم و خیلی کم است. نتایج حاصل از این مطالعه به تمرکز کارهای مدیریتی در بخش هایی که دارای خسارت زیاد و خیلی هستند کمک می کند و باعث کاهش اتلاف وقت و هزینه می شود.

    کلیدواژگان: بیشینه آنتروپی، آسیب پذیری، شاخص ROC، خسارت زمین لغزش
  • دیبا غنچه پور، امیر سعدالدین*، عبدالرضا بهره مند، آنتونی جیکمن، عبدالرسول سلمان ماهینی، بری کروک صفحات 58-72
    مقدمه

      تغییر اقلیم می تواند تغییراتی در میزان و الگوی بارش، دما و تبخیر و تعرق ایجاد کند که بر قابلیت دسترسی منابع آب تاثیر می گذارد، فراوانی و شدت سیلاب ها و خشک سالی ها را افزایش می دهد، موجب تخریب بوم سازگانی می شود که خود عامل حفظ  کیفیت آب است و همچنین موجب تغییر دینامیک رواناب می شود. از طرف دیگر، تغییر پوشش زمین و افزایش جمعیت نیز بر سیستم هیدرولوژیکی تاثیر می گذارد. شناخت پاسخ هیدرولوژیکی حوزه های آبخیز به تغییر فیزیکی (کاربری اراضی) و اقلیمی (بارش و دما) و کمی کردن تغییر بیلان آب ناشی از تغییرات محیطی برای توسعه پایدار منابع آب حائز اهمیت بسیار است و مولفه مهمی در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب  است. هدف پژوهش حاضر مدیریت عرضه و تقاضای آب در آینده در شرایط تغییر در مقیاس حوضه رودخانه است. در راستای این هدف، وضعیت عرضه و تقاضای آب در حوضه رودخانه گرگانرود در شرایط تغییر اقلیم، تغییر کاربری اراضی و تغییر جمعیت ارزیابی شد. حوضه رودخانه گرگانرود در شمال شرق ایران در سه استان گلستان، خراسان شمالی و سمنان واقع شده است که مساحت آن حدود 11220 کیلومترمربع است. منطقه مورد مطالعه منبع مهم تامین آب برای بخش های خانگی، کشاورزی، صنعت و محیط زیست در استان گلستان است و لذا بررسی وضعیت منابع آب در این منطقه در دوره آینده دارای اهمیت است.

    مواد و روش ها

     برای پیش بینی شرایط اقلیمی در دوره آینده (2040-2020) داده های مدل بزرگ مقیاس اقلیمی CanESM2 تحت دو سناریوی تغییر اقلیمRCP2.6  و RCP8.5 تهیه شد. سپس،  این داده ها توسط مدل ریزمقیاس نمایی آماری (SDSM) در سطح ایستگاه های اندازه گیری اقلیمی ریزمقیاس شدند. برای بارش 12 ایستگاه اقلیمی و برای دمای حداقل و دمای حداکثر نه ایستگاه اقلیمی در نظر گرفته شد. نقشه کاربری اراضی برای سال های 1999، 2009 و 2017 با استفاده از تصاویر ماهواره لندست و نرم افزار IDRISI تهیه شد. سپس، پیش بینی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از ابزارLand Change Modeler (LCM)  در نرم افزار TerrSet  انجام شد. میزان جمعیت در حوضه رودخانه گرگانرود و نیز تقاضای آب در بخش های خانگی، صنعت، کشاورزی و محیط زیست برای دوره آینده پیش بینی شد. سپس، مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS SMA با استفاده از داده های بارش و رواناب دوره 2009-2007 میلادی واسنجی و برای ژانویه 2013 تا مارس 2014 اعتبارسنجی شد. مدل هیدرولوژیکی واسنجی و اعتبارسنجی شده برای شبیه سازی مولفه های هیدرولوژیکی (رواناب، تغذیه آب زیرزمینی، حجم جریان های ورودی، خروجی و ذخیره در مخازن سد) در شرایط تغییر اقلیم و تغییرکاربری اراضی مورد استفاده قرار گرفت. در نهایت، مقدار شاخص تنش تامین آب (WaSSI) از تقسیم تقاضای آب به عرضه آب تحت دو سناریوی RCP2.6 و RCP8.5 به دست آمد و با شرایط گذشته مورد مقایسه قرار گرفت.

    نتایج و بحث:

      بررسی ها نشان می دهد که میانگین وزنی شاخص تنش تامین آب از 003/1 برای دوره زمانی 1385-1345 به 033/1 برای دوره 1390-1345 افزایش یافته است. بررسی تغییر اقلیم تغییراتی را در میزان بارش، حداقل و حداکثر دما در ایستگاه های مختلف اقلیمی تحت هر دو سناریوی RCP2.6 وRCP8.5  نشان می دهد. لازم به ذکر است که تاثیر سناریوهای تغییر اقلیم در همه ایستگاه های اقلیمی یکسان نیست. پیش بینی تغییر کاربری اراضی، نشان دهنده کاهش سطح اراضی زراعی و تبدیل آن ها به مناطق مسکونی است. علاوه بر این، تبدیل جنگل های متراکم به جنگل های نیمه متراکم و مراتع قابل توجه است. پیش بینی تغییر جمعیت و تقاضای آب نشان دهنده افزایش این متغیرها است. مقایسه میانگین آبدهی سالانه در گذشته (2017-2006) و آینده (2040-2020) در ایستگاه هیدرومتری آق قلا نشان می دهد که این متغیر تحت سناریوهای RCP2.6 و RCP8.5 به ترتیب دارای مقادیر 038/207 و 8/210 میلیون مترمکعب خواهد بود که بطور قابل توجهی بیش از مقدار آن در دوره گذشته با میزان 64/179 میلیون مترمکعب است. مجموع مولفه های عرضه آب به ازای سناریوی RCP2.6 برابر با 49/930 و به ازای سناریوی RCP8.5 برابر با 85/935 میلیون مترمکعب است. مجموع مولفه های تقاضای آب به ازای سناریوی RCP2.6 برابر با 04/1495 و به ازای سناریوی RCP8.5 برابر با 2/1379 میلیون مترمکعب است.  مقدار میانه WaSSI در آینده تحت دو سناریوی تغییر اقلیم RCP2.6 و RCP8.5 به ترتیب 61/1و 45/1 پیش بینی شد.

    نتیجه گیری

     در این پژوهش اثر تغییر اقلیم، تغییر کاربری اراضی و تغییر جمعیت بر منابع آب حوضه رودخانه گرگانرود مورد بررسی قرار گرفت. با محاسبه شاخص تنش تامین آب مشخص شد که بر مبنای شاخص استفاده شده، نبود امنیت آبی در دوره آینده در حوضه رودخانه گرگانرود به عنوان یک چالش مطرح خواهد بود. در مدیریت منابع آب باید بر هر دو سمت عرضه و تقاضای آب تمرکز شود. اما، از آنجا که امکان مدیریت عرضه آب کمتر وجود دارد، لازم است تمرکز بیشتری بر مدیریت تقاضای آب صورت گیرد. در همین راستا، باید به دنبال راهکارهایی بود که امکان اجرایی شدن آن ها بیشتر باشد. گزینه های مدیریت تقاضای آب در بخش کشاورزی مانند تغییر الگوی کشت، تغییر تاریخ کشت، کاهش ضایعات بخش کشاورزی و کاهش تبخیر از سطح خاک از جمله راهکارهای مناسب در زمینه مدیریت تقاضای آب هستند. همچنین، مشاهده تغییرات کاربری اراضی و به ویژه افزایش سطح اراضی مسکونی و کاهش سطح جنگل های متراکم در این پژوهش هشداری است برای سیاست گذاران، تصمیم گیرندگان، مدیران و بخش های اجرایی به منظور حفاظت بیشتر از منابع طبیعی و مدیریت توسعه اراضی مسکونی. روش شناسی و خروجی های این پژوهش می تواند برای تصمیم گیران و مدیران منابع آب در شرایط تغییر و عدم قطعیت های مرتبط با آن، در حوضه رودخانه گرگانرود و شرایط مشابه مفید باشد.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، تغییر کاربری اراضی، تغییر جمعیت، شاخص تنش تامین آب، حوضه رودخانه گرگانرود
  • بهرام چوبین*، فرزانه ساجدی حسینی، امید رحمتی صفحات 73-86
    مقدمه

    یکی از گام های مهم در چارچوب برنامه های حفاظتی حوزه های آبخیز و مدیریت پایدار منابع طبیعی، شناسایی مناطق آسیب پذیر است که به عنوان پایه محکمی برای اقدامات مورد نیاز جهت مدیریت زیست محیطی در نظر گرفته می شود. ارزیابی آسیب پذیری، استانداردهای لازم برای اولویت های اجرایی را فراهم می کند و کمک می کند تا مناطق حساس و آسیب پذیر برای مدیریت پایدار منابع طبیعی شناسایی و اولویت بندی شود. در میان مخاطرات طبیعی در سطح حوزه آبخیز، سیلاب یکی از پرتکرارترین و مخرب ترین نوع مخاطره است که هرساله خسارات جانی و مالی زیادی را به همراه دارد. کشور ایران نیز به دلیل قرار داشتن در بوم سازگان وسیعی از مناطق خشک و نیمه خشک، همواره در معرض تاثیرات مخرب سیل بوده و آسیب پذیری آن توسط تغییرات آب و هوایی و فعالیت های ناپایدار انسانی تشدید می شود. پیش بینی می شود به دلیل تغییرات آب و هوایی، شهرنشینی سریع برنامه ریزی نشده و گسترش سطوح غیرقابل نفوذ، تغییر در الگوی کاربری های اراضی و مدیریت ضعیف حوزه های آبخیز، سیلاب ها در آینده با شدت بیشتری اتفاق بیافتند. از این رو، مطالعه و شناسایی مناطق آسیب پذیر به عنوان یکی از متغیرهای مهم در مدیریت ریسک سیلاب، بخشی از اقدامات غیرسازه ای برای جلوگیری و کاهش اثرات مخرب سیل خواهد بود. این مطالعه به دنبال تحلیل مکانی آسیب پذیری حوزه آبخیز زرینه رود نسبت به رخداد سیل است. بنابراین با در نظر گرفتن توابع آسیب پذیری شامل در معرض خطر قرارگیری، حساسیت و تاب آوری، درجه آسیب پذیری این حوزه آبخیز نسبت به مخاطره سیلاب، مورد بررسی قرار گرفت و پهنه های آسیب پذیر شناسایی شدند.

    مواد و روش ها

    منطقه مورد مطالعه در این پژوهش حوزه آبخیز زرینه رود واقع در استان های آذربایجان غربی و کردستان است. جهت شناسایی پهنه ها و مناطق آسیب پذیر نسبت به سیلاب در این آبخیز، ابتدا داده ها و اطلاعات اثرگذار بر آسیب پذیری سیلاب در منطقه مورد مطالعه جمع آوری شدند. سپس لایه رستری هر یک از عوامل در سه بخش در معرض خطر قرارگیری (شامل فاکتورهای میانگین بارش سالانه، فراوانی بارش های سنگین، حداکثر بارش روزانه، فاصله از آبراهه و فراوانی سیلاب)، حساسیت (شامل درصد خانوارهای کشاورز و دامدار، فاصله از مناطق صنعتی و معادن، فاصله از جاده، کاربری اراضی، تراکم جمعیت و فاصله از مناطق مسکونی) و تاب آوری (شامل تعداد شرکت های تعاونی روستایی، تعداد مراکز بهداشتی و درمانی و تعداد راه های مواصلاتی) استخراج شد. در ادامه اهمیت متغیرها بر اساس روش فرآیند تحلیل شبکه ای و با در نظر گرفتن ارتباطات درونی بین متغیرها بررسی شد. در ادامه ارزش گذاری پیکسلی داده ها بر اساس تحلیل ارتباط هر یک از فاکتورها با آسیب پذیری سیلاب و با استفاده از توابع ارزش فازی انجام شد. نهایتا با اعمال اهمیت متغیرهای حاصل از روش فرآیند تحلیل شبکه ای بر لایه های فازی شده از طریق رابطه آسیب پذیری (شامل توابع در معرض خطر قرارگیری، حساسیت و تاب آوری) نقشه آسیب پذیری برای حوزه آبخیز مورد مطالعه تهیه و تحلیل شد.

    نتایج و بحث :

    بررسی اهمیت متغیرها بر اساس روش فرآیند تحلیل شبکه ای برای هر یک از توابع آسیب پذیری نشان داد که از بین متغیرهای استفاده شده جهت استخراج نقشه در معرض خطر قرارگیری، دو متغیر فاصله از آبراهه و فراوانی وقوع سیلاب به ترتیب با وزن های برابر با 343/0 و 337/0 بیشترین اهمیت را بخود اختصاص داده اند؛ از بین متغیرهای در نظر گرفته شده جهت استخراج نقشه حساسیت، عوامل تراکم جمعیت، فاصله از مناطق مسکونی و درصد خانوارهای کشاورز و دامدار بیشترین وزن را دارا بودند (به ترتیب با وزن های 361/0، 235/0 و 178/0)؛ بررسی تاب آوری نیز حاکی از آن بود که اهمیت عامل تعداد مراکز بهداشتی و درمانی بیشتر از سایر متغیرها بوده است (حدود 5/65%). نتایج نقشه در معرض خطر قرارگیری نشان داد که مناطق واقع در خروجی حوزه آبخیز بیشتر در معرض خطر سیلاب واقع  هستند؛ در صورتیکه، بخش هایی نزدیک خروجی و بخش هایی در شمال شرق حوزه آبخیز حساسیت بالاتری را نسبت به سیلاب نشان می دهند؛ این در حالی است که، بیشترین تاب آوری در نواحی مرکزی حوزه آبخیز واقع شده است ولی بخش هایی در شمال و جنوب حوزه آبخیز کمترین تاب آوری را نسبت به سیلاب دارا هستند. با تلفیق نقشه های در معرض خطر قرارگیری، حساسیت و تاب آوری مشخص شد که آسیب پذیرترین مناطق حوزه آبخیز (با کلاس آسیب پذیری خیلی زیاد) عمدتا در بخش های خروجی حوزه آبخیز واقع شده اند که حدود 06/2% از حوزه آبخیز را شامل می شوند.

    نتیجه گیری

    بررسی نقشه آسیب پذیری سیلاب نشان داد که مناطق جنوبی حوزه آبخیز زرینه رود که در نزدیک خروجی حوزه آبخیز واقع شده اند بیشترین میزان آسیب پذیری را دارا هستند. علت این موضوع این است که این نواحی در معرض خطر زیاد سیلاب هستند، حساسیت زیاد و تاب آوری کم تا متوسطی را دارا هستند که با تلفیق این موارد نسبت به سایر بخش های حوزه آبخیز آسیب پذیری زیادتری را نشان می دهند. یکی از مزیت های این پژوهش را می توان به استفاده از توابع ارزش فازی جهت ارزش گذاری پیکسلی داده ها به جای طبقه بندی آن ها دانست. ارائه مقادیر پیوسته بر اساس فازی، تغییرپذیری ارزش متغیرها را حفظ می کند که نسبت به روش های دیگر مانند کلاسه بندی ورودی ها، واقعی تر است. همچنین فازی می تواند بر ابهام غلبه کند و عدم قطعیت را کاهش دهد. اصلی ترین محدودیت این پژوهش را می توان به نبود آمار و اطلاعات کافی در بحث تاب آوری نسبت به سیلاب عنوان کرد که اجتناب ناپذیر است. آمار معیارهای مهمی همچون تعداد سیستم های هشدار سیل، تعداد مراکز نجات، تجربیات گذشته در مورد خطر سیلاب، بیمه سیل، آمار سیل بندها، پناهگاه ها و خدمات اضطراری که در منابع به عنوان فاکتورهای مهم ذکر شده بودند، در دسترس نبود. بنابراین لازم است در مطالعات آتی در صورت دسترسی این فاکتورها نیز در نظر گرفته شود. بطور کلی می توان اذعان داشت که اولویت بندی اجرای سیاست های مدیریتی با تاکید بر نگاه پیشگیرانه و مبتنی بر ریسک می تواند در ارتباط با خروجی های این مطالعه سمت و سویی دقیق تر گرفته و حفاظت و احیاء مناطق آسیب پذیر را دربر داشته باشد.

    کلیدواژگان: تاب آوری، توابع ارزش فازی، حساسیت، در معرض قرارگیری، فرآیند تحلیل شبکه ای
  • معصومه حیدری، محمدرضا اختصاصی*، محمد حسین مختاری، جهانبخش میرزاوند صفحات 87-99
    مقدمه

    بادشکن ها به عنوان موانع طبیعی یا مصنوعی عمل می کنند که با کاهش سرعت باد، از فرسایش خاک، کاهش رطوبت و آسیب به محصولات کشاورزی جلوگیری می کنند  و موجب افزایش راندمان محصول می شوند. به خاطر شرایط خاص اقلیمی استان فارس که خشکی و پراکنش نامناسب زمانی و مکانی بارندگی واقعیت انکار ناپذیر آن است، در همین راستا، می توان گفت آب آبیاری مهمترین نهاده تولید کشاورزی است و هر گونه تولید مواد غذائی و کشاورزی پایدار منوط به استفاده صحیح و منطقی از منابع محدود استان است. بررسی پژوهش های انجام شده در سطح ملی نشان می دهد که با وجود افزایش راندمان و بهره وری آب آبیاری در مزرعه در سال های اخیر، به دلایل مختلف از جمله بی توجهی به پتانسیل های اقلیمی و منابع آب و بی برنامه بودن توسعه زمین های کشاورزی برای تامین نیاز غذایی جمعیت در حال رشد کشور، شاهد برداشت بی رویه از منابع آب های زیرزمینی و نابودی آبخوان ها بوده است. هدف این مطالعه بررسی تاثیر تراکم و فاصله از بادشکن  بر میزان تولید گندم و علوفه خشک و همچنین نگهداشت رطوبت خاک در عمق 10 سانتی متری بوده است. این پژوهش در سال زراعی 1402-1401 از چهار قطعه زمین زراعی همگن و یکنواخت گندم از نظر رقم، تاریخ کاشت، فاصله کاشت، خصوصیات خاک و شرایط آبیاری و کوددهی یکسان در منطقه شاهد دانشکده کشاورزی شیراز انجام شده است.

    مواد و روش‎ها:

    این پژوهش در سال زراعی 1402-1401 در چهار قطعه زمین زراعی همگن و یکنواخت گندم در مزرعه دانشگاه کشاورزی شیراز (مساحت بخش زراعی حدود 547 هکتار) انجام شده است. جهت انجام این مطالعه از سه قطعه زمین با تراکم های مختلف بادشکن درختی (تراکم بالای 90 درصد، بین 40 تا 90 درصد و همچنین کمتر از 40 درصد) و یک قطعه زمین بدون بادشکن استفاده شده است. جهت بررسی تاثیر فاصله از بادشکن بر روی پارامترهای ذخیره رطوبتی خاک و میزان محصول فواصل 1، 5، 10 و 15 برابر از ارتفاع بادشکن (ارتفاع متوسط 12 متر) در اراضی با تراکم بالا، متوسط و پایین و فاقد بادشکن مشخص شد و  بر اساس طرح بلوک کاملا تصادفی در سه تکرار از هر فاصله نمونه های خاک و همچنین میزان محصول برداشت شده است. جهت اندازه گیری میزان رطوبت پس از برداشت نمونه و انتقال به آزمایشگاه ابتدا نمونه ها توزین شده سپس به مدت 24 ساعت نمونه ها در آون گذاشته شد و مجدد توزین شد. همچنین جهت اندازه گیری میزان محصول پس از برداشت یک پلات (یک مترمربع) از گندم در تکرار های کاملا تصادفی و در فواصل مشخص از تیمارهای مختلف به صورت جداگانه نمونه ها را جمع آوری نموده و چهار روز در محیط نگهداشته تا رطوبت موجود در علوفه آن ها به طور کامل خشک شد. ابتدا محصول برداشت شده توزین و سپس گندم را از علوفه جدا نموده و وزن خالص گندم و وزن علوفه خشک توزین شد.

    نتایج و بحث:

    پارامترهای مورد بررسی با استفاده از نرم افزار SPSS در سطح معنی دار 5 درصد با استفاده از آزمون دانکن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج مقایسه میانگین درصد نگهداشت رطوبتی خاک در سه تراکم بالا، متوسط و پایین یک روند مشابه نسبت به ارتفاع را نشان دادهاست، به طوری که کمترین رطوبت از دست رفته در فاصله یک برابر ارتفاع از بادشکن بوده و در قطعه زمین با تراکم بالای 90 درصد بوده است. قطعه زمین با تراکم زیر 40 درصد در فاصله 10 متری ارتفاع از بادشکن عملکردی مشابه با زمین فاقد بادشکن داشته و تاثیری در کاهش رطوبت از دست رفته نشان نداده است. در رابطه با میزان تولید محصول نیز تراکم بالای 90 درصد اختلاف معناداری بیشتری با سایر تراکم ها دارد، به طوری که میانگین تولید محصول در فواصل مختلف (1، 5، 10 و 15 برابر از ارتفاع بادشکن) 24/2 کیلوگرم در مترمربع  بوده که همین میانگین در تراکم متوسط به 13/2 و در تراکم پایین به 97/1 و در قطعه زمین بدون بادشکن 94/1 به کیلوگرم در مترمربع کاهش پیدا می کند. به عبارتی در شرایط یکسان زراعی میزان محصول تولیدی در  قطعه زمین با تراکم متوسط 9/4 درصد و در قطعه زمین با تراکم پایین 05/12 درصد و در قطعه زمین بدون بادشکن 4/13 درصد از قطعه زمین با تراکم بالا کمتر بوده است. در قطعه زمین با تراکم پایین در تمامی فواصل از بادشکن میزان محصول تولید شده در سطح اندازه گیری شده رفتاری مشابه با قطعه زمین بدون بادشکن داشته و تفاوت معناداری با یکدیگر ندارند.

    نتیجه‎ گیری:

        مطالعه حاضر به بررسی تاثیر تراکم و فاصله از بادشکن  بر میزان تولید گندم و علوفه خشک و همچنین نگهداشت رطوبت خاک در عمق 10 سانتی متری از سطح خاک پرداخته است. بادشکن ها با کاهش سرعت باد در نواحی اطراف خود، می توانند تبخیر آب از سطح خاک و گیاهان را کاهش دهند. از این رو، رطوبت خاک در اراضی دارای بادشکن بیشتر حفظ می شود که این امر به نفع رشد گیاهان و راندمان تولید محصول خواهد بود. همانگونه که از نتایج مشخص شد میزان تولید و رطوبت از سطح خاک تابعی از ارتفاع از فاصله از بادشکن بوده و حداکثر تولید در فاصله پنج برابر از ارتفاع بادشکن بوده است. پیشنهاد می شود در مطالعات مرتبط با این موضوع یک قطعه زمین هم بدون کشت گندم و تنها برای بررسی میزان رطوبت خاک در فواصل مختلف از بادشکن مورد بررسی قرار گیرد. همچنین برای احداث بادشکن در اطراف مزارع شیراز، برنامه های آموزشی و ترویجی برای کشاورزان درزمینه مزایای بادشکن ها و نحوه احداث آن ها ارائه شود؛ مزارع زیرکشت شناسایی، پارسل بندی و اولویت بندی شود؛ همچنین گونه های بومی چند منظوره و اقتصادی مناسب ایجاد بادشکن شناسایی و معرفی شوند. شایان ذکر است که ایجاد تسهیلات مالی و مشاوره ای ضمن تشویق کشاورزان می تواند به تسریع در اجرای این استراتژی کمک کند.

    کلیدواژگان: بادشکن زنده، تراکم بادشکن، تولید گندم، رطوبت خاک، دانشکده کشاورزی شیراز
|
  • Mohamad Kazemi*, Atefeh Jafarpoor Pages 1-15
    Introduction

    Remote sensing has become a valuable tool for acquiring integrated spatial data regarding land cover and land use across various temporal and spatial scales. One of the primary challenges in multi-temporal land cover and land use mapping is the availability and integrity of training data for supervised classification algorithms. Collecting training samples for each class of land cover and land use over different time periods can be time-consuming and, particularly in rapidly changing environments, fieldwork can be challenging. This issue is further exacerbated by the potential spectral and phenological changes in land cover features over time, which can diminish the transferability of training samples. The concept of "migration" or "transfer" of training samples from a reference year to target years has been explored as a means to overcome the limitations of training data. In this context, the use of Google Earth Engine (GEE) has facilitated multi-temporal land cover and land use mapping. GEE's ability to integrate diverse data sources, including Sentinel-2 imagery and a wide range of spectral indices, enables researchers to develop robust and scalable applications for land cover and land use classification. Monitoring changes in land use and cover over time is crucial for understanding and managing the environment. However, when there are limitations in training data for different time periods, this can pose significant challenges. This study presents an innovative approach to classify Sentinel-2 satellite images from different years using a set of reference training samples.

    Materials and Methods

    In this study, an innovative application was explored using migrated training samples from a reference year (Sentinel-2 imagery from 2019), along with bands from Sentinel-2 images and spectral indices, to classify land cover and land use in the dynamic and ecologically significant mangrove region (Khoran Protected Area). The use of machine learning algorithms within the Google Earth Engine (GEE) framework was examined to achieve high classification accuracy and monitor land cover changes over time. Satellite images from Sentinel-2 covering the study area for the target years 2022 and 2024, as well as the reference year 2019, were retrieved in GEE. Ground truth data, including the location and classification of various land cover types for the reference year, were collected using the European Space Agency's land use maps. Subsequently, high-quality ground truth data and their corresponding image samples from the reference year (2019) were transferred to the target year images using the Spectral Angle Distance (SAD) algorithm. Classification algorithms such as Random Forest (RF), Gradient Boosting Trees (GBT), and Classification and Regression Trees (CART) were employed to classify the target year images using the variable training samples. The classified images were evaluated using various accuracy metrics, including overall accuracy, Kappa coefficient, producer accuracy, user accuracy, as well as commission and omission errors. Finally, the importance of different spectral bands from Sentinel-2 and spectral indices in the classification process was analyzed to identify the most suitable features for distinguishing various phenomena in the study area.

    Results and Discussion

    The results of this study indicated that among the classification algorithms, the highest accuracy for overall accuracy and Kappa coefficient in the classified images for 2024 and 2022 was achieved using the Random Forest classification, with accuracies of 0.9104 and 0.8742, and Kappa values of 0.8955 and 0.8570, respectively. Additionally, the findings revealed that the area of mangrove forests decreased from 7530.74 hectares to 6546.51 hectares during the study period, representing a reduction of approximately 984.23 hectares, or about 164 hectares per year.The area of residential and construction zones increased from 72.52 hectares in 2019 to 96.48 hectares in 2024, indicating rapid growth in these land uses over the last two years. The synthesis and summary of various classification methods across different years highlighted the relative importance of bands and indices. Specifically, the EMVI and mNDWI indices demonstrated greater dominance due to their effectiveness in capturing the phenomena of mangrove forests and aquatic areas within the study region. Consequently, for the band combinations aimed at distinguishing various phenomena, the use of green, red, and near-infrared bands, along with the mangrove index and optimized water body index, were identified as the most suitable for the study area. These findings are recommended for similar areas in southern Iran and other mangrove regions. This research employed a simple and effective application by transferring ground truth points from the reference year to their corresponding images as training samples for the target year images, utilizing the Google Earth Engine platform. This approach holds the potential for extension to other regions.

    Conclusion

    In summary, this study demonstrates the potential of using migrated training samples and advanced machine learning algorithms such as Random Forest, Gradient Boosted Trees, and Classification and Regression Trees, along with spectral indices as auxiliary data, for the accurate classification of multi-temporal satellite imagery. The development of spatial tools, including the online Google Earth Engine (GEE) platform, is essential for the up-to-date management of land uses, particularly in wetland and mangrove areas. In this research, high-quality training samples were successfully migrated from the reference year to the target year, resulting in high classification accuracy using the Random Forest classification algorithm compared to other methods such as boosted regression or regression and classification trees. This method offers a viable solution in multi-temporal land use studies, especially in cases of insufficient or inadequate training samples within the GEE system. For future studies, it is recommended to employ a combination of Euclidean Distance (ED), Spectral Angle Distance (SAD), and K-means clustering for generating variable training samples, and to compare and analyze the classification results obtained through these methods. This approach presents a promising solution for producing up-to-date land use/land cover maps, even in challenging environments with limited training data. The findings of this study can guide future research aimed at monitoring land cover, managing, and effectively protecting valuable natural resources, such as mangrove forests, in other regions.

    Keywords: Pixel-Based Classification Algorithms, Relative Importance, Spectral Angle Distance, Land Use, Mangrove, Migrated Training Samples
  • Samaneh Razavizadeh*, Fatemeh Dargahian, Sara Teimouri, Azadeh Gohardoust Pages 16-30
    Introduction

    Flooding is a significant natural hazard that affects millions of people around the world every year and causes extensive damage to property, infrastructure, and ecosystems. Investigating changes in floodplains is very important to understand and reduce these effects. Scientific research reveals that floodplains are affected by various factors, including climate change, urbanization, and river management practices. Notably, recent climate shifts have intensified torrential rains, expanding flood zones and elevating flood risk. Concurrently, urban development and residential expansion contribute to increased flood volume and flow by altering surface runoff patterns and reducing natural water infiltration areas. To optimize flood management strategies, the initial step involves identifying flood-prone regions, creating flood area maps, and monitoring changes over time.  While post-event flood zone mapping and continuous monitoring pose challenges, satellite imagery remains the most practical solution. Advances in earth surface monitoring using satellite technology have significantly enhanced global flood monitoring capabilities. Leveraging satellite imagery and remote sensing technologies, platforms like Google Earth Engine provide valuable data for analyzing temporal and spatial variations in flood-prone areas.

    Materials and methods

    In the current research, we discuss the continuous monitoring of flood events in relation to the instantaneous maximum flow at the hydrometric station of the Kohak Dam. The Hamuns of Sistan, especially in recent years, have relied solely on water inflow from Afghan rivers during floods. Consequently, we conducted monitoring of the water area of the Hamuns of Sistan during flood events and tracked the water area of the Sistan plain over time using a time series of satellite images spanning from 1984 to 2021. For this purpose, we utilized Landsat satellite images (employing the NDVI index, transition algorithms, and seasonality blue zone identification algorithms) within the Google Earth Engine environment. The initial step involved extracting flood dates from the hydrometric station at Kohak Dam, located on the Sistan River at the entrance of the Hirmand River to Iran. Subsequently, we downloaded Landsat satellite images for various dates, including pre-flood, the first image after the flood, and post-water withdrawal (based on the daily hydrograph of the Kohak Dam station). To process and extract information from the images, we performed pre-processing and identified catchment areas of Sistan’s Hamuns during flood events using the NDVI index and infrared and red bands. Additionally, we employed GSWE (Global Surface Water Explorer) algorithms to monitor temporal and spatial water extent distributions globally over the past three decades.

    Results and Conclusion :

    Using the dates of flood occurrence at the hydrometric station of Kohak Dam located on the Sistan River (at the entrance of the Hirmand River to Iran), we analyzed three distinct time periods: before the flood, the first date of the satellite image after the occurrence, and after the completion of water withdrawal (based on the daily hydrograph of the Kohak Dam station). During these periods, we downloaded Landsat satellite images.  The obtained results reveal that in the water year 1988-1989, the maximum instantaneous discharge was equal to 901.83 cubic meters per second, occurring on 1989/04/06. Monitoring Landsat satellite images during the three time periods before, during, and after the flood shows that with the arrival of flood flow from the Hirmand River to Iran, the water area of the Hamun wetlands increased. Specifically, after the flooding event, the water area of the Hamun wetlands in Sistan reached 2614.4 square kilometers. In the water years 1990-1991 and 2015-2016, the instantaneous maximum discharge was equal to 1178 and 624.6 cubic meters per second, respectively, occurring on 1991/06/01 and 2016/04/16. The extraction of water areas of Hamun wetlands using the NDVI index from Landsat satellite images shows that in these two flood events, the maximum water area of the Hamun wetlands resulted from flood flow and subsequent inundation. Specifically, the water area was 4477.6 and 1319.8 square kilometers, respectively.

    Conclusion

    The study of three maximum annual flood events in the Sistan plain showed that the water intake of Hamun wetlands is completely affected by the occurrence of floods. A step-by-step comparison of the beginning to the end of the flood hydrograph with the flood zones extracted from satellite images in the same time steps, shows the complete matching of the surface of the water zone with the size of the flood discharge. Also, the study of the changes in the water areas of the Hamuns of Sistan using the GSWE layer shows the changes that have occurred in these areas between 1984 and 2020. Therefore, the results obtained from the study of the water zones of Hamuns using GSW maps showed that the water area of Hamuns in the long term shows a sharp decrease, so that the changes occurred in such a way that in the year In 2020, compared to 1984, more than 74% of the area of Sistan's Hamuns is drained seasonally. From the point of view of studying the situation of monthly water intake based on the monitoring of long-term average water areas, the results showed that only a small part of the Sistan plain (about 11 thousand hectares) has water on average throughout the year, and this area also belongs to wells. It is half and covers about 0.5% of the studied area. Also, more than 2 million hectares of the surface of the studied area, on average, have water only in 1 month of the year, which is equivalent to 88.4% of the total area of the studied area (includes Hamuns, the rivers adjacent and the wells).

    Keywords: Flood Hydrograph, Transition Algorithm, Seasonality Algorithm, Sistan Plain
  • Mohsen Kazemi, Hassan Khosravi, Ali Salajegheh*, Shahram Khalighi Sigaroodi, Shirin Mohammadkhan Pages 31-43
    Introduction

    Natural hazards cause significant human and financial losses worldwide each year. Land subsidence is one of these hazards, and its importance has increased in recent years due to the occurrence of droughts in cities, especially in metropolises. This phenomenon has occurred in many plains of Iran due to over-exploitation of groundwater resources. The rate and spatial patterns of subsidence can change over time. Therefore, accurate measurement and predictive tools for monitoring and studying it are necessary. Radar interferometry (InSAR) is one of the new and powerful tools for determining the extent of land subsidence. This method is very effective and useful as a suitable and cost-effective solution in areas lacking leveling infrastructure. In fact, by providing high-precision satellite images, this technique enables the monitoring of the destructive phenomenon of land subsidence and plays a vital role in managing and controlling land subsidence. Given that the amount of groundwater withdrawal strongly affects the extent and distribution of subsidence, this research aimed to monitor annual land subsidence and evaluate its relationship with changes in groundwater levels in the Kermanshah aquifer. For this purpose, the temporal trend of land subsidence and fluctuations in groundwater levels during the same period were investigated and analyzed.

    Materials and Methods

    In this research, the land subsidence rate in the Kermanshah aquifer was monitored and investigated using the Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (DInSAR) method. For this purpose, seven series of Sentinel A-1 radar images were used to examine the subsidence rate during the 2015-2021 period. Image analysis was performed in the Windows operating system environment using the SNAP software. Then, to estimate the maximum groundwater level decline in the Kermanshah aquifer, data from 38 piezometric wells throughout October 2015-2021 were used. The spatial information and the average groundwater level of the observation wells were entered into the ArcGIS software, and groundwater level variation maps in the study area were calculated using the IDW interpolation method. Subsequently, using the land subsidence maps and the annual groundwater level changes, a map of the average seven-year land subsidence rate and groundwater level changes was prepared. These maps were used for a more detailed and comprehensive analysis of the trend of changes and the mutual effects between the annual subsidence rate and groundwater level changes. In the present study, the relationship and correlation between the annual subsidence rate and the groundwater level change trend, both in urban and agricultural areas and in the entire aquifer domain, were thoroughly investigated and evaluated.

    Results and Discussion

    The results of the Kermanshah aquifer study in the period 2015 to 2021 indicate significant fluctuations in the subsidence rate and changes in groundwater levels. In the early years of the study period, the subsidence rate in the stress-prone areas of the aquifer increased sharply, so that in 2015-2016 this rate ranged from 5.6 to -14.4 cm/year. This amount of subsidence occurred simultaneously with an unprecedented decline in groundwater levels of up to 12.6 meters during the same year.However, from 2016 to 2021, a trend of improvement in the aquifer's condition was observed, so that the subsidence rate decreased to 6.2 to -11.9 cm/year, and the groundwater level changes were limited to -0.19 to 11.8 meters per year. Detailed examination shows that the northern and western parts of the aquifer experienced the highest subsidence rates, averaging -3.4 to -6.3 cm/year, while the central and southern regions faced a decrease of 0 to -1.8 cm/year. Additionally, in the agricultural lands in the north of the aquifer, the groundwater level decline reached an average of 50 cm per year. Data analysis showed that the coefficient of determination between the average subsidence rate and the average groundwater level changes in urban and agricultural lands were 0.13 and 0.074, respectively, and for the entire aquifer area, it was 0.082, indicating a lack of strong correlation between these two variables in both land uses.

    Conclusion

    Radar imagery studies of the Kermanshah aquifer from 2015 to 2021 have revealed serious challenges related to declining groundwater levels and land subsidence. The results show a decreasing trend in the subsidence rate, from -14.4 cm/year in 2015-2016 to -11.9 cm/year in 2020-2021, with the highest rates observed in the northwestern and western parts of the aquifer. Concurrently, groundwater levels declined, with a maximum drop of -12.6 m recorded in 2015-2016 and a minimum of -0.19 m in 2019-2020. The maximum groundwater level decline was seen in the central and northern parts, while the southern and urban areas experienced the least decline. However, the correlation between subsidence rates and groundwater changes in urban and agricultural areas was low, suggesting that various factors, including faults, aquifer characteristics, and past groundwater changes, may have contributed to the land subsidence. The differences in the trends of subsidence and groundwater decline across the aquifer indicate the complexity of the issue. The study aims to provide a comprehensive understanding of the surface and subsurface changes in the Kermanshah aquifer. The findings can assist decision-makers in infrastructure and regional development planning, as well as in better managing groundwater challenges and addressing the land subsidence phenomenon through appropriate solutions. The present study provides valuable insights into the hydrogeological dynamics of the Kermanshah aquifer, which can help policymakers and water resource managers develop effective strategies to mitigate the impacts of groundwater depletion and land subsidence in the region.

    Keywords: Sentinel-1A Images, Interferometry, Inverse Distance Weighted (IDW) Model, Water Resources Management SNAP Software
  • Ali Dastranj*, Ebrahim Karimi Sangchini, Noor Noor Pages 44-57
    Introduction

    Every year, landslides cause extensive human and financial losses, including the destruction of forests, fertile agricultural lands, residential areas, and communication networks. Considering that landslides are more manageable than other natural disasters; therefore, it is very important to know this phenomenon in order to prevent damages caused by it. Therefore, the present research was carried out in order to assess the risk of landslides and prepare a map of the severity of landslide damage in Bar watershed in Razavi Khorasan province. Landslide susceptibility assessment can help planners in the final management of environmental pollution and natural resources in preventing possible damages and ultimately developing economic activities in the watershed. The Bar watershed in the northwest of Neishabur city has the potential of landslides due to geological conditions, climate and human activities. Therefore, the need to identify areas prone to landslides, vulnerability and risk of landslides in this area can have positive effects on the life and economy of the people of the region. In this research, it will be tried to simultaneously study the risk, elements at risk, the vulnerability of elements due to the occurrence of landslides and finally the damage (risk) of landslides in the Bar watershed. As a result, the purpose of this research is to assess the risk of landslides and landslide damage using the severity of the risk, the elements at risk and the degree of vulnerability of the elements at risk, it is for the purpose of risk and damage management in the watershed area.

    Materials and Methods

    Bar Neyshabur watershed is one of the sub-watersheds of the Bar River watershed, which is located in the north of Neyshabor city. In terms of geographical location, Bar watershed is located in the range of 58°23'35° to 58°4'52°E and 36°28°9' to 36°7'N latitude and is located in the southern slopes of Binalud. In order to carry out this study, first, through library studies and field visits, the factors affecting the occurrence of landslides were identified and collected. The distribution map of landslides in the region was prepared with the help of the data provided by the General Directorate of Natural Resources and Watershed Management of Razavi Khorasan Province and modified using Google Earth satellite images and field visits. Then, 14 key and effective parameters on the occurrence of landslides in the region were selected. Next, the landslide risk map was prepared using the maximum entropy (ME) machine learning method, and then, the accuracy of the model was evaluated using the ROC index. In order to model the risk of landslides, 70% of landslide points were used to train the model and 30% of landslide data were used to validate the model. Next, the information layer of the elements at risk and the degree of vulnerability of the elements were extracted. Finally, the landslide damage map was prepared by combining maps of risk intensity, elements at risk and degree of vulnerability of elements based on the general equation of risk.

    Results and discussions

    Based on the results, the amount of surface area under the ROC index diagram in the validation stage was 0.854, which indicates the very good capability of the model in zoning and determining landslide prone areas in the Bar watershed. The results of the vulnerability map of the studied area showed that 56.9% of the Bar watershed were in the class of high and very high elements at risk. Meanwhile, 17.8% of this basin was placed in the high and very high class of landslide risk vulnerability. The reason is the absence of important facilities, large factories, highways, important structures and large recreational complexes in this basin. Also, the results of the risk zoning map of the studied area showed that 9.1% of the Neyshabur watershed, equivalent to 2503 hectares in the high and very high class, and 77.8% of the area, equivalent to 21450 hectares, were damaged in the low and very low class. The interpretation of the results showed that due to the presence of elements at risk in the region, most of the region has low and very low risk. This helps to focus the management work in the sectors that have a lot of damage and reduces the waste of time and money.

    Conclusion

    In this study, sensitivity, vulnerability, and risk of landslides were zoned in the Bar Neyshabur watershed in Razavi Khorasan province as a landslide-prone basin with an area of about 27,643.8 hectares. The natural conditions of the Bar Neyshabur watershed, such as geology, uneven conditions, geomorphology and tectonics, as well as human aggravating factors such as land use change and rural roads, have created a suitable platform for the occurrence of landslides, and a total of 73 cases were identified in the study area. In this research, it was tried to use all the effective factors in the landslide susceptibility assessment in the Neyshabur Bar watershed. According to the risk zoning map of the studied area, 9.1% of the Neyshabur watershed was damaged in the high and very high class and 77.8% of the area was in the low and very low class. The interpretation of the results of the number of landslides in each risk class showed that 41 landslides were found in the low and very low risk class. As a result, due to the presence of elements at risk in the region, most of the region has low risk and very low risk. The results of this study help to focus management work in the sectors that have a lot of damage and reduce the waste of time and money.

    Keywords: Maximum Entropy, Vulnerability, ROC Index, Landslide Hazard
  • Diba Ghonchepour, Amir Sadoddin*, Abdolrea Bahremand, Anthony Jakeman, Abdolrassoul Salmanmahiny, Barry Croke Pages 58-72
    Introduction

    Climate change creates changes in precipitation amount and pattern, temperature and evapotranspiration, which influences water resources availability, increases floods and droughts frequency and intensity, leads to degradation of the environment, which serves the water quality and leads to the dynamic change of runoff. On the other hand, land cover change and population increase impact on hydrological system too. Understanding the hydrological response of watersheds to physical change (land use) and climate change (precipitation and temperature) and quantifying the water balance change due to environmental change are very important for water resources sustainable development and an important component in water resources management and planning.  This research aims to manage water supply and demand in the future under change conditions at a river basin-scale. In line with this goal, the situation of water supply and demand in the Gorganrud River basin was evaluated under the conditions of climate change, land use change and population change. The Gorganrud river basin is located in the northeast of Iran in the three provinces of Golestan, North Khorasan and Semnan, with an area of about 11,220 square kilometers. The studied area is an important source of water supply for the domestic, agricultural, industrial and environmental sectors in Golestan province, so it is important to investigate the water resources condition in this area in the future period.

    Materials and methods

     To project the climatic condition in future the data related to the CanESM2 large-scale global climate model under two scenarios of RCP2.6 and RCP8.5 were prepared. Then, these data were downscaled using Statistical Down Scaling Model (SDSM4.2) for local climatic gauging stations. Twelve climatic stations were considered for precipitation and nine for minimum and maximum temperatures. Land use maps for 1999, 2009 and 2017 were prepared using Landsat satellite images and IDRISI software. Then, land use changes were predicted using the Land Change Modeler (LCM) tool in the TerrSet software. The population size and water demand for domestic, industrial, agricultural, and environmental sectors were predicted for the future period. Then, HEC-HMS SMA was calibrated and validated using rainfall and runoff data of 2007-2009 and January 2013- March 2014, respectively.The calibrated and validated hydrological model was used to simulate the hydrological components (runoff, groundwater recharge, and volumes of inflow, outflow, and storage in dam reservoirs) under climate and land use changes. Finally, the value of the Water Supply Stress Index (WaSSI) was calculated under two climate change scenarios, RCP2.6 and RCP8.5.

    Results and Discussion

     Investigations show that the weighted average of the Water Supply Stress Index has increased from 1.003 for the period 1966-2006 to 1.033 for the period 1966-2011. The study of climate change shows changes in precipitation, minimum and maximum temperature in different climate stations under both RCP2.6 and RCP8.5 scenarios. It should be noted that the impact of climate change scenarios is not the same in all climate stations. The prediction of land use change indicates the reduction of agricultural lands and their conversion into residential areas. In addition, the conversion of dense forests to semi-dense forests and rangelands is significant. The forecast of population changes and water demand indicates the increase of these variables. The comparison of the average annual rainfall in the past (2006-2017) and the future (2020-2040) at the Aqqla hydrometric station shows that this variable will have values of 207.038 and 210.8 million cubic meters under RCP2.6 and RCP8.5 scenarios, respectively which is significantly more than its amount in the last period with the amount of 179.64 million cubic meters. The total water supply components for the RCP2.6 scenario is equal to 930.49 and for the RCP8.5 scenario is equal to 935.85 million cubic meters. The sum of water demand components according to RCP2.6 scenario is equal to 1495.04 and according to RCP8.5 scenario it is equal to 1379.2 million cubic meters. The median value of WaSSI in the future under two climate change scenarios RCP2.6 and RCP8.5 was predicted to be 1.61 and 1.45, respectively.

    Conclusion

     In this research, the impact of climate change, land use change and population change on the water resources of the Gorganrud River Basin was investigated. By calculating the Water Supply Stress Index, it was found that based on the used index, the lack of water security in the Gorganrud River Basin will be a challenge in the future. In the management of water resources, it is necessary to focus on both sides of water supply and demand but, since it is possible to manage water supply less, it is necessary to focus more on water demand management. In this regard, we should look for solutions that are more likely to be implemented. Water demand management measures in the agricultural sector such as changing the cropping pattern, changing the cropping date, reducing agricultural sector waste and reducing evaporation from the soil surface are among the appropriate solutions in the field of water demand management. In addition, the observation of land use changes and especially the increase in the area of residential areas and the decrease in the area of dense forests in this research is a warning for policy makers, decision makers, managers and executive departments in order to further protect natural resources and manage the development of residential areas. The methodology and outputs of this research can be useful for decision makers and managers of water resources in the conditions of change and uncertainties related to it, in the Gorganrud River Basin and similar conditions.

    Keywords: Climate Change, Land Use Change, Population Change, Water Supply Stress Index, The Gorgan-Rud River Basin
  • Bahram Choubin*, Farzaneh Sajedi Hosseini, Omid Rahmati Pages 73-86
    Introduction

    One of the important steps in the framework of watershed conservation programs and sustainable management of natural resources is the identification of vulnerable areas. This step serves as a solid foundation for the measures needed for environmental management. Vulnerability assessment provides necessary standards for implementation priorities and helps identify and prioritize sensitive and vulnerable areas for sustainable management of natural resources. Among natural hazards at the watershed level, floods are one of the most frequent and destructive types of hazards that cause many human and financial losses. Due to being situated in a vast ecosystem of arid and semi-arid regions, Iran is frequently exposed to the destructive effects of floods. The country's vulnerability to these events is exacerbated by climate change and unsustainable human activities. It is predicted that due to climate changes, rapid unplanned urbanization, expansion of impervious surfaces, changes in land-use patterns, and poor management of watersheds, floods will occur more intensely in the future. Therefore, the study and identification of vulnerable areas, as one of the important variables in flood risk management, is a key part of non-structural measures to prevent and reduce the destructive effects of floods. This research seeks to analyze the spatial vulnerability of the Zarrinehrood Watershed to flood events. By considering vulnerability functions, including exposure, susceptibility, and resilience, the degree of vulnerability of this watershed to flood was investigated, and vulnerable areas were identified.

    Materials and Methods

    The focus of this research is the Zarrinehrood watershed, located in the provinces of West Azarbaijan and Kurdistan, Iran. To identify flood-prone areas in this region, we first collected relevant data and information on factors contributing to flood vulnerability in the study area. Then, the grid layers of factors were prepared in three sectors including exposure (i.e., factors such as average annual rainfall, frequency of heavy rainfall, maximum daily rainfall, distance from waterways, and frequency of floods), susceptibility (i.e., factors like the percentage of farmer and rancher households, distance from industrial areas and mines, distance from roads, land use, population density, and distance from residential areas), and resilience (i.e., factors such as the number of rural cooperative companies, the number of health and treatment centers, and the number of transportation routes). Next, the importance of the variables was evaluated using the method of Analytic Network Process (ANP), taking into account the internal connections between the variables. The pixel value of the data was then determined by analyzing the relationship of each factor with flood vulnerability and employing fuzzy value functions. Finally, the vulnerability map was prepared and analyzed for the study area by applying the variable weights to the normalized layers.

    Results

    Examining the importance of variables using the ANP method for each vulnerability function revealed that among the variables used to extract the exposure map, the two variables 'distance from the waterway' and 'frequency of floods' were assigned the highest importance with weights equal to 0.343 and 0.337, respectively. For the susceptibility map, the factors 'population density,' 'distance from residential areas,' and 'percentage of farming and ranching households' held the highest weights (0.361, 0.235, and 0.178, respectively). The resilience study indicated that the 'number of health and treatment centers' held the greatest importance among the variables, with a weight of approximately 65.5%. The exposure map showed that areas located at the watershed outlet were at a higher exposure. Areas near the outlet and in the basin's northeast region exhibited higher susceptibility to floods. Meanwhile, the central areas of the basin showed the highest resilience to floods, while the northern and southern parts had the least resilience. By combining the exposure, susceptibility, and resilience maps, it was found that the most vulnerable areas of the watershed (with a very high vulnerability class) were mainly located at the watershed's outlet, covering about 2.06% of the watershed. These zones exhibit a combination of high exposure to flood hazards, increased susceptibility, and low resilience, which may hinder their ability to recover from flooding events.

    Conclusion and discution:

    Assessing the flood vulnerability map revealed that the southern areas of the Zarrinehrood Watershed, located near the watershed outlet, exhibit the highest vulnerability levels. This can be attributed to the combination of high flood exposure, high susceptibility, and low to moderate resilience in these areas. One of the advantages of this research can be attributed to the use of fuzzy value functions for data pixel valuation instead of classification. The provision of continuous values based on fuzzy functions preserves the  data variability, offering a more realistic approach compared to methods such as input classification. Additionally, fuzzy values can help overcome ambiguity and reduce uncertainty. The main limitation of this research lies in the insufficient statistics and information available on flood resilience. Important criteria, such as the number of flood warning systems, rescue centers, past experiences with flood hazard, flood insurance, statistics of flood dams, shelters, and emergency services, were identified as significant factors in previous studies but were not accessible. Therefore, future studies should consider incorporating these factors if they become available. In general, it can be acknowledged that prioritizing the implementation of management policies with an emphasis on preventive and risk-based approach can take a more precise direction in relation to the results of this study and include the protection and restoration of vulnerable areas.

    Keywords: Resilience, Fuzzy Value Functions, Susceptibility, Exposure, Analytic Network Process
  • Masoumeh Heidari, Mohammadreza Ekhtesasi*, Mohammadhossin Mokhtari, Jahanbakhsh Mirzavand Pages 87-99
    Introduction

    Windbreaks act as natural or artificial barriers that, by reducing wind speed, prevent soil erosion, reduce humidity, and damage to agricultural products, and increase crop efficiency. Due to the specific climatic conditions of Fars Province, where drought and inappropriate temporal and spatial distribution of rainfall are undeniable realities, it can be said that irrigation water is the most important input for agricultural production, and any sustainable food production and agriculture depends on the correct and rational use of the province's limited resources. A review of research conducted at the national level shows that despite the increase in the efficiency and productivity of irrigation water in the field in recent years, for various reasons, including disregard for climate potential and water resources and unplanned development of agricultural lands to meet the food needs of the country's growing population, excessive extraction of groundwater resources and the destruction of aquifers have been witnessed. The aim of this study was to investigate the effect of density and distance from windbreak on the production of wheat and dry fodder, as well as soil moisture retention at a depth of 10 cm. This study was conducted in the 1401-1402 crop year on four homogeneous and uniform wheat plots with identical varieties, planting dates, planting distances, soil characteristics, and irrigation and fertilization conditions in the Shahed area of ​​the Faculty of Agriculture of Shiraz.

    Material and Methods

     This research was conducted in the 1401-1402 crop year in four homogeneous and uniform wheat crop plots at the Shiraz University of Agriculture farm (crop area about 547 hectares). For this study, three plots with different densities of tree windbreaks (density above 90%, between 40 and 90% and also less than 40%) and one plot without windbreaks were used. To investigate the effect of distance from windbreaks on soil moisture storage parameters and crop yield, distances of 1, 5, 10 and 15 times the height of the windbreak (average height 12 m) were determined in lands with high, medium and low density and without windbreaks, and soil samples and crop yield were collected in three replications from each distance based on a completely randomized block design. To measure the moisture content after sample collection and transfer to the laboratory, the samples were first weighed, then placed in an oven for 24 hours and weighed again. Also, to measure the yield after harvesting a plot (one square meter) of wheat in completely random replications and at specific intervals from different treatments, samples were collected separately and kept in the environment for four days until the moisture in their forage was completely dried. First, the harvested crop was weighed, then the wheat was separated from the forage, and the net weight of wheat and the weight of dry forage were weighed.

    Results and discution:

    The parameters studied were analyzed using SPSS software at a significant level of 5% using Duncan's test. The results of comparing the average percentage of soil moisture retention in three densities, high, medium and low, showed a similar trend with respect to height, such that the lowest moisture loss was at a distance of one height from the windbreak and in the plot of land with a density above 90%. The plot of land with a density below 40% at a distance of 10 meters from the windbreak had a similar performance to the land without a windbreak and did not show an effect in reducing moisture loss. In relation to the amount of crop production, the density above 90% has a more significant difference with other densities, so that the average crop production at different distances (1, 5, 10 and 15 times the height of the windbreak) was 2.24 kg/m2, which decreased to 2.13 kg/m2 at medium density, 1.97 kg/m2 at low density, and 1.94 kg/m2 in the plot of land without a windbreak. In other words, under the same agricultural conditions, the amount of crop produced in the plot of land with medium density was 4.9%, in the plot of land with low density was 12.05%, and in the plot of land without a windbreak was 13.4% less than the plot of land with high density. In the plot of land with low density at all distances from the windbreak, the amount of crop produced in the measured area behaved similarly to the plot of land without a windbreak and did not differ significantly from each other.

    Conclusion

     The present study investigated the effect of density and distance from windbreaks on the production of wheat and dry fodder, as well as the maintenance of soil moisture at a depth of 10 cm from the soil surface. Windbreaks can reduce water evaporation from the soil and plant surface by reducing wind speed in the areas around them. Therefore, soil moisture is maintained more in lands with windbreaks, which will benefit plant growth and crop production efficiency. As shown in the results, the production and moisture from the soil surface are a function of the height of the distance from the windbreak, and the maximum production was at a distance of five times the height of the windbreak. It is suggested that in studies related to this subject, a plot of land without wheat cultivation and only to examine the soil moisture at different distances from the windbreak should be investigated. Also, for the construction of windbreaks around Shiraz farms, educational and promotional programs should be provided for farmers on the benefits of windbreaks and how to construct them; cultivated fields should be identified, parceled, and prioritized; Also, multipurpose and economically suitable native species for creating windbreaks should be identified and introduced. It is worth noting that creating financial and advisory facilities while encouraging farmers can help accelerate the implementation of this strategy.

    Keywords: Crop Production Rate, Shiraz Plain, Soil Moisture Maintenance, Windbreak