علوم آب و خاک

---

تحقیق حاضر آثار ناشی از تغییر اقلیم روی دما، بارندگی و رواناب در حوضه آبریز رودخانه زاینده‌رود اصفهان را تحت دو سناریوی اقلیمی و برای دو دوره سی‌ساله 2039-2010 و 2099-2070 میلادی، تجزیه و تحلیل می‌نماید. اطلاعات مورد نیاز از مدل گردش عمومی GCM) HadCM3) شامل مقادیر بارندگی و درجه حرارت (متوسط، حداقل و حداکثر) ماهانه در دوره‌های آتی، تحت دو سناریوی A2 و B2 از سناریو‌های تولید گازهای گلخانه‌ای SRES تأمین شده است. در سناریوی A2 به دلیل تأکید بر رشد صنایع و توجه کمتر به محیط زیست افزایش بیشتری در گازهای گلخانه‌ای نسبت به سناریوی B2 که توجه بیشتری به محیط زیست دارد، فرض شده است. نتایج در مجموع نشان از کاهش بارندگی و افزایش درجه حرارت در هر دو دوره و به ‌خصوص در دوره دوم را داشته، به ‌طوری‌که در طی این دوره‌ها میزان کاهش بارندگی 10 و 16 درصد و افزایش درجه حرارت به ‌میزان 6/4 و 2/3 درجه سانتی‌گراد به‌ترتیب در سناریو‌های A2 وB2 پیش‌بینی می‌شود. جهت بررسی تأثیر این تغییرات بر جریان ورودی به سد چادگان با استفاده از تکنیک شبکه عصبی مصنوعی (Artificial Neural Network, ANN) و با بررسی ورودی‌‌ها و معماری‌‌های مختلف، شبیه‌سازی بارش - رواناب در حوضه انجام شده که خروجی‌‌های مدل، کاهش جریان تا 8/5 درصد و افزایش ضریب تغییرات جریان تا 3 برابر را برای دوره‌های آتی نشان می‌دهد. مقایسه سناریو‌های A2 و B2 نشان از وضعیت بحرانی‌تر سناریوی A2 در این حوضه دارد.

---

  استفاده از معرف‌های هواشناسی و به خصوص بارندگی از دیر باز برای پایش خشکسالی مد نظر بوده و روش‌های بسیاری در این خصوص ارائه شده است. اما علاوه بر آنها، معرف‌های هیدرولوژیکی نیز می‌توانند نقش مهمی را در بیان وضعیت خشکسالی داشته باشند. در این تحقیق، یکی از معدود روش‌های پایش هیدرولوژیکی خشکسالی به نام روش چانگ که مقیاس روزانه دارد، با تغییراتی برای ارزیابی چگونگی خشکسالی روزانه استان تهران مورد استفاده قرار گرفت و سپس با شاخص خشکسالی مؤثر ( Effective Drought Index ) (EDI) که تنها شاخص هواشناسی با مقیاس روزانه است، مقایسه شد. نتایج ضمن تأیید قابلیت‌های روش چانگ و اهمیت دخالت معرف‌های هیدرولوژیکی در پایش خشکسالی، نشان می‌دهد که روش چانگ از حساسیت بیشتری به کمبود منابع آبی در شرایط خشکسالی برخوردار می‌باشد. به طوری که مقایسه دو روش طی سه سال 78-1377 الی 80-1379 حاکی از این است که 1/31 درصد ایام توسط چانگ خشکسالی "بسیار شدید" و شاخص خشکسالی موثر برای همین طبقه از خشکسالی رقم 7/3 درصد ایام را اعلام کرده است. به دلیل دخالت معرف‌هایی مانند ذخیره سدها و آب زیرزمینی، روش‌های هیدرولوژیکی همراه با شاخص‌های هواشناسی می‌توانند ترکیب اید‌آلی را در اعلام وضعیت خشکسالی ارائه دهند که در آن هم خشکسالی ناشی از کاهش نزولات و هم ناشی از مصرف بالا و سوء مدیریت قابل تفکیک باشد.

---

برای مدیریت خشک‌سالی در مناطق خشک که اتکای بیشتری به سدها و ذخیره‌سازی آب‌های سطحی دارند، استفاده از سیستم‌های هشدار سریع خشک‌سالی(DEWS) راهبردی مفید می‌باشد. در تحقیق حاضر تلاش شده است تا چنین سیستمی طراحی شود که از سه بخش اصلی شامل: 1) پایش خشک‌سالی 2) پیش‌بینی ورودی‌های رودخانه و مصرف آب و 3) محاسبه یک شاخص هشدار برای مدیریت خشک‌سالی تشکیل می‌شود. این سیستم برای سد زاینده رود ارائه شده است. بدین منظور، ابتدا جریان ورودی به سد و مصارف با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی در یک دوره 6 ماهه با در نظر گرفتن عدم قطیعت مربوط، در سطوح احتمالاتی مختلف پیش‌بینی گردید. هم‌چنین بر اساس اطلاعات تاریخی ذخیره آب مخزن و روش نگاشت خود سامان یافته (SOFM)، شدت خشک‌سالی در 5 دسته (بدون خشک‌سالی ، خشک‌سالی ضعیف، خشک‌سالی با شدت کم، خشک‌سالی شدید و خشک‌سالی خیلی شدید) تعیین شد. سپس یک شاخص هشدار خشک‌سالی (DAI) با توجه به شرایط جاری مخزن سد، ورودی‌ها و مصرف آتی آب محاسبه گردید. در نهایت بر اساس نتایج حاصل از شاخص محاسبه شده، سطوح مختلف هشدار از وضعیت نرمال تا شرایط کم آبی شدید مشخص شد. نتایج نشان داد که استفاده از سیستم هشدار سریع طراحی شده می‌تواند نقش مؤثری در مدیریت مخزن سد زاینده رود، تعیین سیاست‌های جیره-بندی و هم‌چنین کاهش خسارات خشک‌سالی داشته باشد.

---

به منظور بررسی اثر شیب و مدت زمان آبیاری روی ابعاد پیاز رطوبتی، آزمایشاتی با قطره‌چکانی دارای دبی ثابت 4 لیتر در ساعت در مدت زمان‌های آبیاری 2، 4 و 6 ساعت در اراضی با شیب‌های صفر، 5، 15 و 25 درصد با بافت خاک لوم‌سیلتی در منطقه فتحعلی دشت مغان در سه تکرار انجام شد. نتایج نشان داد با افزایش شیب زمین، مساحت و حجم پیاز رطوبتی در مدت زمان آبیاری ثابت افزایش یافت. عمق نفوذ در راستای محور قطره چکان با افزایش شیب زمین دارای کاهش اندکی بود که درصد این کاهش معنی دار نبود. جزء بالادست و پایین دست پیاز رطوبتی در شیب صفر درصد متقارن ولی در اراضی شیب‌دار نامتقارن بود در نتیجه جهت استفاده بهینه از رطوبت ذخیره شده در خاک فاصله بین بوته گیاه و محل استقرار قطره چکان بسته به شیب زمین بایستی 10 الی 25 سانتی‌متر در نظر گرفته شود. بررسی توزیع رطوبت در پیاز رطوبتی نشان داد که در اراضی شیب‌دار بر خلاف اراضی مسطح قسمت عمده توزیع رطوبت به ویژه هسته رطوبتی در پایین‌دست قطره‌چکان واقع شده و پیاز رطوبتی در این اراضی نسبت به اراضی مسطح بزرگ‌تر بود.

---

یکی از چالش‌های عمده در مدیریت منابع آب، بهره‌برداری از این منابع در حوضه‌های آبریز مشترک مرزی می‌باشد. واقعیتی که هم‌اکنون کشور ایران در بهره‌برداری از رودخانه هیرمند سال‌ها است با آن مواجه می‌باشد. در چنین وضعیتی، کاربرد یک مدل مفهومی بارش- رواناب که بتواند سناریوهای مختلف مدیریتی را شبیه‌سازی کند، ابزار مناسبی خواهد بود. در این خصوص، مدل SWAT می‌تواند انتخاب مناسبی باشد. با این وجود، نیاز به داده‌های هواشناسی و رواناب مشاهداتی از موانع جدی در پیاده‌سازی چنین مدلی است. این مشکل به‌خصوص در مناطقی مثل افغانستان با زیرساخت‌های ضعیف دوچندان است. به‌همین دلیل، کاربرد آنها دارای مشکلات بیشتری خواهد بود. در مطالعه حاضر، به‌منظور بررسی توانایی مدل SWAT در شبیه‌سازی فرآیند بارش- رواناب در مناطق با کمبود داده، حوضه بالادست رودخانه هیرمند به‌عنوان منطقه مطالعاتی انتخاب شد. بدین‌منظور، داده‌های رواناب ایستگاه دهرآوود از سال 1969 تا 1979 و بعضی داده‌های هواشناسی تهیه و برای واسنجی و اعتبارسنجی شبیه‌سازی‌ها به‌کار گرفته شد. نتایج این بخش رضایت‌بخش بود، به‌طوری‌که در مرحله واسنجی و اعتبارسنجی، ضرایب 2R در خروجی حوضه به‌ترتیب 76/0 و 70/0 به‌دست آمد. نکته قابل توجه آنکه با توجه به برفی بودن حوضه، استفاده از امکانات Elevation-Band بخش برف مدل نیز تأثیر قابل ملاحظه‌ای در بهبود نتایج به‌خصوص دبی پایه داشت. علاوه بر ارزیابی قبل، نقشه برف استخراج شده از دو تصویر ماهواره‌ای لندست در ماه فوریه 1973 و 1977 زمانی که حوضه نسبتاً پوشیده از برف است، با نقشه برف تولید شده از مدل مقایسه شد که نتایح حاکی از اجرای خوب مدل بود، به‌طوری‌که ضریب 2R در این دو تاریخ به‌ترتیب 87/0 و 82/0 برآورد گردید.