علوم آب و خاک

بررسی رفتار پدیده تبخیر از سطح آب یکی از موارد اساسی در طراحی، بهره¬برداری و مطالعات مربوط به مهندسی آب است. از این-رو، به‌کارگیری روش¬های نوین همچون نظریه آشوب در هیدرولوژی و منابع آب به‌دلیل نوآوری و قابلیت‌های آن به¬تازگی مورد توجه قرار گرفته است. از آنجا که نوسانات تبخیر از سطوح آزاد آب ماهیتی دینامیک و غیرخطی دارند، بنابراین، هدف از این پژوهش، بررسی امکان وجود رفتار آشوبی در تبخیر از سطح آزاد آب در ایستگاه سینوپتیک سمنان در مقیاس¬های زمانی روزانه و ماهانه در سال¬های 97-1374 با استفاده از مفاهیم نظریه آشوب است. میزان تبخیر روزانه، ماهانه و سالانه این ایستگاه سینوپتیک به ترتیب 8/68، 200 و 2600 میلی‌متر محاسبه شد. برای بازسازی فضای حالت، به دو پارامتر زمان تأخیر و بُعد محاط نیاز است که بدین¬منظور از میانگین اطلاعات متقابل و نزدیکترین همسایگی کاذب برای برآورد این دو پارامتر استفاده شده است. اولین گام جهت مطالعه یک فرآیند با نظریه آشوب، بررسی آشوبناکی آن است که روش بُعد همبستگی از مرسوم‌ترین روش‌هاست. ابتدا، بُعد تعبیه (مُحاط) به روش نزدیکترین همسایگی کاذب برابر با 3 محاسبه شد. جهت محاسبه زمان تأخیر، نمودارهای متقابل تبخیر در ایستگاه سمنان در مقیاس¬های مختلف زمانی رسم شد. بر اساس این روش، اولین مینیمم محلی در نمودار به‌عنوان زمان تأخیر در نظر گرفته می¬شود که برای تبخیر در مقیاس‌های روزانه و ماهانه به‌ترتیب 30 و 3 به‏دست آمد. برخلاف روش¬های پیچیده و محاسباتی مرسوم، این نتایج با مشاهده و در حداقل زمان حاصل می‌شود که به قرار زیر است: داده‌های ماهانه آشوبی‌تر از داده‌های روزانه هستند. پس از محاسبه زمان تأخیر و بازسازی فضای حالت، بُعد محاط و سپس شیب نمودار بُعد همبستگی به‌ترتیب 8/8 و 9/8 به¬دست آمدند.

مدل‌های هیدرولوژیک برای ارزیابی و پیش¬بینی میزان آب قابل استحصال حوضه‌ها، تحلیل فراوانی سیل و تدوین استراتژی¬های مقابله با سیلاب‌ها روز به روز در حال گسترش است. در این مطالعه از مدل HEC-HMS  و الحاقیه‌های HEC-GeoHMS وArc Hydro  در محیط ArcGIS برای شبیه‌سازی هیدروگراف‌های سیلاب طراحی در حوضه آبریز آیدوغموش واقع در شمال غرب ایران استفاده شد. برای محاسبه تلفات بارش، تبدیل بارش به رواناب، روندیابی و جریان پایه به‌ترتیب از روش -CN SCS، -UH SCS، ماسکینگهام و مدل ثابت ماهانه استفاده شد. در واسنجی مدل با دو رخداد واقعی سیل، میانگین مقادیر قدر مطلق باقیمانده‌ها، مجموع مربع باقیمانده‌ها و مجذور پیک وزنی میانگین مربعات خطا، برای حجم سیلاب به‌ترتیب برابر 2/75، 5/91 و 5/32 و برای دبی اوج به‌ترتیب برابر 8/9، 8/0 و 8/0  به‌دست آمد. صحت‌سنجی مدل نیز با مقدار یک درصد خطا در دبی اوج و 19 درصد خطا در حجم سیلاب مناسب ارزیابی شد. برای بارش‌های حداکثر 24 ساعته، توزیع لوگ پیرسون تیپ 3 به‌عنوان مناسب‌ترین توزیع در نرم‌افزار SMADA تعیین و بارش‌های طراحی با دوره‌های بازگشت مختلف استخراج شد. به این ترتیب برای دوره بازگشت 2 تا 1000 سال دبی اوج و حجم سیلاب طراحی به‌ترتیب برابر 18/8 تا 415/6 مترمکعب بر ثانیه و 5/7 تا 87/9 میلیون مترمکعب شبیه‌سازی شد.

بخش کشاورزی به¬عنوان یکی از مهم‌ترین بخش‏های مصرف آب در پایداری سیستم‏های منابع آب کشور تأثیرگذار است. این مطالعه، با هدف تخمین برداشت آب از رودخانه‏ برای مصارف کشاورزی در محدوده مطالعاتی نوبران، واقع در حوضه آبریز دریاچه نمک، انجام شده است. تخمین میزان برداشت آب از رودخانه با استفاده از متغیرهای وابسته به فاکتورهای ریخت‌شناسی، هیدرولوژیکی، کاربری اراضی و ترکیبی از متغیرهای آن‌ها که با نمونه‏برداری میدانی جمع‏آوری شده است، انجام گرفت. همچنین، برای تخمین متغیر برداشت آب از رودخانه‌‏ها، روش‏های داده‌کاوی شامل سامانه استنتاجی فازی- عصبی تطبیقی (ANFIS)، روش گروهی مدل‌سازی داده‏ها (GMDH)، شبکه تابع پایه شعاعی (RBF) و مدل درخت تصمیم رگرسیونی (Rtree) به کار گرفته شد. در این مطالعه، مدل GMDH24 با سناریوی ترکیبی شامل متغیرهای عرض رودخانه، عمق رودخانه، حداقل جریان، حداکثر جریان، متوسط جریان، مساحت کشت شده زراعی و باغی به‌عنوان بهترین مدل برای برآورد متغیر برداشت آب از رودخانه‏ معرفی شد. مقدار RMSE برای سناریوی ترکیبی مدل GMDH24 به‌منظور تخمین برداشت آب در محدوده مطالعاتی نوبران 046/0 به‌دست آمد. نتایج حاکی از این است که عملکرد مدل GMDH24 در برآورد برداشت آب رودخانه‏ها برای مقادیر حداکثر بسیار قابل قبول و امیدوارکننده است. بنابراین، مدل‌سازی و شناسایی متغیرهای مختلف تأثیرگذار بر میزان بهینه برداشت آب از رودخانه‏ها جهت تأمین مصارف کشاورزی باعث دستیابی به اهداف مدیریت یکپارچه منابع آب (IWRM) می‌شود.