علوم آب و خاک

رواناب شهری به‌دلیل شهرنشینی و تغییرات آب‌وهوایی به‌عنوان یک مسئله جدی دارای اهمیت است و به این دلیل توجه به مدل‌های شبیه‌سازی بارش - رواناب برای مدیریت و کاهش پیامدهای ناگوار مهم است. در پژوهش حاضر با استفاده از نرم‌افزار SewerGEMS، حالت‌های مختلف برای بررسی عملکرد این نرم‌افزار بر اساس تعداد و مساحت زیرحوضه‌ها در دو حالت نه و هفده زیرحوضه و مدت بارندگی مختلف 6 و 12 ساعته و همچنین مقایسه عملکرد سه روش محاسبه زمان تمرکز (کرپیچ، برنس‌بای - ویلیامز، کارتر) به‌منظور شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب در شهر میناب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که میزان حجم کل رواناب تولیدی در حالت نه زیرحوضه، 4 درصد نسبت به حجم کل رواناب تولیدی در حالت هفده زیرحوضه بیشتر است. همچنین مقدار بیشینه دبی اوج رواناب در حالت نه زیرحوضه، 20 درصد نسبت به بیشینه دبی اوج رواناب در حالت هفده زیرحوضه بیشتر است. همچنین برای محاسبه زمان تمرکز از سه روش کرپیچ، برنس‌بای - ویلیامز و کارتر استفاده شد که نتایج نشان داد، میزان خطای پیوستگی نرم‌افزار در همه حالت‌ها برای روش برنس‌بای - ویلیامز کمتر از دو روش دیگر است و روش کارتر بیشترین خطای پیوستگی را دارد. اما از آنجایی که مقدار زمان تمرکز محاسبه شده از این روش در بعضی از زیرحوضه‌ها بیشتر از مدت بارندگی 6 ساعته است، بین داده‌های دبی اوج حاصل از روش کرپیچ و روش برنس‌بای – ویلیامز، آزمون t-Test انجام شد و باتوجه‌به اینکه داده‌های دو روش در سطح 95 (0/05 >p) درصد با یکدیگر اختلاف معناداری نداشته و همچنین روش کرپیچ برای محاسبه زمان تمرکز در حوضه‌های کوچک کاربرد خوبی دارد، برای محاسبه زمان تمرکز در حالت مقایسه بین دو حالت نه و هفده زیرحوضه از روش کرپیچ استفاده شد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده مشاهده شد که با ادغام زیرحوضه‌ها و کاهش تعداد آن‌ها از هفده به نه زیرحوضه و در نتیجه افزایش مساحت زیرحوضه‌ها، حجم کل رواناب تولیدی از حدود 123839 مترمکعب به 128446 مترمکعب و بیشینه دبی اوج رواناب از حدود 2/400 مترمکعب بر ثانیه به 2/884 مترمکعب بر ثانیه می‌رسد که نشان‌دهنده افزایش حجم کل رواناب تولیدی و بیشینه دبی اوج رواناب است.

خشکسالی یکی از مهم‌ترین بلاهای طبیعی است که آثار ناشی از آن در بخش‌های کشاورزی، اجتماعی، اقتصادی و منابع آب پدیدار می‌شود. برای پایش خشکسالی و آثار آن شاخص‌های مختلفی استفاده می‌شود. هدف از این مطالعه، پایش خشکسالی حوضه زاینده‌رود با شاخص‌های بارش استانداردشده (SPI)، شاخص استانداردشده بارش-تبخیرتعرق پتانسیل (SPEI)، شاخص تقاضای تبخیری (EDDI)، شاخص پالمر (PDSI) و شاخص خشکسالی شناسایی مجموع  (RDI) که همگی مبتنی بر تبخیر-تعرق پتانسیل بوده و پارامترهای بارش، دما، رطوبت نسبی، سرعت باد و تعداد ساعات آفتابی در محاسبه شاخص‌های یادشده دخیل هستند. پنج شاخص یادشده، در طول دوره‌ آماری 2023-1993 و در ایستگاه‌‌های هواشناسی اصفهان، شرق اصفهان، ‌کبوترآباد، داران، شهرضا، نجف‌آباد و مبارکه محاسبه و ارزیابی شد. بعد از محاسبه شاخص‌های یادشده و با استفاده از نقشه پهنه‌بندی اقلیمی، ایستگاه‌های مورد مطالعه از لحاظ این شاخص‌ها مقایسه شدند و تداوم دوره‌های خشک و تر و شدت وقوع ترسالی‌ها و خشکسالی‌ها بررسی شدند و سپس با مدل رویکرد تاپسیس (TOPSIS) بر اساس مقدار بارش، تبخیر-تعرق پتانسیل و ارتفاع ایستگاه وقوع شدت خشکسالی‌ها در سال‌های مختلف در ایستگاه‌های یادشده رتبه‌بندی شد. نتایج نشان داد که در ایستگاه‌هایی که اقلیم خشک (مانند اصفهان، شرق اصفهان و شهرضا) دارند، وقوع خشکسالی‌ (با توجه به رتبه بیشتر) در سال‌های متوالی بوده ‌‌است. نتایج مقایسه عملکرد شاخص‌ها در ایستگاه‌های یادشده با توجه به نقشه پهنه‌بندی، نشان داد که شدت وقوع خشکسالی‌ها و ترسالی‌ها در مناطقی که اقلیم خشک و نیمه‌خشک دارند، چندان چشمگیر نبوده؛ اما در مناطقی با اقلیم مرطوب، نوسانات شدت وقوع خشکسالی و ترسالی بسیار زیاد است. نتایج حاکی از آن است که دو شاخص  PDSI و EDDI برای ارزیابی خشکسالی در اقلیم خشک مناسب هستند.

زمان تمرکز (Tc) یکی از پارامترهای کلیدی در مطالعات هیدرولوژیک است که نقش مهمی در طراحی سازه‌های کنترل سیلاب، شبیه‌سازی رواناب و مدیریت منابع آب ایفا می‌کند. در این پژوهش، عملکرد هفت رابطه تجربی شامل برانس - ویلیامز، کالیفرنیا، جیاندوتی، کرپیچ، پیلگریم، هیدروگراف استدلالی و کارتر در برآورد زمان تمرکز برای ۳۵ زیرحوضه در استان خوزستان بررسی شد. برای ارزیابی دقت این روابط، ابتدا شش زیرحوضه با داده‌های معتبر بارش - رواناب انتخاب و زمان تمرکز مشاهداتی آن‌ها محاسبه شد. سپس، خروجی روابط تجربی با مقادیر مشاهده‌ای مقایسه شد و با استفاده از شاخص‌هایی مانند RMSE، ME و ضریب کارایی نش - ساتکلیف (NSE) تحلیل آماری صورت گرفت. نتایج نشان داد که مدل کرپیچ با RMSE معادل 2 ساعت، ME برابر با 0/44 ساعت و NSE برابر با 0/91، دقیق‌ترین و قابل‌اعتمادترین تخمین را ارائه می‌دهد. پس از آن، از این روابط برای تخمین زمان تمرکز در سایر زیرحوضه‌ها استفاده شد. درنهایت، نقشه پهنه‌بندی زمان تمرکز تولید شد که می‌تواند به‌عنوان ابزاری مؤثر برای طراحی هیدرولیکی، تحلیل سیلاب و برنامه‌ریزی بهینه منابع آب در استان خوزستان مورد بهره‌برداری قرار گیرد.

سیلاب یکی از پرتکرارترین و مخرب‌ترین بلایای طبیعی در جهان به شمار می‌رود که هر ساله خسارات گسترده‌ای به زیرساخت‌های انسانی و محیط‌زیست وارد می‌کند. هدف این پژوهش، ارزیابی خسارات مستقیم سیلاب با استفاده از مدل HEC-FIA در حوضه آبخیز سمیرم است. در گام نخست، نقشه‌های سیلاب حاصل از مدل HEC-RAS بر مبنای داده‌های مدل ارتفاع رقومی (DEM)، اطلاعات هیدرولوژیک و ضرایب زبری، در شرایط جریان یکنواخت و ناپایدار تولید شدند. سپس با تبدیل نقشه‌ها به فرمت قابل‌استفاده در نرم‌افزار HEC-FIA و تلفیق آن با داده‌های اقتصادی، کاربری اراضی و جمعیت، برآورد خسارات سیلاب انجام گرفت. پایگاه داده‌های اقتصادی شامل اطلاعات به‌روز‌شده مربوط به کاربری‌های کشاورزی، باغی، مسکونی و صنعتی بوده که بخشی از آن از طریق بازدیدهای میدانی تأمین شد. سیلاب رخ‌داده در تاریخ ۲۰ اسفند ۱۳۸۴ به‌عنوان سیلاب پایه انتخاب شد و تحلیل خسارات برای دوره‌های بازگشت مختلف انجام شد. نتایج نشان دادند که بیشترین خسارت به بخش کشاورزی وارد شده است. در سیلاب سال پایه، مجموع خسارات کشاورزی بیش از ۸۲۱ میلیارد ریال و خسارات ساختمانی حدود ۳ میلیارد ریال برآورد شد. همچنین، در دوره بازگشت ۱۰۰۰ساله، خسارات کشاورزی به ۱۴۲۷ میلیارد ریال و خسارات ساختمانی به ۴۴ میلیارد ریال رسید. روند کاهش خسارات در دوره‌های بازگشت کمتر نیز بررسی شد و نشان داد که در دوره‌های بازگشت ۱۰ساله و کمتر، بخش ساختمانی خسارتی متحمل نشده، اما بخش کشاورزی همچنان آسیب‌پذیر باقی مانده است. یافته‌ها بیانگر آن است که مدل HEC-FIA قابلیت زیادی در برآورد خسارات مستقیم سیلاب در سطوح مختلف مکانی و زمانی دارد و می‌تواند ابزاری کارآمد در تصمیم‌سازی‌های مدیریتی و برنامه‌ریزی مقابله با سیلاب باشد.

سیلاب‌ و رواناب شهری به‌ عنوان یکی از مهم‌ترین چالش های زیست محیطی و اجتماعی در مناطق شهری، ناشی از تجمع آب های باران و عدم کفایت شبکه های جمع‌آوری آب های سطحی هستند. در این راستا، ارزیابی عملکرد نرم افزار SewerGEMS در تحلیل رخداد بارش و کفایت شبکه جمع آوری آب های سطحی در شهرکرد تحت حالت های مختلف بررسی شده است. از بین 6 رخداد بارش مشاهده ای، تنها امکان شبیه سازی دو رخداد وجود داشت. در رخداد 1403/11/06 دبی اوج مشاهده ای حدود 1850 لیتر بر ثانیه دیده شد؛ درحالی‌که مقدار شبیه سازی‌شده برای سناریوی 2 زیر حوضه، حدود 1750 و برای سناریوی 8 زیر حوضه، حدود 1350 لیتر بر ثانیه است که نشان می دهد نتایج برای سناریوی 2 زیرحوضه به واقعیت نزدیک تر است. در رخداد 1403/11/27 دبی اوج مشاهده ای حدود 2000 لیتر بر ثانیه دیده شد؛ درحالی‌که مقدار شبیه سازی‌شده برای سناریوی 2 زیرحوضه، حدود 1850 و برای سناریوی 8 زیرحوضه، حدود 1400 لیتر بر ثانیه است که نشان می دهد نتایج برای سناریوی 2 زیر حوضه به واقعیت نزدیک تر است. سپس کفایت شبکه با دوره های بازگشت2 سال و 5 سال بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد که شبکه جمع‌آوری آب‌های سطحی شهرکرد به طور کلی کفایت لازم را داراست؛ هرچند در برخی مناطق همچون نقاطی در کانال بوعلی و 13 آبان، نارسایی هایی دارد که منجر به بروز آب‌گرفتگی‌های محلی می‌شود. درنهایت راهکارهایی از جمله ارائه چند مکان برای ایجاد حوضچه تغذیه مصنوعی و همچنین پایش مستمر کانال‌ها و نظارت بر آنها به‌ویژه قبل از فصل بارش، برای بهبود عملکرد شبکه جمع‌آوری آب های سطحی شهرکرد و کاهش خطرات ناشی از سیلاب، پیشنهاد می شود.

کمبود آب، ردپای آب کشاورزی را به شاخصی مهم برای مدیریت پایدار منابع به ویژه در مناطق خشکی مانند ایران تبدیل کرده است. این شاخص وابسته به عوامل مختلفی از جمله اقلیم، میزان عملکرد، عادات غذایی مردم و راندمان آبیاری و کشاورزی است که می توان با بهره گیری از مدل ها آن را با سرعت بیشتری برآورد کرد. مدل SSM-iCROP2 دسته ای از مدل های شبیه سازی است که در ایران برای بیش از 30 گونه گیاهی پارامتریابی و ارزیابی شده است و در بیشتر مطالعات مربوط به عملکرد گیاهی استفاده شده است. از آنجایی که شکر یکی از منابع مهم تأمین انرژی در سبد غذایی است، سطح زیر کشت وسیعی را در کشور به خود اختصاص داده است. شکر حاصل از نیشکر در کشور به طور عمده در استان خوزستان کشت می شود. در این مطالعه با هدف معرفی مدل نام‌برده در برآورد ردپای آّب آّبی و سبز این محصول استراتژیک در کشور از روش بزرگ‌مقیاس‌نمایی برای شرایط پتانسیل و کشاورزان در بازه زمانی 1371 تا 1401 استفاده شد. نتایج نشان داد میزان ردپای آب کل نیشکر در کشور که حاصل جمع ردپای آب آبی، سبز و خاکستری است، برای شرایط پتانسیل و کشاورزان به ترتیب معادل 2251 و 3134 مترمکعب بر تن است.
 

رشد سریع شهرنشینی و گسترش سطوح نفوذناپذیر در مناطق شهری، سبب افزایش حجم رواناب‌های سطحی، کاهش نفوذ آب به سفره‌های زیرزمینی و درنتیجه بروز مشکلاتی همچون سیلاب‌های ناگهانی و آب‌گرفتگی معابر شده است. در سال‌های اخیر، به‌کارگیری سیستم‌های نفوذ زیستی به‌ عنوان یکی از مؤثرترین رویکردهای مبتنی بر توسعه کم‌تأثیر (LID) برای مدیریت پایدار رواناب شهری مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، عملکرد شش نوع از حوضچه های نفوذ زیستی به منظور کاهش حجم رواناب و بهبود مدیریت آب‌های سطحی در ناحیه شرقی شهر قزوین مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، از داده‌های بارش ۴۰ساله (۱۳۶۲ تا ۱۴۰۲) استفاده شد و روابط شدت – مدت - دوره بازگشت (IDF) استخراج شد. سپس با بهره‌گیری از الحاقیه Hec-GeoHMS، زیرحوضه‌های منطقه مورد مطالعه تعیین شد. برای برآورد دبی رواناب و ضریب رواناب مؤثر، از مدل SWMM استفاده گردید که میانگین ضریب رواناب منطقه ۰٫79 محاسبه شد. در ادامه، برای ارزیابی عملکرد سیستم‌های نفوذ زیستی، مدل عددی MIDS به کار گرفته شد و شش سناریو شامل حوضچه نفوذ زیستی با و بدون زهکش، جعبه درختی با و بدون زهکش، ترانشه نفوذی و پیاده‌رو نفوذپذیر، تحت شرایط بارش با دوره بازگشت ۴۰ساله شبیه‌سازی شدند. نتایج مدل‌سازی نشان داد که پیاده‌رو نفوذپذیر بیشترین کارایی را در کاهش حجم رواناب داشته و توانست بیش از ۷۲۸٬۰۰۰ مترمکعب رواناب را نفوذ دهد؛ درحالی‌که حوضچه‌ نفوذ زیستی با زهکش کمترین میزان اثربخشی را داشت. به‌طورکلی، یافته‌های این پژوهش بیانگر آن است که طراحی اصولی، انتخاب موقعیت مناسب، توجه به ویژگی‌های خاک و شرایط هیدرولوژیک منطقه از عوامل تعیین‌کننده در افزایش کارایی سامانه‌های نفوذ زیستی و تحقق مدیریت پایدار رواناب شهری محسوب می‌شوند.