علوم آب و خاک

از آنجا که توسعه برنامه‌های مهار آب‌های سطحی ملزم به‌دستیابی دقیق رفتارهای جریان و میزان رسوبات آن می‌باشد لذا کمبود ایستگاه‌های اندازه‌گیری رسوب و فقدان آمار کامل رسوب، از جمله دلایل ارزیابی صحیح در شبیه‌سازی رفتار جریان‌ها و رسوبات آنهاست. از جمله مواردی که در یک حوزه آبخیز از هم تأثیر می‌پذیرند خصوصیات مورفولوژیکی حوزه و بار رسوبی جریان‌های آن می‌باشد. لذا آگاهی از میزان این ارتباط به‌منظور مدیریت و ساماندهی جریان در پایین‌دست حوزه حائز اهمیت می‌باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و روش‌های رگرسیونی سنجه رسوب براساس داده‌های 136 واقعه دبی جریان و رسوب متناظر آن و همچنین پارامترهای مورفولوژیکی به پیش‌بینی بار رسوبی حوزه باغ عباس اقدام گردیده است. بدین‌منظور در گام نخست برای پیش‌بینی بار رسوب از دو روش مذکور، فقط از داده‌های جریان استفاده گردیده و در گام بعدی خصوصیات مورفولوژیکی حوزه از قبیل ضریب شکل و ضریب فشردگی حوزه به مدل‌ها اضافه شده است. نتایج به‌دست آمده از این تحقیق نشان می‌دهد که با به‌کارگیری شبکه عصبی از نوع پرسپترون چندلایه (MLP) با الگوریتم لونبرگ- مارکوارت و تابع تحریک از نوع تانژانت سیگموید با دو لایه مخفی و 4 نرون در هر لایه، می‌توان با دقت مناسبی میزان دبی بار معلق رسوب را برآورد نمود. همچنین دقت نتایج به‌دست آمده از روش شبکه عصبی مصنوعی به‌مراتب از دقت روش منحنی سنجه بالاتر می‌باشد. در ارزیابی روش‌های شبکه NGANN, GANN و رگرسیونیSRC, MARS ، به‌ترتیب میزان ضریب همبستگی 94/0، 93/0، 767/0 و 766/0 و مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) به‌ترتیب 45/0، 49/0، 3/2 و 3/2 و ضریب نش- ساتکلیف (NS) به‌ترتیب 71/0، 58/0، 27/0 و 23/0 محاسبه گردید. بنابراین کاراترین روش از بین مدل‌های چهارگانه مذکور، شبکه عصبی مصنوعی همراه با داده‌های مورفولوژیکی حوزه (GANN) می‌باشد. ضمناً براساس یافته‌های تحقیق اضافه نمودن پارامترهای ژئومورفولوژیکی در روش سنجه رسوب تأثیر چندانی بر روی کارایی این مدل ندارد.

فرسایش و رسوب‌گذاری به‌عنوان یک رفتار طبیعی رودخانه منجر به از دست رفتن خاک حاصلخیز و واردکردن خسارات جبران ناپذیر به طرح‌های عمرانی آب می‌گردد. از آنجایی که پدیده فرسایش و رسوب یکی از پیچیده‌ترین فرآیندهای طبیعی بوده و عوامل زیادی برآن تأثیر گذار می‌باشد، لذا شناخت کامل عوامل مؤثر بر این پدیده کاری بسیار مشکل است. این تحقیق با هدف بهینه‌سازی پارامترها و تعیین حساسیت آنها در تولید رسوب حوضه آبخیز دویرج در غرب ایران انجام شد. برای این منظور مدل نیمه‌توزیعی SWAT ، الگوریتم SUFI2 و آمار بار رسوب ماهانه سال‌های 1994 تا 2004 مورد استفاده قرار گرفت. ابتدا مدل برای شبیه‌سازی جریان ماهانه اجرا گردید که براساس مقادیر شاخص‌های ارزیابی در مرحله واسنجی، عملکرد این مدل در شبیه‌سازی جریان ماهانه حوضه مورد مطالعه رضایت‌بخش می‌باشد. در مرحله بعد به‌منظور شبیه‌سازی بار رسوب ماهانه اقدام به اجرای مدل گردید، در اولین اجرای مدل ضرایب 2R ، NS و 2Br به‌ترتیب 43/0 ، 39/0 و 28/0 به‌دست آمد که نشان می‌دهد عملکرد آن با داده‌های پیش‌فرض رضایت‌بخش نیست. بنابراین با استفاده از الگوریتم SUFI2 و مدل‌سازی معکوس، مقادیر بهینه پارامترها تعیین و مدل با مقادیر جدید اجرا شد. براساس نتایج جدید، ضرایب 2R ، NS و 2Br به‌ترتیب 75/0 ، 73/0 و 65/0 به‌دست آمدند و عملکرد مدل بهبود و دقت آن در حد قابل قبول افزایش یافت. در گام بعد، اقدام به تعیین اهمیت پارامترها گردید که از میان 30 پارامتر بررسی شده، (CH_N2)، (USLE_K)، (USLE_P) و (OV_N) از پارامترهای بسیار مهم در تعیین میزان بار رسوب خروجی از حوضه شناخته شدند و از بین آنها عامل USLE_K به‌عنوان حساس‌ترین پارامتر تشخیص داده شد. نتایج این تحقیق می‌تواند در مدیریت مؤثرترین عوامل بر بار رسوب مورد استفاده قرار گیرد. همچنین تهیه مقادیر دقیق پارامترهای مؤثرتر در سایر مطالعات می‌تواند به بهبود نتایج شبیه‌سازی حوضه‌های مشابه کمک زیادی نماید.

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.

در آبیاری بارانی افزایش یکنواختی توزیع آب در صورتی امکان‌پذیر است که عوامل و پارامترهایی که موجب کاهش آن می‌شوند مانند سرعت باد، فاصله، آرایش و نوع آبپاش‌ها، شناسایی و تا حد ممکن کنترل شوند. در این تحقیق به‌منظور بررسی اثر سرعت باد، فشار، فواصل و آرایش آبپاش‌ها بر یکنواختی توزیع آب آزمایش‌هایی براساس استاندارد (1990) 2/7749 ISO برای دو آبپاش،°25ADF با سه نازل و Nelson مدلAPV 80 Fبا یک نازل که به‌ترتیب نمونه داخلی و خارجی هستند انجام شد. آزمایش‌ها به‌صورت آبپاش منفرد در محدوده فشارهای توصیه شده توسط کارخانه‌های سازنده آبپاش‌ها، در سرعت‌های باد موجود برای سه فاصله آبپاش روی لوله فرعی (22،26 و 30 متر) انجام گردید. با توجه به‌نتایج به‌دست آمده آبپاش Nelson نسبت به‌ تغییرات سرعت باد و فشارهای در‌‌نظر گرفته شده نوسانات کمتری از لحاظ ضریب یکنواختی نسبت به آبپاش ADF داشت. برای آبپاش ADF فشار 5/4 بار مناسب‌تر بود. فشارهای در‌نظر گرفته شده برای آبپاش Nelson تفاوت معنی‌داری با هم نداشتند. نتایج به‌دست آمده نشان داد که با کاهش نسبت فواصل آبپاش‌ها به قطر پراکنش در فاصله‌های درنظر گرفته شده ضریب یکنواختی افزایش می‌یابد. برای آبپاش‌های مورد مطالعه در آرایش‌های مربعی و مستطیلی نسبت فواصل آبپاش‌ها به قطر پراکنش در حدود 4/0 تا 5/0 پیشنهاد می‌شود.

رواناب سطحی یکی از دلایل اصلی در فرسایش و کاهش حاصلخیزی خاک، رسوب‌گذاری در مخازن و کاهش کیفیت آب رودخانه است. بنابراین، پیش‌بینی دقیق پاسخ حوضه به رویداد‌های بارش، بسیار مهم است. مدل‌های هیدرولوژیک، نمایش ساده شده‌ای از سامانه واقعی آبخیز هستند، که به مطالعه درباره عملکرد حوضه در واکنش به ورودی‌های گوناگون و فهم بهتر فرآیندهای هییدرولوژی کمک می‌کنند. با توجه به تنوع مدل‌های بارش- رواناب، انتخاب یک مدل مناسب برای حوضه به‌منظور برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب حائز اهمیت است و در این راستا قابلیت‌ها ومحدودیت‌های مدل‌ها می‌تواند در انتخاب آنها اثر‌گذار باشد. لذا در این پژوهش، کارایی مدل IHACRES در شبیه‌سازی روزانه رواناب حوضه ناورود با استفاده از معیارهای ارزیابی ناش- ساتکلیف و میانگین خطای کل(Bias) مورد بررسی قرار گرفت. در تحقیق حاضر از آمار بارش، دما و دبی با گام زمانی روزانه و با بهره‌گیری از داده‌های موجود در ایستگاه‌های خلیان وخرجگیل طی سال‌های آبی 1390- 1385 استفاده شده است. به‌این‌ترتیب که 36 ماه از مهر 1385 برای کالیبراسیون مدل و 36 ماه از مهر 1388 تا شهریور 1391 برای آزمون مدل انتخاب شد. در نهایت نتایج نشان داد که میزان نمایه ناش ساتکلیف و میانگین خطای کل در دوره واسنجی به‌ترتیب 57/. و 53/8 و در مرحله آزمون 48/. و 9/14 است. بنابر نتایج حاصل، مدل مورد استفاده نشان داد دارای دقت قابل قبولی در شبیه‌سازی جریان حوضه مورد مطالعه است.

کرم‌های خاکی به‌دلیل نقش اساسی در بهبود خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک، مهم‌ترین جزء فون خاک محسوب می‌شوند. به‌منظور بررسی تأثیر کرم‌های‌ خاکی بر برخی از خواص شیمیایی خاک و شاخص‌های رشد گیاه، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در شرایط گلخانه‌ای به‌مدت 140 روز اجرا گردید. فاکتور اول شامل حضور یا عدم حضور کرم‌های خاکی (Eisenia foetida)، فاکتور دوم مواد آلی مختلف شامل شاهد (بدون مواد آلی)، کمپوست ضایعات هرس سیب و انگور، کاه‌ و‌کلش گندم، ضایعات عرقیات گیاهی و هرس درختان سیب و انگور و فاکتور سوم شامل حضور یا عدم حضور گیاه ذرت (برای بررسی خواص منطقه ریزوسفر) بود. در پایان دوره رشد، برخی خصوصیات شیمیایی خاک شامل مقادیر نیتروژن کل، کربن آلی، آمونیوم و نیترات و شاخص‌های رشد گیاه اندازه‌گیری شدند. نتایج نشان داد که کاربرد موادآلی و کرم‌خاکی تأثیر معنی‌داری بر خصوصیات شیمیایی اندازه‌گیری شده داشت. کمپوست ضایعات هرس (PWC) در مقایسه با سایر بقایای آلی بیشترین تأثیر را در مقدار آمونیوم و نیترات داشت، به‌طوری که میزان این عناصر را به‌ترتیب 7/1 و 3/3 برابر در مقایسه با تیمار بدون مواد آلی (شاهد) افزایش داد. همچنین در تیمار کمپوست ضایعات هرس (PWC)، مقدار کربن آلی در خاک ریزوسفر نسبت به‌غیر ریزوسفر از 9/0 به 32/1 درصد افزایش نشان داد. حضور کرم‌های خاکی شاخص‌های رشد گیاه از جمله اندام هوایی و وزن خشک ریشه گیاه را به‌ترتیب 34 و 30 درصد نسبت به‌شرایط بدون کرم‌های‌ خاکی افزایش داد. مقادیر آمونیوم و نیترات خاک در شرایط حضور کرم ‌خاکی به‌ترتیب 32 و 49 درصد افزایش نشان داد. به‌طور کلی استفاده از مواد آلی مختلف با تلقیح کرم‌خاکی نتایج مطلوب‌تری نسبت به شرایط عدم حضور کرم خاکی به‌همراه داشت.

مدل‌سازی فرایند بارش- رواناب و پیش‌بینی دبی رودخانه یک اقدام مهم در مدیریت و مهار سیلاب‌ها، طراحی سازه‌های آبی در حوزه‌های آبخیز و مدیریت خشکسالی است. هدف این تحقیق شبیه‌سازی جریان روزانه در حوزه آبخیز کسیلیان با مدل WetSpa و شبکه عصبی- فازی تطبیقی است. WetSpa یک مدل پیوسته هیدرولوژیک- فیزیکی است که قابلیت پیش‌بینی سیلاب در مقیاس حوزه آبخیز با گام‌های زمانی مختلف را داراست و شبکه عصبی- فازی تطبیقی هم جزء مدل‌های جعبه سیاه می‌باشند که امروزه مورد توجه زیادی قرار گرفته است. در این تحقیق از آمار باران، تبخیر و دمای ایستگاه هواشناسی سنگده و آمار دبی ایستگاه ولیک‌بن طی سال‌های 1382 تا 1388 استفاده شد. نتایج شبیه‌سازی با مدلWetSpa  نشان داد که این مدل به‌خوبی توانسته جریان پایه رودخانه را با معیار ناش ساتکلیف 64/0 در مرحله آزمون شبیه‌سازی نماید ولی در شبیه‌سازی جریان‌های سیلابی با خطا همراه است که دلیل آن را می‌توان به کوچک بودن آبخیز و کوتاه بودن زمان پیمایش اشاره کرد. همچنین این مدل به‌خوبی توانسته بیلان آب حوزه آبخیز کسیلیان را شبیه‌سازی کند. آنالیز حساسیت پارامترهای مدل نشان داد که ضریب افت آب زیرزمینی از بیشترین حساسیت و ضریب روز درجه بارش از کمترین حساسیت برخوردار است. همچنین شبکه عصبی- فازی تطبیقی با ورودی باران با یک روز تأخیر و تبخیر با یک روز تأخیر با معیار ناش ساتکلیف 80/0 در دوره آزمون پاسخ‌های قابل قبول‌تری نسبت به مدل WetSpa با معیار ناش ساتکلیف 24/0 داشت.

فرآیند بارش - رواناب و ایجاد سیلاب از پدیده‌های هیدرولوژیکی هستند که بررسی آنها به‌سبب تأثیرپذیری از پارامترهای مختلف، دشوار می‌باشد. تاکنون روش‌ها و الگو‌های مختلفی برای تحلیل این پدیده‌ها ارائه شده است. از این‌رو هدف این پژوهش ارزیابی شبکه عصبی-فازی تطبیقی در پیش‌بینی ضریب رواناب رگبار است. به‌این منظور حوزه آبخیز بار اریه نیشابور انتخاب و داده‌های مربوط به 33 واقعه در بین سال‌های آماری 1331 تا 1385 جمع‌آوری گردید. به‌منظور انتخاب متغیرهای مستقل در برآورد ضریب رواناب از تجزیه و تحلیل عاملی استفاده شد، که براساس آن چهار متغیر مقدار متوسط بارندگی، چارک سوم، اول و چهارم شدت بارندگی و همچنین پنج متغیر شاخص ( &phi) و چارک‌های اول تا چهارم شدت بارش به‌عنوان عوامل اصلی برگزیده شدند. همچنین ترکیب سایر متغیرها براساس نقش هیدرولوژیکی آنها، به‌عنوان ورودی شبکه مدنظر قرار گرفت. نتایج نشان داد که شبکه با ورودی چارک‌های اول تا چهارم شدت بارندگی، مقدار کل بارش و شاخص &phi و بارش پنج روز قبل ضریب رواناب رگبار را با ضریب تبیین آزمون 91/0 و ریشه میانگین مربعات خطا 02806/0 و متوسط قدر مطلق خطا 0275/0 پیش‌بینی کند.

سرریزهای جانبی عمدتاً در شبکه‌های آبیاری و زهکشی و سیستم‌های جمع‌آوری فاضلاب جهت تنظیم جریان به‌کار گرفته می‌شوند. یک راه آسان جهت افزایش عملکرد سرریز جانبی استفاده از پره‌های هادی می‌باشد. در این پژوهش، تاثیر حضور پره‌های هادی بر روی ضریب دبی و دبی عبوری از روی سرریز  جانبی لبه‌تیز مستطیلی بررسی شده است. از سرعت‌سنج ADV برای برداشت سرعت عمود بر تاج سرریز استفاده شده است. با استفاده از داده‌های سرعت، دبی عبوری المانی از روی تاج سرریز برای هر دوحالت با و بدون حضور پره‌های هادی بررسی شد. نتایج نشان داد برای هر دو حالت حضور و عدم حضور پره‌های هادی با افزایش عدد فرود، ‌ضریب دبی و دبی عبوری از سرریز جانبی لبه‌تیز مستطیلی کاهش می‌یابد. همچنین مشخص گردید که با افزایش عدد فرود، پره‌های هادی تأثیر بیشتری بر افزایش ضریب دبی و دبی المانی عبوری از سرریز جانبی دارند. مطالعات این تحقیق نشان داد که دبی المانی در طول سرریز افزایش می‌یابد تا جایی‌که بیشترین دبی المانی از نزدیکی انتهای سرریز خارج می‌شود و با افزایش عدد فرود دبی عبوری المانی از سرریز کاهش می‌یابد. نتایج نشان داد که پره‌های هادی باعث افزایش ضریب  دبی به‌طور متوسط تا 32 درصد می‌شوند.

انتخاب نوع طراحی سیستم تالاب مصنوعی، علاوه‌بر توجه به توصیف جنبشی واکنش‌های بیولوژیک تصفیه، به آگاهی از الگوی جریان نیز وابسته است. در این پژوهش، به‌منظور مشخص نمودن رفتار هیدرولیکی داخلی سیستم، اثر نحوه توزیع جریان بر سیستم تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی به ابعاد 4×26 متر و با شیب 1 درصد پرداخته شده است و به‌عنوان پارامتر متغیر برای نمایش توزیع جریان، از آرایش‌‌های ورودی جریان استفاده شده است. این آرایش‌ها شامل: 1- حالت ورودی وسط، 2- ورودی گوشه و 3- ورودی یکنواخت بود. در تمامی حالات، خروجی ثابت بوده است. به‌منظور تعیین اثرات هیدرولیک توزیع جریان در سیستم تالاب مصنوعی از ردیاب اورانین برای ترسیم منحنی زمان ماند هیدرولیکی در هر آرایش استفاده شده است. نتایج نشان داد که زمان ماند میانگین هر آرایش به‌ترتیب 53_/4، 24_/3 و 65_/4 روز بوده است. ترسیم منحنی توزیع زمان ماند هیدورلیکی علاوه‌بر تعیین روند پخشیدگی جریان در طول سیستم، امکان تفسیر پارامترهای هیدرولیکی شامل حجم مؤثر و راندمان هیدرولیکی را فراهم نموده است. بدین‌ترتیب که در آرایش‌های 1 و3، حجم مؤثر 5_/87 درصد بوده است؛ در‌حالی‌که این مقدار در آرایش 2، به‌دلیل وجود مسیرهای میان‌بر متعدد، 1_/62 درصد بود. در نهایت، آرایش ورودی یکنواخت به‌جهت بهبود عملکرد تصفیه پساب سیستم تالاب مصنوعی و استفاده از کل فضای محیط برای فرآیند تصفیه به‌عنوان بهترین آرایش جریان شناخته شد و پس از آن آرایش ورودی وسط دارای عملکرد مناسبی است.

شبیه‌سازی انتقال آب و املاح در خاک، برای مدیریت بهینه مصرف آب و کود در مزرعه بسیار مؤثر است. در این تحقیق از مدل
D1- HYDRUS برای شبیه‌سازی انتقال آب و نیترات در آبیاری جویچه‌ای نیشکر استفاده شد. آزمایش به‌صورت کرت‌های یک بار خرد شده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با 3 تکرار در یک قطعه 25 هکتاری در اراضی کشت و صنعت نیشکر دهخدا از اسفندماه 1391 تا مهرماه 1392 اجرا شد. فاکتور اصلی تقسیط‌های کودی بود که در سه سطح (دو تقسیطی، سه تقسیطی و چهار تقسیطی) اعمال گردید. فاکتور فرعی سطوح کود مصرفی بود که در سه سطح (100%، 80% و 60% کود مورد نیاز به‌ترتیب معادل 350، 280 و 210 کیلوگرم کود اوره) اعمال شد. تخمین پارامترهای هیدرولیکی خاک از طریق مدل‌سازی معکوس و با استفاده از داده‌های رطوبتی که در طول دوره بیش از 4 ماه از رشد نیشکر به‌دست آمده بود، انجام گرفت. پارامترهای انتقال املاح با استفاده از پارامترهای هیدرولیکی و داده‌های غلظت نیترات برآورد گردید. براساس نتایج حاصله ضریب همبستگی میزان رطوبت و غلظت نیترات مشاهده و شبیه‌سازی شده در تیمار چهار تقسیطی و 60% سطح کودی (تیمار واسنجی‌شده) به‌ترتیب معادل 7/62 و 2/91 درصد برآورد گردید. عمق نفوذ تجمعی در تیمارهای واسنجی و اعتبارسنجی شده به‌ترتیب 46 و 58 میلی‌متر و میزان تبخیر-تعرق تجمعی در تیمارهای مذکور به‌ترتیب 50 و 60 میلی‌متر به‌دست آمد. دامنه تغییرات میزان رطوبت در لایه سطحی خاک در تیمارهای واسنجی و اعتبارسنجی شده به‌ترتیب معادل 21 تا 45 و 21 تا 42 درصد بود. این در حالی‌است که میزان رطوبت در لایه عمقی در هر دو تیمار از 33 تا 38 درصد متغیر بود. 

خشکسالی عبارت است از یک دوره ممتد کمبود بارش که منجر بهصدمه زدن به انواع مصرف کنندگان آب، به‌ویژه بخش کشاورزی و کاهش عملکرد آنها می‏شود. شاخص‌های مختلفی برای ارزیابی خشکسالی پیشنهاد شده که براساس یکی از انواع خشکسالی‌های هواشناسی، هیدرولوژی یا کشاورزی بوده و تاکنون شاخصی که دربرگیرنده کلیه عوامل مورد نظر باشد، معرفی نشده است. هدف از این تحقیق، ارزیابی شاخص‏های موجود در پایش خشکسالی و ارائه یک شاخص یکپارچه و در برگیرنده عوامل اصلی خشکسالی است که به‌دلیل موقعیت حساس حوضه آبریز زاینده‏رود در فلات مرکزی ایران، این حوضه به‌عنوان منطقه مطالعاتی انتخاب گردیده است. شاخص یکپارچه در برگیرنده عوامل مختلف خشکسالی مانند هواشناسی، هیدرولوژیک، کشاورزی، اجتماعی- اقتصادی و زیست محیطی می‌باشد. در طراحی شاخص یکپارچه، از تلفیق لایه‌های استاتیک و دینامیک استفاده شده است. لایه‌های استاتیک شامل کاربری زمین، شیب و جنس خاک حوضه می‌باشد. لایه‌های دینامیک شامل بارش، تبخیر، دما، ذخیره آب سطحی، موقعیت سطح آب زیرزمینی و نیاز زیست محیطی می‌باشد. هر یک از این لایه‌ها با ضریب وزنی خود وارد نرم افزار GIS می‌شود و نقشه‌های پهنه‌بندی خشکسالی به‌دست می‌آید. به‌عنوان نتیجه‌ای از این شاخص سال آبی 1372 به‌عنوان سال تر سالی و سال آبی 1378 به‌عنوان بحرانی‌ترین سال از لحاظ خشکسالی انتخاب شد. بر این اساس، در نهایت، یک سیستم به‌روز پایش خشکسالی ارائه شده است.

هدف از این پژوهش تهیه نقشه پتانسیل چشمه‌های آب زیرزمینی با استفاده از روش‌های وزن‌دهی شواهد، رگرسیون لجستیک و نسبت فراوانی و مقایسه کارایی این روش‌ها در حوزه آبخیز چهل‌گزی، استان کردستان می‌باشد. ابتدا 17 عامل مؤثر در ظهور چشمه‌ها شامل: زمین‌شناسی، فاصله از گسل، تراکم گسل، ارتفاع، نفوذپذیری نسبی سنگ‌شناسی، درصد شیب، جهت شیب، نقشه‌های انحنا (Profile Curvature, Curvature, Plan Curvature)، بارندگی، فاصله از آبراهه، تراکم آبراهه، شاخص حمل رسوب، توان آبراهه، شاخص نمناکی توپوگرافی، پوشش/کاربری اراضی انتخاب شدند. برای صحت‌سنجی روش‌های مذکور از منحنی مشخصه عملکرد نسبی (ROC) استفاده شد و میزان مساحت زیر این منحنی(AUC) روش‌های وزن‌دهی شواهد، رگرسیون لجستیک و نسبت فراوانی به‌ترتیب 8/85%، 79% و 89% درصد به‌دست آمد. نتایج نشان داد که هر سه روش تخمین‌گرهای مناسبی برای تهیه نقشه پتانسیل چشمه آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه هستند. اما روش نسبت فراوانی با مقدار AUC بیشتر به‌عنوان بهترین روش در شناسایی و پهنه‌بندی پتانسیل چشمه‌های آب زیرزمینی معرفی گردید. همچنین صحت‌سنجی نقشه‌های پهنه‌بندی براساس درصد وقوع چشمه‌های آزمایشی، تعلیمی و کل چشمه‌ها نشان داد، نقشه پهنه‌بندی به‌دست آمده براساس روش‌های رگرسیون لجستیک، وزن‌دهی شوهد و نسبت فراوانی به‌ترتیب با داشتن مقدار 45، 56 و 45 درصد وقوع چشمه‌ها در طبقه با احتمال وقوع زیاد، بیشترین صحت را دارا شدند. 

رطوبت خاک از پارامتر‌های اصلی ورودی در بسیاری از مدل‌های پایش و پیش‌بینی عملکرد محصولات زراعی است. توانایی مدل‌های ریاضی، بهره‌برداری درست از آب‌های شور و انتخاب گزینه‌های مدیریتی را امکان‌پذیر نموده است. هدف این مطالعه، بررسی کارایی مدل D2HYDRUS- در شبیه‌سازی رطوبت حجمی خاک تحت شرایط میدانی برای خاکی با بافت سنگین ناهمگن بود. سه حجم آبیاری 10، 15 و20 لیتر و سه سطح شوری آب 279/1، 5/2 و 5 (¹dSm^-) در سه تکرار در یک سامانه آبیاری قطره‌ای نواری اعمال شد. به‌منظور پایش رطوبت، نیم‌رخ خاک تا عمق 40 سانتی‌متری حفر و دیواره عمود بر نوار آبیاری قطره‌ای شبکه‌بندی شد. رطوبت حجمی توسط رطوبت‌سنج (TDR) مدل B1K3X6050 MiniTrase kit اندازه‌گیری و مقادیر رطوبت حجمی مشاهده‌ای و شبیه‌سازی، توسط آماره‌های nRMSE و CRM مقایسه شدند. نتایج نشان داد که میانگین توزیع رطوبت توسط آبیاری با شوری‌های مختلف در محدوده ظرفیت زراعی است. مقادیر nRMSE برای تکرار‌های مختلف از 91/0 تا 07/2 درصد متغیر بود. براساس مقادیر nRMSE، شبیه‌سازی رطوبت در رده‌ی عالی طبقه‌بندی شد. شاخص CRM نیز در محدوده 0080/0- تا 0170/0 به‌دست آمد که مقدار بسیار کمی است. نتایج این دو آماره نشان‌دهنده توانمندی بالای مدل در شبیه‌سازی رطوبت حجمی خاک با استفاده از برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک به روش حل معکوس می‌باشد.

در دهه‌‌های اخیر، برنامه‌های کاربردی مدل‌سازی رقومی هیدرولوژیکی، ژئومورفولوژیکی، خاک‌شناسی و تحقیقات زیست‌شناسی همراه با کمک پیشرفت سریع سیستم اطلاعات جغرافیایی افزایش پیدا کرده است. مدل‌های هیدرولوژیک به تغییر در مقادیر ورودی به مدل حساس هستند، لذا تغییر پیکسل سایز داده‌های ورودی مقادیر خروجی مدل‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد و نتایج معنی‌دار متفاوت تولید می‌کنند. در این تحقیق با استفاده از نقشه‌های توپوگرافی با مقیاس مکانی 1:25,000 و 1:50,000 و با انتخاب ده پیکسل سایز (10، 15، 20، 25، 30، 50، 75، 80، 100 و 200) و همچنین با استفاده از نرم‌افزار‌های Arc GIS و HEC-HMS، مقادیر خروجی مدل  در برآورد دبی اوج سیلابی حوزه آبخیز جاماش در استان هرمزگان موردبررسی قرارگرفته‌اند. نتایج تحقیق حاکی از آن است که دقت دبی‌های اوج محاسبه‌ شده توسط مدل HEC-HMS در نقشه با مقیاس مکانی 1:50000 بیشتر از دقت دبی‌های اوج محاسبه‌شده توسط مدل در نقشه با مقیاس مکانی 1:25000 است. همچنین دقت دبی‌های اوج محاسبه‌شده در پیکسل سایزهای کوچک‌تر (20 الی 50) بیشتر از پیکسل سایزهای بزرگ‌تر است.

اولویت‌بندی زیرحوزه‌های آبخیز به‌منظور اجرای عملیات حفاظت آب و خاک بسیار مهم و ضروری می‌باشد. پژوهش حاضر به اولویت‌بندی 13 زیرحوزه آبخیز هراز با آنالیز پارامترهای مورفومتری و کاربری اراضی به‌منظور شناسایی زیرحوزه‌های حساس به فرسایش خاک با استفاده از نرم‌افزار GIS و RS می‌پردازد. در آنالیز مورفومتری پارامترهای نسبت انشعاب، تراکم زهکشی، فراوانی آبراهه، بافت زهکشی، فاکتور شکل، ضریب گردی، ضریب فشردگی، ضریب کشیدگی، طول جریان زمینی، شاخص شکل و اختلاف ارتفاع درنظر گرفته شدند. نقشه کاربری اراضی به هفت کلاس جنگل، زراعت آبی، مخازن آبی، اراضی فاقد پوشش گیاهی، مرتع، باغات و اراضی مسکونی طبقه‌بندی شد. درنهایت زیرحوضه‌ها به‌منظور حفاظت خاک به چهار طبقه خیلی‌زیاد، زیاد، متوسط و کم طبقه‌بندی شدند. در اولویت‌بندی برمبنای آنالیز مورفومتری زیرحوضه SW-4، برمبنای کاربری اراضی زیرحوضه‌های SW-8، SW-6، SW-12 در گروه اولویت خیلی زیاد قرارگرفتند. در حالی‌که در اولویت‌بندی نهایی با تلفیق هردو آنالیز مورفومتری و کاربری اراضی زیرحوضه SW-4 به‌عنوان منطقه با اولویت خیلی زیاد قرارگرفت. این منطقه به‌عنوان منطقه بحرانی شناسایی شده بنابراین باید در اولویت اول برای اجرای عملیات حفاظت آب و خاک مدنظر قرار بگیرد.

انتخاب تکنیک درون‌یابی بهینه جهت تخمین پارامترهای کیفی آبخوان در نقاط اندازه‌گیری نشده نقش مهمی در مدیریت کمی و کیفی منابع آب ایفا می‌کند. هدف اصلی این تحقیق ارزیابی دقت روش‌های درون‌یابی متداول با استفاده از GIS و مدل شبکه عصبی مصنوعی می‌باشد. بدین‌منظور تخمین سه پارامتر کیفی CL، EC و pH آبخوان دشت قروه- دهگان واقع در استان کردستان توسط هر یک از مدل‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق از داده‌های کیفی 56 چاهک مشاهداتی که دارای پراکندگی مناسبی در کل دشت هستند، استفاده گردید. در این تحقیق داده‌های 46 چاهک مشاهداتی جهت واسنجی و داده‌های 10 چاهک دیگر جهت صحت‌ سنجی مدل‌ها استفاده شدند. نتایج نشان داد که روش‌های شبکه عصبی مصنوعی، IDW و کریجینگ (spherical) به‌ترتیب جهت تخمین پارامترهای کیفی CL، PH و EC از دقت بیشتری نسبت به سایر مدل‌ها برخوردار بوده‌اند. البته مدل شبکه عصبی در تخمین هر سه پارامتر دارای دقت بسیار خوبی می‌باشد.در صورت کمبود وقت و همچنین نیاز به‌دقت قابل‌ قبول و ریسک کمتر در تخمین پارامترهای کیفی، استفاده از این مدل نسبت به سایر مدل‌های آماری به‌کار رفته ارجحیت دارد.

مدیریت جامع حوضه‌های آبخیز در گرو دانش عمیق از اطلاعات پایه حوضه و از جمله آرایش اراضی و نوع کاربرد آن می‌باشد. موقعیت مکانی و سطح پراکنش کاربری کشاورزی کمک شایانی به تعادل منابع آبی در یک حوضه می‌کند. در این تحقیق و با کمک تصاویر ماهواره‌ای لندست ۵ و ۸ و الگوریتم طبقه‌بندی نظارت‌ شده به روش حداکثر احتمال، کاربری‌های پهنه‌های آبی، شوره‌زار و کشت آبی حوضه آبخیز ارومیه و در سال‌های ۱۳۸۹ و ۱۳۹۲ تهیه گردید. تمام تصاویر انتخابی از ماهواره لندست در ماه‌های تیر و مرداد قرار گرفته‌اند. سپس به مقایسه کاربری‌های حاصل از ماهواره مودیس برای سال ۱۳۸۹ و ۱۳۹۱ و در انتها به مقایسه نتایج حاصل از ماهواره مودیس و لندست برای سال ۱۳۸۹ پرداخته شده است. نتایج بررسی ماهواره‌های لندست و مودیس نشان می‌دهد که سطح اراضی کشت آبی افزایش و پهنه‌های آبی کاهش یافته است. با مقایسه کاربری اراضی کشت آبی و پهنه‌های آبی سال ۱۳۸۹ میان ماهواره مودیس و لندست نشان می‌دهد که ماهواره مودیس کشت آبی و پهنه‌های آبی را بهتر از زمین‌های بایر برآورد نموده است. مقدار ضریب کاپا برای کاربری‌های حاصل از ماهواره لندست برای سال‌های ۲۰۱۰ و ۲۰۱۳ به ترتیب ۷۷/۰ و ۸۷/۰ می‌باشد.

با توجه به آشکار شدن تغییرات اقلیمی در اکثر مناطق دنیا و اثر آن بر بخش‌های مختلف چرخه آب، آگاهی از وضعیت منابع آب به‌منظور مدیریت صحیح منابع و برنامه‌ریزی برای آینده ضروری است. از اینرو مطالعات زیادی در مناطق مختلف با هدف تحلیل اثرات تغییر اقلیم بر فرآیندهای هیدرولوژیک در دوره‌های آتی انجام شده است. در مطالعه حاضر به بررسی اثرات تغییر اقلیم بر رواناب سطحی در حوضه آبخیز بازفت پرداخته شده است. حوضه آبخیز بازفت که در شمال غرب استان چهارمحال و بختیاری واقع شده، به‌دلیل وضعیت خاص توپوگرافیکی و موقعیت جغرافیایی خود سهم قابل توجهی در تولید منابع آب منطقه دارد. در این مطالعه از مدل اقلیمی سه HadCM و سناریوهای انتشار ۲A و ۲B جهت ارزیابی عدم قطعیت موجود در پیش‌بینی تغییر اقلیم استفاده شده است. بدین‌منظور، مدل آماری SDSM برای ریز مقیاس کردن داده‌های بزرگ مقیاس بارش و دما و مدل هیدرولوژیک WetSpa برای شبیه‌سازی رواناب مورد استفاده قرار گرفته است. پس از واسنجی مدل هیدرولوژیک، داده‌های ریز مقیاس شده بارش و دما در دوره‌های آینده نزدیک (۲۰5۰ – ۲۰2۰) و آینده دور (۲۱۰۰- ۲070) به مدل WetSpa معرفی و رواناب برای دوره‌های مذکور شبیه‌سازی گردید. نتایج این مطالعه بیانگر عملکرد مناسب مدل SDSM در ریز مقیاس‌سازی داده‌های اقلیمی به‌ویژه دمای حداقل و حداکثر می‌باشد. ارزیابی کارایی مدل WetSpa نیز حاکی از عملکرد مناسب این مدل برای شبیه‌سازی رواناب در حوضه بازفت است، به‌طوری‌که ضریب ناش- ساتکلیف طی واسنجی و صحت‌سنجی به‌ترتیب برابر ۶۳/۰ و ۶۵/۰ حاصل شده است. همچنین، بررسی میزان رواناب پیش‌بینی شده در دوره‌های آتی نشان‌دهنده افزایش رواناب سالانه در حوضه آبخیز بازفت تحت هر دو سناریوی ۲ A و ۲B است.

هدف از این پژوهش تعیین میزان مشارکت زیرحوضه‌ها از نقطه ‌نظر مساحت، دبی یک جریان رودخانه در سیل‌خیزی کل حوضه آبریز رودخانه خرسان در استان کهگیلویه و بویراحمد می‌باشد. برای این‌کار از مدل بارش- رواناب HEC-HMS برای شبیه‌سازی دبی رواناب 11 زیرحوضه استفاده به‌عمل آمد. اطلاعات ورودی این مدل با ابزار سامانه اطلاعات جغرافیایی تهیه شد. نتایج نشان داد که با تغییر در دوره بازگشت‌های مختلف، تغییر اندکی در اولویت‌بندی سیل‌خیزی زیرحوضه‌ها مشاهده می‌شود. به‌طوری‌که به‌ازای دوره بازگشت 2، 50 و 100 سال، سیل‌خیزترین زیرحوضه‌ها بدون تغییر و به‌ترتیب زیرحوضه‌های 1 تا 11 خواهند بود. سهم مشارکت از نقطه نظرمساحت و دبی جریان با هم متفاوت بود، به‌طوری‌که اثرمساحت بین 31/0 تا 03/1 درصد یعنی زیرحوضه 6 بالاترین رتبه و زیرحوضه 7 پائین‌ترین رتبه را داشتند. درحالی‌که از نقطه نظر دبی، اثر حذف زیرحوضه‌ها بین 2/51 تا 2/1004 درصد بود، یعنی زیرحوضه 6 کمترین دبی و زیرحوضه 11 بیشترین مقدار دبی را داشت.