علوم آب و خاک

---

تهیه و اجرای طرح های آب و خاک نیازمند مجموعه ای از اطلاعات مربوط به بارندگی و روان آب است. از طرفی آب‌نگارهای واحد، مبنای مناسبی برای تهیه آب‌نگارهای سیلاب و تأمین اطّلاعات جامع برای برنامه ریزان و مدیران محسوب می شوند. حال آن که تهیه آن برای تمامی حوزه های آبخیز به سادگی امکان پذیر نمی باشد. از این رو مدل-سازی مناسب برای شبیه سازی آب‌نگار واحد با استفاده از داده های قابل دست رس باران و به شیوه های آماری قابل اعتماد از ضروریات است. حال آن که اعتمادسنجی لازم برای روش های مختلف مدل سازی آماری در هیدرولوژی و هم چنین تهیه آب‌نگار واحد به ندرت صورت گرفته است. در همین راستا، تحقیق موجود درصدد مقایسه کارایی روش‌های مختلف مدل سازی تهیه ارتباط آب‌نگار واحد معرف 2 ساعته حوزه آبخیز کسیلیان با زمان تمرکز حدود 10 ساعت با استفاده از داده های بارندگی می باشد. برای انجام تحقیق موجود، تحلیل روابط بین 36 ویژگی باران نگار و آب‌نگار واحد برای 23 رگبار طی چهار فصل در یک دوره زمانی 33 ساله به شکل های مختلف رگرسیون دو و چند متغیره مد نظر قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده میانه خطای تأیید مقادیر حاصل برای کلیه متغیرهای وابسته آب‌نگار واحد 2 ساعته بین 37 تا 88 درصد برآورد شد. نتایج نشان داد که در رگرسیون دو متغیره، مدل های درجه سوم و خطی و در رگرسیون چند متغیره، مدل های لگاریتمی بیشترین توانایی در تعیین ارتباط هیدروگراف واحد و مؤلفه های مختلف بارندگی در حوزه آبخیز مذکور را داشته اند. هم چنین دقت مدل های حاصل از تجزیه و تحلیل عاملی در رگرسیون چند متغیره کاهش پیدا کرد. با توجه به آماره های ارزیابی مورد استفاده در این تحقیق از بین دو روش پس رو و پیش رو در اکثر مواقع روش پس رو و در شاخص های زمانی رابط بین آب‌نگار واحد و باران نگار روش پیش رو از نتایج بهتری برخوردار بوده است.

---

روش کلارک یکی از روش های کاربردی تهیه آب نمود واحد لحظه ای در حوزه های آبخیز می-باشد که کارآیی آن به دقت تخمین پارامتر ضریب ذخیره آن بستگی دارد. از این رو تحقیق حاضر به منظور تعیین میزان کارآیی آب نمود به دست آمده بر اساس روش کلارک و مقایسه پارامتر ضریب ذخیره در معادله ماسکینگام از روش های ترسیمی، کلارک، لینزلی، میشل، جانستن- کراس و ایتن در حوزه آبخیز کسیلیان در استان مازندران انجام پذیرفت. در این تحقیق، ابتدا نمودار زمان- مساحت منطقه تهیه و اطلاعات مربوط به ایستگاه های هواشناسی سنگده و هیدرومتری ولیک بن برای تهیه آب نمود واحد 3 ساعته متوسط حوزه آبخیز استفاده شد. سپس کارآیی آب نمودهای واحد لحظه ای حاصل از روش کلارک با توجه به ضریب ذخیره معادله ماسکینگام و حاصل از شش روش مذکور، از طریق تبدیل آن به آب نمود واحد 3 ساعته و مقایسه آنها با آب نمود واحد 3 ساعته متوسط حوزه آبخیز بر اساس شاخص های آماری ارزیابی گردید. نتایج تحقیق نشان داد که روش ترسیمی مورد استفاده در تهیه آب نمود واحد لحظه ای کلارک با خطای تخمین و ضریب کارآیی به ترتیب 33/33 و 83 درصد از دقت مناسب برای شبیه سازی مؤلفه های آب نمود سیلاب واحد مشاهده ای حوزه آبخیز مورد مطالعه برخوردار بوده است.

---

برآورد دقیق رواناب یک حوضه در مدیریت منابع آب از اهمیت زیادی برخوردار می‌باشد. در این مطالعه رواناب ماهانه با استفاده از اطلاعات بارش و با مدل توزیع احتمالی شرطی بر اساس اصل حداکثر آنتروپی تخمین‌زده شد. برای توسعه این مدل از داده‌های بارش و رواناب حوضه رودخانه کسیلیان طی سال‌های 1349 تا 1385 استفاده گردید. پارامترهای مدل بر اساس اطلاعات پیشین حوضه از قبیل میانگین سری‌های زمانی بارش و رواناب و کوواریانس بین آنها تخمین‌زده شد. مقادیر رواناب ماهانه این حوضه، با استفاده از مدل توسعه داده شده، به ازای مقادیر ضریب رواناب و دوره‌های بازگشت مختلف در سطوح احتمال وقوع بارش مختلف محاسبه شد. نتایج نشان داد که مدل توسعه داده شده به ازای ضریب رواناب 6/0 به طور رضایت بخشی رواناب خروجی از حوضه را برای دوره‌های بازگشت مختلف تخمین می‌زند. هم‌چنین مقدار رواناب تخمینی، در یک سطح احتمال وقوع بارش ثابت و ضریب رواناب معین، با افزایش دوره بازگشت کاهش می‌یابد. با این حال، نرخ تغییر در میزان رواناب با افزایش دوره بازگشت به آرامی کم می‌شود.

---

تخمین دقیق بار معلق رسوبات حمل شده توسط یک رودخانه در بسیاری از پروژه‌های منابع آب مانند سد‌سازی، مهار سیلاب، قابلیت کشتی‌رانی، زیبایی‌شناسی رودخانه و مسائل زیست محیطی دارای اهمیت فراوان می‌باشد. پیچیدگی رفتار رسوبات سبب شده است تا فن‌آوری‌های نوین مانند منطق فازی که توانایی شناسایی ارتباط غیرخطی بین متغیرهای ورودی و خروجی یک مسئله را دارا می‌باشند، مورد توجه قرار گیرند. در این تحقیق کاربرد الگوریتم خوشه‌بندی فازی در تخمین میزان رسوبات بار معلق مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از آمار متناظر دبی جریان و دبی رسوب ایستگاه ولیک‌‌بن در حوزه‌ معرف کسیلیان که طی سال‌های آماری 1350-1349 الی 1354-1353، به‌صورت روزانه اندازه‌گیری شده است، استفاده گردید. 75 درصد داده‌های متناظر به‌عنوان داده‌های آموزش و 25 درصد دیگر داده‌ها به‌منظور صحت‌سنجی، آزمون و تعیین خطای معادلات در نظر گرفته شد. نتایج به‌دست آمده از این روش با استفاده از شاخص‌های آماری با نتایج حاصل از روش مرسوم منحنی سنجه‌ رسوب مقایسه گردید. نتایج نشان داد که چنانچه داده‌ها به‌صورت سالانه دسته بندی شوند، با استفاده از روش الگوریتم خوشه‌بندی فازی می‌توان تا 49/0 برابر مقدار رسوب سالانه‌ی مشاهده شده را تخمین زد، این در حالی است که با استفاده از روش معمول سنجه رسوب در مقیاس سالانه این عدد 19/0 می‌باشد. بنابراین روش الگوریتم خوشه‌بندی فازی با دقت بسیار مناسب و با اطمینان بیشتر نسبت به روش منحنی سنجه‌ رسوب می‌تواند برای تخمین رسوبات بارمعلق مورد استفاده قرار گیرد.

---

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.