هیدروژئومورفولوژی

بحران کمبود آب و شوری خاک مشکلات کلیدی هستند که توسعه ی پایدار کشاورزی در مناطق خشک را محدود می کند. ترویج و توسعه استفاده از سیلاب راهکاری مناسب در تأمین آب کشاورزی، مناطق خشک و نیمه خشک است. بررسی آمار و اطلاعات مربوط به شرایط اقلیمی شمال دریاچه ی ارومیه نشان می دهد اقلیم منطقه از نوع نیمه خشک سرد بوده، بارش های شدید، رگبارهای بهاره به همراه دوره های خشک چند ماهه در تابستان حکمفرما است. برآورد نیاز آبی منطقه در فصل کشت و برداشت، اهمیت آبیاری سیلابی و تناسب حجم سیلاب ها را نشان می دهد. از 6300 میلیون مترمکعب بارش منطقه، 5/4 میلیون مترمکعب جریان سیلابی بوده، که 5/2 میلیون مترمکعب آن مربوط به رودخانه های امستجان و انگشتجان است. هدف این پژوهش تحلیل کیفی سیلاب ها، کنترل و استفاده از سیلاب در تأمین آب کشاورزی در دشت های کشاورزی شمال دریاچه ی ارومیه است. جهت اجرای پروژه، نمونه بردارهای سیلاب، همراه اشل های اندازه گیری عمق نصب گردید؛ از سیلاب ها نمونه برداری شده، آزمایشات هیدروشیمیایی انجام شد، به منظور تحلیل داده های کیفی از دیاگرام های هیدروشیمیایی ویلکوکس، استیف و پایپر استفاده شد. نتایج نشان می دهد بیش ترین مقدار هدایت الکتریکی مربوط به نمونه های رودخانه ی انگشتجان، با 487 و470 میکروموهوس برسانتی متر است. تیپ اغلب نمونه های سیلابی بی کربنات و رخساره سدیک-کلسیک است. همچنین سیلاب ها از سختی موقت و یا کربناته برخوردار بوده، به علت دارا بودن مقدار بالای آنیون کربناته در طبقه ی آب های سخت هستند. براساس طبقه بندی ویلکوکس کیفیت آب کشاورزی همه ی نمونه ها در محدوده ی C2S1 قراردارند. آبیاری با این آب برای کلیه ی خاک ها بدون اشکال بوده، خطری ایجاد نمی کند. بنابراین از نظر کشاورزی در محدوده ی آب های خوب هستند.

بررسی تغییرات آب زیرزمینی در نواحی خشک و نیمه خشک از اهمیت ویژه ای برخوردار است.افت سطح آب در آبخوان های استان کرمانشاه به قدری شدید بوده به طوری که در دهه های اخیر به حدود10 متر در برخی نقاط رسیده است. هدف از پژوهش حاضر ارزیابی داده های ماهواره GRACE جهت برآورد ذخیره ی آب زیرزمینی آبخوان روانسر در استان کرمانشاه می باشد. لذا در این پژوهش ضمن بررسی سطح ایستابی چاه های مشاهداتی آبخوان روانسر و نیز پهنه بندی مکانی این تغییرات با استفاده از روش کریجینگ در نرم افزار GIS وضع موجود منطقه مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس به منظور ارزیابی داده های ماهواره GRACE کدنویسی الگوریتم های JPL,GFS,CSR,CRI در محیط محاسبات ابری گوگل ارث اینجین صورت گرفت و پس از آن تغییرات ماهانه و سالانه ی آب معادل مایع (LWE) محاسبه گردید. همچنین مقدار رطوبت خاک(SM) از مدل هیدرولوژیکی GLDAS برآورد گردید و با کسر مقدار رطوبت خاک از مقادیر برآوردی ماهواره GRACE میزان تغییرات ذخیره ی آب زیرزمینی در مقایسه با مقادیر مشاهداتی آن به دست آمد. این پژوهش نشان داده است که نه تنها می توان از داده های ماهواره GRACE در برآورد میزان تغییرات ذخیره ی آب زیرزمینی در آبخوان ها استفاده نمود بلکه داده های مذکور از دقت قابل قبولی نیز برخوردار م ی باشند. مقایسه ی نتایج الگوریتم های مختلف نشان داد که الگوریتم JPL با ضریب همبستگی 73/0،  بیشترین همبستگی را با داده های مشاهداتی داراست. ضمناً مقادیر تغییرات ذخیره ی آب زیرزمینی برآوردی از ماهواره GRACE در مقایسه با مقادیر مشاهداتی نشان دهنده ی کاهش ذخیره ی آب زیرزمینی معادل 8/1- سانتی متر  بر اساس الگوریتم JPL بوده است.

امروزه تهیه ی نقشه های کاربری اراضی با استفاده از داده های سنجش از دور به عنوان یکی از مهم ترین و پرکاربردترین روش ها جهت تولید نقشه های کاربری اراضی و همچنین ارزیابی کاربری با یکدیگر است. نبود زیر ساخت های مناسب، رعایت نکردن قوانین قابلیت توسعه ی زمین در انتخاب کردن کاربری ها و مدیریت غیر اصولی آن منجر به وقوع پدیده ی فرسایش خاک می شود هدف از تحقیق حاضر تهیه ی نقشه های کاربری اراضی با استفاده از روش شئ گرا و همچنین تهیه ی نقشه های پهنه بندی فرسایش خاک حوضه ی آبریز زرینه رود برای سال های 2000 و  2018 ماهواره لندست با استفاده از روشWLC  که یکی از روش های تصمیم گیری چندمعیاره می باشد صورت گرفت. نتایج بدست آمده از تغییرات کاربری اراضی با استفاده از طبقه بندی شئ گرا نشان داد که بیشترین مقدار روند افزایشی مساحت برای کاربری های کشاورزی دیم و کشاورزی آبی می باشد. این افزایش دو کاربری به ترتیب برابر با 28/18 و 4 درصد افزایش از کل حوضه مورد نظر را در بر می گیرد. روند تغییرات کاربری های بایر، مرتع غنی و متوسط، به مرور زمان به نحوی کاهشی بوده است که به طوری که به ترتیب مساحت 04/14، 66/10و 73/5 درصد کاهش داشته است. کاربری انسان ساخت در طول زمان با روندی تقریبا یکنواخت در حال افزایش است که این نوع افزایش در طول 18 سال برابر با 47/2 درصد رشد داشته است. نتایج بدست آمده از نقشه های تولید شده پهنه بندی فرسایش سال 2000 و 2018  نشان داد که دو طبقه بسیار پر خطر و پر خطر (منظور طبقاتی هستند که به ترتیب دارای بیشترین پتانسیل فرسایش خاک در حوضه ی آبریز زرینه رود را دارند) که هر کدام 29/15 و 51/27 درصد از منطقه را در برگرفته اند. این طبقات بیشتر در کاربری های کشاورزی دیم، کشاورزی آبی، بایر و مرتع متوسط واقع شده است.

امروزه مدل های هیبریدی هوش مصنوعی به عنوان یک روش مناسب برای شبیه سازی پدیده های هیدرولوژیکی از جمله برآورد کمی جریان رودخانه ها مطرح است. بدین منظور جهت برآورد میزان آبدهی رودخانه ها رویکردهای متنوعی در هیدرولوژی وجود دارد که مدل های هوش مصنوعی از مهم ترین آن ها می باشد.  بنابراین در این پژوهش عملکرد مدل های رگرسیون بردار پشتیبان_ موجک، رگرسیون بردار پشتیبان_گرگ خاکستری و رگرسیون بردار پشتیبان_خفاش جهت شبیه سازی دبی رودخانه کشکان واقع در استان لرستان طی دوره ی آماری 1399-1389 در مقیاس زمانی روزانه ی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. معیارهای ضریب همبستگی، ریشه ی میانگین مربعات خطا و میانگین قدر مطلق خطا و بایاس برای ارزیابی و عملکرد مدل ها انتخاب شد. نتایج نشان داد الگوهای ترکیبی نتایج قابل قبولی در شبیه سازی دبی رودخانه دارند. مقایسه ی مدل ها نیز نشان داد مدل رگرسیون بردار پشتیبان-موجک در مرحله ی صحت سنجی مقادیر 960/0R2=، 045/0RMSE=، 024/0MAE =، 968/0NS= و001/0BIAS= در پیش بینی جریان روزانه ی رودخانه از خود نشان داده است. در مجموع نتایج نشان داد استفاده از مدل هیبریدی رگرسیون بردار پشتیبان-موجک می تواند در زمینه ی پیش بینی دبی روزانه مفید باشد.

در این مقاله با استفاده از مدل های DRASTIC و فازی ،پتانسیل آلودگی آبخوان و همچنین پهنه بندی کیفیت آب زیرزمینی با شاخص GQI دشت تبریز بررسی و مورد ارزیابی قرار گرفت.در این ارزیابی، از نرم افزار Arc map و همپوشانی هفت لایه اطلاعاتی: عمق سطح آب، تغذیه خالص، محیط آبخوان، جنس خاک، توپوگرافی، محیط غیر اشباع، هدایت هیدرولیکی بهره گیری شد.نتایج بررسی ها و ارزیابی ها با استفاده از مدل در استیک نشان داد که، شاخص آسیب پذیری 57 تا 165 است که در تقسیم بندی توصیفی در طبقات بدون خطر آلودگی تا خطر آلودگی زیاد قرار می گیرد. نتایج حاصل از مدلسازی فازی نیز نشان داد که47درصد از مساحت دشت ،دارای آسیب پذیری زیاد است . نقشه های ترسیمی نیز نشان می دهد که در هر دو نقشه حاصل از دور روش مورداستفاده ، قسمت های شمال غربی تا جنوب غربی که محل قرار گیری شهر تبریز می باشد، بیشترین پتانسیل و قسمت های جنوب غربی کمترین پتانسیل برای آلودگی را دارا می باشد. در نهایت ،با استفاده از شاخص GQI و بر اساس استاندارد شرب WHO و با بهره گیری از ده پارامتر: هدایت هیدرولیکی، کلر، کلسیم، بیکربنات، منیزیم، پتاسیم،کل جامدات محلول، سدیم، سولفات و سختی کل ، شاخص کیفی منطقه مورد مطالعه بررسی شد و نتیجه حاصل نشان داد که کیفیت آب در قسمت های پر خطر(شمال غربی و جنوب غربی آبخوان) که بر اساس دو مدل پیشین شناسایی شده ،دارای کمترین شاخص کیفیت نسبت به قسمت های جنوب شرقی آبخوان می باشد.

رسوب یکی از مسائل مهم در حوضه ی آبریز محسوب می شود. با توجه به مشکلات ناشی از رسوب، بررسی ارتباط متغیرهای هیدروژئومورفیکی تأثیرگذار در تولید رسوب و بار رسوب معلق در حوضه ی آبریز ضرورت دارد. هدف این تحقیق مدل سازی رابطه ی بین میزان بار رسوب معلق با متغیرهای هیدروژئومورفیکی در حوضه ی آبریز است. دو حوضه گاوی و حوضه ی کنجانچم در استان ایلام که شامل 8 زیرحوضه مشخص و مجهز به ایستگاه هیدرومتری می باشند انتخاب شدند. مواد این تحقیق داده های دبی رسوب مشاهده ای بعنوان متغیر وابسته ایستگاه های هیدرومتری که با استفاده از منحنی سنجه رسوب تحلیل شد. در مرحله ی بعد همگنی حوضه های آب ریز با اس تفاده از روش ت حلیل خوش ه ای ارزیابی شد. در ت حلیل خوشه ای پس از استاندارد کردن داده ها به روش Z-SCORE، گروه بندی با روش طبقاتی تجمعی و محاسبه فاصله ی اقلیدسی به روش ward انجام شد. به تدریج زیرحوضه های چاویز، سرجوی، اماملکشاهی و آسان درگروه یک و زیرحوضه های کنجانچم، رستم آباد، تنگ باجک و گنبد در گروه دوم تحلیل شده اند. جهت تحلیل ارتباط بین متغیرهای ژئومورفیک با رسوب هر زیرحوضه از روش رگرسیون چندمتغیره آماری استفاده شد. نتایج بررسی ارتباط بین خصوصیات ژئومورفیک با رسوب زیرحوضه ها نشان داد که مقدار رسوب با شاخص شیب، ضریب گردی، بافت زهکشی، بارندگی، ناهمواری و مساحت حوضه همبستگی مثبت داشته و در سطح 001/0 معنی دار بوده است. جهت تأثیرگذاری متغیرها بر میزان رسوب زیرحوضه ها از روش تحلیل مؤلفه های اصلی و تحلیل خوشه ای استفاده گردید. نتایج نشان داد که سه عامل ضریب گردی، ضریب شیب و ضریب بافت زهکشی حوضه به ترتیب 62/44، 22/25 و 74/16 درصد از واریانس تمامی متغیرهای تحقیق را تبیین می کند. در مجموع سه عامل استخراج شده نهایی توانسته اند 87% از واریانس تمامی متغیرهای تحقیق را تبیین نمایند.

حوضه ی آبریز حاجیلارچای در قسمت غربی شهرستان ورزقان قرار گرفته است. قرارگیری کارخانه ی استحصال طلای شرکت زرین داغ آستارکان در محدوده ی این حوضه پتانسیل آلودگی منابع آبی منطقه را افزایش می دهد. به منظور بررسی منابع آبی حوضه ی حاجیلارچای تعداد 12 نمونه از آب های سطحی و زیرزمینی در اسفندماه 1399 جمع آوری گردید و مورد تجزیه شیمیایی قرار گرفت. نتایج تجزیه شیمیایی نشان داد غلظت برخی از عناصر همچون کبالت، سرب و آرسنیک در برخی از موقعیت ها بالاتر از حد مجاز برای آشامیدن است. بررسی ا حاکی از این است که منشأ این عناصر مرتبط با سازندهای منطقه و در اثر فرایندهای زمین زاد می باشد. هدف این تحقیق ارزیابی ویژگی های هیدرو شیمیایی منابع آبی با استفاده از روش های ترسیمی و بررسی و تعیین منشأ عناصر کمیاب به کمک روش های آماری چندمتغیره مانند تحلیل عاملی و تحلیل خوشه ای می باشد. بر اساس نتایج به دست آمده از روش های ترسیمی، بیشتر نمونه های آبی منشأ آهکی داشته و تیپ غالب بی کربنات کلسیم را دارا می باشند. نتایج حاصل از تحلیل عاملی نشانگر تأثیر 4 گروه عاملی بر کیفیت منابع آبی حوضه ی حاجیلارچای است. عامل های اول، سوم و چهارم نشان دهنده ی تأثیر سازندها بر منابع آبی و فرآیندهای زمین زاد هستند. عامل دوم از فعالیت های انسانی ناشی می شود. همچنین تحلیل خوشه ای، داده ها را به سه دسته تقسیم کرد. داده های دسته ی اول دارای روند ژئوشیمیایی مشابه و عناصر کمیاب پایینی هستند. در دسته دوم تعادل هیدرو شیمیایی برقرار نمی باشد که به احتمال زیاد به دلیل تأثیر فعالیت های کارخانه می باشد. در دسته ی سوم غلظت عنصر آرسنیک بالا است که از سازندهای منطقه منشأ گرفته است.

برداشت بی رویه از سفره های آب زیرزمینی در کشور سبب افت شدید سطح ایستابی آبخوان و از بین رفتن لایه های آبدار زمین گردیده است. در این پژوهش به منظور بررسی وضعیت تراز آب زیرزمینی آبخوان مرودشت- خرامه، واقع در استان فارس در رابطه با برداشت بی رویه ی آب های زیرزمینی از داده های 81 حلقه چاه پیزومتری در بازه ی زمانی (2008- 2018) با استفاده از مدل Modflow شبیه سازی انجام گرفت. هم چنین نتایج حاصل از محاسبه ی بیلان آبی تعداد7500 حلقه چاه بهره برداری در حوضه حاکی از آن است که میزان 1100 میلیون مترمکعب آب از ذخیره ی ثابت آبخوان در بازه ی 10 ساله کاسته شده است. با توجه به نقشه های درون یابی تهیه شده بیشترین میزان افت آب زیرزمینی مربوط به مناطق درودزن، رامجرد و شول اتفاق افتاده است. از این رو با آمار سازمان آب منطقه ای فارس مبنی بر وجود چاه هایی با آبدهی بالا در این مناطق هماهنگی دارد. با استناد به نقشه های تهیه شده از آبخوان مرودشت با توجه به آبرفتی بودن سفره ی آب زیرزمینی اثر افت سطح آب را می توان با فاصله مکانی کم مشاهده کرد. از سوی دیگر در نقشه های میان یابی ضریب پارامتر هدایت هیدرولیکی بیان کننده ی این است که میزان افت تراز آبخوان در مناطق شمال غرب، مرکز و جنوب شرق حوضه دارای بیشترین مقدار می باشد که با 11درصد خطای نسبی مؤید مدل سازی مناسب است. در نهایت با انجام دو سناریوی کاهش 10 و 30 درصدی، میزان تغییرات آب زیرزمینی در طی سال های 2018- 2028 پیش بینی شد و نتایج نشان داد که در سناریوی اول بیشترین میزان افت با 83/24 متر و کمترین افت نیز به میزان 184/2 متر است. در سناریوی دوم نیز افت به میزان 523/4 متر کاهش یافته و سطح ایستابی به 30/20 متر رسیده است.

برآورد هیدروگراف سیلاب در حوضه های فاقد آمار یک موضوع چالش برانگیز در برنامه ریزی و مدیریت سیلاب می باشد. مدل های مختلفی در این زمینه توسعه داده شده است و ضرورت دارد که کارایی مدل های توسعه داده شده در مناطق مختلف جهان با ویژگی های متفاوت اقلیمی، هیدرولوژیکی و فیزوگرافی مورد ارزیابی قرار گیرد تا بتوان در مورد کارایی آنها در مناطق مختلف اظهار نظر کرد. مدل هیدروگراف واحد مصنوعی گاما یک مدل توسعه داده شده در زمینه ی برآورد هیدروگراف سیل آب در حوضه های فاقد آمار است. در این مطالعه مدل هیدروگراف واحد مصنوعی گاما برای برآورد مشخصه های هیدروگراف سیلاب در حوضه ی آبریز قره سو در استان کرمانشاه مورد بررسی قرار گرفته است. معیارهای خطای دبی اوج، خطا حجم جریان، میانگین قدرمطلق خطا، میانگین بایاس خطا، ضریب تبیین و  کلینگ- گوپتا برای ارزیابی دقت نتایج شبیه سازی برآورد گردید. بر اساس نتایج معیارهای ارزیابی بیان شده نشان داد که مدل هیدروگراف واحد مصنوعی گاما از دقت کاملاً مناسب در برآورد مشخصه های هیدروگراف سیلاب برخوردار بوده است. بعلاوه مقایسه ی بصری هیدروگراف های محاسباتی و مشاهداتی مبین دقت قابل توجه مدل هیدروگراف واحد مصنوعی گاما در برآورد شکل هیدروگراف سیلاب در رویدادهای مورد مطالعه می باشد.

سیل از جمله پدیده های طبیعی است که هر ساله خسارات جانی و مالی زیادی را در دنیا به بار آورده و مشکلات عدیده ای را بر سر راه توسعه ی اقتصادی و اجتماعی کشورها ایجاد می نماید. از این رو جهت کاهش خسارات، کنترل و هدایت این پدیده، برآورد دبی سیلابی و شناسایی عوامل مؤثر بر آن بسیار حائز اهمیت می باشد. در این پژوهش، به منظور برآورد دبی سیلابی حوضه ی آبریز کشکان واقع در استان لرستان از مدل های هوش مصنوعی هیبریدی نوین شامل شبکه عصبی مصنوعی- تفنگدار خلاق، شبکه عصبی مصنوعی-عنکبوت بیوه سیاه و شبکه عصبی مصنوعی- ازدحام مرغ در طی دوره ی زمانی 1400-1390 استفاده شد. برای ارزیابی عملکرد شبیه سازی از شاخص های آماری ضریب تعیین (R2)، میانگین مطلق خطا (MAE)، ضریب کارایی نش- ساتکلیف (NSE) و درصد بایاس (PBIAS) استفاده گردید. نتایج نشان داد که بطور کلی مدل های هوش مصنوعی هیبریدی عملکرد بهتری نسبت به مدل منفرد در برآورد دبی سیلابی دارند. نتایج نشان داد مدل شبکه عصبی مصنوعی- تفنگدار خلاق نسبت به سایر مدل ها از دقت بیشتر و خطای کمتری برخوردار است. در مجموع نتایج نشان داد استفاده از مدل های هوش مصنوعی هیبریدی در برآورد دبی سیلابی موثر بوده و می تواند به عنوان راهکاری مناسب و سریع در مدیریت منابع آب مطرح شود.