کاکا شاهدی

مشکل رسوب زایی، انتقال رسوب، فرسایش و رسوب گذاری از بحث های مهم در برنامه ریزی راهبردهای خرد و کلان آبخیزداری و مدیریت حوزه های آبخیز است. گردآمدن رسوب در منطقه های پایین دست موجب بروز خسارت برون منطقه ای، تخریب مسیر آبراهه ها، گل آلودگی آب مصرفی، انباشت نهرها از رسوب و کاهش ظرفیت مخازن سدها و تنگناهای زیست محیطی بسیاری می شود. رسوبات ناشی از فرسایش حوزه های آبخیز علاوه بر هدر رفت خاک و کم شدن حاصلخیزی، موجبات کاهش کیفیت آب را فراهم آورده و عمر مفید سدها را به دلیل انباشت رسوبات در مخازن آن ها به خطر می اندازد. در این تحقیق تغییرات زمانی و مکانی بار رسوب معلق، در سه ایستگاه هیدرومتری سفیدچاه، گلورد و آبلو واقع در شاخه اصلی نکارود با استفاده از منحنی های سنجه رسوب و مدل خطی رگرسیونی در محیط نرم افزارهایMINITAB وEXCEL مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به منظور تعیین بهترین مدل، از شاخص ضریب همبستگی(R2) استفاده گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که در تغییرات زمانی مدل فصلی بهار در هر سه ایستگاه با حداکثر ضریب همبستگی (89/0) به عنوان مناسب ترین مدل برآورد بار رسوبی معلق از بین مدل های مورد بررسی است. در مطالعات مکانی نیز ایستگاه آبلو واقع در خروجی حوزه آبخیز نکارود دارای بیشترین میزان ضریب همبستگی (934/0) بین دبی جریان و دبی رسوب است.

شبیه سازی فرآیند بارش- رواناب در یک حوضه از نقطه نظر درک بهتر مسائل هیدرولوژیکی، مدیریت منابع آب، مهندسی رودخانه، سازه های کنترل سیل و ذخیره سیلاب اهمیت ویژه ای دارد. برآورد بارش- رواناب با مدل های هیدرولوژیکی توزیعی و با استفاده از تکنیک سامانه اطلاعات جغرافیایی به صورت گسترده امکان پذیر، کاربردی و متداول شده است. مدل  وتسپا  یک مدل شبکه ای و توزیعی شبیه سازی رواناب و بیلان آبی است که در پایه زمانی متفاوت ساعتی یا روزانه اجرا می شود. در این تحقیق اقدام به شبیه سازی جریان با استفاده از مدل وتسپا  در حوضه آبریز قورچای شده است. این حوضه (به عنوان یکی از زیرحوضه های گرگانرود) با مساحت 254 کیلومتر مربع در جنوب شهرستان رامیان در استان گلستان قرار دارد. داده های مورد استفاده مدل وتسپا نقشه های کاربری اراضی، بافت خاک، مدل رقومی ارتفاعی، داده های بارش، تبخیر، دما و دبی جریان (برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل) می باشد. پس از آماده سازی داده های مورد نیاز مدل اجرا و واسنجی 11 پارامتر با دو روش دستی و خودکار برای 7 سال ابتدای دوره ی آماری و اعتبارسنجی مدل برای دوره  5 سال انجام  شد. نتایج ارزیابی مدل، صحت شبیه سازی دبی جریان و تطابق بسیار خوب بین داده های شبیه سازی شده و مشاهداتی را براساس معیار نش- ساتکلیف 21/67 درصد در دوره ی واسنجی و 34/76 درصد در دوره اعتبارسنجی نشان می دهد. همچنین ضریب رواناب محاسبه شده  توسط مدل وتسپا  برای کل حوضه  31/28درصد بوده که در مقایسه با ضریب رواناب مشاهداتی12/30 درصد  نشان دهنده ی شبیه سازی خوب مدل  است. نتایج نشان می دهد مدل در وضعیت و شرایط واقعی مکانی بر اساس 3 نقشه توپوگرافی، کاربری و نوع خاک قادر به در نظر گرفتن بارش، رطوبت پیشین و فرآیندهای تولید رواناب می باشد که باعث می شود مدل مقادیر جریان های زیاد و روند هیدرولوژیکی عمومی را به خوبی به دست آورد.

پیش بینی جریان رودخانه در دوره های زمانی آینده، از مسائل مهم و کاربردی در مدیریت منابع آب است. در حقیقت تعیین یک مدل قابل اطمینان و انتخاب وروی ها با تأخیر زمانی مناسب برای پیش بینی دبی جریان، یک موضوع کلیدی برای مدیران حوزه آبخیز، هیدرولوژیست ها و مهندسان رودخانه است. در چند دهه اخیر استفاده از الگوریتم های هوشمند و تئوری مجموعه های فازی برای مدل سازی پدیده های هیدرولوژیکی که دارای پیچیدگی و عدم قطعیت بالایی هستند، مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این راستا در پژوهش حاضر به منظور پیش بینی جریان در حوزه آبخیز کسیلیان، از مدل سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی و از ورودی دبی جریان با تأخیر یک روز قبل، دو روز قبل تا هفت روز قبل استفاده شد. سپس برای بررسی بیشتر این فرایند، از مدل شبکه عصبی مصنوعی نیز استفاده شد و نتایج براساس شاخص های آماری ضریب تبیین و جذر میانگین مربعات خطا مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاکی از این بود که در مدل سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی تا گام زمانی چهار روز قبل، پیش بینی جریان رو به بهبود بود و بعد از آن رو به نزول گذاشت و در مدل شبکه عصبی مصنوعی تا گام زمانی پنج روز قبل بهترین نتایج را ارائه داد. همچنین مقایسه و ارزیابی نتایج شاخص های آماری الگوهای بهینه هر دو مدل در دوره آزمون نشان داد که مدل سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی (ضریب تبیین= 60/0 و جذر میانگین مربعات خطا= 64/0) نسبت به مدل شبکه عصبی مصنوعی (ضریب تبیین=51/0 و جذر میانگین مربعات خطا= 74/1)، از دقت بیشتری برای پیش بینی جریان رودخانه برخوردار بود.

در ایران به دلیل وسعت زیاد، تنوع اقلیمی، تغییرات کاربری اراضی و دگرگونی های رخ داده درمقیاس های زمانی و مکانی بارش ها، همه ساله سیلاب های عظیمی رخ می دهد. تحقیق حاضر جهت ارزیابی روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) برای تهیه نقشه حساسیت به سیل می باشد. در این تحقیق از پارامترهای طبقات ارتفاعی، شیب، انحنای زمین، فاصله از رودخانه، زمین شناسی، کاربری اراضی، شماره منحنی رواناب و خاک در بخشی از حوضه آبخیز رازآور در استان کرمانشاه استفاده گردید. نقشه های رقومی این پارامترها با استفاده از نرم افزارهای ArcGIS 10.1 و SAGA GIS 2 با فرمت رستری تهیه شدند. احتمال رخداد سیل برای هر کلاس از هر فاکتور و همچنین اهمیت هر فاکتور نسبت به سایر فاکتورها در وقوع سیل توسط نظرات کارشناسی بررسی گردید و در نهایت وزن های مربوطه در نرم افزار Expert choice محاسبه گردید. سپس وزن های بدست آمده برای هر کلاس و هر فاکتور توسط سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) در لایه های مربوطه اعمال گردید و در نهایت نقشه های احتمال سیل منطقه مورد مطالعه تهیه شد. نقشه تهیه شده در نهایت به 5 کلاس شامل حساسیت خیلی زیاد، زیاد، متوسط، کم و خیلی کم به قوع سیل طبقه بندی شد. نتایج حاکی از آن است که فاکتور شیب دارای بیشترین تاثیر بر وقوع سیل بوده و پس از آن مربوط به فاصله از رودخانه و طبقات ارتفاعی می باشد ؛ و کمترین تاثیر بر وقوع سیل در منطقه مورد مطالعه مربوط به فاکتور شماره منحنی رواناب می باشد. همچنین نتایج نشان داد 5/48 درصد از حوضه دارای حساسیت زیاد و خیلی زیاد و 9/30 درصد دارای حساسیت کم وخیلی کم به وقوع سیل می باشد.

خشکسالی یکی از بلایای طبیعی است که ممکن است در هر اقلیمی رخ دهد. در دهه های اخیر کشور ایران به به طور پیاپی تحت تأثیر خشکسالی های شدید و گسترده قرار داشته و آثار زیانباری بر بخش های مختلف اقتصادی از جمله بخش کشاورزی، محیط زیست و منابع آب کشور تحمیل کرده است. امروزه برای شناسایی و تحلیل خشکسالی های کشاورزی از شاخص های پوشش گیاهی که به کمک فن آوری سنجش از دور بدست می آیند استفاده می شود. بر این اساس، هدف از این پژوهش بررسی کارایی شاخص های پوشش گیاهی NDVI ، EVI و VCI در شناسایی و تحلیل خشکسالی کشاورزی در حوزه آبخیز کرخه می باشد. برای محاسبه این نمایه ها تصاویر سنجنده مودیس) ماهواره Terra، محصولMOD13A2 ) طی مدت 17 سال در دوره آماری 2000-2017 استفاده شد. دقت نمایه های یاد شده با شاخص ZSI محاسبه شده در 11 ایستگاه باران سنجی واقع در حوضه کرخه برای دوره آماری 1379-1396 مورد ارزیابی قرار گرفت. براساس مقادیر NDVI، EVI و VCI محاسبه شده، کمترین و بیشترین مقدار پوشش گیاهی به ترتیب در سال های 1379 و 1380 مشاهده شد. اما بررسی ZSI نشان داد که از سال 1379 تا 1387 اکثر ایستگاه ها با خشکسالی مواجه بوده اند و شدیدترین خشکسالی در سال 1387 رخ داده است. از سال 1389 تا انتهای دوره در اکثر ایستگاه ها شرایط نسبتاً نرمال مشاهده شد. بنابراین طبق نتایج بدست آمده همزمانی خشکسالی هواشناسی و کشاورزی در تمام سال ها وجود ندارد و نباید انتظار داشت که با افزایش بارندگی، NDVI، EVI و VCI نیز ترسالی و افزایش پوشش گیاهی را نشان دهند.

به منظور بررسی تأثیر تغییرات اقلیم آتی در تبخیر و تعرق واقعی و آب موجود در خاک در محدوده حوضه تالار واقع در بخش مرکزی استان مازندران، سال آبی 2003 2004 تا 2006 2007 به مدت چهار سال برای واسنجی و سال آبی 2008 2009 تا 2009 2010 به مدت دو سال برای اعتبارسنجی مدل SWAT درنظر گرفته شد. بدین منظور، از مدل 5 LARS-WG، که یکی از مشهورترین مدل های مولد داده های تصادفی وضع هواست، برای تولید سری- سناریو های مختلف مربوط به IPCC (کمیسیون بین الدول تغییر اقلیم مربوط به سازمان ملل متحد) جهت پیش بینی دما و بارش آتی استفاده شد. پس از تغییر دما و بارش روزانه برای ایستگاه های یادشده، این مقادیر تغییریافته به مدل SWAT وارد و مدل یک بار دیگر اجرا شد. بر طبق یافته های این پژوهش، میانگین روزانه (به سال) تبخیر و تعرق در همه دوره های واسنجی و اعتبارسنجی دارای افزایشی کلی در همه این دوره هاست و تبخیر و تعرق در بیشتر ماه های آتی بیش از وضعیت امروزی خواهد شد. در مورد آب موجود در خاک نیز، بررسی ها نشان دهنده روند نامنظم در مقدار کاهش و افزایش آب خاک بوده است.

خشکسالی یک پدیدة طبیعی و قابل تکرار است که فرآیندهای مختلف زیست-محیطی را تحت تأثیر قرار داده است؛ به همین دلیل بایستی به طور گسترده مورد بررسی قرار گیرد. هدف از این تحقیق، بررسی وضعیت خشکسالی هواشناسی با به کارگیری چهار شاخص خشکسالیو همچنین انتخاب مناسب ترین روش از میان روش های مختلف درون یابی به منظور پهنه بندی خشک سالی در دشت ساری-نکا می باشد. برای این منظور، از آمار 10 ایستگاه هواشناسی موجود در دشت ساری-نکاو چهار شاخص خشکسالیRAI، ZSI، CZI و PNPIجهت ارزیابی و تحلیل خشکسالی استفاده شد. نتایج نشان داد که مقادیر دو شاخص ZSI و CZI در تمامی ایستگاه ها اختلاف چندانی با یکدیگر ندارند و تقریباً بر هم منطبق می باشند و شاخص RAI تشابه بیشتری با شاخص PNI داشته است. همچنین نتایج نشان داد که در اکثر ایستگاه ها بعد از سال 1377 خشکسالی هواشناسی شدت یافته است و شدیدترین خشکسالی طبق مقادیر به دست آمده از هر یک از شاخص های خشکسالی در سال 1384رخ داده است. در نهایت بهمنظور ارزیابی روش های مختلف درون یابی جهت تهیة نقشه های پهنه بندی خشکسالی، روش های زمین آمار کریجینگ ساده، معمولی، عکس فاصله با درجات 1 تا 5، تابع شعاعی و درون یابی چند جمله ای کلی به کار گرفته شد. بر اساس دو معیار ارزیابیRMSE و MAE برای شاخص های SPI، ZSI و CZI روش کریجینگ ساده و برای شاخص PNPI روش تابع شعاعی به عنوان مناسب ترین روش از بین سایر روش های درون یابی برای هریک از شاخص های مورد بررسی انتخاب شد.

ارائه راه حل مناسب در کوتاه ترین زمان ممکن، هدفی است که یک برنامه ریزی استراتژیک از بین عوامل خطر آفرین محیطی دنبال می کند. تغییر کاربری اراضی، از جمله خطرهای نامحسوس و خطرآفرینی است که پهنه سیلاب و دوره بازگشت آن را افزایش می دهد. در این پژوهش، با بهره گیری از تصاویر ماهواره ای سنجنده ETM+ سال 2000 و سنجنده IRS-1D سال 2012، درصد تغییرات کاربری اراضی حوضه آبریز «نکا» در استان مازندران و سطح وقوع سیل گیری با دوره بازگشت 2، 5، 10، 25، 50، 100 و 200 ساله در محیط نرم افزار HEC-RAS و ENVI تعیین شد. سپس نتایج حاصل به محیط GIS انتقال یافت و مشاهده شد در دهه گذشته، علاوه بر تغییر کاربری اراضی، پهنه سیل گیری در دوره بازگشت های مشخص شده نیز افزایش یافته است و در اثر این تغییرات، نتایج نشان داد کاربری اراضی کشاورزی 27/2 درصد، اراضی غیر قابل استفاده 31/7، شهری 91/1 افزایش و در مقابل جنگل 22/10 درصد و مرتع 27/1 درصد کاهش یافته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد HEC-RAS و HEC-GeoRAS با استفاده از ARC GIS می تواند مقادیر عددی و گرافیکی مناسبی را جهت مطالعه خصوصیات هیدرولیکی جریان در رودخانه ها و نیز کارایی تلفیق مدل های مذکور را جهت پهنه بندی سیلاب با دقت بالا توصیه می کند.

تخمین رواناب در حوضه های آبخیز فاقد آمار همواره مورد توجه محققان و سازمان های مرتبط در مطالعه ی بسیاری از پروژه ها بوده است. پژوهش حاضر با هدف بررسی دقت و کارآیی مدل های زمان-سطح و آبنمود واحد لحظه ای کلارک در تخمین آبنمود خروجی حوضه های فاقد آمار صورت گرفته است. محل مطالعه ی حو ضه ی آبخیز کسیلیان انتخاب گردید. ابتدا با استفاده از نقشه ی توپوگرافی منطقه ی مورد مطالعه و نرم افزار ArcGIS نمودار زمان-سطح تهیه گردید. سپس با استفاده از داده های باران نگار و انتخاب رگبار مناسب، آبنمود سیل مربوط به هر رگبار با کمک مدل زمان-سطح به دست آمد و نتایج با آبنمودهای ثبت شده ی مربوطه در خروجی حوضه مقایسه شد. سپس با اعمال ضریب ذخیره، آبنمود واحد لحظه ای کلارک به منظور بازسازی آبنمود واحد مشاهده ای در خروجی حوضه ی آبخیز کسیلیان به دست آمد. محاسبه ی ضریب ذخیره با استفاده از روش های ترسیمی، کلارک، لینزلی، میشل، جانستن و کراس، ایتن، هویت و لانگبین، ناش، کارتر، مورگان و جانسن و بل انجام گرفت. در نهایت برای مقایسه ی نتایج به دست آمده از شاخص های جذر میانگین مربعات خطا، میزان انحراف از دبی اوج، ضریب کارآیی و خطای نسبی دبی اوج، زمان تا اوج و زمان پایه استفاده گردید. نتایج نشان داد روش ترسیمی در محاسبه ی ضریب ذخیره از دقت بالاتری برخوردار است و مدل کلارک نیز نتایج بهتری نسبت به مدل زمان-سطح ارائه کرد که نشان دهنده ی اثر ضریب ذخیره در روندیابی سیلاب در حوضه ی آبخیز جنگلی کسیلیان می باشد. لذا می توان از این روش برای محاسبه ی آبنمود ناشی از رگبار در حوضه های بدون آمار استفاده کرد.