هیدروژئومورفولوژی

در حیات انسان تأمین آب، از مسائل مهم از گذشته تا حال بوده است منابع آب سطحی و زیرزمینی از منابع با ارزش به شمار می رود و این منابع فراهم کننده ی آب مصرفی مردم می باشند. در شرایط موجود با عنایت به روند ازدیاد جمعیت ، توسعه فعالیت های کشاورزی ، صنعتی و بهره برداری بی رویه، شناخت پتانسیل آبی هر منطقه جهت حفاظت و استفاده بهینه از منابع آب ضروری است. در این پژوهش به اولویت بندی عوامل هیدروژئومورفولوژیکی در تأمین آب و مکان گزینی سکونتگاه ها پرداخته شد. در این مطالعه از تصویر TM، 2011 ماهواره لندست استفاده شد. فاکتورهای هیدروژئومورفولوژی انتخاب شده عبارتند از: شیب، جهت شیب، لیتولوژی، کاربری زمین و ... که در محیط GIS آماده شد سپس با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی وزندهی لایه ها انجام شد. صحت سنجی پژوهش نیز بدین طریق بود که نتایج به دست آمده با همه ی لایه های اطلاعاتی به عنوان محدوده های معیار مقایسه و مشخص شد که مناطق انتخاب شده به عنوان خیلی مناسب و مناسب برای مکان گزینی دارای شرایط ایده آل می باشند. می توان نتیجه گیری کرد که فرآیند تحلیل سلسله مراتبی عملکرد مناسبی در تعیین عوامل هیدروژئومورفولوژیکی در تأمین آب و مکان گزینی دارد. تفسیر ضرایب نشان داد که، فاصله از رودخانه، بارندگی و طبقات ارتفاعی نقش مهمی دارند.    

تخمین دقیق پارامترهای هیدروژئولوژیکی مانند هدایت هیدرولیکی یکی از مهم ترین بخش مطالعات هیدروژئولوژی می باشد که برای مدیریت و حفاظت دقیق از منابع آب زیرزمینی بسیار ضروری است. تا حال روش های مختلف صحرایی و آزمایشگاهی برای تخمین هدایت هیدرولیکی ارائه شده است که عموماً با استفاده از داده های هیدروژئولوژیکی انجام می شوند. از این میان بهترین و کامل ترین روش، روش صحرایی آزمون پمپاژ می باشد که بسیار وقت گیر و پرهزینه بوده و پارامترهای هیدروژئولوژیکی تخمین زده شده به وسیله ی آنها دارای عدم قطعیت ذاتی می باشند. لذا در این تحقیق تلاش شد تا از روش های هوش مصنوعی مختلف مانند شبکه ی عصبی مصنوعی (ANN)، فازی ممدانی (MFL)، فازی ساگنو (SFL) و سیستم استنتاج نرو-فازی تطبیقی (ANFIS) برای تخمین هدایت هیدرولیکی استفاده شود. در این مطالعه برای تخمین دقیق هدایت هیدرولیکی در دشت مراغه- بناب توسط این مدل ها از داده های ژئوفیزیکی به همراه داده های هیدروژئولوژیکی به عنوان ورودی مدل ها استفاده شد و نتایج آنها با استفاده از معیارهای ارزیابی با هم مقایسه و بهترین مدل براساس مقدار RMSE انتخاب شد. بر این اساس مدل ANFIS با داشتن RMSE=1.12 در مرحله ی تست، نسبت به مدل های دیگر قدرت بالایی در تخمین هدایت هیدرولیکی دارد. شعاع دسته بندی، تعداد قوانین فازی و تعداد دسته ها در مدل های فازی و نروفازی، از اهمیت بالایی برخوردار است. شعاع دسته بندی در مدل ANFIS، براساس کمترین مقدار RMSE برابر 4/0و تعداد قوانین فازی براساس تعداد دسته ها 9 قانون اگر-آنگاه به دست آمد. روش های ارائه شده در این مطالعه که کارآیی بالایی در تخمین هدایت هیدرولیکی در دشت مراغه-بناب نشان دادند، می تواند در تخمین هدایت هیدرولیکی در سایر دشت ها با شرایط هیدروژئولوژیکی مشابه نیز مورد استفاده قرار بگیرند.

آبخیزهای سالم، خدمات اکوسیستمی بسیاری در زمینه های مختلف چون اجتماعی و رفاه اقتصادی ارائه می دهند، لذا می بایست روش هایی توسعه یابند که بتوان بر اساس آن ها درجه ی سلامت و سطح پایداری آبخیزها را تعیین نمود. یکی از شاخص های مورد استفاده برای تعیین پایداری، شاخص پایداری آبخیز (WSI) می باشد. این شاخص از تلفیق چهار زیرشاخص هیدرولوژی، محیط زیست، حیات و سیاست گذاری شکل گرفته است. این شاخص حوضه ی آبخیز را در سه سطح پایین، متوسط و بالا ارزیابی می کند. حوضه ی آبخیز زیدشت به دلیل تغییرات عمده ی دوره ی ده ساله (1380-1390) به عنوان یک حوضه ی مطالعاتی انتخاب شد. مقدار شاخص پایداری برای آبخیز زیدشت در طول دوره ی 1380 تا 1390، 65/0 محاسبه گردید. این مقدار نشان می دهد که این آبخیز در سطح پایداری متوسط رو به پایین قرار گرفته است. با توجه به تحلیل های صورت گرفته مشخص شد که برای رسیدن به توسعه ی پایدار در آبخیز زیدشت لازم است، ابتدا در زمینه ی مسائل کیفی هیدرولوژی (کیفیت آب رودخانه ی زیدشت مد نظر است)، مطالعات و طرح های جامع در راستای مدیریت و حفاظت از منابع آبی موجود در حوضه انجام گیرد و پس از بهبود این مسئله به ترتیب به مسائل پیرامون حیات آبخیزنشینان، محیط زیست، هیدرولوژی (بخش کمیت آب) و در آخر سیاست گذاری پرداخته شود. به این ترتیب این ارزیابی به مدیران و تصمیم گیران در زمینه برنامه ریزی آینده و آمایش سرزمین کمک خواهد کرد.  

آب های زیرزمینی از مهم ترین منابع آب های متعارف در جهان است. در شرایط کنونی، بخش قابل ملاحظه ای از مصارف آب کشور به خصوص در بخش شرب توسط منابع آب زیرزمینی تأمین می گردد. ورود آلاینده های سطحی به منابع آب زیرزمینی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک که با محدودیت کمی و کیفی منابع آب مواجه هستند، از مشکلات جدی است. با توجه به خصوصیات هیدرولوژی و هیدروژئولوژیکی دشت رفسنجان و شرایط بحرانی وضعیت منابع آبی که در این دشت به وجود آمده است. در این پژوهش ب ه منظور بررسی پتانسیل آسیب پذیری آبخوان دشت رفسنجان نسبت ب ه آلودگی از مدل های دراستیک و گادز استفاده شد. نقشه ی پتانسیل آسیب پذیری مدل دراستیک از تلفیق هفت لایه ی عمق آب زیرزمینی، تغذیه خالص، محیط آبخوان، خاک، توپوگرافی، محیط غیراشباع و هدایت هیدرولیکی در محیط GIS برای منطقه ی مورد مطالعه تولید شد. نقشه آسیب پذیری مدل گادز نیز از تلفیق چهار لایه نوع آبخوان، محیط غیراشباع، عمق سطح ایستابی و محیط خاک به دست آمد. برای صحت سنجی مدل ها از میزان تغییرات هدایت الکتریکی در سطح دشت استفاده گردید. نتایج نشان داد که شاخص دراستیک برای کل منطقه بین 33/61 تا 75/183 است و دشت رفسنجان را به پنج کلاس آسیب پذیری خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد تقسیم بندی می کند که به ترتیب 54/0، 93/32، 40/55، 54/10 و 59/0 درصد از مساحت دشت را به خود اختصاص داده اند. مدل گادز نیز منطقه ی مورد مطالعه را به سه کلاس آسیب پذیری کم (%27/32)، متوسط (04/67 %) و زیاد (%69/0) طبقه بندی کرد.  

در حال حاضر تغییر اقلیم موجب بر هم خوردن چرخه ی هیدرولوژیکی زمین به ویژه توزیع زمانی و مکانی آن شده است، لذا بررسی و پیش بینی تغییرات آن بسیار مهم می باشد. در مطالعه ی حاضر اثر تغییر اقلیم بر میزان بارش، دما و رواناب در سه زیرحوضه از حو ضه ی آبخیز همدان- بهار مورد بررسی قرار گرفت. از مدل WETSPASS، جهت برآورد رواناب و از مدل LARS-WG به منظور پیش بینی متغیرهای اقلیمی در طی ۲۰۴۳ - ۲۰۱۴ استفاده شد. نتایج نشان داد مدلHadCM3  با بیشترین ضریب وزنی و کمترین خطا بیشترین کارایی را در شبیه سازی بارش و دما برای منطقه ی مطالعاتی دارد. طبق نتایج ریزمقیاس نمایی، در دوره ی آتی میانگین دمای حداقل و حداکثر به ترتیب حدود 22/1 و 9/0 درجه سانتی گراد افزایش و مجموع بارش حدود ۸ درصد کاهش می یابد. نتایج بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر هیدرولوژی آینده ی حوضه نشان داد، حجم رواناب برای هر سه زیرحوضه تحت سناریو ی A2 کاهش و تحت سناریو ی  B1برای زیرحوضه ی شماره ی ۱ و ۲ کاهش و برای زیر حوضه  ۳ افزایش خواهد یافت. مجموع رواناب ورودی به دشت تحت سناریو A2، ۳۶درصد کاهش و تحت سناریو B1، ۸ درصد افزایش خواهد یافت، که تغییرات سیستم منابع آب حوضه را تحت تأثیر قرار خواهد داد. نکته ی قابل توجه کاهش بارش در فصول زمستان و بهار و بر هم خوردن توزیع زمانی بارش و افزایش دما است،که همراه با تغییر کاربری اراضی می تواند تأثیر منفی قابل توجهی در آینده مدیریت منابع آب داشته باشد. بنابراین پیشنهاد می شود، در برنامه ریزی آینده منابع آب مورد توجه واقع شود.  

شناسایی مناطق مولّد رسوب و تعیین سهم آن ها در تولید رسوب از مهم ترین مصادیق مدیریت خاک به منظور بهره برداری مطلوب آن می باشد. هدف از تحقیق حاضر تعیین واحدهای همگن بر روی کاربری های اراضی و سازندهای زمین شناسی جهت اندازه گیری میزان مشارکت و اهمیّت نسبی آن ها بر رسوب خروجی بود. بر این اساس از مدل های Fargas، BLM و اندازه گیری مستقیم رسوب استفاده شد. سپس با استفاده از نقشه ی سیمای فرسایش واحدهای همگن روی نقشه ی کاربری های اراضی و سازندهای زمین شناسی است خراج شد و میزان رسوبات تولیدی حاصل از فرسایش سطحی، ش یاری و خندقی اندازه گیری شد. با احتساب مجموع میانگین رسوب اندازه گیری شده در هر کاربری، سازند و نیز احتساب مساحت هر کدام، میزان مشارکت از کل رسوب تولیدی مشخص شد. نتایج نشان داد کاربری اراضی مرتع با کدهای B S33R42G21، C S34R43G32  و D S34R43G32با مجموع میانگین73/38 تن در هکتار و سازند رازک با کدهایC S43R42G21  وD s44R43G32 با مجموع میانگین 83/17 تن در هکتار بیشترین مقدار تولید رسوب داشتند. بیشترین سهم تولید رسوب مربوط به کاربری اراضی مرتع با مقدار 9/64% و سازند آسماری با مقدار 43/55% می باشد. سازند بختیاری و اراضی زراعی کمترین اهمیّت نسبی را در فرسایش و تولید رسوب دارند.

تعیین بار رسوبی معلق رودخانه ها یکی از پروژه های مهم مهندسی رودخانه می باشد. پیش بینی بار رسوبی معلق کمک شایانی در زمینه مدیریت منابع آبی خواهد نمود. سوال اصلی در این تحقیق بررسی نقش انواع داده های روزانه، ماهانه و سالانه در برآورد بار رسوبی با استفاده از مدل های مبتنی بر یادگیری ماشین است. بدین منظور از آمار بار معلق در سه مقیاس زمانی روزانه، ماهانه و سالانه ایستگاه هیدرومتری اوهایو واقع در ایالات متحده آمریکا در فاصله سال های 1992 تا 2014 استفاده گردید. با هدف انتخاب مناسب ترین مدل، مدل های شبکه عصبی مصنوعی پس انتشار خطا و تابع پایه ی شعاعی، رگرسیون خطی، k نزدیک ترین همسایه، درخت تصمیم M5، فرآیند گوسی، ماشین بردار پشتیبان و ماشین بردار پشتیبان تکاملی اجرا و مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاصل از این ت حقیق نشان داد که ب رای داده های روزانه، م دل k نزدیک ترین همسای ه با 28/5RMSE=؛ برای داده های ماهانه مدل فرآیند گوسی با 7/8RMSE= و برای داده های سالانه مدل فرآیند گوسی با مقدار 2/7RMSE= مناسب ترین مدل جهت پیش بینی بار رسوبی معلق بوده اند. همچنین مقایسه مقادیر ارزیابی مدل ها حاکی از آن است که پیش بینی داده های سالانه نسبت به ماهانه و روزانه از دقت بیشتری برخوردار هستند.  

ت غییر کانال، فرسایش و رس وب گذاری ک ناره ای رودخان ه ها ف رآیندهای ط بیعی رودخانه های آبرفتی هستند که باعث تخریب زمین های کشاورزی اطراف و خسارت به تأسیسات انسانی اطراف رودخانه می شوند. در این پژوهش از روش BEHI (شاخص خطر فرسایش کناره ای) جهت ارزیابی رودخانه قرانقو چای از نظر الگو و اندازه گیری میزان فرسایش کناره ای و ناپایداری کناره ها استفاده شده است. برای انجام این کار بازه ای از رودخانه انتخاب و 9 مقطع از این بازه مورد بررسی قرار گرفت. در این مدل از داده های مرتبط با پارامترهای ارتفاع کرانه، ارتفاع دبی لبالبی، عمق ریشه، تراکم ریشه، زاویه ی کناره، درصد محافظت کناره و ترکیبات و ساختار مواد کناره استفاده شده است. نتایج به دست آمده از مدل BEHI نشان می دهد که فرسایش کناره ای در هر دو کناره راست و چپ مقاطع عرضی وجود دارد به طوری که در کناره سمت راست رودخانه، میزان خطر فرسایش در تمامی مقاطع از متوسط تا خیلی زیاد است و فقط در یکی از مقاطع میزان خطر فرسایش خیلی کم بوده و همچنین در کناره های چپ رودخانه در مقاطع مذکور میزان خطر فرسایش کناره از خیلی کم تا شدید برآورد شده است. علت بالا بودن ضریب خطر فرسایش در کناره سمت راست، پایین بودن میزان تراکم ریشه در ساحل راست و جنس سست مواد نسبت به ساحل چپ می توان دانست.