پژوهش آب ایران

چکیده با توجه به محدودیت‌های موجود در اندازه‌گیری همه‌ پارامترهای مؤثر بر رفتار هیدرولوژیکی حوضه‌های آبخیز، استفاده از مدل‌های مفهومی ساده و کارآمد که قادر به شبیه‌سازی رواناب سطحی با دقت مناسب و بر اساس داده‌های حداقلی هستند، ضروری به نظر می‌رسد. این مدل‌ها می‌توانند به‌ویژه در مناطقی که محدودیت‌های داده‌ای و منابع وجود دارد، ابزاری مؤثر در تحلیل و مدیریت منابع آبی باشند. در این راستا، هدف تحقیق حاضر بررسی توانایی مدل IHACRES در شبیه‌سازی جریان رودخانه در یک حوضه‌ی نیمه‌خشک با داده‌های محدود است. این موضوع تاکنون در حوضه‌ی سیدآباد واقع در استان کهگیلویه و بویراحمد بررسی نشده است. نوآوری اصلی پژوهش در ارزیابی عملکرد مدل IHACRES در مقیاس‌های زمانی روزانه و ماهانه در این منطقه و تحلیل پایداری آن در شرایط اقلیمی خاص آن منطقه است. به این منظور، از داده‌های بارش، دما و دبی ایستگاه سیدآباد در بازه زمانی 2007 تا 2017 استفاده شده و کالیبراسیون مدل به‌صورت دستی انجام گرفت. نتایج نشان داد که مدل در مقیاس ماهانه دقت بالاتری نسبت به مقیاس روزانه دارد و قادر است رفتار کلی جریان را با ضریب نش-ساتکلیف 63/0 در مرحله کالیبراسیون و 49/0 در مرحله اعتبارسنجی شبیه‌سازی کند. این یافته‌ها حاکی از کارایی مناسب مدل در شرایط داده‌محدود مناطق نیمه‌خشک بوده و استفاده از آن برای مدیریت منابع آب و پیش‌بینی جریان در حوضه‌های مشابه پیشنهاد می‌شود. همچنین، پژوهش حاضر می‌تواند زمینه‌ساز مطالعات و کاربردهای گسترده‌تری در شبیه‌سازی هیدرولوژیکی با استفاده از داده‌های محدود در مناطق خشک و نیمه‌خشک باشد.

چکیده خشکسالی یکی از مهم‌ترین مخاطرات اقلیمی است که اثرات گسترده‌ای بر منابع آب، کشاورزی و اکوسیستم‌ها دارد. پایش و ارزیابی این پدیده نیازمند استفاده از شاخص‌های معتبر و داده‌های قابل اعتماد است. در این پژوهش، برای ارزیابی وضعیت خشکسالی در استان چهارمحال و بختیاری، از مجموعه‌ای از شاخص‌های مبتنی بر داده‌های سنجش از دور شامل شاخص وضعیت پوشش گیاهی (VCI)، شاخص وضعیت دمایی (TCI) و شاخص سلامت گیاهی (VHI) استفاده شد. این شاخص‌ها با استفاده از تصاویر سنجنده MODIS در بازه‌های زمانی فصلی و در بازه زمانی 2000 تا 2023 محاسبه گردیدند. علاوه بر این از داده‌های بارش ماهواره‌ای IMERG نیز استفاده شد. به‌منظور اعتبارسنجی، مقادیر این شاخص‌ها با شاخص استاندارد بارش (SPI) ، به‌عنوان شاخص‌ استاندارد جهانی برای پایش خشکسالی، مقایسه شد. نتایج ارزیابی دقت داده‌های بارش IMERG به کمک داده‌های مشاهده‌ای 33 ایستگاه‌ باران‌سنجی استان چهارمحال و بختیاری نشان داد که میزان همبستگی این داده‌ها بالا و بین 83/0 تا 96/0 و مقدار شاخص NRMSE کمتر از 3/0 است که دلالت بر دقت قابل قبول داده‌های IMERG دارد. نتایج نشان داد بر اساس شاخص VCI فصل بهار که حساسیت بالایی به تغییرات پوشش گیاهی دارد، سال ۲۰۰۰ خشک‌ترین سال است به‌طوری‌که حدود ۷۸ درصد مساحت استان درگیر خشکسالی بوده و در مقابل، سال ۲۰۲۰ حدود ۸۸ درصد استان در وضعیت بدون خشکسالی قرار داشت. شاخص TCI که عمدتاً شرایط دمایی و تنش حرارتی را بازتاب می‌کند نشان داد که در سال‌های با بارش مناسب، به دلیل کاهش دمای سطح زمین مقدار شاخص افزایش یافته است (مانند سال 2019). در مقابل، در سال‌های خشک همچون 2008 و 2021 مقادیر TCI کاهش یافته که بیانگر تشدید اثر خشکسالی از طریق افزایش تنش حرارتی است. نتایج شاخص ترکیبی VHI نیز نشان داد در فصل بهار در بیشتر سال‌های دو دهه اخیر در وضعیت بدون خشکسالی یا خشکسالی خفیف قرار داشته است. با این حال، سال‌های ۲۰۰۰، ۲۰۰۸ و به‌ویژه ۲۰۲۱ به‌عنوان سال‌های بحرانی خشکسالی با شدت متوسط و شدید در استان ثبت شدند. نتایج ارزیابی هبستگی بین شاخص‌ها نشان داد که شاخص SPI سه‌ماهه فصل بهار، بالاترین همبستگی معنی‌دار را با شاخص‌های TCI ،VHI و VCI دارد (به ترتیب 85/0، 81/0 و 65/0)، که نشان‌دهنده تأثیر دما و بارش‌های کوتاه‌مدت در تعیین وضعیت سلامت و سبزینگی پوشش گیاهی در بهار است. در فصل تابستان بیشترین همبستگی مربوط به SPI دوازده‌ماهه و شش‌ماهه با شاخص VCI بود زیرا اثر بارش بر پوشش گیاهی با یک تأخیر زمانی ظاهر می‌شود. بنابراین شاخص‌هایTCI و VHI در فصل بهار و VCI در فصل تابستان می‌تواند تصویر دقیق‌تر و کامل‌تری از پاسخ پوشش گیاهی به بارش‌های بهاره در استان فراهم آورد. تحلیل‌های مکانی نشان داد که مناطق شمال و شرق استان شامل شهرکرد، بروجن، اردل و سامان بیشترین آسیب‌پذیری را در سال‌های خشک نشان داده‌اند، در حالی‌که مناطق غربی و جنوبی مانند لردگان و کوهرنگ معمولاً شرایط پایدارتر و بدون خشکسالی داشته‌اند.

چکیده در دو دهه گذشته تغییرات اقلیم با ایجاد تغییر در الگوی برداشت و حجم آب موجود منابع آب سطحی و زیرزمینی در حوضه آبریز سفیدرود، مدیریت منابع آب را دچار چالش کرده است. بنابراین هدف این مطالعه بررسی اثر تغییرات اقلیم به‌صورت کمی بر سطح مدیریت منابع آب سطحی و زیرزمینی این حوضه می‌باشد. در این راستا از مدل هیدرولوژی SWAT استفاده و منطقه به 15 زیرحوضه تقسیم شد. در این تحقیق سطح مدیریت بر اساس یک شاخص فیزیکی که نیاز آبی محیط زیست، حجم آب موجود و برداشت از منابع آب را همزمان در نظر می‌گیرد، محاسبه شده است. نتایج نشان داد اگر چه دمای سالانه در سراسر حوضه افزایش یافته‌، اما روند بلندمدت بارش‌ها، الگوی مکانی متفاوتی‌ نشان می‌دهد. در شرایط کنونی نواحی جنوبی و بخش‌هایی از مناطق مرکزی کمترین میزان حجم آب موجود و برداشت آب از رودخانه‌ را دارند، در حالی که نواحی شمالی و شرقی بیشترین حجم آب موجود را نشان می‌دهند، به‌طوری که در هشت زیرحوضه، سطح مدیریت منفی (نقاط بحرانی اکولوژیکی) می‌باشد. حجم آب موجود زیرزمینی در مناطق غربی و شرقی دارای کمترین مقدار و در نواحی شمالی و مرکزی دارای بیشترین مقدار است. با این حال، برداشت آب زیرزمینی در نواحی جنوبی بیش از مناطق شرقی است. اکثر نواحی، سطح مدیریت قابل ‌قبولی دارند، اما سه زیرحوضه به‌دلیل اضافه برداشت از آب زیرزمینی دارای سطح مدیریت منفی هستند. تغییر اقلیم در دوره مطالعاتی بسته به‌شرایط منطقه‌ای، منجر به کاهش یا بهبود سطح مدیریت رودخانه و منابع آب زیرزمینی شده است. سطح مدیریت منابع در حوضه‌های با روند بارندگی مثبت، افزایش و سطح مدیریت در حوضه‌هایی با روند بارندگی منفی، کاهش یافته است. بنابراین این پژوهش تأکید می‌کند که اثر تغییر اقلیم بر سطح مدیریت رودخانه و آب زیرزمینی یکسان است، زیرا در دسترسی به آب شیرین نقش اصلی دارد. بنابراین روند بلندمدت عناصر اقلیمی به‌طور پیوسته بر دسترسی بلندمدت به آب و سطح مدیریت تأثیرگذار است

چکیده این پژوهش به بررسی تأثیر پدیده تغییر اقلیم بر الگوی هیدرولوژیکی و میزان بار رسوبی حوضه آبریز رودخانه کشکان در استان لرستان می‌پردازد. با استفاده از مدل پیش‌بینی کننده اقلیمی Can ESM5.0 از گزارش ششم CMIP6 و بر اساس سناریوهای SSP1-2-6 (خوش‌بینانه) و SSP5-8-5 (بدبینانه)، تغییرات پارامترهای جوی (دما و بارش) برای دوره آتی 2023 تا 2043، با در نظر گرفتن دوره پایه 1992 تا 2023، پیش‌بینی شد. سپس، با بهره‌گیری از مدل‌های هیبریدی فراکاوشی شامل شبکه عصبی مصنوعی-موجک، شبکه عصبی مصنوعی-ازدحام مرغ و شبکه عصبی مصنوعی-ازدحام ذرات ، میزان رسوبات رودخانه کشکان با استفاده از پارامترهای بارش، دما و دبی جریان پیش‌بینی گردید. نتایج نشان داد که مدل Can ESM5.0 در شبیه‌سازی دمای حداکثر و حداقل دقت بالایی دارد، اما در شبیه‌سازی بارش خطای بیشتری را نشان می‌دهد. پیش‌بینی‌های دمایی حاکی از افزایش دما در هر دو سناریو SSP1-2-6 و SSP5-8-5 در دوره 2023 تا 2043 بود، با افزایش بیشتر دما در سناریوی SSP5-8-5 در پیش‌بینی بارش، تفاوت‌های قابل‌توجهی بین مدل‌ها مشاهده شد، به‌طوری‌که مدل BCC-CSM2-MR بارش بسیار بالاتری را در ماه‌های ژوئن تا اکتبر پیش‌بینی کرد. ارزیابی عملکرد مدل‌های هیبریدی نیز نشان داد که ساختارهای ترکیبی شامل کلیه پارامترهای ورودی، به دلیل افزایش حافظه، عملکرد بهتری دارند و در این میان، مدل شبکه عصبی مصنوعی-موجک با دقت بیشتر و خطای کمتر نسبت به سایر مدل‌ها برتر است. نهایتاً، نتایج پیش‌بینی بار رسوبی در سال‌های آتی حاکی از افزایش 23 درصدی میزان رسوبات رودخانه است که لزوم توجه جدی به مدیریت جامع حوضه آبریز و اجرای برنامه‌های کنترل فرسایش و رسوب‌زدایی را بیش‌ازپیش نمایان می‌سازد.

چکیده تغییرات اقلیمی و محدودیت منابع آب، بهره‌وری گندم آبی را به یکی از چالش‌های راهبردی کشاورزی ایران تبدیل کرده‌اند. این پژوهش با هدف ارزیابی بهره‌وری آب گندم در استان البرز تحت سناریوهای اقلیمی آینده تا سال 2040 انجام شد. سناریوهای اقلیمی 6/1-2SSP، 5/2-4SSP و 5/5-8SSP به‌ترتیب نمایانگر مسیرهای پایدار، میانه و پرانتشار گازهای گلخانه‌ای هستند که سطوح مختلف غلظت CO₂، تغییرات دما و اثرات اقلیمی را تا پایان قرن ۲۱ شبیه‌سازی می‌کنند. برای ریزمقیاس‌سازی داده‌های اقلیمی از مدل 8LARS-WG و برای شبیه‌سازی عملکرد محصول از مدل1/7AquaCrop استفاده گردید. نتایج نشان داد که در شرایط آبیاری کامل، بهره‌وری آب از 85/1 کیلوگرم بر مترمکعب در سال 2023 در سناریوی 5/4-2SSP به 70/1 کاهش می‌یابد، در حالی‌که در سناریوی 5/5-8SSP به 93/1 افزایش می‌یابد. کاهش 150 گرمی بهره‌وری در 5/4-2SSP منجر به افت عملکردی معادل بیش از 4600 تن گندم آبی در سال 2040 خواهد شد که حدود 10 درصد تولید سال زراعی 1402–1401 را شامل می‌شود. در سناریوی 5/8-5SSP، به‌دلیل غلظت بالای CO₂، عملکرد محصول در سطوح آبیاری 100، 80 و 60 درصد تا 4 درصد افزایش یافت، اما در 5/4-2SSP تا 8 درصد کاهش نشان داد. مدل‌سازی اقلیمی حاکی از آن است که در این سناریو، عملکرد گندم در تمامی سطوح آبیاری به‌طور یکنواخت کاهش خواهد یافت، که نقش غالب تغییرات اقلیمی را نسبت به میزان آبیاری برجسته می‌سازد. همچنین، نتایج نشان داد که مدل AquaCrop در شرایط آبیاری کامل عملکرد مناسبی دارد، اما در آبیاری‌های محدود و دور آبیاری طولانی‌مدت (۱۴ روزه)، دقت آن کاهش می‌یابد و نیازمند اصلاح ساختاری برای شبیه‌سازی دقیق‌تر در شرایط تنش شدید آبی است.

چکیده سدهای خاکی یکی از قدیمی‌ترین سازه‌های تمدن بشر بوده و از دیرباز تاکنون نقش مهمی در تأمین و مدیریت منابع آب ایفا کرده‌اند. پایداری شیروانی این سدها در حالت‌های مختلف بهره‌برداری از جمله تراوش پایدار، تخلیه سریع مخزن و بارگذاری لرزه‌ای از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، به‌ویژه آنکه بسیاری از سدهای خاکی موجود در حال بهره‌برداری، با شرایط بارگذاری جدید و الزامات ایمنی سخت‌گیرانه‌تری مواجه هستند. در این تحقیق، یکی از مهم‌ترین پارامترهای طراحی سدهای خاکی، یعنی پایداری شیب بالادست تحت بارگذاری دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش، یک راهکار نوین و سازه‌ای به‌منظور افزایش ضریب اطمینان پایداری شیروانی سدهای خاکی قدیمی و در حال بهره‌برداری ارائه شده است. بدین منظور، مدل‌سازی عددی سد خاکی علویان با استفاده از نرم‌افزار GeoStudio/W انجام شده است. در حالات مختلف مورد بررسی، شامل حالت استاتیکی پایان ساخت، تراوش پایدار، تخلیه سریع مخزن و تحلیل دینامیکی، ضریب اطمینان شیب بالادست سد قبل و بعد از اجرای نیلینگ محاسبه و مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از نیلینگ موجب افزایش قابل‌ملاحظه پایداری شیروانی سد خاکی در تمامی حالات مورد بررسی شده است؛ به‌طوری‌که ضریب اطمینان به میزان 18.554 درصد در حالت استاتیکی پایان ساخت، 17.746 درصد در حالت تراوش پایدار، 22.164 درصد در حالت تخلیه سریع و 11.6 درصد در حالت دینامیکی افزایش یافته است.

چکیده آبخوان‌های دایره‌ای ممکن است در طبیعت یافت شوند. این پژوهش یک راه‌حل ریاضی دقیق و کامل برای مدل‌سازی رفتار هیدرولیکی یک آبخوان دایره‌ای تحت اثر پمپاژ را ارائه می‌دهد. این راه‌حل می‌تواند به‌عنوان ابزاری کارآمد برای درک بهتر رفتار هیدرودینامیکی آبخوان‌های دایره‌ای و طراحی بهینه‌ی چاه‌های پمپاژ مورد استفاده قرار گیرد. با فرض همگن و ایزوتروپ بودن آبخوان، معادله حاکم بر جریان آب زیرزمینی در شرایط پایدار با استفاده از روش تابع گرین و بسط سری فوریه حل شد. راه‌حل نهایی به یک فرمول ریاضی بسته و مستقیم تبدیل شد که محاسبات را بسیار آسان می‌کند. این فرمول امکان محاسبه‌ی توزیع هد هیدرولیکی و تابع پتانسیل جریان را در هر نقطه از آبخوان و برای هر محل دلخواه چاه فراهم می‌نماید. نتایج نشان داد که به دلیل قرارگیری چاه در موقعیتی غیرمرکزی (در فاصله ۳ متری از مرکز با زاویه ۵۰ درجه نسبت به افق)، توزیع هیدرولیکی در اطراف آن کاملاً متقارن نیست در راستای موقعیت چاه (در راستای 50 درجه نسبت به افق)، افت سطح آب به طور محسوسی بیشتر از راستای عمود بر آن (۹۰ درجه) بود که نشان‌دهنده تأثیر قوی موقعیت غیرمرکزی چاه بر توزیع نامتقارن مخروط افت است. برای اعتبارسنجی حل تحلیلی ارائه شده، نتایج آن با یک شبیه‌سازی عددی مبتنی بر روش اجزای محدود در نرم‌افزار متلب مقایسه شد. این مقایسه به صورت کمی و با استفاده از پروفیل‌های افت سطح آب در دو راستای زاویه‌ی ° θ=67.5و ° θ=90انجام گرفت. برای سنجش میزان انطباق، از شاخص‌های آماری ضریب تعیین (R²) و خطای ریشه میانگین مربعات (RMSE) استفاده شد. محاسبات نشان داد که مقادیر این شاخص‌ها، به ترتیب 96/0 و 06/0 می‌باشد که بیانگر همبستگی و انطباق بسیار خوب بین دو مجموعه داده است. این نتایج، قابلیت اطمینان بالای حل تحلیلی ارائه شده را تأیید می‌کنند و نشان می‌دهند که این راه‌حل می‌تواند بعنوان ابزاری کارآمد برای درک بهتر رفتار هیدرودینامیکی آبخوان‌های دایره‌ای و طراحی بهینه‌ی چاه‌های پمپاژ مورد استفاده قرار گیرد.

چکیده فاضلاب صنعت چرم‌سازی، به عنوان یک فاضلاب پیچیده با داشتن بار آلی بسیار بالا و شوری زیاد، می‌تواند با ایجاد استرس اسمزی کارایی فرآیندهای بیولوژیکی را مختل نماید. این پژوهش با هدف ارزیابی عملکرد یک سامانه ترکیبی در مقیاس پایلوت و با فاضلاب واقعی شهرک چرم‌سازی ورامین انجام شد. سامانه شامل پیش‌تصفیه شیمیایی، راکتور بیولوژیکی هوازی با بستر متحرک و پالایش نهایی شیمیایی بود. پایش کیفی در محدوده شوری ۱۹ تا ۲۴ گرم بر لیتر انجام و پارامترهای COD، TSS، TDS، EC و pH در نقاط مختلف اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد این سیستم به‌طور میانگین ۷۰ درصد از COD را حذف کرد که بیشترین سهم مربوط به واحد بیولوژیکی (میانگین راندمان ۵/۳۵ درصد) و سهم تکمیلی مربوط به واحد شیمیایی ثانویه بود. عملکرد بیولوژیکی در برابر شوری رفتاری آستانه‌ای داشت؛ به‌گونه‌ای که تا حدود ۲۲ گرم بر لیتر پایدار بود اما افزایش ناگهانی آن موجب کاهش شدید راندمان و افزایش COD خروجی شد. همچنین TDS در طول فرآیند تقریباً ثابت مانده و پساب نهایی از نظر شوری غیراستاندارد بود. این یافته‌ها نشان می‌دهد که باوجود کارایی مناسب در حذف مواد آلی، مدیریت شوری و به‌ویژه جلوگیری از شوک‌های شوری، چالش اصلی و فراتر از توان فرآیندهای متعارف است . . . .