محمودرضا طباطبایی؛ امین صالح پور جم؛ جمال مصفایی
چکیده
مقدمهچرخه فرسایش خاک، شامل برداشت، حمل و رسوبگذاری که رسوبدهی حوزه‌های آبخیز را کنترل می‌کند، شامل مجموعه‌ای از فرایندهای پیچیده و به شدت غیر‌خطی است. از سوی دیگر، عوامل تاثیرگذار در رسوبدهی حوزه‌های آبخیز بسیار متنوع بوده و با توجه به شرایط خاص اقلیمی، خاکشناسی، پوشش گیاهی، زمین‌شناسی، توپوگرافی و غیره در هر حوضه، وزن و ...
بیشتر
مقدمهچرخه فرسایش خاک، شامل برداشت، حمل و رسوبگذاری که رسوبدهی حوزه‌های آبخیز را کنترل می‌کند، شامل مجموعه‌ای از فرایندهای پیچیده و به شدت غیر‌خطی است. از سوی دیگر، عوامل تاثیرگذار در رسوبدهی حوزه‌های آبخیز بسیار متنوع بوده و با توجه به شرایط خاص اقلیمی، خاکشناسی، پوشش گیاهی، زمین‌شناسی، توپوگرافی و غیره در هر حوضه، وزن و نقش هر یک از عوامل یاد شده در تولید رسوب بسیار متفاوت است. تعیین و اندازه‌گیری دقیق این عوامل و ایجاد رابطه‌های ریاضی بین آنها اغلب مشکل، پرهزینه، زمانبر و با خطا همراه بوده است. این در حالی است که با استفاده از مدل‌های مبتنی بر هوش محاسباتی و به‌کارگیری تعداد محدودی از متغیرهای دینامیک حوضه، می‌توان رفتار حوزه آبخیز را در تولید رسوب به خوبی شبیه‌سازی کرد. صرف‌نظر از نوع مدل‌های هوشمند، در اغلب پژوهش‌های انجام شده (به‌ویژه در تحقیقات داخلی)، شبیه‌سازی رسوب معلق به‌طور عمده، بر پایه متغیر دبی جریان بوده است و به نقش متغیرهایی نظیر بارش (به‌ویژه بارش اخذ شده از تصاویر ماهوارهای) که در رسوبدهی حوضه‌ها موثرند، کمتر توجه شده است. علاوه‌بر بارش، چولگی داده‌های رسوب‌سنجی نیز از جمله مسایلی است که عدم شناخت و توجه به آن سبب کاهش کارایی مدل‌های برآوردگر خواهد شد. در پژوهش حاضر، نقش متغیر بارش روزانه اخذ شده از ماهواره CHIRPS در شبیه‌سازی رسوب معلق رودخانه قرهچای مورد بررسی قرار گرفته است. مواد و روش‌هابه‌منظور شبیه‌سازی غلظت رسوب معلق روزانه رودخانه قرهچای در محل ایستگاه آب‌سنجی رامیان در استان گلستان، از شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چند لایه استفاده شد. به این منظور، از متغیرهای دبی جریان و دبی جریان پیشین در مقیاس‌های لحظه‌ای و روزانه و همچنین، متوسط بارش روزانه و پیشین حوضه اخذ شده از ماهواره CHIRPS برای یک دوره آماری 37 ساله (1396-1359) به‌عنوان متغیرهای ورودی مدل، استفاده شد. جهت افزایش قدرت تعمیمدهی مدل‌ها، از شبکه عصبی نگاشت خود سازمانده (برای خوشه‌بندی داده‌ها) و به‌منظور یافتن بهترین ترکیب متغیرهای ورودی، از آزمون گاما استفاده شد. در راستای افزایش کارایی آموزش شبکه، انواع توابع فعالسازی و زیان و همچنین، الگوریتم جلوگیری از بیش برازش استفاده شد. به‌منظور بررسی تاثیر به‌کارگیری توابع فعالسازی و زیان در برآورد رسوب معلق، سناریوهای مختلفی در نظر گرفته شد که در مجموع منجر به ساخت نه مدل شد. پس از آن، با استفاده از شاخص‌های صحت‌سنجی، میزان کارایی مدل‌ها در شبیه‌سازی رسوب معلق مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت و سپس مدل برتر انتخاب شد. نتایج و بحثنتایج پژوهش حاضر، نشان داد که از بین مدل‌های مختلف، مدل شبکه عصبی با تابع فعالسازی Huber و تابع زیان ReLU، با داشتن میانگین قدر مطلق خطا برابر 368 میلی‌گرم در لیتر، ریشه میانگین مربعات خطا برابر 597 میلی‌گرم در لیتر، ضریب ناش-ساتکلیف 0.87 و درصد اریبی 2.2- درصد، به‌عنوان مدل برتر انتخاب شد. نتایج همچنین نشان داد که استفاده از متغیر بارش، به‌عنوان یکی از عوامل مهم در ایجاد فرسایش و انتقال رسوب حوضه، سبب بهبود کارایی مدل‌ها شده است. لذا با توجه به سهولت استفاده از داده‌های بارش ماهواره CHIRPS، می‌توان در شبیه‌سازی رسوب معلق رودخانه‌ها، از این داده نیز به همراه سایر متغیرهای پیشبینی کننده استفاده شود. نتیجه‌گیریدر شبیه‌سازی رسوب معلق، اغلب از متغیر دبی جریان به‌عنوان تنها متغیر پیشبینی کننده رسوب معلق استفاده می‌شود، این در حالی است که در حوضه‌هایی با رژیم‌های بارانی، یا بارانی-برفی، نقش بارش در تولید رواناب‌های سطحی و فرسایش خاک بسیار با اهمیت بوده است و نقش مهمی در تولید و انتقال رسوب حوضه دارد. اگرچه استفاده از داده‌های بارش اخذ شده از ایستگاه‌های باران‌سنجی زمینی، نقش موثری در افزایش کارایی مدل‌های داده مبنا در برآورد رسوب معلق داشته است، با این حال، تهیه صدها لایه مکانی توزیعی بارش روزانه از داده‌های نقطه‌ای ایستگاه‌های زمینی، استفاده از این متغیر را در شبیه‌سازی رسوب معلق حوضه با مشکلات فراوان (نظیر کمبود یا نامناسب بودن توزیع مکانی ایستگاه‌های باران‌سنجی، نواقص آماری، به‌کارگیری روش‌های میان‌یابی نامناسب و زمانبر بودن انجام محاسبات) روبهرو ساخته است. لذا، در عمل، اغلب از متغیر دبی جریان رودخانه به‌عنوان متغیر پیشبینی کننده رسوب استفاده شده و کمتر از بارش استفاده می‌شود. یکی از راه‌حلهای برون‌رفت از مشکل یاد شده که در پژوهش حاضر به آن پرداخته شد، استفاده از داده‌های ماهوارهای CHIRPS است که برای اولین بار در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت. این داده‌ها از سال 1981 میلادی در دسترس است و به سادگی می‌تواند برای شبیه‌سازی رسوب معلق یا دیگر کاربردهای مرتبط با حوزه‌های آبخیز مورد استفاده قرار گیرد. نکته مهم دیگر که لازم است در شبیه‌سازی رسوب معلق به آن توجه شود، وجود چولگی زیاد در داده‌های رسوب‌سنجی بوده (داده‌های رسوب معلق و دبی جریان) که عدم توجه به آن در فرایند آموزش (یا واسنجی) و آزمون مدل‌ها منجر به ساخت مدل‌های ضعیف به لحاظ کارایی و وجود عدم قطعیت در صحت نتایج آنها خواهد شد. در این رابطه، لازم است از تبدیل‌های لگاریتمی و یا توابع مناسب فعالسازی و زیان در فرایند آموزش استفاده شود که در این پژوهش به‌ترتیب دو تابع ReLU و Huber پیشنهاد شد. از نکات مهم دیگر، توجه به قدرت تعمیمدهی مدل‌های داده مبنا است که تا اندازه زیادی وابسته به داده‌های استفاده شده در فرایند واسنجی یا آموزش آنها است. این داده‌ها باید به‌گونه‌ای انتخاب شوند که ضمن آن‌که معرف داده‌ها در کل دوره آماری هستند، با دیگر مجموعه‌های داده (نظیر مجموعه‌های ارزیابی یا آزمون)، مشابه و از توزیع یکسان برخوردار باشند. با توجه به نتایج به‌دست آمده از پژوهش حاضر و به‌منظور افزایش کارایی مدل‌های شبکه عصبی مصنوعی در برآورد رسوب معلق ایستگاه‌های هیدرومتری حوزه‌های آبخیز، پیشنهاد می‌شود از تجارب به‌دست آمده در این پژوهش در دیگر ایستگاه‌های رسوب‌سنجی کشور نیز استفاده شود.
داود نیک‌کامی؛ صمد شادفر
چکیده
خاک به عنوان یکی از اجزای هر بوم‌سازه و منبع مهم تولید غذا، نقش بسیار جدی در ادامه حیات بشر دارد. لذا، ضرورت حمایت و حفاظت از خاک و جلوگیری از فرسایش آن، امری الزامی است. در مورد مقدار فرسایش و رسوب کشور، ارقام متفاوت و در برخی از پژوهش‌ها تا چند برابر اختلاف را ذکر کرده‌اند. این ارقام از کمتر از یک تا بیش از پنج میلیارد تن در سال با هم ...
بیشتر
خاک به عنوان یکی از اجزای هر بوم‌سازه و منبع مهم تولید غذا، نقش بسیار جدی در ادامه حیات بشر دارد. لذا، ضرورت حمایت و حفاظت از خاک و جلوگیری از فرسایش آن، امری الزامی است. در مورد مقدار فرسایش و رسوب کشور، ارقام متفاوت و در برخی از پژوهش‌ها تا چند برابر اختلاف را ذکر کرده‌اند. این ارقام از کمتر از یک تا بیش از پنج میلیارد تن در سال با هم تفاوت دارند. محاسبه و ترسیم نقشه فرسایش و رسوبدهی، اطلاعات مهمی را ارائه می‌دهد که در طراحی سدها، مخازن، کانال‌ها، عملیات حفاظت خاک، ارزیابی خسارات محلی و غیرمحلی فرسایش و پروژه‌های آمایش سرزمین و ارزیابی قابلیت اراضی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نقشه میزان فرسایش یکی از نقشه‌های پایه، علمی و کاربردی در بخش‌های مختلف اجرایی، تحقیقاتی و آموزشی می‌باشد. با توجه به ضرورت تعیین مقدار فرسایش و رسوب برای کل کشور و تعیین اولویت‌های اجرایی در مناطق با پتانسیل زیاد فرسایش، این پروژه توسط پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری تعریف و به انجام رسید. بر این اساس، تفکیک حوزه‌های آبخیز رده هفت به هفت منطقه یا ناحیه شامل 1) البرز شرقی 2) البرز میانی 3) البرز غربی 4) ایران مرکزی 5) زاگرس شمالی 6) زاگرس میانی و 7) زاگرس جنوبی صورت گرفت. آمار بلندمدت رسوب‌سنجی 118 ایستگاه در این مناطق مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و با روش حد وسط دسته‌ها مقدار رسوب هر ایستگاه تعیین شد. با توجه به میزان بار بستر رودخانه‌ها، با استفاده از مدل EPM میزان رسوبدهی و با در نظر گرفتن ضریب انتقال رسوب حوضه‌ها میزان فرسایش خاک تعیین و نقشه فرسایش خاک کشور برای حوزه‌های آبخیز مشرف به ایستگاه‌های هیدرومتری ارائه شد. نتایج نشان داد که میانگین رسوبدهی و میزان متوسط وزنی فرسایش خاک در حوضه‌های مشرف بر ایستگاه‌های دارای آمار رسوب در کشور، به‌ترتیب 3.3 و 16 تن در هکتار در سال است. کمترین و بیشترین میزان فرسایش خاک به‌ترتیب با مقادیر 9 و 32.4 تن در هکتار در سال متعلق به مناطق زاگرس میانی و زاگرس جنوبی است.
رضا طلایی؛ محسن شریعت جعفری؛ بایرامعلی بیرامی
چکیده
زمینلغزشها، از عوامل عمده فرسایش و تولید رسوب در حوضه‌های شیبدار وکوهستانی هستند. هر چند شواهد دال بر این است که میزان رسوب وارده به رودخانه‌های مناطق کوهستانی استان اردبیل بر اثر زمینلغزشها قابل توجه است، اما از لحاظ کمی عدد و رقم متقن مبتنی بر تحقیق علمی برای آن ارائه نشده است. در این پژوهش، موضوع در حوضه بالخلوچای ...
بیشتر
زمینلغزشها، از عوامل عمده فرسایش و تولید رسوب در حوضه‌های شیبدار وکوهستانی هستند. هر چند شواهد دال بر این است که میزان رسوب وارده به رودخانه‌های مناطق کوهستانی استان اردبیل بر اثر زمینلغزشها قابل توجه است، اما از لحاظ کمی عدد و رقم متقن مبتنی بر تحقیق علمی برای آن ارائه نشده است. در این پژوهش، موضوع در حوضه بالخلوچای استان اردبیل با استفاده از داده‌های مستخرج از عکس‌های هوایی، مطالعات صحرایی و داده‌های رسوب‌سنجی ایستگاه هیدرومتری پل الماس مورد بررسی قرار گرفت. با تعیین رابطه داده‌های متناظر دبی جریان و دبی رسوب، حجم رسوب در ایستگاه‌های رسوب‌سنجی مرتبط با حوضه برآورد شد. میزان رسوب برآوردی در دوره‌های زمانی مختلف با دوره‌های فعالیت زمینلغزشها مورد مقایسه قرار گرفت و تاثیر زمینلغزشها در افزایش فرسایش و رسوبدهی حوضه تعیین شد. زمین‌لغزش‌های بزرگ مورد اشاره باعث افزایش قابل توجه بار رسوبی رودخانه بالخلوچای شده‌اند. آثار این لغزش‌ها در بار معلق عبوری از ایستگاه پلالماس مشاهده می‌شود. میانگین رسوب سالانه بر اساس داده‌های کل دوره آبی 40 ساله برابر با 46566.30 تن در سال است، در حالی‌که میانگین رسوب سالانه بر اساس داده‌های 36 ساله، یعنی با حذف داده‌های مربوط به سال‌های لغزشی 1369 تا 1372، برابر با 30831 تن در سال می‌باشد. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که بر اساس برآوردهای انجام گرفته میزان رسوب حمل شده به‌وسیله رودخانه بالخلوچای بعد از وقوع دو مورد زمین‌لغزش ساریقیه و ایلانجق در طول دوره چهار ساله (سال 1369 تا سال 1372) به‌طور محسوسی افزایش یافته است.
حشمت‌اله آقارضی؛ علی‌اکبر داودی‌راد؛ مهدی مردیان؛ مجید صوفی
چکیده
شناخت فرایندهای موثر در فرسایش به‌خصوص آستانه‌ها یکی از راه‌کارهای مهم مدیریتی منابع آب و خاک محسوب می‌شود. فرسایش خندقی یکی از مهمترین منابع رسوبدهی حوزه‌های آبخیز است که برای آن آستانه‌های مختلف از جمله مساحت-شیب یا توپوگرافی تعریف شده است. در این پژوهش به تحلیل آستانه توپوگرافی خندق‌ها در حوزه آبخیز ظهیرآباد ...
بیشتر
شناخت فرایندهای موثر در فرسایش به‌خصوص آستانه‌ها یکی از راه‌کارهای مهم مدیریتی منابع آب و خاک محسوب می‌شود. فرسایش خندقی یکی از مهمترین منابع رسوبدهی حوزه‌های آبخیز است که برای آن آستانه‌های مختلف از جمله مساحت-شیب یا توپوگرافی تعریف شده است. در این پژوهش به تحلیل آستانه توپوگرافی خندق‌ها در حوزه آبخیز ظهیرآباد شازند پرداخته شد. ابتدا بر اساس عملیات میدانی و مدل رقومی ارتفاع، مشخصات مورفومتری 14 خندق همراه با نمونه‌برداری خاک و خصوصیات پوشش گیاهی اندازه‌گیری شد. سپس با تحلیل‌های عاملی و خوشه‌ای، خندق‌های همگن منطقه مطالعاتی تعیین شد و رابطه توانی مساحت-شیب برای آنها تهیه شد. طبق نتایج، همبستگی قوی بین مساحت با شیب آبخیز خندق‌ها مشاهده نشد. به‌طوری‌که ضریب تبیین از نقطه ایجاد و نقطه گسترش کل خندق‌های مطالعاتی به‌ترتیب برابر 0.111 و 0.181 به‌دست آمد. با توجه به نتایج، فرایند غالب در ایجاد و گسترش خندق‌های منطقه ظهیرآباد مربوط به تمرکز جریان و فرسایش خطی است که بر روی دامنه‌های شیبدار منجر به تشکیل و توسعه خندق شده است. با توجه به غالبیت بافت لومی خاک، تغییر کاربری و تخریب پوشش گیاهی در منطقه، پیشنهاد می‌شود تا ضمن بررسی الگوی استفاده از اراضی منطقه، بهینه‌سازی کاربری و تقویت پوشش گیاهی دامنه‌ای به‌منظور کنترل فرسایش خندقی انجام گیرد.
داود نیک‌کامی؛ رضا سکوتی اسکویی؛ ابراهیم بروشکه؛ فانیذ حشمتی
چکیده
مواد و ذرات فرسایش یافته در عرصه‌های آبخیز به سه صورت بار محلول، معلق و بستر به‌وسیله رودخانه‌ها جابجا می‌شوند. در برآورد رسوبدهی حوزه‌های آبخیز، دانستن میزان بار معلق و بستر رودخانه‌ها لازم است. معمولاّ اندازه‌گیری بار معلق در ایستگاه‌های رسوب‌سنجی و به‌طور روزانه صورت می‌گیرد. ولی این امر در مورد بار بستر اتفاق نمی‌افتد. ...
بیشتر
مواد و ذرات فرسایش یافته در عرصه‌های آبخیز به سه صورت بار محلول، معلق و بستر به‌وسیله رودخانه‌ها جابجا می‌شوند. در برآورد رسوبدهی حوزه‌های آبخیز، دانستن میزان بار معلق و بستر رودخانه‌ها لازم است. معمولاّ اندازه‌گیری بار معلق در ایستگاه‌های رسوب‌سنجی و به‌طور روزانه صورت می‌گیرد. ولی این امر در مورد بار بستر اتفاق نمی‌افتد. در حال حاضر، علی‌رغم تفاوت زیادی که در تشکیلات زمین‌شناسی و شدت بارندگی و رواناب حوزه‌های آبخیز وجود دارد، میزان بار بستر رودخانه‌ها به‌صورت ضریبی ثابت از بار معلق در نظر گرفته می‌شود. در این حالت، خطای زیادی در برآورد بار رسوبی حوزه‌ها صورت می‌پذیرد. در این طرح، پس از جمع‌آوری آمار بار بستر و معلق سه ایستگاه هیدرومتری بدلان بر روی رودخانه الندچای، پل یزدکان بر روی رودخانه قطورچای و مزرعه بر روی رودخانه بارون‌چای در استان آذربایجان‌غربی نسبت به تجزیه و تحلیل و برازش منحنی بین داده‌های بار بستر و معلق اقدام شد. بر اساس آنالیزهای آماری مشخص شد، تمامی داده‌ها در سطح 99 درصد معنی‌دار بوده و با توجه به ضرایب همبستگی، اقدام به تعیین رابطه رگرسیونی مناسب شد. نسبت بار بستر به بار معلق در ایستگاه‌های هیدرومتری یزدکان، بدلان و مزرعه به‌طور مجزا به‌ترتیب 79، 49 و 13 درصد بود. این ضریب برای همه ایستگاه‌های هیدرومتری استان مقدار 47 درصد را نشان داد.
