محمودرضا طباطبایی؛ محمدرضا غریب رضا
چکیده
مقدمهبرآورد دقیق رسوب معلق در رودخانههای پررسوب، بهویژه در مناطق نیمهخشک مانند حوزه گرگانرود، از چالشهای اساسی در مدیریت منابع آب و کنترل رسوبات مخازن سدها محسوب میشود. افزایش غلظت رسوبات نهتنها بر کیفیت آب تأثیر میگذارد، بلکه با کاهش عمر مفید سازههای هیدرولیکی و تغییر مورفولوژی رودخانه، خسارات اقتصادی و زیستمحیطی ...
بیشتر
مقدمهبرآورد دقیق رسوب معلق در رودخانههای پررسوب، بهویژه در مناطق نیمهخشک مانند حوزه گرگانرود، از چالشهای اساسی در مدیریت منابع آب و کنترل رسوبات مخازن سدها محسوب میشود. افزایش غلظت رسوبات نهتنها بر کیفیت آب تأثیر میگذارد، بلکه با کاهش عمر مفید سازههای هیدرولیکی و تغییر مورفولوژی رودخانه، خسارات اقتصادی و زیستمحیطی قابلتوجهی بهدنبال دارد. در این میان، رودخانه اترک بهعنوان یکی از مهمترین منابع رسوبی در شمال شرق ایران، نمونهای بارز از این چالشهاست. با توجه به محدودیتهای روشهای سنتی اندازهگیری مستقیم و مدلهای فیزیکی پرزحمت، توسعه مدلهای دادهمبنا با دقت بالا بهعنوان راهکاری کارآمد برای پایش و پیشبینی رسوب مطرح میشود. مواد و روشهادر این پژوهش، برای برآورد رسوب معلق رودخانه اترک در ایستگاه هوتن، از ترکیبی از روشهای کلاسیک و هوشمند شامل: (1) منحنی سنجه رسوب (با دو روش حد وسط دستهها و یک خطی)، (2) شبکههای عصبی (MLP و SOM)، (3) مدلهای یادگیری عمیق و (4) روشهای یادگیری جمعی استفاده شد. فرایند مدلسازی در سه مرحله اصلی انجام پذیرفت. ابتدا با بهرهگیری از الگوریتم جنگل تصادفی، متغیرهای کلیدی مؤثر بر رسوب (شامل دبی جریان، بارش روزانه و مقادیر تأخیری آنها) شناسایی شدند. سپس دادهها با روش خوشهبندی به گروههای همگن تقسیم شدند که این امر امکان نمونهبرداری متوازن از هر خوشه برای ایجاد مجموعههای همگن آموزش (70 درصد)، ارزیابی (15 درصد) و آزمون (15 درصد) را فراهم نمود. بهمنظور افزایش کارائی مدلها، از راهکارهای مختلفی شامل بهینهسازی توابع هدف و مدیریت چولگی دادهها استفاده شد. پس از ارزیابی جامع مدلها با معیارهای استاندارد، مدل یادگیری جمعی XGBoost بهعنوان مدل برتر انتخاب شد که در نهایت برای بازسازی و تکمیل دادههای رسوب معلق در دوره 40 ساله (1401-1360) بهکار گرفته شد. نتایج و بحثمقایسه نتایج مدلهای مختلف در این پژوهش نشان داد که مدل یادگیری جمعی (XGBoost) با داشتن کمترین میزان خطا MAE برابر با 10652 تن در روز و RMSE برابر 36219 تن در روز) و بیشرین شاخص کارایی (NSE برابر با 0.87) بهعنوان مدل منتخب از بین سایر مدلهای داده مبنا برای برآورد رسوب معلق در رودخانه اترک شناخته شد. این مدل نه تنها در مقایسه با سایر روشهای یادگیری ماشین مانند شبکه عصبی MLP با NSE=0.80)و مدل یادگیری عمیق با NSE=0.84 عملکرد بهتری داشت، بلکه نسبت به روشهای کلاسیک مانند منحنی سنجه حد وسط دستهها با MAE برابر با 20909 تن در روز و RMSE برابر 45632 تن در روز، نیز برتری قابل توجهی نشان داد. تحلیل دقیق نتایج حاکی از آن است که این برتری عمدتاً ناشی از توانایی مدل XGBoost در مدیریت دادههای با چولگی بالا و شناسایی رابطههای غیرخطی پیچیده بین متغیرهای هیدرولوژیکی است. در این رابطه مقدار بایاس (PBias) مدل با کاهش تقریباً 15.5 درصدی از 18.93- در مدل منحنی سنجه رسوب به 3.52- در مدل XGBoost مؤید این نکته است. از سوی دیگر، مقایسه تطبیقی با مطالعات مشابه نشان میدهد که رویکرد ترکیبی بهکار گرفته شده در این پژوهش (استفاده از خوشهبندی پیش از آموزش مدل و بهینهسازی توابع هدف) منجر به بهبود پیشبینی شده است. با این حال، باید توجه داشت که کارایی این مدلها تا حد زیادی به کیفیت و کامل بودن دادههای ورودی وابسته است و تغییرات هیدرولوژیکی بلندمدت ممکن است نیاز به بازواسنجی (آموزش) دورهای مدلها را ایجاد کند. این محدودیتها زمینهای برای تحقیقات آتی در جهت توسعه مدلهای سازگارتر با تغییرات محیطی فراهم میسازد. نتیجهگیریاین پژوهش به بررسی کارایی مدلهای دادهمبنا در برآورد رسوب معلق در رودخانه اترک، ایستگاه آبسنجی هوتن پرداخته و به نتایج قابل توجهی دست یافته است. مدل یادگیری جمعی XGBoost بهعنوان بهترین گزینه شناسایی شد که با دقت بالا و کمترین خطا، توانایی پیشبینی تغییرات رسوب معلق را به نمایش گذاشت. این یافتهها نشاندهنده اهمیت استفاده از تکنیکهای پیشرفته یادگیری ماشین در تحلیل دادههای هیدرولوژیکی است و بر لزوم پیوند بین علم داده و مدیریت منابع آب تأکید میکند. از نکات کلیدی در این تحقیق، چولگی بالای دادههای رسوب معلق و شرایط خاص هیدرولوژیکی رودخانه اترک است که ناشی از فرسایشهای خندقی و پدیدههای طبیعی دیگر در این منطقه است. این چولگی و تغییرات شدید در غلظت رسوب، چالشهای عمدهای را برای مدلسازی دقیق به وجود میآورد. با این حال، رویکرد ترکیبی بهکاررفته در این مطالعه، بهبود قابل توجهی در دقت پیشبینی نسبت به روشهای سنتی و کلاسیک فراهم آورد. این امر حاکی از آن است که استفاده از خوشهبندی و بهینهسازی دادهها میتواند بهعنوان ابزاری مؤثر در تحقیقات آینده مورد توجه قرار گیرد. با این حال، نتایج این تحقیق باید با احتیاط تفسیر شوند. چرا که کیفیت دادهها و تغییرات محیطی ممکن است بر عملکرد مدلها تأثیر بگذارد. بنابراین، این مطالعه نهتنها به درک بهتر فرایندهای رسوبگذاری کمک میکند، بلکه زمینهساز تحقیقات آتی در جهت بهبود و توسعه مدلهای پیشبینی سازگارتر با شرایط متغیر محیطی خواهد بود. در نهایت نتایج این تحقیق میتواند بهعنوان یک کار الگویی در شبیهسازی رسوب معلق در دیگر ایستگاههای هیدرومتری کشور مورد استفاده محققین و کارشناسان این حوزه قرار گیرد.
مهری دیناروند؛ صبا پیرو؛ سید حسین آرامی؛ بهزاد تجری؛ کهزاد حیدری
چکیده
مقدمهکشور ایران در کمربند خشک و نیمهخشک جهان قرار گرفته است و از منابع رطوبتی بسیار دور است. مناطق خشک و بیابانی بهدلیل کمبود رطوبت، دمای بالا، وزش بادهای شدید، فرسایش خاک و تخریب اراضی ناشی از فعالیت بشر، شرایط بسیار دشواری را برای رشد و توسعه گیاهان بوجود آورده است، بهطوریکه تنها تعداد نسبتاَ محدودی از گونههای گیاهی قادر ...
بیشتر
مقدمهکشور ایران در کمربند خشک و نیمهخشک جهان قرار گرفته است و از منابع رطوبتی بسیار دور است. مناطق خشک و بیابانی بهدلیل کمبود رطوبت، دمای بالا، وزش بادهای شدید، فرسایش خاک و تخریب اراضی ناشی از فعالیت بشر، شرایط بسیار دشواری را برای رشد و توسعه گیاهان بوجود آورده است، بهطوریکه تنها تعداد نسبتاَ محدودی از گونههای گیاهی قادر به ادامه حیات هستند. گیاهان بومی چنین مناطقی بهدلیل قابلیت سازگاری با شرایط سخت محیطی، از گونههای بسیار ارزشمند محسوب شده و نقش مهمی در تعدیل اقلیم، خاکزایی و هیدرولوژی یک منطقه دارند. بنابراین شناسایی آنها از اهمیت زیادی برخوردار است. با هدف پایش و ثبت آمار داده مکانی پارامترهای اقلیمی هواشناسی، هیدرومتری، فرسایش و رسوب، پوشش گیاهی، خاک و آبهای زیرزمینی ایستگاه حوضه معرف شوش در سال 1386 توسط اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان خوزستان احداث شد. در این حوضه علاوه بر تپه ماهورها، فرورفتگیهای کم عمق و آبکندهای قدیمی مشاهده میشوند که بخشی از آنها در اثر قرق و کاهش فشار دام تثبیت شدهاند. این فرورفتگیهای تثبیت شده خود بهعنوان ریزآبگیرهای طبیعی عمل کرده و با افزایش نفوذ، کاهش رواناب سطحی و به دام انداختن بذور گیاهان، شرایط مناسبی برای استقرار گونههای دائمی فراهم کردهاند. در این پژوهش ترکیب فلورستیک، غنا و تنوع گونهای در پلاتهای واقع در ریزآبگیرهای تثبیت شده (تیمار) و تپهها (شاهد) مقایسه شد. نتایج تحقیق نشان داد که شاخصهای درصد پوشش، تعداد گونه و تنوع در تیمار بهطور معنیداری بالاتر از شاهد است. این یافتهها بیانگر آن است که آبکندهای تثبیت شده میتوانند بهعنوان کانونهای کوچک ذخیره ژنی و زیستگاههای پرستار عمل کرده و در صورت مدیریت صحیح، به بهبود پایداری پوشش گیاهی در مناطق خشک و در نتیجه حفاظت خاک کمک کنند. بنابراین مدیریت تلفیقی شامل قرق هدفمند، کنترل آبکندهای فعال و حفاظت لکهای از ریزآبگیرهای طبیعی میتواند الگویی کم هزینه و بومسازگار برای احیای مراتع تخریب شده جنوب غرب ایران باشد. مواد و روشها در این پژوهش آنالیز پوشش گیاهی در منطقه حوضه معرف شوش با استفاده از شاخصهای تنوع زیستی صورت گرفت. در فصل رویشی مناسب (اوایل بهمن تا اواخر فروردین) طی بازدیدهای صحرایی، لیست برداری از گونههای گیاهی منطقه انجام و براساس حضور گونههای بوتهای و چندساله تیپبندی صورت گرفت. در هر تیپ به روش سطح حداقل و با استفاده از پلاتهای حلزونی و منحنی سطح گونه اندازه پلات برداشت داده مشخص شد. محل همه پلاتها با دستگاه GPS ثبت شد. در بخشهای فرورفتگیهای کم عمق و آبکندهای تثبیت شده (تیمار) و دامنههای تپه ماهوری (شاهد) بهطور مجزا تعداد 20 پلات (در مجموع 40 پلات) احداث شد. در هر پلات درصد پوشش زنده تکتک گونهها با ذکر نام، درصد لاشبرگ و خاشاک، درصد زمین لخت یادداشت برداری شد. شاخصهای تنوع گونهای محاسبه و پوشش گیاهی پلاتها با استفاده از آزمون t مستقل مقایسه شد. شاخصهای تعداد گونه، درصد پوشش گیاهی و تنوع گونهای (شاخصهای تنوع سیمپسون، شانون و هیل) با استفاده از نرمافزار PAST 2.17 محاسبه شد. برای تحلیل تنوع گونهها، مقایسه شاخصهای مختلف و برخی نمودارها از محیط برنامهنویسی Python نسخه 3.13 نیز استفاده شد. همه دادهها به فایل اکسل برای انجام آنالیزهای آماری بعدی با استفاده از نرمافزار SPSS 27 منتقل شدند. نتایج و بحثدر منطقه محصور و حفاظت شده حوضه معرف شوش، تعداد 70 گونه گیاهی متعلق به 29 تیره (خانواده) شناسایی شد. تیرههای باقلائیان (Fabaceae)، مینا (Astraceae)، گندمیان (Poaceae) و شببو (Brassicaceae) بهترتیب با 11، هشت، هشت و شش گونه بزرگترین تیرههای منطقه ازنظر تعداد گونه هستند. از 70 گونه شناسایی شده، تعداد 45 گونه گیاهی مانند انواع گون Astragalus ensifer، Astragalus fasiculifolius، Astragalus obtusifolius دارای ارزش حفاظت خاک بوده و جزء گیاهان دائمی منطقه هستند. در حوضه معرف شوش بین میانگین شاخصهای تعداد گونه، درصد پوشش، غالبیت، سیمپسون و شانون در پلاتهای تیمار نسبت به پلاتهای شاهد اختلاف معنیداری در سطح یک درصد وجود دارد. اما بین مقدار شاخص یکنواختی بخش تیمار و شاهد اگرچه اختلاف وجود دارد اما معنیداری نیست. این نتایج بیانگر آن است که فرورفتگیهای تثبیت شده با افزایش نفوذ آب و کاهش رواناب سطحی، شرایطی برای استقرار گونههای دائمی فراهم کردهاند. ازمنظر حفاظت خاک، افزایش پوشش زنده و حضور گونههای دائمی در این ریزآبگیرها موجب کاهش سطح زمین لخت و در نتیجه کاهش میزان فرسایش میشوند. بنابراین این فرورفتگیها در صورت مدیریت صحیح میتوانند بهعنوان زیستگاههای پرستار و ذخیرهگاه ژنی به بهبود حفاظت خاک و پایداری پوشش گیاهی کمک کنند. هرچند باید میان آبکندهای فعال فرسایشی و آبکندهای تثبیتشده با نقش مثبت، تمایز گذاشت. نتیجهگیریپدیدههای آبخیزداری طبیعی با خودسازماندهی، نقش بسیار مهمی در احیای مراتع تخریب شده ایفا میکنند. این اقدامات با کاهش روان آب سطحی و کنترل فرسایش خاک به بهبود ساختمان خاک و افزایش نفوذ آب کمک کرده و شرایط مناسب برای جوانهزنی بذور و استقرار گونههای گیاهی را فراهم میسازند. این پژوهش در حوضه معرف شوش بهعنوان نمونه الگویی، قابل تعمیم به سایر مناطق خشک است. وجود فرورفتگیهای کم عمق و آبکندهای تثبیتشده با عمقهای متنوع در منطقه درواقع مانند مامنی، پرستار گونههای گیاهی بوده و امکان توسعه آنها را در آن خطه فراهم میکند. اما آهنگ احیای بوسازگان مناطق خشک کند است و این مناطق به شدت از سیستم شکنندهای برخوردار هستند و برای رسیدن به شرایط ایدهآل نیاز به زمان و فرصت بیشتری هست. بهعبارت دیگر، علیرغم ظهور پوشش گیاهی مناسب در اثر خرد آبخیزهای طبیعی، اما همچنان عرصههایی بسیار حساس و آسیبپذیر هستند و تنوع پوشش گیاهی بهدلیل غالبیت گونههای کوتاهزی، وابسته به فصل بارش است. بنابراین نکته مهمی که باید به آن توجه شود، مدیریت، برنامهریزی و استفاده از شرایط موجود است. میبایست علاوه بر جلوگیری از تخریب در منطقه، بهطور هدفمند قرق و مدیریت چرا (زمان مناسب چرا، جلوگیری از چرای مفرط، خروج بهموقع دام از عرصه، استراحت مرتع جهت بازسازی و احیای مجدد) در منطقه مد نظر باشد. متاسفانه در بسیاری از مناطق بیابانی و خشک برای احیا اقدام به درختکاری میشود فعالیتی که بسیار پر هزینه بوده و نیاز به مراقبتهای بعدی نیز هست. در حالیکه بهترین شیوه الهام گرفتن از سیر روند طبیعی در مناطق بیابانی و خشک است. نتایج این تحقیق نشان داد که فرورفتگیهای تثبیت شده در حوضه معرف شوش با ایفای نقش ریزآبگیرهای طبیعی شرایطی برای استقرار گونههای دائمی فراهم کرده و در کاهش زمین لخت و بهبود حفاظت خاک مؤثر بودهاند. این نتایج نشان میدهد که بهرهگیری از ظرفیت این ریزآبگیرها همراه با قرق هدفمند و مدیریت چرا میتواند رویکردی کم هزینه و بومسازگار برای احیای مراتع تخریب شده در مناطق خشک باشد.
رحیم کاظمی؛ باقر قرمز چشمه
چکیده
مقدمه
جریان پایه بهعنوان بخش تاخیری جریان رودخانه که عمدتاً از منابع آب زیرسطحی و زیرزمینی تأمین میشود، نقش کلیدی در پایداری جریان رودخانه، مدیریت منابع آب، حفاظت از اکوسیستمهای آبی و برنامهریزی سازگاری با خشکسالی ایفا میکند. شاخص جریان پایه که نسبت جریان پایه به جریان کل رودخانه است، معیاری بیبعد برای ارزیابی سهم مشارکت ...
بیشتر
مقدمه
جریان پایه بهعنوان بخش تاخیری جریان رودخانه که عمدتاً از منابع آب زیرسطحی و زیرزمینی تأمین میشود، نقش کلیدی در پایداری جریان رودخانه، مدیریت منابع آب، حفاظت از اکوسیستمهای آبی و برنامهریزی سازگاری با خشکسالی ایفا میکند. شاخص جریان پایه که نسبت جریان پایه به جریان کل رودخانه است، معیاری بیبعد برای ارزیابی سهم مشارکت آبهای زیرسطحی در جریان سطحی محسوب میشود. مطالعات جهانی نشان میدهد که بهطور متوسط بیش از نیمی از جریان رودخانهها از جریان پایه تأمین میشود و این شاخص بیش از آنکه تابع بارش باشد، به ویژگیهای ذاتی حوضه نظیر زمینشناسی، خاک، توپوگرافی و شرایط مورفولوژیک وابسته است. مطالعات متعددی در زمینه برآورد جریان پایه در ایران انجام شده است. ولی بررسی تغییرات زمانی و روند بلندمدت آن در مقیاسهای مختلف زمانی بهطور محدود مورد توجه قرار گرفته است. ازاینرو، هدف این پژوهش بررسی تغییرات جریان پایه و شاخص آن در مقیاسهای زمانی ماهانه، فصلی و سالانه و همچنین تحلیل روند بلندمدت و اثر مداخلات انسانی ناشی از احداث سد در حوضه رودخانه بارونچای به مبدأ ایستگاه آبسنجی قلعهجوق است.
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه، حوضه رودخانه بارونچای با مساحت 1025 کیلومترمربع، واقع در حوضه بزرگ ارس در استان آذربایجان غربی است. این حوضه دارای تنوع قابلتوجهی از نظر نفوذپذیری سازندهای زمینشناسی است، بهطوریکه بخش عمدهای از سطح آن را سازندهای با نفوذپذیری کم و خیلی کم تشکیل میدهد. در این پژوهش، دادههای دبی روزانه ایستگاه آبسنجی قلعهجوق با دوره آماری سالهای آبی 1355 تا 1396 مورد استفاده قرار گرفت. مشخصات فیزیوگرافی حوضه با بهرهگیری از سامانه اطلاعات جغرافیایی استخراج شد. تفکیک جریان پایه از هیدروگراف جریان کل به روش فیلتر رقومی برگشتی تکپارامتری و با استفاده از افزونه BFI در نرمافزار Hydro Office 2015 انجام شد. سپس سریهای زمانی جریان پایه و شاخص جریان پایه در مقیاسهای ماهانه، فصلی و سالانه تهیه و تحلیل آماری توصیفی و بررسی روند تغییرات آنها به روش ناپارامتری من–کندال صورت گرفت. همچنین، اثر احداث سد بالادست ایستگاه آبسنجی بر شاخص جریان پایه با مقایسه دورههای قبل و بعد از احداث سد ارزیابی شد.
نتایج و بحث
نتایج نشان داد که میانگین بلندمدت شاخص جریان پایه سالانه در دوره 41 ساله برابر با 0.552 است که بیانگر سهم بیش از 50 درصدی مشارکت آبهای زیرسطحی و زیرزمینی در جریان رودخانه است. در مقیاس فصلی، بیشترین مقدار شاخص جریان پایه به فصول زمستان و تابستان و کمترین مقدار آن به فصل بهار تعلق دارد. در مقیاس ماهانه، بیشینه جریان پایه بلندمدت در دیماه و کمینه آن در اردیبهشتماه مشاهده شد. تحلیل تغییرات ماهانه شاخص جریان پایه نشان داد که این شاخص از ابتدای سال آبی تا دیماه روند افزایشی و از دی تا اردیبهشت روند کاهشی داشته است. که این امر با تغییر رژیم بارش و تأخیر در مشارکت جریانهای زیرسطحی همزمان است. از اردیبهشت تا شهریور، با کاهش بارش، سهم جریانهای تاخیری افزایش یافته و شاخص جریان پایه مجدداً روند افزایشی نشان میدهد. بررسی روند تغییرات شاخص جریان پایه بلندمدت، به روش من–کندال نشان داد که در اغلب ماهها، فصول و مقیاس سالانه، روند منفی بوده و تنها در ماههای خرداد و مهر روند افزایشی مشاهده شده است. مقایسه میانگین سالانه شاخص جریان پایه در دورههای قبل و بعد از احداث سد نشان داد که میانگین بلندمدت شاخص جریان پایه از 0.542 به 0.562 افزایش یافته است و اثر مداخلات انسانی ناشی از احداث سد بر شاخص جریان پایه سالانه حدود 0.02 برآورد میشود. بهعنوان یافته کاربردی پیشنهاد میشود، بهعنوان پیشنیاز تدوین طرحهای مدیریت جامع آبخیزداری، میزان شاخص جریان پایه در مقیاسهای زمانی و مکانی مختلف محاسبه و نقشه جریانهای پایدار در مقیاسهای منطقهای و کشوری تهیه شود.
نتیجهگیری
در مجموع، نتایج این پژوهش بیانگر نقش غالب جریانهای زیرسطحی در تأمین جریان رودخانه بارونچای و وابستگی بیشتر شاخص جریان پایه به ویژگیهای ذاتی حوضه نسبت به تغییرات بارش است. شناخت الگوی زمانی و روند بلندمدت جریان پایه میتواند، مبنای مؤثری برای مدیریت پایدار منابع آب، برنامهریزی بهرهبرداری از سدها و تدوین راهبردهای سازگاری با خشکسالی در حوزههای آبخیز مشابه فراهم آورد.
مسلم برجی حسن گاویار؛ محسن فرزین؛ علی اکبر نظری سامانی
چکیده
مقدمه
فرسایش آبکندی یکی از مهمترین و مخربترین شکلهای تخریب خاک در مناطق خشک و نیمهخشک جهان است که نقش قابل توجهی در کاهش بهرهوری اراضی کشاورزی، افزایش بار رسوبی حوزههای آبخیز و کاهش عمر مفید مخازن سدها ایفا میکند. در میان مراحل مختلف تکامل آبکندها، شکافهای کششی در دیواره، بهعنوان شاخصهای پیشران ناپایداری عمل کرده ...
بیشتر
مقدمه
فرسایش آبکندی یکی از مهمترین و مخربترین شکلهای تخریب خاک در مناطق خشک و نیمهخشک جهان است که نقش قابل توجهی در کاهش بهرهوری اراضی کشاورزی، افزایش بار رسوبی حوزههای آبخیز و کاهش عمر مفید مخازن سدها ایفا میکند. در میان مراحل مختلف تکامل آبکندها، شکافهای کششی در دیواره، بهعنوان شاخصهای پیشران ناپایداری عمل کرده و نقش کلیدی در آغاز ریزش دیواره، گسترش جانبی آبکند و تسریع فرایندهای فرسایشی دارند. با وجود اهمیت بالای این پدیده در ژئومورفولوژی و مدیریت فرسایش، بررسی کمی و چندمتغیره عوامل کنترلکننده وقوع و موقعیت این شکافها در مقیاس دیواره آبکند همچنان محدود بوده و مطالعات میدانی اندکی بهطور خاص به توسعه ترکهای کششی پرداختهاند. هدف این پژوهش، شناسایی عوامل مؤثر بر تشکیل شکافهای کششی و تعیین آستانه بحرانی شیب دیواره در آبکندهای حوزه آبخیز کلوچه بیجار است.
مواد و روش
در این مطالعه، ۴۷ آبکند (شامل ۲۵ آبکند دارای شکاف طولی و ۲۲ آبکند بدون شکاف) با استفاده از تصاویر پهپادی با دقت ارتفاعی دو و تفکیک مسطحاتی 11× 11 سانتیمتر مورد بررسی و تحلیل قرار گرفتند. این دقت توسط 83 نقطه کنترل زمینی ارزیابی شده است. متغیرهای اندازهگیری شده شامل شیب دیواره، ارتفاع دیواره، فاصله شکاف از لبه، عرض پایین و بالای آبکند، شیب کف کانال، نوع قوس آبکند (خارجی، مستقیم و داخلی) و وضعیت پوشش گیاهی بودند. تحلیلهای آماری شامل آزمون t مستقل، من-ویتنی کروسکال والیس، آزمون فیشر، همبستگی اسپیرمن، تحلیل خوشهای و منحنی ROC بود که همگی در نرمافزار R و SPSS انجام شد.
نتایج و بحث
نتایج نشان داد که شیب دیواره مهمترین عامل کنترلکننده وقوع شکافهای کششی است، بهطوریکه میانگین شیب در آبکندهای دارای شکاف (86.7 درجه) بهطور معنیداری بیشتر از آبکندهای بدون شکاف (50 درجه) است. همچنین، قوس خارجی و عدم وجود پوشش گیاهی بهترتیب با نسبت شانس 4.2 و 4.57، بهعنوان مهمترین عوامل تقویتکننده احتمال وقوع شکاف شناسایی شدند. فاصله شکاف از لبه آبکند (میانگین 2.67 متر) عمدتاً تحت تأثیر ابعاد هندسی آبکند بوده و فقط با عرض آبراهه در پایین همبستگی مثبت و معنیدار نشان داد. تحلیل ROC آستانه بحرانی شیب دیواره را 78.4 درجه (0.835=AUC) تعیین کرد که در آن حساسیت و ویژگی مدل بهترتیب ۸۰ و 86.4 درصد است. همچنین، تحلیل خوشهای سه الگوی متمایز از آبکندهای دارای شکاف را نشان داد که بیانگر مراحل مختلف تکامل ناپایداری است.
نتیجه گیری
نتایج این پژوهش، کاربردهای مستقیمی در مدیریت فرسایش آبکندی دارد. نخست، شیب دیواره بهعنوان شاخصی سریع و قابلاندازهگیری میدانی برای اولویتبندی اقدامات حفاظتی قابل استفاده است. آبکندهایی با شیب بالاتر از آستانه بحرانی 78.4 درجه باید در اولویت تثبیت قرار گیرند، زیرا احتمال تشکیل شکاف و گسترش شکست در آنها بهطور معنیداری بیشتر است. دوم، اقدامات حجمی بدون توجه به کاهش شیب یا کنترل تمرکز تنش، تأثیر پایداری محدودی دارند. بنابراین عملیات مهندسی باید بر کاهش شیب مؤثر دیواره یا استهلاک انرژی جریان در قوسهای خارجی متمرکز شود. سوم، هرچند نقش پوشش گیاهی ازنظر آماری ضعیفتر بود، اما شواهد مکانیکی نشان میدهد که حذف آن میتواند آستانه شکست را تسریع کند. ازاینرو، تثبیت بیولوژیک دیوارهها باید بهعنوان ابزاری مکمل در مدیریت آبکندها در نظر گرفته شود.
نگین رشیدی؛ وحید موسوی
چکیده
مقدمه
مدلسازی سطح آب زیرزمینی بهدلیل ماهیت پیچیده، غیرخطی و وابسته به عوامل مکانی‑زمانی، همواره چالشی اساسی در مدیریت منابع آب زیرزمینی بوده است. در این پژوهش، هدف اصلی ارائه و ارزیابی یک رویکرد مدلسازی توزیعی مبتنی بر یادگیری عمیق برای پیشبینی همزمان تراز آب زیرزمینی در مجموعه چاههای پیزومتری آبخوان کوچصفهان در آبخیز سفیدرود ...
بیشتر
مقدمه
مدلسازی سطح آب زیرزمینی بهدلیل ماهیت پیچیده، غیرخطی و وابسته به عوامل مکانی‑زمانی، همواره چالشی اساسی در مدیریت منابع آب زیرزمینی بوده است. در این پژوهش، هدف اصلی ارائه و ارزیابی یک رویکرد مدلسازی توزیعی مبتنی بر یادگیری عمیق برای پیشبینی همزمان تراز آب زیرزمینی در مجموعه چاههای پیزومتری آبخوان کوچصفهان در آبخیز سفیدرود است. در این چارچوب، هر چاه بهعنوان یک گره در شبکه ترسیمی در نظر گرفته شد و مدل، تراز آب زیرزمینی هر چاه را در گام زمانی ماهانه بعدی (t+1) پیشبینی میکند. با بهرهگیری از شبکههای عصبی ترسیمی ترکیبشده با ساختارهای پیچشی و حافظه کوتاهمدت‑بلندمدت، تلاش میشود وابستگیهای مکانی و زمانی رفتار آبخوان شناسایی شده و دقت پیشبینی نسبت به روشهای متداول افزایش یابد.
مواد و روشها
در این پژوهش، چهار ساختار یادگیری عمیق مبتنی بر گراف شامل شبکه عصبی ترسیمی (GNN)، شبکه توجه گرافی (GAT)، شبکه پیچشی گرافی (GCN) و مدل ترکیبی GCN‑LSTM بهکار رفت. منظور از GNN معماری پایه Graph Convolutional Network (GCN-based GNN) مبتنی بر عملگر کانولوشن گرافی استاندارد است. هر چاه پیزومتری بهعنوان یک گره در نظر گرفته شد و ماتریس مجاورت با وزندهی معکوس فاصله تشکیل شد. دادههای ورودی شامل متغیرهای هیدرواقلیمی، اطلاعات زمینشناسی، ویژگیهای پمپاژ و فواصل مکانی از عوامل هیدروژئولوژیک بودند. ارزیابی با شاخصهای R²، RMSE، MAE، NSE و KGE انجام شد. در مدل پیشنهادی، در هر گام زمانی ابتدا لایههای GCN بر روی گراف مکانی چاهها اعمال شدند تا ویژگیهای فضایی و وابستگیهای هیدرولیکی استخراج شوند. سپس بردارهای پنهان حاصل به شبکه LSTM منتقل شدند تا وابستگیهای زمانی و پویایی سطح آب زیرزمینی مدلسازی شود.
نتایج و بحث
نتایج نشان داد که مدل GNN اگرچه توانست روندهای کلی تغییرات سطح آب زیرزمینی را تا حدودی بازسازی کند، اما در نمایش رفتارهای حدی و وابستگیهای زمانی دقت کافی نداشت. مدل GAT نیز نسبت به GNN بهبود نسبی نشان داد، اما همچنان در استخراج الگوهای عمیق زمانی محدود بود. در مقابل، مدل GCN عملکرد بهتری در شناسایی وابستگیهای مکانی از خود نشان داد و موجب بهبود قابل توجه شاخصهای ارزیابی شد. بهترین عملکرد مربوط به مدل GCN-LSTM بود که توانست همزمان ویژگیهای مکانی و زمانی را بهصورت مؤثرتری بازنمایی کند و بیشترین همپوشانی را با دادههای مشاهدهای داشته باشد. بر اساس نتایج گزارششده، این مدل به مقادیر 0.336=/R2=0.896،RMSE و 0.269=MAE دست یافت که نشاندهنده دقت بالای آن در پیشبینی سطح آب زیرزمینی است.
نتیجهگیری
یافتههای این پژوهش نشان میدهد که بهرهگیری از معماریهای ترکیبی مبتنی بر گراف و توالی، بهویژه مدل GCN-LSTM, میتواند ابزار بسیار مؤثری برای مدلسازی رفتار هیدرودینامیکی آبخوانهای پیچیده باشد. این مدل توانست با دقت بالا رفتار سطح آب زیرزمینی را پیشبینی کرده و برتری خود را نسبت به مدلهای صرفاً گرافی نشان دهد. در نتیجه، استفاده از این رویکرد برای پیشبینی عملیاتی سطح آب زیرزمینی و مدیریت پایدار منابع آب توصیه میشود. این روش میتواند بهعنوان یک چارچوب نوین در تحلیل و مدیریت آبخوانها، به تصمیمگیری بهتر در حوزه منابع آب کمک کند.
