نفوذ یکی از اجزای مهم چرخه هیدرولوژی بوده و می تواند باعث تغذیه آبهای زیرزمینی گردد. مقدار نفوذ آب به داخل خاک به پارامترهای زیادی بستگی دارد که مهمترین آنها خصوصیات هیدرولیکی خاک می باشد. خصوصیات هیدرولیکی خاک شامل و بوده و تابعی از دو پارامتر مکش و نگهداشت آب خاک می باشد. در دهه های اخیر یکی از مسائل مهم در مهندسی آب و خاک هیدرولوژی اراضی شیبدار می باشد. شیب زمین روی پدیده نفوذ و خصوصیات هیدرولیکی خاک تاثیر می گذارد. در این تحقیق نفوذ و خصوصیات هیدرولیکی خاک برای شیب های مختلف اندازه گیری و محاسبه گردید. در تحقیق مورد نظر پدیده نفوذ و خصوصیات هیدرولیکی خاک برای 5 شیب صفر، 10، 20، 30 و 40 درجه مورد بررسی قرار گرفت. شیب های مورد نظر در زمین طبیعی در ایستگاه تحقیقاتی گنبد همدان انتخاب شدند. آزمایش های میدانی نفوذ با استفاده از یک دستگاه استوانه های مضاعف و یک دستگاه نفوذ سنج مکشی به انجام رسید. در کل 60 آزمایش نفوذ در 5 شیب، 4 مکش و 3 تکرار به ثبت رسید. مقادیر نفوذ تجمعی با استفاده از سه روش اندازه گیری شده، حل عددی و حل تحلیلی محاسبه گردید. در روش اندازه گیری (مقادیر واقعی) مقادیر نفوذ تجمعی در حالت اشباع با استفاده از دستگاه استوانه های مضاعف و در حالت غیر اشباع با استفاده از دستگاه نفوذ سنج مکشی اندازه گیری و محاسبه گردید. در روش حل عددی از نرم افزار جهت شبیه سازی نفوذ در شیب های مختلف استفاده گردید. در روش حل تحلیلی با قرار دادن معادله هدایت هیدرولیکی ون گنوختن در معادله نفوذ فیلیپ برای زمین های شیبدار معادله جدیدی برای محاسبه مقدار نفوذ تجمعی به دست آمد. مقادیر به دست آمده از هر دو روش حل عددی و تحلیلی بسیار نزدیک به مقادیر واقعی بودند. مقادیر خطای نسبی بین مقادیر به دست آمده از روش حل عددی نسبت به مقادیر اندازه گیری شده در کلیه موارد کمتر از 09/1 درصد به دست آمد. همچین مقادیر خطای نسبی بین مقادیر به دست آمده از روش حل تحلیلی نسبت به مقادیر اندازه گیری شده در کلیه موارد کمتر از 71/3 درصد محاسبه گردید. مقادیر خطای نسبی بیانگر این موضوع است که روش حل عددی مقادیر نفوذ تجمعی را بهتر از روش حل تحلیلی تخمین می زند. نتایج هر سه روش نشان می دهد که مقدار اختلاف نفوذ در زمین های شیب دار نسبت به افقی در شیب های کمتر از 30 درجه کمتر از 10 درصد است. مقدار اختلاف نفوذ در زمین های شیب دار نسبت به افقی در شیب های مساوی یا بیشتر از 30 درجه در هر سه روش اندازه گیری شده، حل عددی و حل تحلیلی بیشتر از 10 درصد است که نظریه فیلیپ برای شیب های بیشتر از 30 درجه را تصدیق می نماید. هدایت هیدرولیکی خاک در شیب ها و مکش های مختلف در دو حالت ماندگار و غیر ماندگار محاسبه شد. علاوه بر آن مقادیر واقعی هدایت هیدرولیکی نیز اندازه گیری و محاسبه گردید. مقادیر به دست آمده هدایت هیدرولیکی در دو روش ماندگار و غیر ماندگار تطابق خوبی با هم نشان دادند به طوری که مقادیر خطای نسبی بین دو روش نسبت به حالت ماندگار در کلیه شیب ها و مکش ها کمتر از 7 درصد به دست آمد. مقادیر هدایت هیدرولیکی به دست آمده در دو حالت ماندگار و غیر ماندگار همچنین مقادیر اندازه گیری شده نشان دادند که مقادیر هدایت هیدرولیکی با افزایش هر دو پارامتر شیب زمین و مکش خاک یک روند کاهشی از خود نشان می دهد. با تهیه نمونه های دست نخورده منحنی های مشخصه آب خاک برای شیب های مختلف استخراج گردید. همچنین منحنی های نگهداشت آب خاک با استفاده از مدل های بروکس و کوری، ون گنوختن و راولز و همکاران شبیه سازی گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که مدل ون گنوختن بیشترین تطابق را با مقادیر اندازه گیری شده دارد. بنابراین خاک مورد آزمایش با مدل نگهداشت آب خاک ون گنوختن بیشتر از مدل های بروکس و کوری و راولز و همکاران مطابقت نشان داد. حداکثر مقادیر خطای نسبی بین مقادیر به دست آمده از مدل های بروکس و کوری، ون گنوختن و راولز و همکاران نسبت به مقادیر اندازه گیری شده منحنی نگهداشت آب خاک و به ترتیب 23/8 ، 27/4 و 72/16 درصد محاسبه شد. نتایج به دست آمده از روش های اندازه گیری شده و شبیه سازی شده نشان داد که با افزایش شیب زمین شیب منحنی مشخصه آب خاک بیشتر می گردد.

در این تحقیق از کد هایدروس یک بعدی جهت شبیه سازیحرکت آب در خاک و استخراج خصوصیات هیدرولیکی خاک استفاده شد. جهت استخراج خصوصیات هیدرولیکی خاک از روش حل معکوس با بهینه نمودن تابع هدف که در اینجا داده های نفوذ تجمعی آب در خاک می باشد استفاده گردید. آزمایشات نفوذ در عرصه جنگلی فندقلو واقع در شرق استان اردبیل در سه کاربری شامل جنگل، مرتع و کشاورزی و در سه تکرار انجام شد. جهت تعیین سرعت و مقدار نفوذ تجمعی آب در خاک از دستگاه استوانه های مضاعف استفاده گردید و به این ترتیب منحنی های نفوذ تجمعی و سرعت نفوذ برای سه کاربری بدست آمده و مقایسه گردید. ویژگی های هیدرولیکی خاک از جمله منحنی رطوبتی خاک به روش مستقیم و به دو صورت نمونه برداری دستخورده و دستنخورده در 13 نقطه مکشی و هدایت هیدرولیکی غیراشباع خاک توسط دستگاه شبیه ساز باران در 4 ارتفاع سطح آب مخزن دستگاه نسبت به سطح قطرهچکانها بدست آمد. مقادیر رطوبتحجمی باقیمانده اندازه گیری شده، با مقادیر متوسط بدست آمده از منحنی نگهداشت آب خاک مستخرج از روش حل معکوس توسط کد هایدروس یک بعدی، با استفاده از محک های آماری خطای نسبی (re) و خطای متوسط مربعات ریشه (rmse) مورد ارزیابی قرار گرفت. بیشترین و کمترین میزان خطای نسبی به ترتیب برای کاربری های کشاورزی و جنگل و برابر با 22/9 و 08/5 درصد و نیز بیشترین و کمترین rmse نیز برای همین دو کاربری و برابر با 1216/0 و 0775/0 بدست آمد. همچنین هدایت هیدرولیکی اشباع اندازه گیری شده توسط دستگاه استوانه های مضاعف، به ترتیب برای کاربری های جنگل، مرتع و کشاورزی برابر با 23/0، 23/0 و 21/0 و نیز هدایت هیدرولیکی اشباع شبیه سازی شده به روش معکوس به ترتیب برای همین سه کاربری و برابر با 141/0، 143/0 و 116/0 سانتیمتر بر دقیقه بدست آمد.

تغییرکاربری اراضی بر روی فرآیندهای هیدرولوژیکی خاک تاثیر می گذارد که فرآیند نفوذ آب به خاک یکی از آنها است. تغییرات مکانی نفوذپذیری خاک نقشی بسیار مهم در فرآیندهای هیدرولوژیک ایفا می کند. تغییر پذیری این فرآیند متاثر از ویژگی های ذاتی و غیر ذاتی اراضی می باشد. هدف از این تحقیق بررسی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک و خصوصیات نفوذ آب به خاک در اثر تغییر کاربری اراضی و تعیین بهترین معادله نفوذ است. بنابراین نفوذ آب به خاک در هفت منطقه از استان زنجان و یک نقطه از استان اردبیل در سه کاربری بایر، زراعی و باغی اندازه گیری شد. اندازه گیری نفوذ در هر کاربری به روش استوانه مضاعف با سه تکرار انجام شد. هم چنین مدل های کوستیاکوف، کوستیاکوف-لوئیس، هورتون، سازمان حفاظت خاک آمریکا برای تخمین نفوذ آب در خاک به کار گرفته شد. جهت تعیین بهترین مدل، معیارهای سنجش خطا شامل rmse (ریشه میانگین مربعات خطا) و r2 (ضریب تبیین) برای هر محاسبه گردید. میانگین ارتفاع آب نفوذ یافته و سرعت نفوذ نهایی در هر کاربری تعیین شد. بر اساس نتایج نفوذ تجمعی در کاربری زراعی و باغی بیشتر از کاربری بایر بود، هم چنین میانگین ارتفاع آب نفوذ یافته و سرعت نفوذ اولیه و نهایی در کاربری زراعی و باغی بیش تر از کاربری بایر بود. بر اساس نتایج بدست آمده، هدایت هیدرولیکی اشباع در کاربری زراعی و باغی بیشتر از بایر بود. هم چنین، تغییر کاربری اراضی از بایر به زراعی و باغی باعث کاهش 8/0-8/3 درصدی جرم مخصوص حقیقی شد. در تمام پروفیل های مورد مطالعه از سطح به عمق، هدایت هیدرولیکی اشباع کاهش و جرم مخصوص حقیقی افزایش یافت. بیشترین و کمترین مقدار هدایت هیدرولیکی اشباع به ترتیب در عمق های 0-20 سانتی متری و 80-100 سانتی متری اندازه گیری شدند. درصد ماده آلی در تمام پروفیل های مورد مطالعه از سطح به عمق کاهش و میزان آهک، واکنش و هدایت الکتریکی از سطح به عمق افزایش یافت. در کاربری بایر مدل هورتون دارای بیشترین دقت (999/0 = r2) در برآورد نفوذ تجمعی آب در خاک بود. ولی در کاربری زراعی و باغی مدل کوستیاکوف-لوئیس نسبت به بقیه مدل ها دقت بیشتری داشت (997/0 = r2). مقدار رطوبت حجمی به ازای هر مکش خاص در اکثر مناطق مطالعاتی (به جز ایده لو) در کاربری زراعی و باغی بیشتر از کاربری بایر بود. بیشترین میزان همبستگی بین رطوبت حجمی اشباع، ظرفیت زراعی و پژمردگی دائم با درصد رس و شن مشاهده گردید (001/0p<).

با توجه به اینکه کشور ایران از نظر سیل خیزی رتبه ششم دنیا را به خود اختصاص داده است. به علت نوع اقلیم و عدم یکنواختی مکانی و زمانی بارندگی در سطح کشور، شرایط متفاوت آب و هوایی در طول سال، سبب شده است که قسمت عمده ی ریزش های جوی در مدت زمان کوتاهی رخ داده و باعث سیلاب های عظیم در سطح حوزه آبخیز گردد. حوزه آبخیز آتشگاه یکی از زیرحوزه های مهم حوزه ی آبخیز یدی بولیک چای با مساحتی 50/40 کیلومتر مربع در دامنه شرقی کوه سبلان واقع است. در این تحقیق با استخراج حداکثر بارش روزانه ی 9 ایستگاه با روش نسبت نرمال نواقص آماری بازسازی شدند. همگن و نرمال بودن داده ها با نرم افزار spss کنترل و داده ها وارد نرم افزار easy fit جهت انتخاب بهترین توزیع گردیدند. با توزیع لوگ پیرسون 3 پارامتره بارش روزانه برای دوره های بازگشت 2 تا 100 ساله محاسبه گردید. با spss ارتباط بین بارش-ارتفاع بدست آمد. به علت کم بودن تعداد ایستگاه ها در ارتفاعات، یک ایستگاه جدید در ارتفاعات حوزه با روش رگرسیونی ایجاد شد. بارش حداکثر روزانه وارد نرم افزار gis شد و با کنترل مجددا نرمال بودن با روش های درون یابی کریجینگ جهانی و کوکریجینگ جهانی با مدل های نرمال، کروی، دایره ای و نمائی و روش های idw، rbf، lpiو gpi درون یابی شد. روش کوکریجینگ جهانی-نرمال با حداقل خطا مورد استفاده قرار گرفت. میانگین حداکثر بارش روزانه با دوره بازگشت های مختلف به بارش 6 ساعته تبدیل گردید. همچنین برای حوزه الگوی بارش 2 ساعته و 6ساعته استخراج و با الگوی بارش scs و wmo مورد مقایسه قرار گرفت نهایت اینکه الگوی بارش wmo برای حوزه انتخاب گردید. حداکثر دبی مشاهداتی حوزه با easy fit برای دوره های بازگشت 2 تا 100 سال محاسبه گردید. با استفاده از gis نقشه های فیزیوگرافی موثر در ایجاد رواناب از قبیل: نقشه شیب، جهت شیب، ارتفاع از سطح دریا، شماره منحنی و گروه هیدرولوژیکی خاک تهیه شد. با نرم افزار arc hydro نقشه ی dem اصلاح گردید و در نهایت آماده برای وارد کردن به wms شدند. پارامترهای ورودی با wms کنترل شدند. زمان تمرکز حوزه با 14 فرمول تجربی و دو نرم افزار هیدرولوژی محاسبه گردید. شبیه سازی هیدروگراف دبی حداکثر سیلاب برای دوره های بازگشت 2 تا 100 ساله انجام شد و با دبی سیلاب مشاهداتی با دو پارامتر خطای نسبی برای دوره بازگشت های 2 تا 100 ساله برابر 7 درصد و میانگین ریشه مربعات خطا نیز برابر 57/1 متر مکعب برثانیه می باشد. بنابراین نرم افزار wms برای شبیه سازی دبی در این حوزه مناسب و توصیه می گردد.