امروزه بررسی و تحلیل عدم قطعیت ها برای شبیه سازی دقیق رواناب و رسوب، از موارد کلیدی در ارزیابی بهینه منابع آب و خاک به شمار می رود. بنابراین تعیین پارامترهای حساس مدل ها، یکی از عواملی است که باعث کاهش عدم قطعیت در شبیه سازی می شود. در این راستا حوزه آبخیز خرم آباد لرستان با خروجی ایستگاه هیدرومتری دوآب ویسیان، با مساحتی حدود 2482 کیلومتر مربع و با آمار و اطلاعات روزانه رواناب و رسوب در طی سال های 1383 تا 1390، به عنوان منطقه تحقیق انتخاب گردید. برای شبیه سازی رواناب و رسوب این حوزه از مدل توزیعی- مکانی وتسپا (wetspa) در گام زمانی روزانه استفاده گردید. در واسنجی و تحلیل حساسیت پارامترهای موثر مدل از نرم افزار pest، و روش مونت کارلو برای شبیه سازی رواناب و رسوب استفاده شد. بعد از فرآیند واسنجی، مولفه های مختلف چرخه هیدرولوژیکی در دو مقیاس مکانی و زمانی استخراج و مورد بررسی قرار گرفت. در تحلیل حساسیت پارامترها با استفاده از نرم افزار pest و روش مونت کارلو، پس از رتبه بندی پارامترها، مولفه رواناب سطحی با شدت بارندگی نزدیک صفر (krun) در شبیه سازی رواناب و پارامتر فرسایندگی رواناب سطحی ((kf برای شبیه سازی رسوب معلق از حساسیت بیشتری برخوردار بودند. ارزیابی کارایی مدل با استفاده از شاخص های آماری ناش- ساتکلیف، اریب و قابلیت اعتماد مدل صورت گرفت بطوری که در مرحله واسنجی رواناب به ترتیب 83/7، 0/97 و 74 درصد و در مرحله اعتبارسنجی 66/44، 8/46 و 66 درصد محاسبه گردید. در شبیه سازی رسوب معلق معیارهای آماری ناش- ساتکلیف، اریب مدل و ضریب همبستگی اصلاح شده مورد استفاده قرار گرفت که مقادیر آنها به ترتیب در مرحله واسنجی 66/5، 6/2 و 76/7 درصد و در مرحله اعتبارسنجی 78/8، 3/5، 84/9 درصد بود. با توجه به نتایج این پژوهش، از بین پارامترهای مورد استفاده در شبیه سازی رواناب، پارامترهای مولفه رواناب سطحی با شدت بارندگی نزدیک صفر و ضریب تصحیح تبخیر و تعرق دارای حساسیت (قطعیت) بیشتر و پارامترهای ضریب باران درجه- روز و ضریب حداکثر ذخیره آب زیرزمینی، از حساسیت کمتر (عدم قطعیت) برخوردار هستند. در شبیه سازی رسوب، پارامتر فرسایندگی رواناب دارای حساسیت بیشتری نسبت به پارامتر فرسایندگی قطرات باران برخوردار است. بنابراین با پارامترهای بهینه شده در این تحقیق می توان رواناب و رسوب حوزه آبخیز خرم آباد را با دقت قابل قبولی شبیه سازی نمود.

فرسایش و انتقال رسوب یک فرآیند پیچیده است که تحت تأثیر بافت خاک، توپوگرافی منطقه، اقلیم، کاربری اراضی، فعالیت های انسانی نظیر سیستم های کشت و اقدامات حفاظتی خاک می باشد. در مناطقی که دارای خاک، توپوگرافی و اقلیم مشابه هستند اختلاف میزان فرسایش عموماً به نوع کاربری اراضی بر می گردد. تغییرات رسوبات متحرک نظیر کنده شدن و فرسایش کنار و بستر کانال ها، ته نشینی رسوبات نرم و معلق گردیدن مجدد رسوبات موجود در ستون آب می تواند اثرات قابل توجهی روی سلامت اکوسیستم های آبی داشته باشد. در این مطالعه توانایی مدل هیدرولوژیکی-توزیعی wetspa در شبیه سازی جریان رودخانه و غلظت رسوب معلق آن در گام زمانی روزانه با استفاده از داده های اقلیمی یک دوره آماری 7 ساله شامل: بارش، دما، تبخیر، دبی و رسوب معلق و استفاده از 3 نقشه مرجع: dem، بافت خاک و کاربری اراضی با دقت اندازه سلول 25 متری مورد بررسی قرار گرفت. همچنین با استفاده از سناریوی کاربری بهینه (روش مخدوم) اقدام به مقایسه دبی و رسوب شبیه سازی شده در دو حالت فعلی و بهینه شد تا تأثیرات تغییر کاربری اراضی بر روی تغییرات دبی و رسوب بررسی شود. در این مطالعه حوزه آبخیز گل گل یکی از سرشاخه های اصلی سد ایلام واقع در جنوب شرقی شهرستان ایلام از استان های غربی ایران با مساحت 252 کیلومتر مربع انتخاب شد. متوسط بارندگی منطقه 598 میلیمتر، دمای متوسط 11 درجه سانتیگراد و ارتفاع متوسط 1721 متر از سطح دریا در حوزه آبخیز فوق الذکر می-باشد. نتایج نشان داد که مدل wetspa قابلیت مناسبی در شبیه سازی جریان رودخانه و غلظت رسوب معلق را در گام زمانی روزانه دارا می باشد. به طوری که معیار ارزیابی نش-ساتکلیف برای شبیه سازی جریان رودخانه 57/87% و برای شبیه سازی غلظت رسوب معلق 67/45% بدست آمد، که نتیجه قابل قبولی می باشد، همچنین معیار تجمعی مدل برای شبیه سازی جریان 62/93% بدست آمد که با توجه به منابع نکویی برازش، مدل در طبقه خوب قرار می گیرد. همچنین در بخش اجرای مدل با سناریوی کاربری بهینه نتایج نشان داد که با بهینه سازی کاربری دبی پیک کاهش یافته و میانگین دبی روزانه در طول دوره آماری مورد استفاده و جریان پایه افزایش و در نتیجه میزان و حجم رواناب کاهش می یابد، برای غلظت رسوب معلق نیز نتایج نشان داد که حداکثر غلظت رسوب روزانه، میانگین رسوب روزانه، رسوب ویژه سالانه و آورد رسوب سالانه در حالت بهینه کاهش می یابد. نتایج حاصل از آنالیز آماری هم نشان داد که تغییر کاربری اراضی در سطح معنی داری یک درصد بر روی دبی و رسوب در منطقه مورد مطالعه تأثیر دارد.

ناکارآمد بودن نگرش تک بعدی و لزوم جامع نگری در اتخاذ بهترین تصمیم ها و شیوه های مدیریتی، ناهمگنی موجود در حوزه های آبخیز و غیرخطی بودن رفتارهای هیدرولوژیکی و فرسایشی شناخت کامل روابط موجود در حوزه ها را، پیچیده و مشکل می سازد. در ارزیابی و بررسی این سیستم ها، اندازه گیری که قابل اعتمادترین وسیله می باشد به تنهایی قادر به کشف روابط پیچیده موجود در سیستم آبخیزها نمی باشد، در نتیجه مدل سازی صورت می گیرد. در این تحقیق حوزه آبخیز کرج که در شمال غرب استان تهران و بین طول شرقی 5 °51 تا 30°51 و عرض شمالی´52 °35 تا ´11°36 با مساحت 693/38کیلومترمربع و ارتفاع متوسط 2827 متر، به عنوان منطقه تحقیق انتخاب شد. در این تحقیق کارایی مدل هیدرولوژیکی توزیعی - مکانی wetspa در شبیه سازی رواناب و بار فسفر انتقالی از حوزه ارزیابی شده است. ورودی های اصلی مدل شامل نقشه های مدل رقومی ارتفاع، بافت خاک و کاربری اراضی (با اندازه سلولی 85 ×85 متر) و سری-های زمانی پیوسته بارش، تبخیر و تعرق و دمای هوا در گام زمانی روزانه 7 سال آماری (1384 -1378) بوده است، همچنین برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل داده های دبی جریان و فسفر کل مورد استفاده قرار گرفته و از 11 پارامتر عمومی مدل نیز جهت تطابق بهتر دبی جریان و 2 پارامتر برای تطابق بهتر بار فسفر اندازه گیری شده و شبیه سازی شده برای هر دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی استفاده شد. سپس میزان فسفر خروجی از 7 نوع کاربری مختلف، در مقیاس های زمانی سالانه، ماهانه و روزانه به همراه رواناب سطحی آنها مورد بررسی قرار گرفت. در پایان، تاثیر سناریوی کاربری بهینه بر روی هیدروگراف جریان و بار فسفر بررسی شد که این سناریو موجب کاهش دبی اوج و تاخیر در زمان رسیدن به اوج در هیدروگراف جریان را باعث می شود و به دنبال آن موجب کاهش مقادیر حداکثر (اوج) هدررفت فسفر می شود. نتایج ارزیابی مدل wetspa (بر اساس معیار ارزیابی ضریب ناش- ساتکلیف) در آبخیز کرج نشان می دهد که مدل، مولفه های هیدرولوژیکی رواناب و میزان هدررفت فسفر را در مکان و زمان با دقت قابل قبول (ضریب ناش- ساتکلیف برای دوره واسنجی به ترتیب 82 درصد و 62 درصد و برای دوره اعتبار سنجی به ترتیب 79 درصد و 72 درصد شبیه سازی می کند).

محدودیت های مختلف نظیر کافی نبودن ایستگاه های هیدرومتری و عدم وجود آمار و اطلاعات طولانی مدت در این ایستگاه ها ایجاب می کند که برای برآورد سیل از روش های تجربی و مدل سازی استفاده شود. در این راستا ایستگاه هیدرومتری چم انجیر با موقعیت جغرافیایی "37 14 °48 طول شرقی و "76 26 °33 عرض شمالی به عنوان منطقه تحقیق انتخاب گردید. در این تحقیق از چهار روش تحلیل سیلاب منطقه ای، فرمول های تجربی، رگرسیون چند متغیره و مدل نروفازی (anfis) برای برآورد دبی حداکثر لحظه ای استفاده شده است. بطوریکه در روش سیلاب منطقه ای، تجزیه و تحلیل آمار و اطلاعات ایستگاه های هیدرومتری حوزه کشکان در پایه زمانی 22 سال انجام شد و دبی حداکثر لحظه ای با دوره بازگشت های 2، 5، 10، 25، 50 و 100 ساله بدست آمد. از طریق فرمول های تجربی کریگر، هورتون، فولر، سازمان زمین شناسی آمریکا و دیکن در ایستگاه کشکان افرینه، پس از تعیین ضرایب منطقه ای، دبی حداکثر لحظه ای برآورد شد. همچنین در زیر حوزه چم انجیر بین میزان دبی حداکثر لحظه ای و عوامل موثر در آن (مساحت، شیب آبراهه اصلی، طول آبراهه اصلی، اختلاف ارتفاع حوزه، شیب متوسط حوزه، میانگین بارش سالانه و روزانه با دوره بازگشت دو ساله) روابط رگرسیونی برقرار و بهترین رابطه انتخاب شد. در مدل anfis عواملی مانند تبخیر، بارش و شماره منحنی به عنوان ورودی های مدل در نظر گرفته شد. و در نهایت برای ارزیابی روش های مذکور، با استفاده از نرم افزار smada دبی حداکثر لحظه ای مشاهداتی با دوره بازگشت های 2، 5، 10، 25، 50 و 100 ساله بدست آمد و مقادیر بدست آمده به عنوان مبنای مقایسه قرار گرفت. بطوریکه میانگین درصد خطا در روش تحلیل سیلاب منطقه ای، فرمول های تجربی، رگرسیون چند متغیره و مدل anfis با داده های اندازه گیری شده به ترتیب دارای 136/93، 20/31، 5/67 و 7-10×1/54 می باشند. بنابراین نتایج حاصل نشان داد که مدل anfis نسبت به سه روش دیگر دبی حداکثر لحظه ای را با دقت بالایی برآورد کرده است.

تغییر اقلیم نوسان کلی و گسترده در آب و هوای یک منطقه است که در حال حاضر روند گرم شدن دمای کره زمین را بخشی از این پدیده قلمداد می¬کنند. تبعات منفی این پدیده تا آنجا می¬تواند مخرب باشد که در بین ده عامل تهدید آمیز زندگی بشری در قرن بیست و یکم (مانند فقر، سلاح¬های هسته¬ای، کمبود غذا و غیره) مقام اول را به خود اختصاص داده است. در این تحقیق حوزه آبخیز قره سو کرمانشاه به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب و برای بررسی اثرات تغییر اقلیم بر مولفه¬های بیلان¬آب در حوزه مراحل زیر انجام شد: 1- ارزیابی توانمندی مدل ریزمقیاس نمای آماریlars-wg 2- بررسی عدم¬قطعیت ده مدل گردش عمومی و سناریو¬های آنها 3- انتخاب دو مدل echo-g و hadcm3 به ترتیب تحت دو سناریوی انتشار a2 و a1b 4- از مدل هیدرولوژیکی wetspa نیز برای شبیه¬سازی مولفه¬های بیلان آب حوزه و از نرم افزار pest جهت واسنجی، اعتبارسنجی، آنالیز حساسیت، عدم-قطعیت پارامتر¬های مدل استفاده و سپس تغییرات هیدرولوژیکی حوزه برای آینده شبیه¬سازی شد. بر اساس نتایج معیار ارزیابی نش- ساتکلیف مدل wetspa در مرحله واسنجی 0/75 و در مرحله اعتبار سنجی 0/73 بوده است. علاوه بر این، بررسی وضعیت هیدرولوژیکی حوزه نشان داد که مولفه¬های بیلان آب و دبی جریان نسبت به تغییر اقلیم از حساسیت زیادتری برخوردار هستند. به طوری که دبی جریان سالانه حوزه آبخیز قره¬سو تحت سناریوی a2 و a1b به ترتیب به میزان 42/2 و 39/2 درصد در دوره آینده (2030-2011) نسبت به دوره پایه (2008-1989) کاهش می¬یابد. همچنین، با استفاده از مدل هیدرولوژیکی wetspa مشخص شد که میزان تبخیر و تعرق پتانسیل در دو سناریوی a2 و a1b برای دوره آینده به ترتیب به اندازه 4 و 4/7 درصد افزایش داشته است. ولی میزان کاهش مولفه-های بارش، رواناب کل، تغییر ذخیره رطوبت خاک و تغییر دخیره آب زیرزمینی در سناریوی a2 به ترتیب به اندازه 4/4، 32/7، 321/3، 4 و 24/8 درصد و در سناریوی a1b به اندازه 0/8، 28/4، 323/7، 7/4 و 24/7 درصد بوده است. نتایج پیش¬بینی مدل lars-wg نشان داد که میزان دمای حوزه در هر دو سناریو افزایش می¬یابد ولی تغییرات بارش در سطح حوزه متفاوت خواهد بود. علاوه بر این، بر اساس نتایج برنامه pest از بین نه پارامتر مورد بررسی، پارامتر¬های فاکتور تصحیح برای تبخیر و تعرق پتانسیل (kep) و ضریب درجه- روز باران (krain) به ترتیب با مقادیر حساسیت نسبی 0/00004 و 0/17446 دارای بیشترین و کمترین حساسیت بوده اند.