امروزه استفاده از آب های ذخیره شده در زیر سطح زمین و در لایه های آبدار زیرزمینی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در مناطق خشک و یا گرمسیری که دارای آب و هوای موسمی هستند، بایستی در فصول بارانی آب را در زیر سطح زمین ذخیره نمود تا در فصول خشک بتوان از آن استفاده کرد. استفاده از سدهای زیرزمینی به صورت دیواره ی آب بند در مسیر جریان در لایه های آبدار به منظور ذخیره ی آب پشت دیواره ی سد یکی از روشهایی است که در سالهای اخیر جهت ذخیره ی آب های زیرزمینی مورد توجه ویژه قرار گرفته است. بررسی مشخصات هیدروژئولوژیکی منطقه وانتخاب محل مناسب جهت احداث اینگونه سدها همواره مورد نظر متخصصان بوده است. اما تحقیق در مورد جنس بدنه این گونه سدها و تعیین ضخامت و ارتفاع سدهای زیرزمینی نیز در سال های اخیر توسط دانشمندان بررسی شده است. موضوعی که در طراحی سدهای زیرزمینی کم تر به آن توجه شده است و از اهمیت ویژه ای برخوردار است، بررسی سرریز در سدهای زیرزمینی است. پیش بینی سرریز در سدهای زیرزمینی به منظور خروج آب اضافی از آبخوان ضروری است. در صورت عدم پیش بینی سرریز مناسب در سدهای زیرزمینی در هنگام طراحی این گونه سدها و عدم خروج آب اضافی، سطح آب زیرزمینی بالا آمده تا جایی که به سطح زمین می رسد و علاوه بر آنکه کاربری سطح زمین را مختل کرده، آسیب های جبران ناپذیری را به محیط زیست وارد می کند. در تحقیق حاضر، تأثیر ابعاد هندسی و مشخصات سرریز بر عبور جریان آب زیرزمینی به پایین دست سد با توجه به مشخصات هیدرودینامیکی آبخوان بالادست مورد مطالعه قرار می گیرد. همچنین تأثیر پارامترهای مختلف هیدرولیکی بر میزان دبی عبوری از سرریز در سدهای زیرزمینی بررسی خواهد شد. در این تحقیق یک مدل آزمایشگاهی از آبخوان سدهای زیرزمینی شامل مخزن سد و سرریز سد زیرزمینی ساخته شد. در این مدل آزمایشگاهی تأثیر پارامترهایی نظیر ضریب هدایت هیدرولیکی لایه های آبدار، هد در بالادست سرریز سد زیرزمینی، ارتفاع سرریز سد و طول تاج سرریز سد بر میزان دبی عبوری از سرریز سد زیرزمینی در حالت پایدار مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج آزمایشات نشان می دهند که با افزایش ضریب هدایت هیدرولیکی مصالح آبخوان، دبی عبوری از سرریز افزایش می یابد. همچنین با افزایش ارتفاع سرریز، هد در بالادست سرریز سد و طول تاج سرریز نیز دبی عبوری از سرریز سد افزایش می یابد. به منظور بررسی کلیه عوامل موثر و تحلیل اثرات آنها بر میزان دبی عبوری از سرریز در سدهای زیرزمینی از نرم افزار seep 3d استفاده شده است. ابتدا نتایج مدل عددی با استفاده از نتایج آزمایشات صحت سنجی گردیده و سپس مدل های مختلفی از سدهای زیرزمینی در نرم افزار seep 3d ساخته شده و تأثیر پارامترهای مختلف بر دبی عبوری از سرریز سدهای زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های مدل عددی نیز نشان می دهد که ضریب هدایت هیدرولیکی مصالح آبخوان، هد در بالاست سد زیرزمینی و عرض موثر در جریان آب های زیرزمینی بیشترین تأثیر را بر دبی عبوری از سرریز در سدهای زیرزمینی دارا می-باشند. در ادامه به منظور بررسی دقیق تر تأثیر پارامترها، آنالیز ابعادی بر روی پارامترهای حاکم انجام پذیرفته و در نهایت رابطه ا ی جهت تخمین دبی عبوری از سرریز در سدهای زیرزمینی ارائه شده است.

مدیریت منابع طبیعی به خصوص منابع آب از دیرباز محور توجه و تصمیم گیری مدیران در جوامع مختلف بوده است. با افزایش جمعیت و توسعه بخش های مختلف کشاورزی و صنعت که نیاز روز افزون به منابع آب را نیز به دنبال داشت، ناپایداری هایی را در مدیریت سنتی منابع آب ایجاد نمود. بخش عمده ای از عدم تعادل در منابع آب، ناشی از چرخه آب شناسی و محدودیت طبیعی منابع آب بوده و بخش دیگر تأثیرگذاری اقدامات و فعالیت های انسانی بر روی منابع آب است که جملگی زمینه ساز چالش های سنگینی در امر بهره گیری از منابع آب شیرین به ویژه منابع آب زیرزمینی گشته است. از طرف دیگر تصمیم گیرندگان در این بخش با حجم بسیار زیادی از داده های جمع آوری شده با خصوصیات بسیار متنوع و با روابط پیچیده در بین آن ها مواجه هستند که آنالیز و مدیریت آن ها به وسیله تجزیه و تحلیل های تجربی و آماری، امری دشوار و در بسیاری از حوضه ها عملاً ناممکن می باشد. داده-کاوی یک فناوری توانمند در مدیریت و سازماندهی اطلاعات با حجم بالا می باشد. در واقع داده کاوی، مجموعه ای از فنون است که ورای داده پردازی معمولی بوده و به استخراج دانش های سودمند که در انبوه داده ها مخفی و پنهان است، کمک می کند. در این پایان نامه، از دو تکنیک داده کاوی رگرسیون و درخت تصمیم در جهت مسائل مطروح در زمینه مدیریت منابع آب استفاده شد. مطالعات در دو بخش انجام شد. ابتدا برای شناخت بهتر تکنیک های داده کاوی، از پایگاه اطلاعاتی ایستگاه سینوپتیک اصفهان برای تخمین مقدار رطوبت نسبی استفاده گردید. رطوبت نسبی یکی از پارامترهای مهم در بحث کیفیت هوا و از پارامترهای مهم هواشناسی است که تأثیر بسزایی در شاخص های مختلف هواشناسی دارد. داده های جمع آوری شده در این بخش، اطلاعات هواشناسی ایستگاه سینوپتیک اصفهان از سال 1990 تا 2005 می باشد. همچنین در ادامه به بخش اصلی تحقیق یعنی بررسی رفتار منابع آب زیرزمینی نسبت به سیاست های مختلف عرضه و تقاضا جهت تشخیص شرایط و عوامل آسیب پذیری این منابع ارزشمند و کلیدی پرداخته شد. در این بخش، اطلاعات بخشی از حوضه آبریز زاینده رود شامل آبخوان نجف آباد، به صورت موردی برای مطالعه در این پایان نامه مد نظر قرار گرفت . در این قسمت تلاش شد که بر اساس یک مدل مفهومی ساده به شناخت رفتار آبخوان نسبت به سیاست های مختلف عرضه و تقاضا و کشف دانش های سودمند در این خصوص برای مدیران پرداخته شود. برای تهیه پایگاه اطلاعاتی دوم پیش پردازش های مختلفی انجام پذیرفت. در بخش نخست به منظور تخمین مقدار رطوبت نسبی، مدل های متنوعی توسعه داده شد که دقت بهترین مدل تا 94 درصد بدست آمد و در نهایت مدلی با دقت 92.1% و با استفاده از پارامترهای ورودی (یعنی فشار بخار آب اشباع، بارندگی، نقطه شبنم، دمای تر و دید افقی) متنوع تر از روش متعارف محاسباتی سایکرومتریک توسعه داده شد. در بخش دوم نیز، مدل های گوناگونی با توجه به سناریوها و فرضیات مختلف توسعه یافت. مدل های توسعه داده شده برای پیش بینی رفتار متوسط آبخوان، در بهترین حالت تا 72% پیش بینی را انجام دادند، در حالیکه دقت مدل های مربوط به پیش بینی به صورت کاملا مجزا رفتار آبخوان در پیزومترهای مختلف بالای 80 درصد بدست آمد. . این تفاوت معنادار در دقت مدل ها نشان از تفاوت در پاسخ قسمت های مختلف سیستم نسبت به سیاست-های مختلف عرضه و تقاضا می باشد. در ادامه نتایج به بررسی و تفسیر مستقیم درخت های تصمیم توسعه یافته شده جهت شناخت دانش های سودمند پرداخته شد. نتایج گویای رفتار کاملا متفاوت آبخوان در دو بخش از سال می باشد. در بخش نخست که از اسفندماه شروع و تا مردادماه ادامه دارد، افزایش قابل توجه مصرف نقشی اساسی در رفتار آبخوان دارد و در اکثر اوقات افت در آبخوان مشاهده می شود. سیاست عرضه از سد زاینده رود نقشی اساسی در تشدید اثرات بر روی آبخوان در این بخش از سال ایفا می کند. همچنین در 4 ماه آخر این بخش از سال، میزان اختلاف مصرف و عرضه باعث تشدید قابل توجه افت در آبخوان می گردد. عدم اطلاع رسانی و تطبیق کشاورزان با شرایط عرضه، خود باعث تشدید افت بویژه در آغاز دوره مصرف و در شرایط خوب عرضه گشته است. در بخش دوم از سال که از شهریورماه آغاز و تا بهمن ماه ادامه دارد، کاهش مصرف و افزایش عرضه طبیعی منابع آب از ویژگی های این بخش از سال می باشد و به طور متوسط در این 6 ماه از سال بالاآمدگی در آبخوان اتفاق می افتد. در این بخش از سال، سیاست بهبود و بازسازی شرایط آبخوان در دوره مصرف از مهمترین سیاست ها می باشد. در بخش آخر این تحقیق، اشاره ای مختصر به نحوه نمایش دانش های بدست آمده برای مدیران در قالب جداول دانش پرداخته شده است.

امروزه با توجه به رشد روز افزون تکنولوژی، توسعه ی جوامع بشری و گسترش فعالیت های صنعتی وسهم عمده ای که هر یک از این موارد در آلودگی های محیط زیست به ویژه آلودگی های آب دارند، توجه به مسائل زیست محیطی منابع آب افزایش یافته و در سال-های اخیر با کاهش سریع منابع آب سالم، این توجهات و نگرانی ها چند برابر شده است. در میان منابع آب موجود، آب های زیرزمینی به دلیل استعداد آلودگی کمتر و همچنین ظرفیت ذخیره ی بالاتر در مقایسه با منابع آب سطحی، به عنوان یک منبع مهم تأمین کننده ی آب مورد نیاز انسان ها در نظر گرفته می شود. ولی در صورت آلوده شدن آب های زیرزمینی، تشخیص و کنترل آلودگی و آلودگی زدایی از این منابع بسیار مشکل و پر هزینه می باشد. لذا باید به طریقی مناطق آسیب پذیر را شناسایی نموده و با اتخاذ تدابیری از آلوده شدن آن ها جلوگیری نمود. یکی از متداول ترین روش هایی که به منظور ارزیابی آسیب پذیری آب های زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرد، روش دراستیک است. این روش که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته یکی از روش های همپوشانی و شاخص است و آسیب پذیری ذاتی را ارزیابی می کند. این روش مبتنی بر هفت پارامتر است که محیط هیدروژئولوژیکی را توصیف می کنند. در این روش به هر پارامتر در هر ناحیه رتبه ای اختصاص می یابد. آن گاه این رتبه ها در وزن های نسبی که بر اساس اهمیت پارامتر به هر یک از آن ها نسبت داده شده ضرب شده و پس از ترکیب با یکدیگر، شاخص آسیب پذیری حاصل می شود. اما در روش دراستیک از منطق بولین جهت دسته بندی و رتبه دهی پارامترها استفاده گردیده است که با توجه به ماهیت طیفی و دامنه دار چهار مورد از پارامتر های دخیل در محاسبه ی شاخص آسیب پذیری به روش دراستیک، اگر طبقه بندی بر اساس منطق بولین انجام شود موجب می شود که یک منطقه با کوچکترین تغییری در مقدار پارامتر آن از یک دسته به دسته ی بالاتر یا پایین تر جا به جا شود و رتبه ی متفاوتی به خود بگیرد و یا نقاطی که آشکارا مقادیر متفاوتی دارند، چون در یک دسته قرار گرفته اند، حائز یک رتبه گردند که اصولاً قابل قبول و توجیه نمی-باشد. در این تحقیق که بر روی آبخوان های حوضه ی آبریز زاینده رود انجام شده است، نقشه ی آسیب پذیری آبخوان ها در نهایت تهیه شد. این نقشه نشان داد که به طور کلی دشت های واقع در غرب حوضه از بیشترین پتانسیل آلودگی برخوردارند و پس از آن دشت های واقع در شرق حوضه نیز پتانسیل آلودگی قابل توجهی دارند. این در حالی است که مرکز حوضه در هر سه حالت تغذیه ی خالص از پتانسیل آلودگی بسیار کمی برخوردار است. در این تحقیق دو آنالیز حساسیت نیز بر روی پارامتر تغذیه ی خالص در سه وضعیت فوق الذکر انجام گرفت. نتایج آنالیز حساسیت پارامتر واحد نشان داد که وزن موثر پارامتر تغذیه ی خالص از غرب به شرق کاهش می یابد و به طور کلی وزن موثر تغذیه ی خالص حداکثر همخوانی بیشتری با وزن نظری آن دارد که این امر لزوم استفاده از این حالت را در محاسبه ی شاخص آسیب پذیری دراستیک فازی یاد آوری می کند. نتایج آنالیز حساسیت حذف نقشه نیز نشان داد که با حذف لایه ی تغذیه ی حداقل، بیشتر وسعت حوضه تغییرات کمی دارد و این همان وضعیتی است که در حالت تغذیه ی متوسط دیده شد. اما در حالت تغذیه ی حداکثر، بر خلاف دو حالت پیشین، غرب حوضه تغییرات بسیار زیادی را نشان داد و این در حالی است که شرق حوضه تغییرات متوسطی دارد و مرکز حوضه تقریباً فاقد هر نوع تغییراتی می باشد. در ادامه روش si که به منظور ارزیابی آسیب پذیری ویژه مورد استفاده قرار می گیرد، به کار گرفته شد و با مدل دراستیک فازی مقایسه شد. نتایج نشان داد که در مدل si آسیب پذیری از شدت کمتری برخوردار است، اما به لحاظ پهنه بندی آسیب پذیری تقریباً دو مدل بر هم منطبق اند.

چکیده خشکسالی عبارت است از یک دوره ممتد کمبود بارش که منجر به صدمه زدن به انواع مصرف کنندگان آب به ویژه بخش کشاورزی و کاهش عملکرد آنها می شود. پدیده خشکسالی از جمله بلایایی است که آن را باید بدون امکان پیش بینی تلقی نمود. این حادثه با دیگر حوادث طبیعی از قبیل سیل، زلزله، طوفان و غیره بنا به عللی تفاوت دارد. نخست اینکه این پدیده به کندی شروع می شود و تاثیر آن بتدریج و در یک دوره زمانی نسبتا طولانی در بخشهای مختلف منابع آب، کشاورزی، اجتماعی، اقتصادی و زیست محیطی ظاهر می شود. از سوی دیگر تعیین دقیق زمان شروع و خاتمه این پدیده تا حدودی مشکل است که با توجه به این ویژگی اغلب خشکسالی را پدیده ای خزنده توصیف می کنند. شاخص های مختلفی برای ارزیابی خشکسالی مانند spi، pdsi، swsi طراحی شده است که براساس یکی از انواع خشکسالی های هواشناسی، هیدرولوژی یا کشاورزی بوده و تاکنون شاخصی که در بر گیرنده کلیه عوامل مورد نظر باشد، معرفی نشده است. هدف از این تحقیق بررسی و ارزیابی شاخص های موجود در پایش خشکسالی و ارائه یک شاخص یکپارچه و در برگیرنده عوامل اصلی خشکسالی است که به دلیل موقعیت حساس حوضه آبریز زاینده رود در فلات مرکزی ایران، این حوضه به عنوان منطقه مطالعاتی انتخاب گردیده است. شاخص یکپارچه دربرگیرنده عوامل مختلف خشکسالی مانند هواشناسی، هیدرولوژیکی، کشاورزی، اجتماعی- اقتصادی و زیست محیطی می باشد. تغییرات آب و هوا در طول حوضه مورد مطالعه بسیار چشم گیر است، در حالیکه ناحیه چلگرد در سمت غرب حوضه دارای بارش متوسط سالانه بیش از 1400 میلیمتر می باشد، در شرق حوضه بارش متوسط سالانه از 100 میلیمتر تجاوز نمی کند. به دلیل خشکسالی های پی در پی در طی دهه های اخیر این حوضه به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده است. در طراحی شاخص یکپارچه از تلفیق لایه های استاتیکی و دینامیکی استفاده شده است. لایه-های استاتیکی شامل کاربری زمین، شیب و جنس خاک حوضه می باشد. لایه های دینامیکی شامل بارش، تبخیر، دما، حجم آب ذخیر شده در مخازن سدهای حوضه، موقعیت سطح آب زیرزمینی و نیاز زیست محیطی می باشد. هر یک از لایه های استاتیکی و دینامیکی به عنوان یک لایه و با ضریب به خصوص وارد نرم افزار gis می شود و در نهایت با وزن دهی به لایه های مختلف و میزان شدت خشکسالی در طول سالهای مختلف و نیز در بخشهای مختلف حوضه تعیین گردید. این شاخص یکپارچه براساس خشکسالی های به وقوع پیوسته صحت سنجی گردید. به عنوان نتیجه ای از این شاخص سال آبی 1372 به عنوان سال ترسالی و سال آبی 1378 به عنوان بحرانی ترین سال از لحاظ خشکسالی انتخاب شد.

افزایش غلظت گازهای گلخانه ای در جو زمین تغییرات قابل ملاحظه ای را در اقلیم زمین به وجود آورده است. با توجه به اینکه گرمایش زمین عامل تهدید کننده ای برای زندگی بشر و کشاورزی در کره زمین می باشد، لذا پیش بینی تغییرات اقلیمی در آینده امری ضروری به حساب می آید. تغییر در الگوی بارش، دما و سایر متغیرهای اقلیمی بر رژیم هیدرولوژیکی نواحی مختلف تأثیرگذار است. مدل های جهانی اقلیم gcm مهمترین منبع برای دستیابی به اقلیم آینده می باشند اما قدرت تفکیک پایین مدل های جهانی اقلیم استفاده از آن ها را برای مطالعات هیدرولوژیکی و محلی ناممکن کرده است. اکثر مدل های جهانی اقلیم دارای قدرت تفکیک بیشتر از دو درجه عرض و طول جغرافیایی هستند. بنابراین لازم است که مقیاس خروجی این مدل ها را کاهش داد. در این مطالعه با استفاده از نرم افزار asd به روش آماری داده های درجه حرارت حداقل، حداکثر و بارش برای ایستگاه های واقع در حوضه آبریز سد زاینده رود را ریزمقیاس نمودیم. در این مدل از داده های دو مدل جهانی اقلیم (hadcm3 و cgcm3) تحت دو سناریوی انتشار a2 و b2 در دو دوره زمانی 2049-2020 و 2099-2070 استفاده شد. پیش بینی تغییرات دمای حداقل و حداکثر در دوره های آینده نسبت به دوره پایه روندی افزایشی داشتند و شدت افزایش درجه حرارت حداکثر بیشتر از درجه حرارت حداقل است. میانگین سالانه بارش پیش بینی شده در دوره های مذکور برای همه سناریوها کاهش نشان می دهد و توزیع آن در فصل های مختلف تغییر خواهد یافت. بیشترین کاهش بارش در دوره 2070-2099 و سناریوی hadcm3-a2 و به اندازه 10/55 درصد رخ خواهد داد و کمترین میزان کاهش بارش در دوره 2020-2049 و سناریوی hadcm3-a2 و به اندازه 4/04 درصد رخ می دهد. در مرحله بعد خروجی های مدل asd به عنوان ورودی های مدل هیدرولوژیکی swat مورد استفاده قرار گرفته است. سپس مدل swat با استفاده از الگوریتم sufi-2 برای منطقه مطالعاتی کالیبره شد. نتایج شبیه سازی شده توسط این مدل برای حوضه مطالعاتی نشان دهنده افزایش جریان در فصل پاییز در هر دو دوره زمانی است که این امر به دلیل افزایش بارش در این فصل در آینده می باشد. با وجود کاهش بارش در فصل زمستان، میزان رواناب در این فصل افزایش می یابد که دلیل آن افزایش دما در این فصل و تغییر شکل بارش از برف به باران می باشد. در این دوره ها همچنین با انتقال پیک جریان از ماه آوریل به ابتدای فصل بهار روبرو هستیم که در نتیجه افزایش دما در ابتدای بهار و ذوب زودهنگام برف می باشد. بر اساس پیش بینی ها میزان متوسط رواناب سالانه در همه سناریوها و در هر دو دوره آینده نسبت به دوره مشاهداتی کاهش خواهد یافت. بیشترین کاهش برای سناریوی hadcm3-a2 در دوره 2099-2070 به میزان 18/35 درصد و کمترین کاهش برای سناریوی cgcm3-a2 در دوره 2049-2020 برابر 7/06 درصد اتفاق خواهد افتاد.