این پژوهش به بررسی یکی از مهمترین مسائل مربوط به تنش رودخانه در مواجهه با مصرف کنندگان منابع آب و مخاطرات محیط زیست درون رودخانه پرداخته است. مطالعه موردی بر روی رودخانه کاظم رود (از زیر حوضه های غرب مازندران) صورت گرفت. روش های مورد بررسی مشتمل بر سه دسته هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و شبیه ساز زیستگاه است. از مجموعه روش های هیدرولوژیکی دو روش، درصدی از منحنی تداوم جریان(q%95) و روش تنانت(مصوب وزارت نیرو)، به عنوان روش های پر کاربرد در جهان، مورد استفاده در این تحقیق است. با تحلیل های آماری بر روی سری زمانی جریان مشخص شد که روش تنانت دارای ضعف های اساسی در ارائه حداقل جریان زیست محیطی است. روش q%95 علیرغم توانایی در برخی از ماه های سال در ماه های بحرانی، کارایی مقبولی ندارد. از مجموعه روش های هیدرولیکی، روش محیط خیس شده با دو راهکار متفاوت شیب منحنی و حداکثر انحنا، مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد روش شیب منحنی، جریاناتی را پیشنهاد می کند که از توان رودخانه خارج است اما روش حداکثر انحنا جواب های معقولی ارائه داد و در مناطقی که مطالعات زیست شناسی ضعیف می باشد می تواند یک گزینه مناسبی نسبت به روش های هیدرولوژیکی باشد. اما این روش به خاطر تک نرخی بودن، انعطاف پذیری بسیار محدودی در مواجهه با مصرف کنندگان دارد. روش های شبیه ساززیستگاه به عنوان رویکرد ی مقبول در جهان، با پیش شرط اولیه ی حداقل عمق و سرعت مورد نیاز گونه ی هدف، حداقل جریاناتی را پیشنهاد می دهد که در برخی از ماه های سال تأمین آن، خارج از توان رودخانه است. در نهایت با توسعه روشی که سعی در حفظ پارامترهای حیاتی رودخانه دارد، کوشش شد تا الگوریتمی ساده ولی دقیق تر از روشهای هیدرولوژیکی بدست آید که با حداقل داده، حداقل جریان را ارائه دهد. این روش ترکیبی، توانائی پوشش برخی از ضعف های روش های مختلفی که عنوان شد را دارا است.

در این پایان نامه به یکی از مهم ترین مسائل مربوط به رودخانه های کشور در رابطه با تعیین نیاز زیست محیطی رودخانه پرداخته شده و برای این کار از چهار روش معتبر که شامل روش های هیدرولوژیک (تنانت (روش مصوب وزارت نیرو) و q95) و روش های شبیه سازی زیستگاه (phabsim و river2d) استفاده گردیده است. بررسی ها روی رودخانه کاظم رود ( واقع در قسمت غربی مازندران) انجام شده و نیاز زیست محیطی این رودخانه برای گونه شاخص ( ماهی زردک، مرحله مهاجرت به داخل رودخانه) از چهار روش مزبور بدست آمد. روش های شبیه سازی زیستگاه از اعتبار بالایی در سطح جهان برخوردارند و برخلاف روش های هیدرولوژیکی که دبی زیست محیطی را به عنوان درصدی از جریان رودخانه بدست می دهند، به صورت دینامیکی و بر اساس شرایط واقعی هر رودخانه این نیاز را تعیین می نمایند. بزرگترین مشکل روش های شبیه ساز زیستگاه حجم بالای داده های ورودی و پر هزینه و زمان بر بودن داده برداری آن هابرای مدلسازی است. در این پایان نامه برای اولین بار در ایران از معتبرترین روش های شبیه سازی زیستگاه استفاده شد و نگرشی جدید و معتبر در تعیین نیاز زیست محیطی رودخانه های کشور مطرح گردید. با استفاده از روش ارائه شده در این پایان نامه می توان روش های شبیه سازی زیستگاه را برای شرایط کمبود داده در مناطق مختلف مورد استفاده قرار داد. علاوه بر این، در این پایان نامه نشان داده شد که در صورت استفاده از نتایج حاصل از روش های تنانت و q95، تنها در تعداد محدودی از ماه های سال حداقل جریان زیست محیطی رودخانه تامین خواهد گشت و در صورت مدیریت منابع آب رودخانه براساس این دو روش فاجعه ای زیست محیطی را در آن شاهد خواهیم بود. با توجه به اینکه موجودات آبزی در دوره های مختلف زندگی خود نیازهای جریان متفاوتی دارند، با استفاده از روش شبیه ساز زیستگاه اقدام به استخراج رژیم اکولوژیکی برای کاظم رود گردید. رژیم اکولوژیکی رودخانه مبین این امر است که در هر ماه سال، چه مقدار جریان برای ابقای یک گونه خاص مورد نیاز است. یکی از اصلی ترین ورودی های phabsim منحنی های مطلوبیت زیستگاه (hsc) برای گونه هدف می باشد که برای این مهم در رودخانه کاظم رود از روش دلفی استفاده به عمل آمد. نهایتاٌ برای تعیین جریان زیست محیطی اقدام به تعیین سطح قابل استفاده وزنی (wua) در همه ماه های سال و با توجه اکید بر فصل مهاجرت گونه هدف از دریا به رودخانه گردید. در استفاده از phabsim مشخص شد که این مدل دارای نقاط ضعفی در مدول هیدرولیکی خود می باشد که می تواند منجر به برآورد نادرست wua گردد. به منظور رفع این نقیصه اقدام به استفاده از مدل ریاضی hec-ras و جایگزینی خروجی های حاصل از آن با ورودی های مدول هیدرولیکی phabsim گردید. نتایج حاصله نشان دهنده این امر است که کالیبراسیون مدل های هیدرولیکی phabsim امری دشوار است و در صورت استفاده از دسته کالیبراسیون های کم، شبیه سازی های هیدرولیکی phabsim مقادیر نادرستی ارائه می دهند. ولی چنانچه دسته های کالیبراسیون افزایش پیدا کند نتایج مدل سازی هیدرولیکی phabsim به واقعیت نزدیک خواهد بود. به منظور مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی هیدرولیکی یک بعدی و دوبعدی بر روی شبیه سازی زیستگاه، از مدل river2d استفاده به عمل آمد. نتایج حاصله نشان دادند که نیاز زیست محیطی محاسبه شده از river2d کم تر از پیش بینی های phabsim است، ولی در هر دو حالت روند تغییرات زیستگاه شکلی یکسان دارد. اختلاف زیاد بین مقدار جریان زیست محیطی از روش های هیدرولوژیک و شبیه سازی زیستگاه نشان دهنده این امر است که برای جلوگیری از وارد شدن خسارات جبران ناپذیر به اکوسیستم های آبی، باید نگرش مدیران به سمت روش های زیستگاه محور تغییر پیدا کند.

فرسایش و رسوب در ایران مسئله ای حیاتی می باشد و پیش بینی آن برای مناطق فاقد ایستگاه اندازه گیری، از ضرورت زیادی برخوردار است. مدل های ارائه شده ی برآورد فرسایش و رسوب، برای اجرا نیازمند اطلاعات زیادی هستند که استفاده از آنها را بخصوص در پروژه های مهندسی رودخانه با مشکل مواجه می سازد. به همین دلیل یافتن یک روش برآورد فرسایش و رسوب که بتواند در کوتاه ترین زمان و با کم ترین هزینه به برآورد بار رسوبی حوضه ها بپردازد هنوز مورد توجه می باشد. برای نیل به این مقصودمدلی ارائه می گردد که بتواند میزان فرسایش و تولید رسوب در حوضه را با استفاده از اطلاعات ژئومورفولوژیکی با سرعت و دقتی مناسب بدست دهد. حوضه ی مطالعاتی این تحقیق، باراجین واقع در شمال شرقی استان قزوین می باشد. با استفاده از آمار ایستگاه هیدرومتری حوضه ی باراجین میزان رسوب تولید شده در این رودخانه 58 تن در روز محاسبه شده است. در این پایان نامه از سه گروه مدل های مختلف فرسایشی استفاده شده است. مدل فرسایش و تولید رسوب کل (mpsiac)، مدل هایی براساس پارامتر های فیزیکی حوضه (روش دوم فورنیه و روش داگلاس) و مدل ژئومورفولوژیکی. نتایج حاصله نشان داد که انواع مختلف مدل های فرسایش، برآوردهای بسیار متفاوتی از فرسایش و رسوب منطقه بدست می دهند. مدل mpsiac نتایج نسبتا قابل قبولی بدست می دهد. مقدار رسوب روزانه با این روش 53.6 تن بدست آمده است که با اعمال ضریب اصلاحی 1.082 می توان از آن برای حوضه ی مورد مطالعه استفاده کرد. مدل های فورنیه و داگلاس نتایج کاملا متفاوت و دور از واقعیتی را ارائه دادند. مدل ژئومورفولوژیکی که برای اولین بار در حوضه ی باراجین اجرا شد، توانست ارتباط معنی داری با روش mpsiac برقرار کند. این روش تنها به عوامل منجر به فرسایش سطحی حوضه می پردازد در حالیکه روش mpsiac فرسایش خندقی و رودخانه ای را نیز در میان عوامل نه گانه ی خود داراست که تفاوت این دو روش در همین نکته می باشد. به کمک روش ژئومورفولوژیکی می توان پتانسیل فرسایش و رسوب در یک حوضه را تخمین زد. در این تحقیق به مقایسه و ارزیابی این مدل و مدل mpsiac پرداخته شده است. نتایج نشان داده است که مدل ژئومورفولوژیک می تواند در برآوردهای اولیه ی مطالعات حوضه برای مدیریت فرسایش و رسوب، مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر نتایج اشاره شده مدل ژئومورفولوژیکی توانسته است با مجموع عوامل توپوگرافی و فرسایش سطحی روش mpsiac رابطه ی منطقی برقرار کند. در واقع به کمک روش ژئومورفولوژیک، که روشی بسیار ساده و کم هزینه می باشد می توان هم به اولویت بندی مدیریت حوضه از نظر فرسایش، اقدام کرد و هم برای فاز بندی مطالعات مرحله ی بعد با استفاده از نتایج حاصله اقدام نمود.

پدیده خشکسالی در برنامه ریزی و مدیریت کلان منابع آب نقش بسزایی دارد.همین امر،توجه مدیران و محققان را به خود جلب کرده است.وجود شرایط گوناگون اقلیمی در نقاط مختلف کشور ایران و قرار گرفتن بخش اعظم آن بر روی کمربند بیابانی کره زمین،سبب شده است که کشور ایران در زمره کشورهای در معرض خشکسالی قرار بگیرد.بررسی خشکسالی در گستره کشور ایران امری ضروری است که به آن در تحقیق حاضر پرداخته شده است.برای بررسی خشکسالی، تحقیقات معمولا به دو دسته بررسی نقطه ای و بررسی منطقه ای تقسیم می شوند.تحلیل های نقطه ای منحصر به ایستگاه هواشناسی یا هیدرومتری است.اما برای نگاه جامع تر به وضعیت خشکسالی،ملزم به بررسی این پدیده به صورت منطقه ای می باشیم.دراین تحقیق از شاخص شناسایی خشکسالی(rdi) استفاده شده است.این شاخص از دو پارامتر دما و بارش برای محاسبه شدت خشکسالی بهره می برد. برای فراهم کردن داده ها،از دو پایگاه جهانی ncep/ncar برای داده های دما و gpcc برای بارش بهره گرفته شده است.این دو پایگاه داده های خود را به صورت شبکه بندی شده(grid) در اختیار کاربران قرار می دهند.دقت داده های بارش gpcc به صورت 5/0 و 1 و 5/2 در دسترس است، در حالی که داده های دمای ncep/ncar با دقت 5/2 منتشر می شوند.در عرضهای جغرافیایی 25 تا 38 درجه که تقریباً ایران را پوشش می دهد، فاصله 5/2 درجه طول و عرض جغرافیایی به معنای فاصله زمینی در حدود 250 کیلومتر می باشد. این فاصله نسبتاً زیاد می تواند در صورت انجام مطالعه در مقیاس منطقه ای به منظور استخراج الگوهای مورد نظر و بررسی تغییرات مکانی به ازای همه انواع اشکال توپوگرافیکی کافی نباشد.پس لازم است این داده های دما درون یابی شوند.متلب یکی از نرم افزار های پرقدرت برای درون یابی داده های شبکه بندی شده است.در این نرم افزار چهار روش برای درون یابی وجود دارد:1-روش خطی 2-روش نزدیکترین همسایگی 3-روش اسپیلاین)مکعبی( 4-روش همسایگی عادی)طبیعی(.در بررسی هایی که انجام شد دو روش اسپیلاین و نزدیکترین همسایگی بهترین عملکرد را در درون یابی داشته اند.برای ساده سازی و یکسان سازی،از نتایج حاصل از درون یابی روش نزدیکترین همسایگی استفاده شد.با انجام درون یابی داده های دما به مقیاس یک درجه،بانک داده ی این پژوهش برای بدست آوردن شاخص rdi کامل شد.با هم پوشانی داده های یک درجه موجود با منطقه مورد مطالعاتی)کشور ایران( مشخص شد که 154 نقطه)گره( وجود دارد.برای هریک از این نقاط شاخص rdi را بدست آوردیم و درجه خشکسالی را با استفاده از آستانه های موجود برای این شاخص تعیین شد.همان طور که گفته شد برای بررسی جامع نیاز به نگاه منطقه ای به پدیده خشکسالی می باشد.در این تحقیق هم به همین علت و همچنین بزرگی مساحت منطقه مورد مطالعاتی،تحلیل های منطقه ای با استفاده از شاخص rdi صورت پذیرفت و مشخص شد که در ایران 9 منطقه هم رفتار از نظر خشکسالی موجود است.شایان ذکر است که منطقه بندی با استفاده از روش خوشه بندی به روش وارد(ward) در نرم افزار minitab انجام گرفت .علاوه بر این ،منطقه بندی با استفاده از شاخص rdi با spi مقایسه گردید.نتایج نشان دادند که شاخص rdi در مناطق غربی و شمالی عملکرد بهتری نسبت به spi دارد. به علاوه بر آن نقاطی که از خشکسالی بسیار شدید رنج می بردند به همراه فراوانی وقوع آنها مشخص شدند .نتیجه اینکه خوشه شماره 6یعنی منطقه خراسان جنوبی و شمال سیستان و بلوچستان با 19% فراوانی نسبی وقوع،بیشترین تعداد حادث شدن خشکسالی خیلی شدید را به خود اختصاص داده است.همچنین به علت پایین آمدن سطح دریاچه ارومیه و خشک شدن بخشی از آن در سنوات اخیر ،این حوضه به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفت ونتایج حاکی از این است که این حوضه پس از خشکسالی سال 2000 در وضعیت نرمالی ازخشکسالی به سر می برده است و از سال 2008 تا کنون دچار خشکسالی شدیدی شده است.

خشکسالی مشکلات زیادی را در زمینه های مختلف اجتماعی، اقتصادی و زیست محیطی ایجاد می کند که مهمترین آنها در بخش کشاورزی، کاهش میزان عملکرد محصولات زراعی و باغی میباشد. اهمیت این موضوع زمینه‏ساز تحقیق در این مورد بر روی شاخص rdi به عنوان شاخصی که بیشترین پارامتر بیلان آب خاک را در محاسبات دخیل می‏کند، و از طرفی نیز با محدودیت داده‏های زمینی برداشت شده در منطقه مورد پژوهش سازگاری دارد، گشت. این شاخص عملکرد مناسبی را در برآورد خشکسالی کشاورزی منطقه نشان داد. اما بکارگیری تبخیرتعرق پتانسیل در آن سبب بروز شبهاتی می‏شود، که تفاوت برآورد آن در زمان جایگزینی با تبخیر تعرق واقعی در محاسبات مورد بررسی قرار گرقت. نتایج به نوعی یک "بیش برآورد" را در محاسبه‏ی شدت خشکسالی به کمک شاخص rdi نشان داد، که از طریق جایگزینی تبخیر تعرق واقعی د ر محاسبات این شاخص، اصلاح می‏شود . لذا، این نتیجه به دست می آید که، با استفاده تبخیر تعرق واقعی به جای تبخیرتعرق پتانسیل اعداد به واقعیت بیشتر نزدیک می‏شوند. از آنجا که تنها بررسی‏های نقطه‏ای کافی نبوده و در بیشتر موارد لازم است بررسی‏ها در سطح منطقه انجام شود، کاربرد تکنیک‏های سنجش از دور در برآورد تبخیرتعرق واقعی به کمک تصاویر دو ماهواره‏ی لندست و مادیس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحلیل در بخش سنجش از دور نشان می‏دهد که، به‏کارگیری تکنیک‏های سنجش از دور در منطقه با وجود سادگی و سرعت بالا، بدون کالیبراسیون زمینی امکان‏پذیر نمی‏باشد. کالیبراسیون ماهواره لندست به کمک داده‏های محدود منطقه امکان پذیر بوده و رابطه‏ی اصلاح بیش‏برآورد آن، برای منطقه‏ی مورد مطالعه، ارائه گشته است؛‏ اما برای این منطقه با توجه به محدودیت‏ و عدم پراکندگی کافی داده ها در سطح منطقه، نمی‏توان نتایج ماهواره مادیس را اصلاح نمود و علی رقم پوشش کاملی که از منطقه می‏دهد‏ برای کاربرد در این مساحت کارآیی لازم را ندارد.

دریای مازندران بزرگترین دریاچه جهان محصور به خشکی است .سالیان متمادی پیشروی آب دریای خزر موجب خسارت های زیادی شد.درراستای تهدید جدی نوسانات آب دریای مازندران، محققین به دنبال روش مناسب برای بررسی این ضرورت بودند.دراین تحقیق بااستفاده از سری زمانی ماهانه سطح آب دریاچه، در ایستگاه انزلی در طی سالهای 2013 - 1970 مدل مناسب برای بررسی رفتار دراز مدت و کوتاه مدت آن بدست آمد. در مقایسه ای که بین روشهای ناپارامتری (روش هالت - وینترز) و روشهای پارامتریک ( مدل باکس –جنکینز) و شبکه عصبی صورت گرفت ،تفاوت معنی داری در نتایج پیش بینی سه مدل دیده نشد و عملا نتایج سه مدل یکسان می باشند. از نظر آماره mse، مدل منتخب مدل باکس جنکینزمی باشد.اما از نظر سهولت انجام کارو همچنین نداشتن مشکلاتی از قبیل آماده سازی داده ها ، روش هالت - وینترز گزینه ای بهتر خواهد بود. بر اساس پیش بینی به عمل آمده از هر سه مدل ،سطح آب دریای خزر دارای روندی قطعی و نزولی بوده به نحوی که تا سال 2023 سطح دریاچه در حدود 40 سانتی متر افت خواهد داشت.

پیش بینی سیلاب یکی از چالش های پیش روست.مدل مورد بررسی در این تحقیق مدل kw_giuh است که مبتنی بر دو پایه هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیکی و معادلات موج سینماتیکی است. وجه ممیزه مدل مزبور علاوه بر ساختار ویژه مدل آن است که در آن به منظور دست یابی به زمان تمرکز به جای روابط تجربی و رگرسیونی، از معادلات امواج سینماتیک حوضه بهره جسته شده است. تحقیق حاضر علاوه بر تحلیل حساسیت مهمترین پارامترهای ورودی یعنی پارامترهای نفوذپذیری و ضرایب زبری آبراهه ای و دامنه ای به بررسی بهترین مدل نفوذ در قبال معادله نفوذ تعبیه شده در مدل میپردازد. نتایج نشان دادند که انتخاب روش محاسبه نفوذپذیری بر هیدروگراف های شبیه سازی شده تاثیرگذار می باشد. در این تحقیق، روش های نفوذپذیری شاخص ? ، هورتون ، گرین آمپت و scs در مدل استفاده شده و تحلیل حساسیت روی پارامترهای آنها انجام پذیرفته است. بیشترین حساسیت مربوط به روش scs و کمترین حساسیت مربوط به روش ? است. علاوه بر این تغییر در پارامتر نفوذ در روش های مختلف، موجب تغییر در خصوصیات هیدروگراف های شبیه سازی شده از جمله زمان شروع و خاتمه سیل، زمان تداوم پیک و دبی پیک سیلاب می شود. علاوه بر این بر نحوه تخلیه سیلاب نیز موثر است. به طوریکه بیشترین دبی اوج مربوط به روش scs و کمترین آنها مربوط به روش هورتون است. روش scs بیشترین شیب در بازوی بالا رونده و پایین رونده و بیشترین تداوم سیلاب را نسبت به سایر روشها دارد. تعیین ضرایب زبری مناسب، به دلیل تاثیرگذاری بر زمان تمرکز و سرعت و دبی اوج سیلاب ها از اهمیت بالایی برخوردار است. علاوه بر این، مدل نسبت به ضریب زبری دامنه ای حساسیت بیشتری نسبت به ضریب زبری آبراهه ای دارد. و ضریب زبری آبرهه ای نسبت به پارامتر نفوذ پذیری دارای حساسیت کمتری است.