Hasil untuk "River protective works. Regulation. Flood control"

Lei Zhu, Liang Gao, Tao Jiang et al.

Understanding the evolution of density stratification in estuaries is essential due to its significant impact on hydrodynamics and material transport processes. In this study, the Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) is employed to investigate the influence of suspended sediment on density stratification, as well as the resulting feedback effects on sediment dynamics and bed changes. To quantitatively assess the role of sediment-induced stratification, two model scenarios are conducted—one accounting for sediment's contribution to water density and the other excluding it. The Sanmen Bay in Zhejiang Province, China, where stratification is strongly influenced by the vertical distribution of sediment, is selected as the study area. During the neap tide, density stratification is governed by vertical salinity gradient, and the influence of sediment is negligible, as the vertical suspended sediment concentration (SSC) gradient is less than 0.01 kg/m4. While during the spring tide, the vertical SSC gradient increases significantly (approximately 0.1–0.2 kg/m4), leading to pronounced sediment-induced stratification, particularly in the bottom layer. When sediment-induced stratification is taken into account, both the magnitude and spatial extent of net sediment deposition increase, primarily due to a reduction in bottom shear stress. The decrease in bottom friction further leads to diminished turbulent mixing, which suppresses the upward diffusion of sediment. Consequently, reductions in both shear stress and turbulent diffusion contribute to a decrease in SSC due to sediment-induced stratification. The results demonstrate the importance of sediment-induced stratification in regulating sediment dynamics in high-turbidity circumstance.

Bhaswatee Baishya, Arup Kumar Sarma

Nwanna Uchechukwu Kevin, Gatare African, Solange Nikwigize

ABSTRACT Depending on their intensity, degree of human vulnerability, and exposure, weather‐related hazards like floods, storms, landslides, and wildfires can turn into catastrophic events. Improving emergency response requires a thorough evaluation of preparedness and resilience. Floods have repeatedly destroyed more than 5000 homes and 100 ha of crops in Rubavu district, where the Sebeya River regularly overflows into Lake Kivu. This study evaluated residents' awareness and preventive behaviors, as despite continuous mitigation efforts, there are still significant gaps in their knowledge and practices regarding flood prevention. The study used a cross‐sectional descriptive design. Rubavu district was the study site. The study population consisted of residents of the Nyundo, Rugerero, and Kanama sectors. The sample size calculation used Andrew Fisher's formula, which resulted in 385 participants. Quantitative and qualitative data were obtained using questionnaires and in‐depth interviews. Bivariate analysis revealed that age (x2 = 317.060, p = 0.000), gender (x2 = 380.993, p = 0.000), education (x2 = 309.504, p = 0.000), occupation (x2 = 318.566, p = 0.000), years of residence (x2 = 218.204, p = 0.000), understanding government initiatives (x2 = 195.859, p = 0.000), able to construct flood barriers (x2 = 30.068, p = 0.000), timely information (x2 = 120.614, p = 0.000), reliable information (x2 = 131.903, p = 0.000), community meetings (x2 = 69.027, p = 0.000), flood prevention experience (x2 = 86.241, p = 0.000), information sharing (x2 = 191.603, p = 0.000), and keeping ancestral properties (x2 = 82.902, p = 0.000); where statistically significant with flood prevention, but only the variable of having faced a flood challenge (x2 = 23.667, p = 0.000, AOR = 1.0 95% CI = 0.08–11.58. Sig = 0.00), was statistically significant at both bivariate and multivariable levels with flood prevention. This research data depicts that the proportion of residents with good knowledge of flood prevention was very low (4%), whereas their practice was excellent (96%). Furthermore, those who have experienced flooding difficulties are more adept at preventing floods than their counterparts. Efforts should also be made to improve the knowledge and practices of the residents regarding flood prevention through flood prevention programs.

Dorcas Adewumi Olawuyi, Adeniyi Sulaiman Gbadegesin, Dickson ‘Dare Ajayi et al.

ABSTRACT Across the world, communities face annual and increasingly extreme flood events, yet there is a widespread lack of proactive preparedness. This failure to anticipate and mitigate flood risks deepens the damages experienced, stalling development, undermining environmental sustainability, and driving many communities deeper into poverty. Anticipatory action has emerged as a proactive strategy in river flood risk management, aiming to reduce vulnerabilities and enhance community resilience before disasters strike. This study assesses the implementation of anticipatory action strategies in Nigeria by building on qualitative data to assess community vulnerabilities and capacities. Findings indicate that over 70% of the total number of respondents in the selected nine communities in Nigeria lacked access to timely early warnings, and more than half viewed floods as unavoidable, reducing their engagement in long‐term resilience planning. Communities demonstrated a stronger preference for short‐term relief over proactive preparedness for disasters. Findings reveal a convergence of structural and behavioral vulnerabilities within the population. This highlights the study's contribution by connecting behavioral insights with anticipatory frameworks in high‐risk communities. The study shows that there is a clear need for community‐driven approaches that combine anticipatory action with economic support, sustained engagement, and other adaptive measures. By closing both behavioral and structural gaps, more effective anticipatory action policies can be institutionalized.

Paolo Tamagnone, Marco Lompi, Enrica Caporali

ABSTRACT Urban floods are increasing due to the intensification of precipitation extremes in a changing climate and to the intensive expansion of urbanscapes. Therefore, flood hazards can potentially increase losses to historical buildings and cultural heritage. In this context, this study proposes a methodology to assess the impact of climate change on urban flooding at the district and building scale. The methodology is applied in the Santa Croce District, where an extensive collection of masterpieces of the city of Florence (Italy) is preserved and exposed, especially in the National Central Library. The flood hazard assessment is obtained by using a dual drainage hydraulic model to quantify the flooded area within the buildings due to the overflow of sewer systems. An ensemble of 34 climate model projections based on output from Phase 6 of the Climate Model Intercomparison Project (CMIP6) in two emission scenarios, or Shared Socioeconomic Pathways (SSP245 and SSP585) and two time windows (2021–2050, Near Future, and 2071–2100, Far Future) are considered as input of the model. The results show that the flood hazard will increase in all climate scenarios, especially in the SSP585 at the end of the century.

Martyn T. Roberts, Josie Geris, Paul F. Quinn et al.

ABSTRACT Nature‐based solutions, such as temporary storage areas (TSAs), are increasingly implemented within natural flood management strategies to mitigate flooding and soil erosion by attenuating surface runoff during storm events. However, guidance on optimising site‐specific TSA designs for runoff attenuation remains limited, and no existing approach comprehensively evaluates TSA effectiveness across multiple flood mitigation metrics. This study addresses these gaps by introducing the TSA Design Optimiser Tool (TSA‐DOT), a decision support tool for designing and optimising TSAs as effective nature‐based solutions for runoff attenuation, contributing to flood mitigation. The tool evaluates TSA performance using five flood mitigation metrics: storage efficiency index, mean retention time, peak flow attenuation, peak flow reduction, and changes in peak flow travel time. It incorporates site‐specific data such as topography and potential storage capacity, soil infiltration rates, and design storm events. Users can prioritise and customise flood mitigation metrics, making the tool suitable for a wide range of catchment settings. When applied at two agricultural TSA sites in northeast Scotland, the tool identified the importance of optimising storage‐to‐drainage relationships for effective runoff attenuation and highlighted the need for increased storage capacity or drainage adjustments under extreme storm events or limited soil infiltration. TSA‐DOT provides practical guidance for using TSAs as part of flood risk management, with integration potential into catchment‐scale hydrological models for scalable, site‐specific applications.

Misagh Parhizkar, Manuel Esteban Lucas-Borja, Pasquale Fabio Giuseppe Filianoti et al.

This study analyzed the effects of very intense rainfall (98 mm/h for 30 min) on soil left bare or treated with polyacrylamide, rice husk biochar and hydromulching. Rill morphometry, surface runoff and soil loss were measured in plots (100 cm × 50 cm) with three longitudinal slopes (10%, 17% and 28%). On the basis of these measurements, runoff and erosion were predicted via multiple linear equations for the experimental conditions. The effects of polyacrylamide application on surface runoff, soil loss and rill formation were not significant. In contrast, decreases in runoff generation and soil loss ((−40%)–55%) as well as rill widening and elongation ((−45%)–75%) were observed after the application of rice husk biochar and hydromulching. A multivariate statistical analysis revealed significant relationships among the soil hydrological, erosive and morphometric variables, as shown by coefficients of correlation greater than 0.78. Bare soils and plots treated with polyacrylamide on one side and those treated with rice husk biochar and hydromulching noticeably differ in their hydrological and morphological responses to intense rainfall. The multiple linear equations were accurate (R2 > 0.90) in predicting surface runoff and soil loss under all soil conditions. This study has several limitations (e.g., plot scale, simulated rainfall, and specific soil conditions). However, the results indicate the most suitable soil conservation techniques for specific rainfall intensities and conditions (excluding ecosystems subjected to deforestation). Moreover, this study provides multiple linear equations as hydrological tools to predict flood and erosion hazards in these areas.

Florence Mainguenaud, Usman T. Khan, Laurent Peyras et al.

ABSTRACT Flood hazard assessment is crucial to mitigate the risks associated with flooding. Integrating levee failure scenarios into these assessments should improve the evaluation of flood risks and enhance the resilience of communities and infrastructure. This research presents a probabilistic flood hazard approach to assess levee failure and its impact on flood hazard. Our method includes a comprehensive assessment of backward erosion and overflowing failure mechanisms, integrated within a 1D/2D hydraulic model that simulates flood propagation and levee breaching. We calculate the cumulative probability of flood depth and velocity considering various scenarios, taking into account levee failure breaching for various failure mechanisms and several flood intensities. We apply the method to a residential area along Etobicoke Creek in Ontario, Canada. The results highlight which levee segment has the most impact on flood hazard, emphasizing the importance of incorporating levee failure scenarios in flood hazard assessments. The cumulative probability curve provides a more holistic result in locating the most hazardous areas rather than considering one return period or one failure mechanism. It can be expended to every location of the protected area, allowing for the creation of a probabilistic map for a desired probability.

Yan Wang, Kexin Miao, Jie Wang et al.

River and lake sediment is a crucial and sensitive area for the interaction between nature and human activities in the Earth's spheres. CiteSpace was applied to analyze the status quo of global river and lake sediment pollution management from 1983 to 2023. New ideas and application technologies for river and lake sediment pollution control were provided by tracking research hotspots and trends. The results indicated that the number of research papers increased rapidly approximately 2,000. Four productive teams were selected whose research focused on (1) the solidification and stabilization of contaminated sediment (team of Tsang, D.C.W., 2017–2020), (2) the adsorption and interception of persistent organic pollution (team of Cornelissen, G., 2008–2017), (3) the remediation of heavy metal pollution by novel nanomaterials (team of Zeng, G., 2016–2019), and (4) the remediation of heavy metal fields by plants (team of Tack, F.M.G., 2000–2005). In addition, interdisciplinary studies in this field are rare. Polychlorinated biphenyls, cadmium, copper, and other pollutants appeared successively, and the foregoing research tracks of pollutants reflect the development of industrial technology and changes in human lifestyles. Research on plant adsorption, microbial community degradation, and chemical fixation has exceeded the description of the physical and chemical properties of sediment pollutants. Since 2015, activated carbon, ecological risk, environmental change, and management have emerged. The current research highlights two new trends, namely, green environmental protection and environmental change, in terms of management risks in the fields of river and lake sediment pollution. This study contributes to an uplink sensing scheme for lake sediment pollution management in the future.

Pio Ong, Haejoon Lee, Tamas G. Molnar et al.

This paper investigates the problem of composing multiple control barrier functions (CBFs) -- and matrix control barrier functions (MCBFs) -- through logical and combinatorial operations. Standard CBF formulations naturally enable conjunctive (AND) combinations, but disjunctive (OR) and more general logical structures introduce nonsmoothness and possibly a combinatorial blow-up in the number of logical combinations. We introduce the framework of combinatorial CBFs that addresses p-choose-r safety specifications and their nested composition. The proposed framework ensures safety for the exact safe set in a scalable way, using the original number of primitive constraints. We establish theoretical guarantees on safety under these compositions, and we demonstrate their use on a patrolling problem in a multi-agent system.

Saber Omidi, Marek Petrik, Se Young Yoon et al.

Safety in stochastic control systems, which are subject to random noise with a known probability distribution, aims to compute policies that satisfy predefined operational constraints with high confidence throughout the uncertain evolution of the state variables. The unpredictable evolution of state variables poses a significant challenge for meeting predefined constraints using various control methods. To address this, we present a new algorithm that computes safe policies to determine the safety level across a finite state set. This algorithm reduces the safety objective to the standard average reward Markov Decision Process (MDP) objective. This reduction enables us to use standard techniques, such as linear programs, to compute and analyze safe policies. We validate the proposed method numerically on the Double Integrator and the Inverted Pendulum systems. Results indicate that the average-reward MDPs solution is more comprehensive, converges faster, and offers higher quality compared to the minimum discounted-reward solution.

Thomas Wallace, Kaley Crawford‐Flett, Matthew Wilson et al.

Abstract Levees aim to provide protection during floods, however, these structures can breach, causing significant damage. Flood maps that include levee breaching are often limited to deterministic methods. Where probabilistic breaching is done, it often requires computationally expensive Monte Carlo simulations and an understanding of the geotechnical levee properties that are often limited. In this paper, we combine existing fragility curves and empirical breaching equations with a framework for automating levee breaching in catchments with limited geotechnical information. This method can be adapted and applied to existing 2D flood models to determine the probability of inundation, given that a breach occurs. This ultimately allows for greater emergency responses and land use planning to reduce the flood risk faced by our communities. The method was applied to four case study catchments. The results showed that including levee breaching in one catchment led to an average increase in the inundated area by 48.2% and a tripling in the potentially exposed area. However, breaching in some locations reduced the inundation extent by 12%, illustrating the potential for fuse plug levees and floodways as a flood mitigation strategy. This strategy has seen successful usage internationally. Further investigation is recommended to consider whether these mitigation strategies should be enacted.

اردشیر مصباح, اسماعیل کرمی دهکردی, شادعلی توحیدلو et al.

مقدمه مروری بر مخاطرات طبیعی رخ‌داده در ایران، بیانگر این واقعیت است که این کشور همواره به‌دلیل داشتن ساختارهای مکانی-فضایی ویژه، بحران‌های طبیعی زیادی را متحمل شده و یکی از آسیب‌پذیرترین نقاط جهان در برابر مخاطرات محیطی بوده است. هدف از این پژوهش، مروری بر ردپای مطالعات تاب‌آوری مخاطرات طبیعی، ازجمله سیل، خشکسالی و تخریب اراضی (پژوهش‌های تک مخاطره) و مطالعات در مورد ترکیبی از این مخاطرات (پژوهش‌های ترکیبی) به وقوع پیوسته در مناطق مختلف ایران است.   مواد و روش‌ها این مطالعه با استفاده از یک روش‌شناسی مفهومی و به‌کارگیری تحلیل نظام‌مند پژوهش‌های مرتبط انجام شده در کشور در قالب مقالات، رساله‌ها و پایان‌نامه‌های درج شده در پایگاه‌های اطلاعاتی مرکز اطلاعات علمی جهاد دانشگاهی (اس‌‌ای‌‌دی)، پژوهشگاه علوم و فناوری اطلاعات ایران (ایرانداک)، بانک اطلاعات نشریات کشور (مگیران)، مرجع دانش (سیویلیکا) و گوگل‌‌اسکالر انجام شد. در مطالعات قبلی، غالباً مفهوم تاب‌آوری را در یک چارچوب تحلیلی شناخته شده (تجزیه و تحلیل مفهوم) بررسی کرده‌اند، اما در این پژوهش با استفاده از تحلیل مفهومی که روشی برای بازنمایی دانش مفهومی و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها است و به‌طور معمول برای روشن کردن معانی و گسترش تعاریف عملیاتی، از طریق در نظر گرفتن شواهد از چندین رشته به‌کار می‌رود، داده‌ها به‌صورت موضوعی تحلیل شدند. به‌کارگیری این چارچوب روش‌شناختی شناخته شده، رویکرد عینی‌تری را برای شفاف‌سازی مفاهیم، ممکن می‌سازد و به تفاوت‌های کاربرد تاب‌آوری در رشته‌های علمی گوناگون می‌پردازد.   نتایج و بحث اولین مطالعات صورت‌گرفته در زمینه تاب‌‌آوری در ایران، در غالب پایان‌‌نامه در سال 1367 در دانشگاه تربیت مدرس و در غالب مقاله نیز در سال 1384 در مجله‌‌ پژوهشی حکیم صورت پذیرفته است، اما مطالعات تاب‌‌آوری در زمینه‌‌ مخاطرات طبیعی، به‌خصوص در مناطق روستایی، از عمر کوتاهی برخوردار هستند؛ به‌‌گونه‌‌ای که آغاز نتایج به‌دست آمده از این مطالعات در ایران، از ابتدای دهه‌‌ 1390 هجری شمسی است. بر اساس ملاک‌های ورود و خروج، پس از پالایش علمی تعداد 1742 سند علمی، 57 مقاله و پایان‌‌نامه وارد فرایند بررسی شد که بیشترین فراوانی مربوط به پایگاه اطلاعاتی گوگل‌اسکالر و کمترین فراوانی مربوط به پایگاه اطلاعاتی اس‌ای‌دی بود. بیشترین و کمترین مطالعات صورت گرفته به‌ترتیب در سال 1396 (12پژوهش) و سال‌های 1391، 1400 و 1402 (هرکدام یک پژوهش) بود. داده‌های اغلب پژوهش‌های مورد مطالعه به‌ترتیب با استفاده از آزمون‌های آماری از طریق نرم‌افزارهای SPSS، PLS و AMOS، فنون آماری رتبه‌بندی یا تحلیل سلسله مراتبی و نهایتاً سنجش از دور مورد تحلیل قرار گرفته بود. برای زمین مرجع نمودن داده‌‌ها و نمایش فضایی جهت پهنه‌بندی در حوزه‌های موردمطالعه و همچنین اولویت‌بندی‌ آنها، از نرم‌افزار ArcGIS بهره‌گیری شده بود. همچنین، بیشترین مطالعات صورت گرفته در زمینه تاب‌آوری، در حیطه‌ خشکسالی (با 36.8 درصد فراوانی) و کمترین مطالعات صورت گرفته در حیطه‌‌ مطالعات تخریب اراضی (10.5 درصد فراوانی) بود.   نتیجه‌گیری نتایج به‌دست آمده حاکی از آن است که در پژوهش‌‌های صورت‌گرفته در حیطه سیل، بعد اجتماعی (29.4 درصد فراوانی)، بیشترین و بعد نهادی (20.6 درصد فراوانی)، از کمترین توجه برخوردار بودند. در حیطه خشکسالی، بعد اقتصادی (35.4 درصد) و بعد نهادی (16.7 درصد)، به‌ترتیب از بیشترین و کمترین توجه در پژوهش‌‌های صورت‌گرفته در این حیطه برخوردار بودند. در پژوهش‌‌های صورت‌گرفته در حیطه تخریب اراضی، بعد کالبدی (33.4 درصد)، بیشترین اهمیت و سایر ابعاد نیز هرکدام با 22.2 درصد فراوانی، به این موضوع توجه داشتند. در حیطه پژوهش‌‌های ترکیبی نیز بعد کالبدی (30.8 درصد) بیشترین و بعد اجتماعی (20.5 درصد) توجه را به خود اختصاص داده‌‌اند که این نتایج با شناسایی مؤلفه‌های مهم تاب‌آوری جامعه در برابر مخاطرات طبیعی، می‌تواند امکان بهبود مدیریت بحران، کاهش آسیب‌ها و برنامه‌ریزی اثربخش پروژه‌‌های توسعه و آموزشی در سطح کشور را فراهم کند.

Madoche Jean Louis, Alessandra Crosato, Erik Mosselman et al.

Abstract Cap‐Haïtien, the second largest city in Haiti, is highly vulnerable to earthquakes, landslides, and flooding. The rapid pace of urbanization and deforestation has exacerbated the risk of flooding, resulting in disasters in November 2012, 2016, and 2022. This study aims to assess the impact of urbanization and deforestation on river flooding in Cap‐Haïtien by applying the hydrological model Soil Water Assessment Tool (SWAT) and the hydrodynamic model Sobek‐Rural. We examined the current situation and a scenario of future urbanization and deforestation. Urbanization and deforestation are found to play a pivotal role in the production and deposition of sediment along the lower Haut‐du‐Cap River reaches. The existing hydraulic capacity of the river and its drainage system cannot handle the estimated peak flows. The mountain ravines west of the city are found to be the primary source of sediment‐laden flash floods. We recommend retention basins, drainage extensions, and pragmatic public policies to mitigate flood risk. Comprehensive strategies are needed to address the detrimental effects of urbanization and deforestation on flooding in Cap‐Haïtien and similar regions where a lack of water governance has worsened the flooding alongside urbanization and deforestation. We generalize our experiences from Cap‐Haïtien into a broader framework for data‐scarce areas.

Ali A. Assani

Abstract Quebec is experiencing a significant increase in summer and fall temperatures and rainfall. This study compares the spatiotemporal variability of maximum daily flows generated by rainfall during the fall season (September–December) in relation to this climatic change and physiographic and land use factors. Analysis of the spatial variability of these maximum flows measured from 1930 to 2018 in 17 watersheds revealed that the magnitude of flows is approximately twice as low on the north shore as it is on the south shore south of 47° N. This difference is explained by three main factors: wetlands (negative correlation) and agricultural (positive correlation) surface area, and summer–fall total precipitation (positive correlation). As for the temporal variability of flows, the different Mann–Kendall statistical tests showed a significant increase in flows due to increased rainfall. The increase of flows was more widespread on the north shore than on the south because the storage capacity of wetlands and other water bodies does not change over time to store excess rainfall. On the south shore, the increase in flows over time is limited due to the significant reduction in agricultural areas since the modernization of agriculture. This reduction favored infiltration to the detriment of runoff.

حسین صالحی, سعید قره چلو, سعید گلیان et al.

مقدمه مدل‌سازی هیدرولوژیکی، جهت شبیه‌‌سازی رواناب برای یک دوره بلندمدت در راستای مطالعات اقلیمی از اهمیت بالایی در مدیریت منابع آب حوزه آبخیز برخوردار است. این دسته از شبیه‌‌سازی‌‌ها، نیاز به داده‌‌های ورودی با طول دوره بلندتر دارد که در مناطق دورافتاده و صعب‌العبور که دارای کمبود داده هستند، قابل‌انجام نیست. داده‌‌های بارش اقلیمی با طول دوره بلند در دو دهه اخیر کارایی زیادی از خود نشان داده‌‌اند.   مواد و روش‌ها در این پژوهش، با استفاده از سه داده بارش اقلیمی APHRODITE، PERSIANN-CDR و ERA5-Land و داده بارش درون‌یابی شده ایستگاه‌‌های باران‌‌سنجی با روش (IDW) شبیه‌سازی رواناب در حوزه آبخیز حبله‌رود در دوره 1996-1992 پرداخته ‌‌شد. مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیعی (VIC) در این مطالعه، در حالت تعادل آبی با هدف بهینه‌‌سازی ضریب کارایی  (KGE)مورد استفاده قرار گرفت. جهت ارزیابی دقت داده‌‌های بارش هر پایگاه داده در مقیاس سلول، از روش IDW استفاده شد.   نتایج و بحث نتایج نشان داد پایگاه APHRODITE بیشترین دقت و PERSIANN-CDR کمترین دقت را داشته است. همچنین، نتایج شبیه‌‌سازی رواناب نشان داد مدل هیدرولوژیکی VIC در مقیاس روزانه و ماهانه توانایی مناسبی در شبیه‌‌سازی رواناب دارد. میزان شاخص کارایی KGE رواناب شبیه‌‌سازی‌‌شده روزانه با استفاده از بارش مشاهداتی در دوره واسنجی برابر با 78/0 و در دوره صحت‌‌سنجی برابر با 0.76 بود. نتایج ارزیابی رواناب شبیه‌‌سازی شده توسط داده‌‌های بارش اقلیمی نشان داد، داده بارش ماهواره‌‌ای PERSIANN-CDR باوجود اینکه دقت کمتری در تشخیص میزان بارش داشت، عملکرد بهتری در شبیه‌‌سازی رواناب دارد. به‌‌طوری که میزان KGE برای این داده در مقیاس روزانه در دوره واسنجی برابر با 0.64 و در دوره صحت‌‌سنجی برابر با 0.77 به دست آمد. داده بارش APHRODITE که یک داده بارش بر اساس ایستگاه‌‌های زمینی است، با شاخص KGE برابر با 0.62 در دوره واسنجی و 0.75 در دوره صحت‌‌سنجی در رده دوم قرار گرفت. داده بارش ERA5-Land که یک داده بازتحلیل شده است در رده سوم قرار گرفت که شاخص KGE برابر با 0.5 در دوره واسنجی و 0.66 در دوره صحت‌‌سنجی بود.   نتیجه‌گیری نتایج این پژوهش نشان داد، داده‌‌های بارش اقلیمی در حوضه‌های فاقد شبکه منظم یا با طول دوره کوتاه‌مدت از داده‌‌ها، می‌‌توانند عملکرد مناسبی و مشابه با داده‌‌های بارش ایستگاه‌‌های زمینی داشته و در مطالعات مدیریت حوزه آبخیر با هزینه کم و دقت مناسب مورد استفاده قرار گیرند.

امید اسدی نلیوان, مجید رحمانی, فرزانه وکیلی تجره et al.

مقدمهشناخت نواحی مستعد وقوع زمین‌‌‌لغزش و خطرات ناشی از آن، یکی از اقدامات اولیه در مدیریت منابع طبیعی و برنامه‌‌‌ریزی‌‌های توسعه‌‌ای و عمرانی است. با توجه به تلفات جانی، خسارات مالی و تاثیرات ‌‌محیط زیستی، زمین‌‌لغزش یکی از مهم‌ترین بلایای طبیعی در جهان و به‌‌‌ویژه در ایران بوده است که هر ساله نقش به‌‌سزایی در تخریب جاده‌‌های ارتباطی، تخریب مراتع، باغ‌ها، مناطق مسکونی، ایجاد فرسایش و تولید حجم بالای رسوب در حوزه‌‌های آبخیز کشور دارد. این مسایل منجر به استفاده از مدل‌‌های داده‌کاوی در مطالعات زمین‌‌شناسی و ژئوتکنیک شده است. در سال‌‌های اخیر، بهره‌گیری از سامانه اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور، همراه با روش‌‌های یادگیری ماشینی گامی نو در پهنه‌‌بندی وقوع زمین‌لغزش ایجاد کرده است و نقشه‌‌های حساسیت وقوع زمین‌‌لغزش با دقت مناسب و قابل قبولی تهیه می‌‌شوند. حوزه آبخیز سد کرج، به‌دلیل شرایط کوهستانی و پرباران و ساخت‌‌وسازهای فراوان به‌دلیل شرایط آب و هوایی مناسب و جاده‌‌‌سازی‌‌های غیراصولی از جمله مناطق مستعد وقوع زمین‌‌لغزش است. هدف از این پژوهش، اولویت‌‌بندی عوامل موثر بر زمین‌لغزش با استفاده از مدل بیشینه آنتروپی (مدل MaxEnt) و تعیین مناطق دارای پتانسیل حساسیت زمین‌‌‌لغزش است.مواد و روش‌‌‌هاحوزه آبخیز سد کرج، در شرق استان البرز و بین مختصات جغرافیایی بین 35 درجه و 51 دقیقه تا 36 درجه و 13 دقیقه عرض شمالی و 51 درجه و 5 دقیقه تا 51 درجه و 35 دقیقه طول شرقی، واقع شده است. بیشترین و کمترین مقدار بارندگی متوسط سالانه به‌ترتیب در معادل 1099 و 608 میلی‌‌متر محاسبه شده است. در پژوهش حاضر، برای تعیین مناطق دارای حساسیت زمین‌‌‌لغزش از 11 عامل موثر بر پتانسیل زمین‌‌لغزش منطقه شامل ارتفاع، شیب، جهت شیب، فاصله از آبراهه، سنگ‌شناسی، بارندگی، کاربری اراضی، شاخص رطوبت توپوگرافی، انحنا سطح، فاصله از آبراهه و فاصله از جاده انتخاب و آزمون هم‌‌‌خطی عوامل با آزمون عامل تورم واریانس (VIF) در نرم‌‌افزار SPSS بررسی شد. از مجموع 477 زمین‌لغزش، به‌صورت تصادفی، 70 درصد به‌عنوان داده‌‌های آزمون (334 نقطه) و 30 درصد به‌عنوان داده‌‌های اعتبارسنجی (143 نقطه) طبقه‌بندی شدند. در این پژوهش، از مدل بیشینه آنتروپی استفاده شده است. برای تعیین مهم‌ترین پارامترها از نمودار جکنایف و از منحنی تشخیص عملکرد نسبی (ROC) برای قدرت پیش‌‌بینی مدل استفاده شد. نقاط زمین‌‌‌لغزش حوضه مورد مطالعه از بانک اطلاعاتی اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان البرز و بازدیدهای میدانی تهیه شده است.نتایج و بحثنتایج نشان داد که هم‌‌خطی بین عوامل مورد استفاده وجود ندارد. بر اساس نمودار جکنایف لایه‌‌های بارندگی، فاصله از جاده، لیتولوژی و کاربری اراضی، به‌ترتیب مهم‌ترین عوامل تاثیرگذار بر وقوع زمین‌‌لغزش در منطقه مورد مطالعه بودند. منحنی تشخیص عملکرد نسبی، نشان‌دهنده دقت 90 درصد (عالی) روش بیشینه آنتروپی در مرحله آموزش و 83 درصد (خیلی خوب) در مرحله اعتبارسنجی بود. بر اساس نقشه نهایی حساسیت زمین‌‌‌لغزش بیش از 35 درصد از پهنه حوضه مورد مطالعه دارای پتانسیل حساسیت زمین‌‌‌لغزش زیاد و خیلی زیاد است.نتیجه‌‌گیریبا توجه به نتایج به‌دست آمده می‌‌توان گفت که مدل MaxEnt، توانایی بالایی در تعیین مناطق دارای حساسیت زمین‌‌لغزش دارد و با توجه به سرعت و دقت بالای مدل پیشنهاد می‌شود که در تحقیقات مشابه به‌خصوص در کشورهای در حال توسعه به‌دلیل کمبود امکانات و منابع مالی و همچنین، زمان‌‌بر بودن شناسایی مناطق دارای حساسیت زمین‌‌لغزش مورد استفاده قرار بگیرد. علاوه‌‌بر عوامل طبیعی برخی عوامل انسانی نظیر جاده‌‌سازی، نقش مهمی بر وقوع زمین‌‌لغزش دارد که برای کاهش نسبی خطرات لازم است از تغییر اکوسیستم به‌عنوان محرک بلایای طبیعی اجتناب کرد. به‌طور کلی، می‌‌توان بیان کرد که حوزه آبخیز سد کرج دارای پتانسیل حساسیت زمین‌‌‌لغزش بالایی است که بیشتر مناطق دارای حساسیت در نزدیکی جاده‌‌ها واقع شده‌‌اند و به‌دلیل اینکه در این مناطق دخالت‌‌های انسانی فراوانی صورت گرفته است، حساسیت زمین‌‌لغزش افزایش پیدا کرده است. ترکیب سامانه اطلاعات جغرافیایی با روش‌‌ بیشینه آنتروپی به‌‌منظور تعیین مناطق دارای حساسیت زمین‌‌لغزش مخصوصا در کشورهای در حال توسعه مثل ایران که دسترسی به اطلاعات و داده‌های زمین‌‌لغزش با محدودیت زمان و هزینه مواجه هستند، پیشنهاد می‌‌‌شود. نتایج این پژوهش در تصمیم‌‌گیری و آمایش سرزمین استانی و همچنین برنامه‌‌ریزی شهری قابل استفاده خواهد بود و نقش به‌سزایی در پیشگیری و کاهش خسارات ناشی از وقوع زمین‌‌لغزش خواهد داشت.

Kanghong Shi, Ian R. Petersen

A hybrid integrator-gain system (HIGS) is a control element that switches between an integrator and a gain, which overcomes some inherent limitations of linear controllers. In this paper, we consider using discrete-time HIGS controllers for the digital control of negative imaginary (NI) systems. We show that the discrete-time HIGS themselves are step-advanced negative imaginary systems. For a minimal linear NI system, there always exists a HIGS controller that can asymptotically stablize it. An illustrative example is provided, where we use the proposed HIGS control method to stabilize a discrete-time mass-spring system.

Vikrant Malik, Taylan Kargin, Joudi Hajar et al.

We study the problem of mixed $\mathit{H}_2/\mathit{H}_\infty$ control in the infinite-horizon setting. We identify the optimal causal controller that minimizes the $\mathit{H}_2$ cost of the closed-loop system subject to an $\mathit{H}_\infty$ constraint. Megretski proved that the optimal mixed $\mathit{H}_2/\mathit{H}_\infty$ controller is non-rational whenever the constraint is active without giving an explicit construction of the controller. In this work, we provide the first exact closed-form solution to the infinite-horizon mixed $\mathit{H}_2/\mathit{H}_\infty$ control in the frequency domain. While the optimal controller is non-rational, our formulation provides a finite-dimensional parameterization of the optimal controller. Leveraging this fact, we introduce an efficient iterative algorithm that finds the optimal causal controller in the frequency domain. We show that this algorithm is convergent when the system is scalar and present numerical evidence for exponential convergence of the proposed algorithm. Finally, we show how to find the best (in $\mathit{H}_\infty$ norm) fixed-order rational approximations of the optimal mixed $\mathit{H}_2/\mathit{H}_\infty$ controller and study its performance.

رضا نوروز ولاشدی, حدیقه بهرامی پیچاقچی

مقدمه در مناطق کوهستانی ایران، بخش قابل توجهی از بارش به‌صورت برف است که منبع مهم جریان رودخانه‌ای محسوب می‌شود. شناخت دقیق کمیت این منابع، به لحاظ ارزش روزافزون آب شیرین و هم به‌واسطه بهره‌برداری بهینه از منابع آب ضروری است. از نظر جهانی، پایش برف و داشتن اطلاعات دقیق از توزیع فضایی پهنه برفی برای پیش‌بینی وضع هوا و مدلسازی هیدرولوژیکی و آب و هواشناسی لازم است. یک ویژگی مهم مناطق کوهستانی پوشش برف است که با داشتن بازتاب بالا، تاثیر زیادی بر آب ‌و هوای محلی، کاهش تابش خالص در سطح و در نتیجه، انتقال انرژی دارد. پوشش برف، علاوه‌بر این‌که یک عامل مهم برای توسعه‌ اکوسیستم است، برای فعالیت‌های انسانی اهمیت زیادی دارد. برآورد دقیق سطح پوشش، به‌عنوان یکی از عملیات‌های محوری و اساسی در زمینه مدیریت منابع آب، به‌ویژه در مناطقی که بارش برف سهم زیادی در نزولات جوی دارد، محسوب می‌شود. آشکارسازی و تعیین ویژگی‌های مختلف برف و یخ، با استفاده از داده‌های سنجش از دور که در هیدرولوژی کاربرد وسیعی دارد، روش نوینی را در به‌دست آوردن پارامترهای مورد نیاز هیدرولوژی پدید آورده است.   مواد و روش‌ها رشته کوه‌های البرز که منطقه مورد مطالعاتی این پژوهش است، جلگه‌های ساحلی استان مازندران را از قسمت داخلی ایران جدا کرده است. نیمه شرقی البرز غربی و تمام البرز مرکزی و قسمتی از البرز شرقی، در محدوده استان مازندران قرار دارند، بدین ترتیب، همراه با سایر عوامل طبیعی، شرایط جغرافیایی خاصی پدید آمده است. در این منطقه، برف نقش کلیدی در چرخه هیدرولوژیکی و هیدرو اقلیم دارد و بخش قابل توجهی از کل رواناب سالانه در این منطقه حاصل ذوب برف است. به‌طوری ‌که گرمایش جهانی بر مدیریت حوزه‌های آبخیز و نیاز آبی پایین‌دست زیرحوضه‌های آن تاثیرگذار است. برای انجام پژوهش، نخست داده‌های سنجنده MODIS به‌­صورت روزانه با قدرت تفکیک مکانی ۵۰۰×۵۰۰ متر از پایگاه ملی داده‌های برف و یخ ناسا (NSIDC) دریافت شد. تصاویر دریافتی مربوط به بازه‌ زمانی 2018-2000 است. برای پردازش تصاویر، نخست عملیات پیش ‌پردازش بر روی آن‌ها در محیط نرم‌افزار ENVI 5.3 اعمال شد. از نمایه NDSI، برای برآورد پهنه پوشش برف استفاده شد. برای بررسی روند تغییرات پوشش برف از آزمون من-کندال، روش تخمین‎‌گر شیب‌­سن و آزمون همگنی پتیت استفاده شد. همچنین، ناهنجاری فصلی و سالانه پوشش برف، دما و بارش در منطقه مطالعاتی بر اساس نمره استاندارد Z بررسی شد.   نتایج و بحث نتایج آزمون من-کندال و روش تخمین‌گر شیب‌سن در منطقه شمالی البرز مرکزی نشان می‌دهد، بیشترین کاهش پهنه‌ پوشیده از برف در ماه ژانویه و فصل زمستان به­‌ترتیب برابر 220.39 و 50.41 کیلومتر مربع در هر سال رخ ‌داده است. نتایج آزمون همگنی پتیت، به روش تحلیل نقطه تغییر (CPA) در سال 2010، ماه ژانویه برای پهنه‌ پوشیده از برف و ماه می 2014 و ژوئن 2010، برای میانگین دمای ماهانه، جهش اقلیمی را در سطح معنی‌داری 0.05 نشان داد. همچنین، نقطه تغییر در سری زمانی پهنه‌ پوشیده از برف، در ماه ژانویه به‌صورت نزولی اتفاق افتاده ‌است، ولی نقطه تغییر در سری زمانی میانگین دما در ماه می و ژوئن به­‌صورت صعودی بوده است. مقایسه وضعیت پوشش برف با شرایط دما و بارش، نشان می‌دهد در بیشتر مواقع ناهنجاری‌های منفی پوشش برف، با ناهنجاری مثبت دما و منفی بارش، همخوانی دارد. نتایج حاصل، هشداری است در رابطه با تحول آب‌ و هوا در این منطقه که تحت عنوان پدیده گرمایش جهانی و خشکسالی هواشناسی شناخته ‌شده است. به‌ یقین این تغییرات، تاثیری مستقیم بر کاهش منابع آب برای بخش کشاورزی و شرب دارد.   نتیجه­‌گیری در مجموع بررسی روند تغییرات پهنه‌ پوشیده از برف در ماه ژانویه طی 19 سال آماری نشان می‌دهد که به ازای افزایش میانگین دما به‌ میزان 0.13 درجه سانتی‌گراد، پهنه‌ پوشیده از برف در این ماه به میزان 220.39 کیلومتر مربع در هر سال کاهش یافته است. همچنین، با توجه به نتایج آزمون همگنی پتیت، تغییرات ناگهانی در سال 2010 و 2014 نشان می‌دهد که گرمایش جهانی و خشکسالی هواشناسی موجب تغییر ناگهانی در پهنه‌ پوشیده از برف و دما در این سال‌ها و ماه‌ها شده‌ است. مقایسه شرایط بارش و دما با وضعیت پوشش برف نشان داد، در بیشتر سال‌ها ناهنجاری منفی پوشش برف با ناهنجاری مثبت دما و ناهنجاری منفی بارش هم‌زمان بوده است که بیشترین تاثیر افزایش دما در فصل بهار مشاهده شده است. از این ‌رو، با افزایش دما و تغییر شرایط اقلیمی، بارش‌های زمستانه که به انباشت برف تبدیل خواهند شد، کاهش یافته است و می‌توانند روی رواناب ناشی از این بارش‌ها در فصل بهار تاثیرگذار باشند. از آنجایی ‌که این منطقه قابلیت ریزش برف از اواسط پاییز تا اوایل بهار را دارا است، بنابراین، اطلاعات درباره پهنه‌ پوشیده از برف در این منطقه برای کاربرد آن‌ها در زمینه هیدرولوژی، هواشناسی، اقلیم‌شناسی، تولید برق‌آبی و همچنین، پیش‌بینی سیلاب ضروری است.