تحقیقات منابع آب ایران
سال:1393 | دوره:10 | شماره:3 (مسلسل 31) |تعداد مقالات:12

بررسی علمی خسارت ناشی از سیلاب در کشور ما قدمت چندانی ندارد و بیشتر به خسارتهای ساختمانی محدود می گردد. محاسبه خسارت کشاورزی به علت وابستگی به نوع گیاه، میزان مقاومت گیاه در هنگام بروز سیل، تطابق زمان رخداد سیل با یکی از دوره های رشد بسیار پیچیده تر از دیگر انواع خسارتها می باشد. در این پژوهش، که بطور موردی روی برنج صورت گرفته است، توابع لازم برای تعیین خسارت محتمل بر حسب مهمترین پارامترهای هیدرولیکی موثر و برای دوره های مختلف رشد برنج بدست آورده شده است. در مطالعه موردی صورت گرفته از دو ضریب تاثیر (میزان خسارت بر حسب دوره رشد (b) و احتمال همزمانی سیلاب با دوره های رشد (a)) برای تعیین امید ریاضی خسارت استفاده شده است. مدل هیدرولیکی مورد استفاده،CCHE  می باشد و محاسبات در محیطGIS  صورت گرفته است. در حال حاضر خسارت برای هر منطقه سیل گرفته صددرصد در نظر گرفته می شود و خسارت وارده بر حسب مساحت سیل گرفته و نوع محصول برآورد می گردد. یافته های تحقیق نشان می دهند که سیل گرفتگی به معنای خسارت صددرصد نبوده و می توان نقاطی با خسارت صفر درصد را نیز در منطقه سیل زده یافت. روش مورد استفاده در این تحقیق می تواند زمینه ساز تعیین معیارهای لازم برای مدیریت سیلاب و بیمه محصولات کشاورزی باشد.

پیش بینی تقاضای آب خانگی و شناخت عوامل موثر بر آن یکی از گام های مهم در مدیریت و کنترل بحران آب است، زیرا راه حل موثر، تنها عرضه آب نیست بلکه اتخاذ سیاست ها و تدابیر لازم مبتنی بر الگوی مصرف و توجه کافی به عوامل تقاضای آب از اهمیت بالایی برخوردار است. برآورد تقاضای آب در آینده، این امکان را برای تصمیم گیران فراهم می سازد که با توجه به محدودیت ها و بحران های پیشرو تدابیر لازم را اتخاذ نمایند. در این تحقیق برای پیش بینی تقاضای سرانه آب از دو رویکرد نقطه ای و بازه ای استفاده شده است. بعد از تخمین تابع تقاضای آب، با تعیین سناریوهای محتمل مقادیر متغیرهای مستقل برای آینده پیش بینی می شود. در ادامه به بررسی اثر تغییرات پارامترهای اقتصادی در مصرف آب بر تقاضای آب خانگی پرداخته شده است. نتایج بر ضروری بودن کالای آب تاکید می کند. با جمع آوری اطلاعات مورد نیاز در شهر نیشابور، به منظور پیش بینی نقطه ای، چهار سناریو تعریف گردید و متغیرهای مستقل پیش بینی شدند. درصد تغییرات تقاضای آب سه سناریو اول (برای حالتی که طرح هدفمندسازی یارانه ها اجرا نگردد) برای دوره 1390 تا 1410 بین 40 تا 57 درصد در طول این بازه می باشد. در سناریو چهارم که فرض بر اجرای طرح هدفمندسازی یارانه ها می باشد مقادیر تقاضای سرانه آب نسبت به حالتی که این طرح اجرا نگردد در سال 1390، 3 مترمکعب و در سال 1392، 2 مترمکعب کاهش می یابد. در انتها با استفاده از شبکه عصبی تقاضای آب بصورت بلندمدت پیش بینی شده است. نتایج نشان داد، استفاده از جزء غیرقطعی سری های زمانی در پیش بینی با شبکه های عصبی می تواند مشکل درونگرا بودن این مدل ها را تا حدی حل نماید.

در سال های اخیر روش های تجربی و مدل های ریاضی متعددی جهت تخمین رواناب توسعه داده شده است که از مهم ترین و پرکاربردترین این روش ها می توان به روش شماره منحنی SCS اشاره نمود. یکی از ویژگی های بارز این روش استفاده از پارامتری به نام شماره منحنی (CN) برای تبدیل بارش به رواناب می باشد. در حال حاضر از ابزارهایی همچون GIS، RS و تلفیق نتایج آنها با نقشه های خاکشناسی و بازدیدهای میدانی جهت محاسبه این پارامتر استفاده می شود. این روش ها به علت نیاز به اطلاعات و عملیات محاسباتی و میدانی متعدد، زمان و هزینه زیادی را برای برآورد قابل اعتماد رواناب تحمیل می نمایند. در این تحقیق با استفاده از مفهوم مازاد اشباع به کار رفته در ساختار مدل نیمه توزیعی TOPMODEL، روشی ارائه شده است که به کمک آن می توان مقدار شماره منحنی حوضه را با سرعت زیاد، هزینه کم و دقت قابل قبول بدست آورد. رابطه پیشنهادی در این روش به سه پارامتر تخلخل خاک، متوسط فاصله از سطح زمین تا تراز سطح ایستابی حوضه و پارامتر کنترل کننده عمق موثر خاک اشباع وابسته می باشد. حوضه آبریز کسیلیان که به عنوان یکی از حوضه های معرف کشور می باشد برای ارزیابی نتایج حاصل از رابطه پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفت. در این تحقیق از تصاویر ماهواره ای سنجندهETM+  ماهواره لندست 7 در تاریخ 2010 استفاده گردید و با انتقال تصاویر به محیط نرم افزار Geomatica و انجام برخی تصحیحات مورد نیاز، نقشه کاربری اراضی حاصل و با تلفیق آن با نقشه های خاکشناسی، شیب و بازدیدهای میدانی نقشه شماره منحنی حوضه حاصل گردید. همچنین برای تخمین پارامترهای رابطه پیشنهادی از داده های جریان ثبت شده در ایستگاه هیدرومتری ولیک بن و نیز واسنجی مدل نیمه توزیعی TOPMODEL استفاده بعمل آمد. نتایج نشان داد که متوسط وزنی شماره منحنی حوضه بدست آمده از روش های متداول و رابطه پیشنهادی به ترتیب در حدود 59.6 و 62.8 می باشد. همچنین نتایج حاکی از آن است که حداقل و حداکثر اختلاف بین متوسط وزنی شماره منحنی بدست آمده از رابطه پیشنهادی و روش های مبتنی بر GIS و RS بترتیب در حدود 0.3 و 12 درصد می باشد.

با توجه به نقش بالادست رودخانه هیرمند قبل از سد کجکی در آورد این رودخانه، شناخت هیدرولوژیکی آن و بخصوص در بلندمدت می تواند در بهره برداری از منابع آب آن که همواره محل اختلاف ایران و افعانستان بوده، مفید باشد. بدیهی است که برای چنین ارزیابی هایی، وجود داده های بلندمدت همواره مانعی جدی خواهد بود که در افغانستان این مشکل بیشتر نقش آفرینی می کند. برای حل این مشکل، استفاده از داده های جهانی و مدل های بارش - رواناب می تواند گزینه مناسبی باشد. پایگاه اطلاعات اقلیمی CRU از جمله پایگاه هایی است که این اطلاعات را با قدرت تفکیک مکانی و زمانی نسبتا مناسبی را از سال 1901 دارا می باشد. مدل SWAT هم می تواند برای شبیه سازی فرآیند بارش - رواناب مورد توجه قرار گیرد که سابقه آن برای حوضه های فرامرزی موجود است. اما در هر حال ارزیابی این دو، قبل از هر گونه استفاده عملیاتی لازم خواهد بود. مجموع موارد فوق هدف این مقاله را رقم می زنند که نهایتا بتوان ارزیابی از تغییرات آورد رودخانه هیرمند تا محل سد طی یک صد سال اخیر داشته باشد. بدین منظور، ابتدا داده های CRU با استفاده از 17 ایستگاه هواشناسی زمینی در کشور افغانستان مقایسه و مورد ارزیابی قرار گرفتند که نتایج، به ترتیب مقدار 313 و 323 میلیمتر در سال را نشان داد. برای واسنجی و صحت سنجی SWAT، آمار محدودی از ورودی به سد کجکی طی سالهای 1969 تا 1979 تهیه شد. اجرای مدل یکبار با داده های اقلیمی مشاهداتی و یکبار با داده های CRU انجام شد که نتایج بر اساس داده های CRU عملکرد بهتری داشتند. در ادامه مدل واسنجی شده با داده های CRU برای سالهای 1913 الی 2012 شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که بین داده های دما و بارش CRU طی صد ساله اخیر نوعی ناهمگنی در قبل و بعد از اوائل دهه 1940 وجود دارد. بطوریکه بارش ها قبل از این تاریخ بیشتر و دما کمتر می باشد. همین رفتار نیز در سری زمانی تولید شده از رواناب ملاحظه گردید و شاهد کاهش میانگین سالیانه حجم از 8.1 به 6.07 میلیارد مترمکعب در محل ورودی به سد کجکی هستیم. از نکات قابل توجه تحقیق، روش شناسی آن است که می توان برای شبیه سازی حوضه های آبریز فرامزی پیرامون کشور بخوبی مورد استفاده قرار گیرد.

تصفیه خانه های فاضلاب به عنوان یکی از مهم ترین زیرساختهای شهری، وظیفه بازیافت آب و مواد مغذی را از فاضلاب جمع آوری شده از منازل و واحدهای صنعتی بر عهده دارند. وقوع شکست در تصفیه خانه های فاضلاب، اغلب پیامدهای نامطلوبی همچون خروج پساب های کاملا تصفیه نشده حاوی انواع آلودگی های شیمیایی و بیولوژیکی از تصفیه خانه و ورود آنها به محیط های شهری و زمین های کشاورزی را به دنبال خواهد داشت که می تواند در سطح جامعه بحران های جدی همچون شیوع بیماری های واگیردار را ایجاد نماید. از این رو شناسایی نقاط آسیب پذیر، تخمین احتمال وقوع حوادث نامطلوب و شدت اثرات ناشی از وقوع این حوادث در تصفیه خانه های فاضلاب به منظور تدوین و اجرای برنامه های مدیریت ریسک برای مدیران و تصمیم گیرندگان این زیرساخت ها از اهمیت بالایی برخوردار است. در تحقیق حاضر، الگوریتمی به منظور ارزیابی و مدیریت ریسک تصفیه خانه های فاضلاب معرفی شده است. پس از مرحله تشخیص خطر، محاسبه ریسک خطرات از سه جزء تشکیل می شود که عبارتند از: احتمال رخداد، شدت رخداد، و تشخیص رخداد. برآیند ریسک های اجزای یک واحد، ریسک کلی آن واحد از تصفیه خانه فاضلاب را مشخص می نماید. بر اساس نتایج ارزیابی ریسک، راهکارهای مدیریت ریسک متناسب نیز پیشنهاد شده است. برای محاسبه اجزای مختلف ریسک (مقادیر تهدید، شدت خسارت و آسیب پذیری) از تلفیق روش های پرسشنامه تخصصی (اخذ نظرات کارشناسی از خبرگان) و تصمیم گیری چند شاخصه استفاده شده است. همچنین با انتخاب تصفیه خانه فاضلاب جنوب تهران به عنوان یک مطالعه موردی، الگوریتم پیشنهادی ارزیابی شده و مدیریت ریسک سامانه تصفیه خانه در مورد آن پیاده سازی شده است. نتایج حاصل از مطالعه موردی مبین آن است که الگوریتم پیشنهادی به عنوان یک ابزار مدیریتی کارآ، قابل استفاده برای مدیران تصفیه خانه های فاضلاب خواهد بود.

رشد جمعیت و به تبع آن نیاز به منابع آب بیشتر برای مصارف شرب و بهداشت، کشاورزی و صنعت، مدیریت آب را با چالش توزیع عادلانه منابع آب کشور و تامین به موقع نیازها روبرو نموده است. محدودیت منابع آب در مقابل نیازهای روزافزون در حوضه های با اقلیم خشک و نیمه خشک موجب گردیده تضادهایی بین ذی نفعان در مناطق مختلف حوضه آبریز بوجود آید که نتیجه آن، رقابتی منفی برای در اختیار گرفتن هر چه بیشتر منابع آب بدون توجه به اثرات زیست محیطی پایین دست، به خصوص نیاز آبی تالاب ها و دریاچه ها، است. دریاچه ارومیه در شمال غرب ایران به عنوان دومین دریاچه آب شور دنیا، نمونه بارزی از بی توجهی در تامین الزامات زیست محیطی است. تداوم شرایط خشکسالی در این حوضه موجب کاهش میزان بارندگی و جریانات سطحی ورودی به دریاچه، ادامه روند کاهش تراز سطح آب دریاچه و ایجاد بحران زیست محیطی در منطقه گردیده است. جهت مدیریت واقع بینانه در چنین شرایطی اولین و مهم ترین اقدام تعیین آستانه وقوع هر سطح خشکسالی بر مبنای جریان ورودی به دریاچه می باشد. در این تحقیق ابتدا حداقل ورودی تجربه شده دریاچه به عنوان حداقل نیاز زیست محیطی دریاچه با ارائه روشی جدید مبتنی بر تحلیل سری تاریخی جریانات ورودی به دریاچه در سطوح مختلف خشکسالی به عنوان مقادیر آستانه جهت تصمیم گیری در شرایط آتی برآورد شد. شرایط فعلی دریاچه (ورودی های فعلی با توجه به طرح های بهره برداری موجود در حوضه و برداشت های سنتی فعلی) با روش پویایی سیستم تحلیل شد و جریان ورودی به دریاچه در سناریوهای مختلف برآورد گردید. سپس مقادیر جریان ورودی به دریاچه با آستانه های خشکسالی تعیین شده، مقایسه شد. نتایج حاصل از مدل سازی دریاچه تحت تاثیر طرح های بهره برداری و برداشت های فعلی بیانگر آن است که در صورت تغییر نکردن شرایط ورودی دریاچه و ادامه روند برداشت های فعلی حتی بدون توسعه برداشت و یا احداث سد جدید، متوسط میزان ورودی به دریاچه تقریبا معادل ورودی تاریخی در شرایط خشکسالی متوسط است. به عبارت دیگر در صورت ساماندهی ننمودن برداشت های فعلی، دریاچه از شرایط خشکسالی هیدرولوژیکی در درازمدت خارج نخواهد شد. بنابراین بین حفظ توسعه فعلی ناشی از برداشت های سنتی کشاورزی و طرح های توسعه منابع آب و حفظ ورودی مورد نیاز برای ادامه حیات دریاچه، نیاز به انجام مصالحه وجود دارد.

در این پژوهش نانوذرات دوفلزی آهن / نیکل جهت بهبود کیفیت منابع آب زیرزمینی آلوده به نیترات بصورت درجا مورد استفاده قرار گرفته است. در مرحله اول پس از سنتز نانوذرات آهن / نیکل جهت افزایش تحرک پذیری، سطح آن به کمک بیوپلیمر نشاسته اصلاح گردید. در مرحله بعد آزمایش های ارزیابی واکنش پذیری نانوذرات تولیدی، در دو گروه منقطع و جریان پیوسته صورت گرفت. آزمایش های پیوسته هم در ستون متخلخل شفاف در شرایط آزمایشگاهی و هم در مدل نیمه صنعتی در شرایط واقعی آب زیرزمینی انجام شدند. بر اساس آزمایش های منقطع مرتبه واکنش حذف نیترات بین 1.0 تا 1.3 متغیر است و با کاهش pH و افزایش نسبت استکیومتری آهن / نیترات، مرتبه و سرعت واکنش بیشتر می شود. همچنین در حالتی که نسبت وزنی بین آهن / نیکل در ترکیب نانوذرات معادل 3 درصد باشد، حداکثر واکنش پذیری نانوذرات در حذف نیترات رخ می دهد. بر اساس نتایج آزمایش های جریان پیوسته، در سرعت تراوش برابر 10m/d بالاترین راندمان حذف نیترات فراهم می گردد. همچنین مقدار و تازگی نانوذرات آهن / نیکل تزریقی و اندازه دانه های محیط متخلخل پارامترهای اصلی تاثیرگذار در حذف درجای نیترات می باشند. راندمان حذف نیترات در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی به بالاتر از 99 درصد نیز می رسد لیکن در شرایط واقعی حداکثر راندمان حذف 70 درصد مشاهده شده است.

نگاشت های خودسازمانده کوهونن گونه ای از شبکه های عصبی مصنوعی با توانایی ویژه در تشخیص الگو و خوشه بندی داده ها با استفاده از ویژگی های آن ها هستند. در این مطالعه، توانایی نگاشت های خودسازمانده کوهونن در منطقه بندی حوضه آبریز ارس به منظور اجرای تحلیل فراوانی منطقه ای سیلاب با استفاده از الگوریتم گشتاورهای خطی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان داد که نگاشت های خودسازمانده می توانند به عنوان ابزاری مفید در زمینه خوشه بندی داده ها و منطقه بندی حوضه های آبریز به کار گرفته شوند. افزون بر این، بر اساس شاخص صحت خوشه بندی، حالت 4 منطقه ای از نظر کیفیت خوشه بندی به عنوان حالت بهینه برای منطقه بندی حوضه آبریز ارس شناخته شد. همچنین بر اساس شاخص های ناهمگنی این حالت در کنار حالت 2 منطقه ای، برای اجرای تحلیل فراوانی منطقه ای سیلاب در حوضه آبریز ارس مناسب ارزیابی شدند. به علاوه، هنگامی که تعداد مناطق برابر 2 باشد، تشکیل مناطق بزرگ تر امکان پذیر خواهد بود.

گروهی از سایت ها با همگنی کافی در فرآیندهای تولید سیلاب، یک منطقه همگن برای تحلیل فراوانی منطقه ای سیلاب را تشکیل می دهند. تحلیل خوشه ای عنوان گونه ای از روش های تحلیل چندمتغیری آماری برای گروه بندی یک سری داده به چندین گروه یا خوشه ها است. این روش، روش کارآمدی برای تحلیل فراوانی منطقه ای سیلاب است. در این گزارش با استفاده از زبان برنامه نویسی R، تحلیل خوشه ای بر اساس گشتاورهای خطی مرتبه دوم داده های حداکثر لحظه ای 34 ایستگاه هیدرومتری واقع در استان لرستان و در محدوده حوضه سدهای رودبار و بختیاری برای تعداد 2 تا 6 خوشه صورت گرفته است. در تحلیل خوشه ای، از الگوریتم K-means که در نوع خوشه بندی افرازی دسته بندی می شود، بهره گرفته شده است. گروه های ادغام شده از ایستگاه ها تشکیل شده و سپس با انجام آزمون همگنی گروه های همگن حوضه سدهای رودبار و بختیاری تعیین شده اند.

امروزه به دلیل افزایش مصرف آب آشامیدنی و همچنین کاهش منابع آن در سطح دنیا، نمک زدایی از آب دریا به عنوان روشی مهم به منظور تامین آب آشامیدنی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. این موضوع با توجه به قرار گرفتن کشور ما در منطقه ای از جهان که با بحران کمبود منابع آب روبروست، بسیار حائز اهمیت می باشد. با توجه به روند رو به توسعه استفاده از فرایندهای نمک زدایی آب دریا به عنوان منبع تامین آب آشامیدنی، تخلیه شورآبه های ناشی از این فرآیندها می تواند اثرات فیزیکی (دما، شوری)، شیمیایی و اکولوژیکی بر محیط زیست محیط دریافت کننده را در پی داشته باشد. لذا ضرورت شناخت دقیق تر و بهتر نسبت به آثار و جنبه های مختلف فرآیندهای نمک زدایی و همچنین شورآبه های حاصل از آن به صورت محصول جانبی غیر قابل انکار می باشد. مطالعه پیش رو به ارائه و بررسی اثرات شورآبه ها بر پارامترهای مختلف آب دریافت کننده پرداخته و برخی از راه حل های عملی به منظور به حداقل رساندن آن ها را ارائه می نماید. راهکارهایی نظیر استفاده از آب خنک کننده نیروگاه ها، ترکیب شورآبه با فاضلاب شهری، نمک زدایی از آب های زیرزمینی و انتخاب محل و روش مناسب به منظور تخلیه شورآبه ها از جمله پیشنهادهای موثر مطرح شده به شمار می روند.