تحقیقات منابع آب ایران
سال:1390 | دوره:7 | شماره:4 (مسلسل 22) |تعداد مقالات:9

سیستم ذخیره سیکلی، سیستمی است ترکیبی، متشکل از دو زیرسیستم آب سطحی و آب زیرزمینی که تامین نیازهای تعهد شده را با تشکیل یک حلقه تعاملی بینابینی به وجود می آورد. جهت مدل سازی این سیستم ها لازم است ارتباط هیدرولیکی بین کلیه مولفه های آن مد نظر قرار گیرد. در این مقاله مبانی و فرمول بندی مدل بهینه سازی طراحی سیستم ارائه گردیده است. بهینه سازی پارامتر گسترده طراحی سیستم ذخیره سیکلی مورد توجه قرار گرفته و از فرم اصلاح شده و تعمیم یافته روش ماتریس پاسخ واحد جهت اتصال مدل شبیه سازی آب زیرزمینی، به مدل بهینه سازی طراحی سیستم استفاده شده است. در سیستم ذخیره سیکلی حاضر علاوه بر تعامل طبیعی و فیزیکی بین دو زیرسیستم آب سطحی و زیرزمینی، رابطه دیگری نیز از طریق یک فرمان بهره برداری بهینه بین این دو زیرسیستم برقرار می باشد. جهت آزمون مدل ارائه شده، از یک سیستم ذخیره سیکلی ساده فرضی استفاده شده است. در ادامه بر اساس اطلاعات رودخانه و آبخوان دشت ابهر، مطالعه موردی انجام گرفته است. جهت حل مدل از نرم افزار LINGO استفاده گردیده است. حل مدل ضمن تعیین سطح بهینه توسعه هر بخش از سیستم، اندرکنش و تعامل بخش های مختلف را جهت تعیین نیازهای متفاوت نتیجه می دهد. نکته قابل توجه اینکه نتایج بهره برداری بهینه در برخی از بخش های سیستم با رویکرد بهره برداری معمول متفاوت است.

طراحی اولیه شبکه های توزیع آب شهری برای دوره طرح مورد نظر و همچنین طراحی فاز ترمیم و نگهداری آن ها عموما به طور کاملا جداگانه انجام می شوند. در حالیکه به نظر می رسد تاثیر طراحی اولیه بر شرایط موجود در دوران بهره برداری و تصمیمات اتخاذ شده در فاز ترمیم و نگهداری کاملا غیرقابل انکار است. در این تحقیق با تلفیق دو فاز طراحی اولیه و فاز ترمیم و نگهداری شبکه ها، روش جدیدی برای طراحی و ترمیم توام شبکه های آبرسانی ارائه شده است. این روش که طراحی پویای شبکه های توزیع آب شهری نامیده شده است، قادر به ارائه گزینه های کم هزینه تر و در عین حال مطمئن تر در مقایسه با طراحی و ترمیم جداگانه شبکه هاست. برای این منظور ابتدا یک شاخص اطمینان پذیری جدید بر مبنای منطق فازی ارائه می شود. سپس با توسعه الگوریتم چند هدفه جفت گیری زنبور عسل و به کارگیری آن در طراحی پویای چند معیاره دو شبکه به کار رفته در تحقیقات دیگران، نتایج نهایی به دست می آید. این نتایج نشان دهنده تاثیر مثبت طراحی پویا بر کاهش هزینه ها و همچنین افزایش اطمینان پذیری سیستم می باشد.

مطالعه مناطق کوهستانی برفگیر و تعیین ارتفاع و بودجه برفی آن ها از جنبه های مختلف، مانند بررسی آورد رودخانه و کنترل بهمن حائز اهمیت است. اما کمبود داده و دقت کم مدل های مرسوم در شبیه سازی توزیعی این حوضه ها، همواره از موانع جدی در چنین تحلیل هایی است. مطالعه حاضر به توسعه و ارایه الگوریتم مناسب به منظور شبیه سازی بودجه برفی، در شرایط مواجهه با کمبود داده می پردازد و برای محاسبه مقادیر ارتفاع و ذوب برف و رواناب ناشی از آن مدل توزیعی ارائه می دهد. در این راستا با توجه به معادله بیلان برفی و الگوریتم ذوب برف SRM، بودجه برفی منطقه به صورت توزیعی محاسبه می شود. به منظور افزایش دقت نتایج نیز در محاسبه ذوب برف از تابش تصحیح شده بر مبنای شیب و جهت، توسط الگوریتم SWIFT استفاده گردید. این مدل سپس به مدل SWAT وصل شده تا ضمن بهره گیری از الگوریتم تولید داده آن، رواناب حوضه نیز محاسبه گردد. مقایسه نتایج حاصل از مدل با داده های مشاهداتی در حوضه امامزاده داوود حاکی از دقت قابل قبول و کارایی مناسب آن در حوضه های کوهستانی می باشد.

تبخیر - تعرق واقعی یکی از مولفه های اصلی چرخه آب در طبیعت بوده و تعیین دقیق آن در بسیاری از مطالعات مانند بیلان آبی حوضه، برنامه ریزی و مدیریت منابع آب مهم می باشد. به دلیل اثرات متقابل عوامل متعدد اقلیمی و گیاهی، پدیده تبخیر - تعرق پیچیده و غیرخطی است و لذا برای برآورد آن بر پایه داده ها و عناصر هواشناختی دیگر، باید از مدل های ریاضی پیشرفته استفاده کرد. در این مقاله، حداقل داده های هواشناسی لازم برای برآورد تبخیر - تعرق واقعی یکی از حوضه های معرف ایران، با استفاده از مدل های شبکه های عصبی مصنوعی بررسی شد. برای این منظور چهار نوع مدل شبکه عصبی با استفاده از ترکیب پارامترهای مختلف هواشناسی ساخته و نتایج آن ها با مقادیر بدست آمده از روش بیلان آبی مقایسه شدند. نتایج نشان داد، پارامترهای دمای بیشینه و کمینه هوا، رطوبت نسبی و سرعت باد، حداقل داده های هواشناسی مورد نیاز برای برآورد تبخیر - تعرق هستند. میانگین جذر مربعات خطاها (RMSE) و ضریب تعیین (R2) بین مقادیر بدست آمده از مدل شبکه عصبی با ورودی های فوق و مقادیر واقعی به ترتیب 0.17 میلی متر در روز و 0.95 تعیین شدند. ترسیم مقادیر برآورد شده و واقعی نشان داد، خطای 82 درصد از داده ها کمتر از 15 درصد است.

فرسایش خاک و تولید رسوب در حوضه های آبخیز از جمله عوامل محدود کننده استفاده پایدار از اراضی و منابع آب می باشد. در این راستا تهیه رسوب نگارها به منظور اندازه گیری دقیق مقدار تولید رسوبات معلق در حوضه های آبخیز ضروری می باشد. لیکن تهیه رسوب نگارها در سطح حوضه های آبخیز دشوار و هزینه بردار است. از این رو مدل سازی تغییرات زمانی رسوب معلق بر اساس خصوصیات زودیافت و موجود فیزیوگرافی و بارش، روشی مناسب در تبیین اقدامات حفاظت آب و خاک محسوب می شود. در این راستا تهیه رسوب نگارهای مصنوعی در قالب رسوب نگارهای واحد لحظه ای شیوه کاربردی و قابل استفاده برای حوضه های آبخیز فاقد اطلاعات تفصیلی دبی و رسوب تلقی می شود. حال آن که ارزیابی عمل کرد آن ها در سطح حوضه های آبخیز با شرایط مختلف کم تر مورد توجه قرار گرفته است. به همین منظور تحقیق حاضر به منظور مدل سازی رسوب نگار واحد لحظه ای در حوضه آبخیز کجور در شرق شهرستان نوشهر با مساحت حدود 500 کیلومتر مربع صورت پذیرفت. در این روش با استفاده از آب نگار واحد لحظه ای، توزیع غلظت رسوب و رسوب مازاد، رسوب نگار مصنوعی رگبارها تهیه گردید. هم چنین برای دست یابی به رسوب نگار مشاهده ای، نمونه برداری از جریان رودخانه کجور در زمان وقوع هشت رگبار اتفاق افتاده طی دوره تحقیق در سال 1387 مد نظر قرار گرفت. نتایج مقایسه رسوب نگار مصنوعی و مشاهده ای بیانگر آن بود که روش مذکور با توجه به متوسط خطای تخمین 764، 111، 750 و 101 درصد به ترتیب در برآورد مقادیر اوج، زمان تا اوج، کل رسوب و زمان پایه رسوب نگار قادر به شبیه سازی هیچ یک از مولفه های رسوب نگارهای مشاهده ای حوضه آبخیز مورد مطالعه نبوده است.

با اینکه امروزه مدل های پیش بینی عددی وضع هوا پیشرفت قابل توجهی کرده اند اما هنوز پیش بینی دقیق بارش نقطه ای، بسیار مشکل و چالش برانگیز است. همواره تلاش بر این بوده است که پیش بینی بارش به صورت دقیق تری با بهبود شرایط اولیه و پیکربندی مدل های پیش بینی عددی وضع هوا به دست آید. به این منظور تصحیح برونداد مدل یکی از راه هایی است که می توان انجام داد. در این پژوهش مدل میان مقیاس WRF با دو دامنه با گام های شبکه ای 45 و 15 کیلومتر برای یک دوره 6 ماهه از اول نوامبر 2008 تا 30 آوریل 2009 اجرا شده است. سپس برونداد مدل برای بارندگی های 24 ساعته با دو روش بهترین برآوردگر ساده و روش میانگین متحرک برای 205 ایستگاه هواشناسی همدید کشور تصحیح و پس پردازش شده است. داده های سه ماه اول برای آموزش و بقیه داده ها برای آزمون و مقایسه استفاده شده است. نمایه های آماری مانند درجه موازنه جرم، میانگین مطلق خطا و امتیاز مهارتی متناظر با آن برای پیش بینی های خام و بهبود یافته برای نشان دادن بهبود نتایج، محاسبه و مقایسه شده است. نتایج نشان داد که هر دو روش پس پردازش، برونداد مستقیم مدل را بهبود می بخشند؛ به گونه ای که میانگین مطلق خطا برای ایستگاه های مختلف در روش میانگین متحرک، بین 5 تا 50 درصد (با میانگین در حدود %25) و در روش بهترین برآوردگر ساده به طور میانگین در حدود %13 بهبود یافته است.

از طریق نگاشت داده های موجود بارندگی می توان به درونیابی و نگاشت داده های ناقص بارندگی که اطلاعات بارندگی بدلایلی در آن ها ثبت نشده است پرداخت. در این مقاله برای تکمیل داده های ناقص از پنج روش درونیابی مبتنی بر توابع پایه شعاعی در یک محدوده سطح واحد استفاده شده است. برای یافتن روش مناسب درونیابی، مقدار ضریب ثابت کمینه کننده خطا (ضریب شکل C) طی یک روش اعتبار سنجی بهینه یابی از سه نمونه از توابع آزمون که در آن محدوده مورد مطالعه بصورت شبکه های مربعی 0.1 متری تا 0.5 متری در مربع با ابعاد واحد انتخاب شده اند و در اینجا حکم مشاهدات را دارند، استفاده شده است. با داشتن این ضریب شکل خاص میزان بدست آمده برای تداوم بارندگی محاسبه شده و با کارهای دیگر که در این زمینه انجام شده مقایسه به عمل آمده و به منظور بررسی دقت روش تخمین و انتخاب روش نهائی از روش های کنترل آماری شامل خطای متوسط مربعی نرمال (NMSE)، درصد متوسط خطای تخمین(PAEE)  و یا مربع ضریب همبستگی (R2)، استفاده شده است. به صورت عددی نشان داده شده است که میزان بهینه ضریب شکل بستگی به توزیع تعداد ایستگاه ها بر روی سطح واحد و نحوه شبکه بندی دارد. نتایج تحقیق نشان می دهد که با افزایش تعداد ایستگاه مشاهده ای در دامنه مورد نظر اختلاف محاسبات با مشاهدات (توابع آزمون) بسیار کمتر می شود در ادامه مقدار بارندگی در یک ایستگاه خاص کاملا انتخابی در درون دامنه بغیر از ایستگاه های منظم موجود، یعنی ایستگاه واقع در نقطه (0.35, 0.25) Z نیز از دو طریق توابع آزمون و محاسبات بدست آمد و نتایج بسیار رضایت بخشی حاصل گردید و پیشنهاداتی برای ادامه تحقیق داده شد.

در این مقاله الگوی جریان اطراف پایه هایی با مقاطع دایره، دوکی، بیضی، مستطیلی، مربعی و مستطیلی گرد گوشه (مستطیل - دایره) به صورت سه بعدی، با استفاده از نرم افزار Fluent شبیه سازی شده است. این نرم افزار معادلات جریان را به روش حجم محدود و الگوی مرکزیت سلول حل می نماید، جهت شبکه بندی میدان محاسباتی از شبکه های منشوری استفاده شده است. این شبکه ها با استفاده از پیش پردازنده Gambit، تولید شده و سپس میدان محاسباتی با نرم افزار Fluent تحلیل شده است. در مدلسازی سه بعدی، جهت لحاظ نمودن اثر سطح آزاد روش حجم سیال (VOF) استفاده شده است. آشفتگی جریان با استفاده از مدل k - e در محاسبات وارد شده است. در مدل های سه بعدی مطرح شده، تغییرات پروفیل سطح آب و اثر تغییر شکل پایه ها در کاهش میزان تنش برشی و در نتیجه کاهش آبشستگی بررسی شده است. نتیجه محاسبات گویای آن است که مقطع دوکی و بیضی شکل بهترین نوع مقطع در کاهش تنش برشی و در نتیجه کاهش آبشستگی اطراف پایه می باشد. در این مقاطع جریان از اطراف پایه به آرامی می گذرد و آشفتگی زیادی در جریان به وجود نمی آید و جریان برگشتی که یکی از عوامل مهم آبشستگی می باشد در مقطع دوکی شکل دیده نمی شود.

استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور به منظور تخمین رواناب حوضه آبریز در سال های اخیر افزایش یافته است. در این تحقیق، نقشه شماره منحنی رواناب حوضه آبریز منصورآباد بیرجند به کمک سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، تصاویر ماهواره لندست و سنجش از دور هندوستان (IRS) بر اساس فاکتورهایی مانند پوشش گیاهی، کاربری اراضی، گروه هیدرولوژی خاک و شرایط هیدرولوژیکی منطقه تهیه گردید. نقشه پوشش گیاهی به کمک شاخص تفاوت پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI)، نقشه کاربری اراضی حوضه با استفاده از داده های ماهواره ای و نقشه گروه هیدرولوژیکی خاک به کمک بازدیدهای صحرائی و نقشه های خاک، شیب، زمین شناسی و کاربری اراضی حوضه تهیه گردید. نتایج نشان داد که در طی سال های 2002 تا 2006، تراکم پوشش گیاهی حوضه کاهش یافته و مقادیر شماره منحنی و پتانسیل تولید رواناب حوضه افزایش یافته است.