تحقیقات منابع آب ایران
سال:1385 | دوره:2 | شماره:1 |تعداد مقالات:11

پس از برگزاری کنفرانس ریو 1992)- برزیل( و تشکیل کمیسیون توسعه پایدار (CSD) در سازمان ملل متحد برای پیگیری مصوبات و بررسی عملکرد کشورها در خصوص آن، تحرکات عمده ای توسط سازمانهای دولتی و غیردولتی فعال در عرصه آب در سطوح ملی، منطقه ای و بین الملی شکل گرفت که از آن به عنوان "جنبش آب" (Water Movement) یاد می شود. یکی از نتایج این فعالیتها، تاسیس «شورای جهانی آب» (World Water Council) در سال 1996 است. این شورا در پی توصیه های مندرج در بیانیه کنفرانس دوبلین و نیز نتایج گردهمایی 1994 هلند به عنوان نهادی که بتواند سازماندهی یک گردهمایی جهانی و مستمر را عملی سازد مطرح و به تصویب کمیسیون توسعه پایدار سازمان ملل متحد نیز رسید. در اساسنامه، از آن بعنوان یک سازمان غیردولتی که اعضای آن را نهادهای دولتی، سازمانهای غیردولتی، سازمانهای منطقه ای و بین المللی دولتی و غیر دولتی تشکیل می دهند و توسط یک «شورای حکام» منتخب اعضا اداره می شود نام برده است. وظیفه اصلی شورای جهانی آب تقویت جنبش جهانی آب برای ارتقای مدیریت و خدمات جهانی آب، ارتقا آگاهیهای عمومی، تجهیز عزم سیاسی در کلیه سطوح بویژه در سطح تصمیم گیران برای ایجاد تسهیلات لازم در خصوص حفاظت، توسعه، بهره برداری، برنامه ریزی و مدیریت آب در کلیه ابعاد بصورت پایدار و به نفع کلیه ساکنان کره زمین می باشد.

شبیه سازی انتقال و تخلیه آلاینده ها از آبخوانهای ساحلی به دریا به علت شرایط مرزی در سمت دریا پیچیده می باشد. مدل ModSharp که در این تحقیق توسعه داده شده است. مدلی قدرتمند و کارا برای مدل سازی انتقال آلاینده ها در آبخوانهای ساحلی در مقیاس بزرگ می باشد. این مدل معادله همرفتی - پراکندگی را به روش مشخصه ها حل می نماید. دقت و اعتبار مدل با حل چند مثال که جوابهای تحلیلی و عددی معلوم دارند، در زمینه پیشروی آب شور و انتقال آلاینده ها کنترل گردید. در ادامه اثر پیشروی آب شور بر انتقال و تخلیه آلاینده ها در آبخوانهای ساحلی شبیه سازی شد. نتایج نشان می دهد که پیش روی آب شور اثر قابل توجهی بر انتقال آلاینده در آبخوانهای ساحلی دارد. همچنین صرف نظر کردن از شرایط مرزی در سمت دریا به تخمینی کوچکتر از نرخ تخلیه آب آلاینده ها به دریا می انجامد.

صدمات ناشی از کاویتاسیون در سازه های هیدرولیکی یکی از مسایل مهم و حساس این ابنیه می باشد که گزارش های متناوبی از آن قابل مشاهده است. در این ارتباط هوادهی بعنوان یکی از راهکارهای شناخته شده جهت کاهش خطرات و صدمات ناشی از این پدیده معرفی گردیده که به دلیل موفقیت و تاثیر فزاینده آن، کاربردهای وسیعی را در انواع سازه ها یافته است. این راهکار به جهت هزینه نسبتا کمتر و سهولت اجرا، مورد توجه طراحان سازه های هیدرولیکی واقع شده است. بررسی این مطالعات نشان می دهد که علیرغم مطالعات قابل توجهی که در زمینه تخلیه کننده های تحتانی و سرریزهای آزاد به شکل مستطیلی انجام گرفته است، متاسفانه اطلاعات بسیار اندکی برای این هواده ها در تونل های دایره ای گزارش و در دسترس می باشد. تونل های فوق عموما جهت انتقال آب در سرریزهای تونلی و یا تونل های نیروگاهها مورد استفاده قرار می گیرد که با توجه به میزان اهمیت آن و کمبود اطلاعات پیرامونی، مقاله حاضر با هدف تامین اطلاعات لازم آزمایشگاهی جهت تجزیه و تحلیل فشارهای دینامیک و ارزیابی فرکانس غالب نوسانات آن در سرریزهای تونلی تهیه گردیده است. آزمایشات در یک تونل دایره ای به قطر 28.8 سانتی متر در موسسه تحقیقات آب ایران انجام گرفت. هواده های مورد استفاده از نوع تخت بوده که ارزیابی اثر هندسه هواده بر میدان فشار، با تغییر ارتفاع و زاویه آن صورت گرفت. همچنین با قرار دادن یک صفحه در بالادست هواده، اثر ضخامت تیغه جریان ورودی به هواده نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و در نهایت، تاثیر شرایط جریان ورودی با تغییر سرعت جریان از طریق تنظیم ارتفاع آب داخل هد تانک بالادست تونل مورد ارزیابی قرار گرفت. هوا از طریق یک هواده دایره ای در پایین دست هواده ها به داخل مجرا وارد گردید و با تغییر شرایط هندسی هواده و شرایط هیدرولیکی جریان ورودی به آن، به اندازه گیری میدان فشار در پایین دست اقدام و سپس با تجزیه و تحلیل اطلاعات، ارزیابی میدان فشار و طیف غالب نوسانات صورت گرفت که نتایج حاصل از آن می تواند راهگشای طراحان این سازه ها قرار گیرد.

یکی از عوامل اصلی در تغییر روند رژیم سیلابی حوزه های آبریز، تغییر کاربری اراضی در سطح حوزه است. حوزه آبریز سد گلستان در سالهای اخیر شاهد سیل های ویرانگر بوده است که احتمال تشدید آنها در اثر تغییر کاربری اراضی مطرح می باشد. در این تحقیق با تلفیق سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) و مدل هیدرولوژیک HEC-HMS اثرات تغییر پوشش گیاهی بر دبی اوج و حجم سیل حوزه آبریز سد گلستان بررسی و واکنش هیدرولوژیک حوزه به ازای سناریوهای مختلف کاربری اراضی نیز پیش بینی شده است. بدین منظور، پس از تهیه نقشه پوشش گیاهی حوزه مربوط به سالهای 1346 و 1375 و تلفیق با نقشه گروه های هیدرولوژیک خاک در محیط GIS، مدل هیدرولوژیک HEC-HMS با استفاده از روش نفوذ شماره منحنی (CN) و آبنمود واحد SCS در سطح زیرحوزه ها و نیز به روش روندیابی ماسکینگام در شبکه رودخانه ها در مقابل داده های بارش - رواناب مشاهده ای، واسنجی و اعتباریابی شد. نتایج شبیه سازی نشان داد که به علت تغییرات کاربری اراضی و تخریب جنگلها و مراتع حوزه، دبی اوج سیل در دوره بازگشت 5 و 1000 ساله به ترتیب 31.7 و 17.8 درصد افزایش داشته است. بنابراین پوشش گیاهی به تنهایی نقش محدودی در کنترل سیلابهای مهیب با دوره بازگشت بالا ایفا می نماید. نتایج حاصل از پیش بینی آبنمود سیل در سناریوی کاربری اراضی بد بینانه (ادامه روند تخریب پوشش گیاهی) نیز نشان می دهد که در صورت تخریب بیشتر جنگلها و مراتع حوزه و توسعه اراضی کشاورزی، دبی اوج سیل با دوره بازگشت های 5 و 1000 سال به ترتیب به میزان 35 و 24 درصد افزایش خواهد یافت.

با استفاده از روش طبقه بندی (به طور خاص در این مطالعه، پهنه بندی) پیوسته، می توان ضمن نمایش تغییرات پدیده ها در طبیعت، پیوستگی این تغییرات را حفظ کرد. نظریه مجموعه های فازی، ابزار مناسبی برای مطالعه و نمایش این پیوستگی می باشد. به عنوان نمونه ای از کاربرد پهنه بندی پیوسته، خوشه سازی فازی که از جمله روش های تشخیص الگو می باشد، در مطالعه فرسایش پذیری حوضه آبریز تجن به کار برده شده است. ضمن اینکه نتایج حاصله با نتیجه بدست آمده از روش سنتی PSIAC، مقایسه شده است و در نهایت، نتیجه کار به کمک روش ترکیب ارزش پیکسل ها، به صورت نقشه بندی پیوسته فرسایش پذیری، نمایش داده شده است. این نقشه ها نشان می دهند که فرسایش حتی در مناطقی که یک کلاس غالب است قابل بررسی و مشاهده گردیده است. همچنین کلاس هایی که به طور واقعی وجود ندارند و فقط به علت محدودیت های حاصل از طبقه بندی گسسته بوجود آمده، حذف گردیده است و تغییرات تدریجی کلاس ها همانگونه که در طبیعت وجود دارد نمایش داده شده است.

مقاله حاضر به بررسی نحوه عملکرد شبکه های عصبی MLP در ارتباط با خروجی مدل فوریه، FSAM، می پردازد. مدل FSAM که مدل شبیه ساز بارش است، تحلیل مدل های کلاسیک را در قلمرو فرکانس، که توسعه نظریه طیفی فرآیندهای متداول نظیر طیف الگوهای ARIMA را در درون خود دارد، ارایه می دهد. کاربرد همزمان شبکه های عصبی MLP و مدل FSAM، امکان پیش بینی جریان ماه (i) ام را در ارتباط با پیش بینی بارش همان ماه، میسر می سازد. بدلیل اینکه یکی از متغیرهای مستقل توابع شبیه سازی دبی، دما می باشد شبیه سازی دما توسط دوازده شبکه عصبی MLP برای شبیه سازی دوازده ماه سال بطور مجزا انجام گردید، تا بدین ترتیب بتوان از این شبکه ها برای تخمین دما در ماده هایی که پیش بینی در آنها مد نظر است و داده های دما موجود نمی باشند، استفاده کرد. این مقاله نتایج و تحلیل علمی لازم را ارایه خواهد داد.

هرشفیلد برآورد بارندگی حداکثر محتمل (PMP) را در سال 1961 به روش آماری پایه ریزی کرده است. این پژوهشگر روش اصلاح شده ای را برای 2645 ایستگاه با مطالعه بارندگی حداکثر 24 ساعته ارایه داده است. در سال های بعد بارندگی هایی رخ داد که بیش از PMP محاسبه شده به این روش است. در نتیجه روش هرشفیلد به زیر سوال رفت. الیاسون روش چند ایستگاهی را در سال 1997 ارایه داد. این روش از ادغام آمار کلیه ایستگاه های هم اقلیم یک منطقه استفاده می کند، زیرا PMP می تواند در هر نقطه این منطقه رخ دهد. بنیان ریاضی روش به توزیع گامبل نوع 1 و توزیع های منشعب از آن وابسته است. الیاسن پارامترها را تنها به روش گشتاورهای معمولی برآورد کرده و PMP را با این برآورد به دست آورده است. در مقاله حاضر برای برآورد پارامترها از سه روش برآورد دیگر به نام های حداکثر درست نمایی، حداکثر آنتروپی و گشتاورهای وزن دار احتمالی نیز استفاده شده است. برای مقایسه روشهای برآورد از آمار 41 ایستگاه باران سنج هم اقلیم شمال خراسان استفاده شده. آزمونهای آماری برتری روش درست نمایی را نسبت به روش گشتاوری نشان می دهد. علاوه بر این، PMP این ایستگاه ها نیز به روش اصلاح شده هرشفیلد محاسبه و نتیجه با روش چند ایستگاهی مقایسه شده است. نتایج به دست آمده برتری و ثبات روش چند ایستگاهی را تایید می کند.

پیش دید میزان بارش، موفقیت در کشت دیم و مدیریت بهتر مراتع را تا حد زیادی تضمین می کند. در این تحقیق با تجزیه و تحلیل آمار بارندگی روزانه ایستگاه های مختلف هواشناسی استان کرمان که دارای آمار بارندگی روزانه طولانی مدت )حداقل 28 ساله( بودند، مشاهده گردید که فاصله زمانی وقوع 47.5 میلی متر باران تجمعی از ابتدای پاییز t47.5)، حسب روز( با میزان بارندگی سالانه Pa)، حسب (mm رابطه ای معنی دار دارد. همچنین جهت بالا بردن ضریب همبستگی رابطه فوق الذکر از مشخصات ایستگاه ها شامل میانگین دراز مدت بارندگی سالانه Pma)، حسب (mm، ارتفاع از سطح دریا و طول و عرض جغرافیایی استفاده شد که تاثیر معنی داری در رابطه ای که متغیرهای مستقل آن میانگین دراز مدت بارندگی سالانه و t47.5 بود ایجاد نکرد. در نهایت عوامل مستقل مربوط به دمای سطح آب خلیج فارس در رابطه آزمون شدند. در این بررسی مجموع دمای سه ماهه سطح آب خلیج فارس در پاییز Tau)، حسب درجه سانتی گراد( تاثیری هر چند کم، در افزایش ضریب همبستگی رابطه نهایی گذاشت. بدین ترتیب رابطه ای بین Tau و t47.5 و Pma و مقدار بارندگی سالانه به دست آمد. علامت ضریب Tau و t47.5 در این رابطه منفی می باشد. آزمون مدل های ساده ارایه شده در ایستگاه بافت سلطانی نشان داد که هر دو مدل روند سال های زراعی کم آب و پرآب را به خوبی دنبال می کند و میزان خطا در مدل ساده دوم کمتر از خطای مدل اول است.

محیط های ساحلی به جهت حضور توام امواج و جریانات دریایی دارای ساختاری نسبتا پیچیده هستند که این امر مانع حصول شناخت کافی پدیده ها در این ناحیه گردیده است. توسعه مدل های عددی یکی از ابزارهای بسیار کارآمد جهت شبیه سازی پدیده های هیدرودینامیکی بوده و بطور گسترده ای در حل مسایل دریایی کاربرد دارند. در تحقیق حاضر نیز به منظور شبیه سازی شرایط امواج و جریانات در مجاورت سواحل، با مد نظر قرار دادن پدیده شکست موج و در حضور دیواره ساحلی، نسبت به توسعه مدل عددی دو بعدی در قائم اقدام گردیده است. در مدل مزبور با انتخاب روشهای مناسب جهت منفصل سازی جملات انتقال و پخشیدگی و نیز با بکارگیری روش پروجکشن، معادلات دو بعدی در قائم ناویر استوکس به کمک روش عددی احجام محدود مورد حل قرار گرفته و ضمن بررسی دقت برخی از روشهای شناخته شده سطح آزاد، روش Young به منظور محاسبه شکل سطح آزاد محیط آبی انتخاب شده است. جهت اعمال اثرات آشفتگی جریان، شبیه سازی دقیق این پدیده با استفاده از مدل استاندارد k-ε در برنامه حاضر صورت گرفته که توانسته است نتایج قابل قبولی را در این زمینه به همراه داشته باشد. در پایان ضمن بررسی صحت نتایج حاصل از اجرای برنامه بر روی نمونه مساله حل شده در تحقیقات قبلی، خروجی های مدل عددی مورد نظر، با اطلاعات برداشت شده از شبیه سازی آزمایشگاهی برای شرایط مشابه ایجاد شده در فلوم امواج مورد مقایسه قرار گرفته است که نتایج این مقایسه حکایت از همخوانی مناسب فیمابین خروجی های مدل عددی و اطلاعات برداشت شده از نمونه آزمایشگاهی دارد.

حوزه آبریز زاینده رود در منطقه مرکزی ایران یکی از حوزه های آبریز تحت تنش آب می باشد. توسعه منابع آب حوزه به طور عمده از طریق احداث سد مخزنی چادگان و سه تونل انحراف آب بین حوزه ای در فازهای مختلف و در 50 سال اخیر صورت پذیرفته است. این سه تونل در مجموع 867 میلیون متر مکعب )بیش از آورد طبیعی رودخانه زاینده رود یعنی 800 میلیون مترمکعب( آورد آبی دارد. به محض توسعه منابع آب جدید و به دلیل عدم مدیریت جامع و مناسب آب در حوزه، مصارف آب از طریق احداث شبکه های آبیاری جدید، افزایش ناگهانی یافته )بیش از 1500 میلیون متر مکعب در سال( به نحوی که از میزان تامین آن تجاوز نمود. این افزایش در مصرف آب سبب گردیده تا حوزه تحت تنش آبی مداوم قرار گرفته، آب کمی وارد خروجی حوزه یعنی باتلاق گاوخونی شود تا حدی که در سال های اخیر این منطقه زیست محیطی کاملا خشک شده و خسارات زیست محیطی زیادی به منطقه و کشور وارد گردیده است. بررسی سناریوهای مختلف بیلان آب نشان دهنده آن است که مادام که مصرف آب در بخش های کشاورزی، شرب، و صنعت با روند فعلی رشد نماید تا سال 1400 منابع آب حوزه قادر به تامین تقاضا برای آب نمی باشد. نتیجه آن است که هر گاه که تقاضا از تامین آب تجاوز نموده و حتی 10 درصد کاهش در منابع آب حوزه داشته باشیم حوزه دچار تنش آبی خواهد گردید. مصارف آب در حوزه گاها از تامین آن فراتر می رود که نشان دهنده استفاده بی رویه از منابع آب زیرزمینی است. تمامی موارد ذکر شده نشان دهنده آن است که نیاز به یک مدیریت جامع و مبتنی بر حوزه آبریز و همچنین برنامه ریزی های درازمدت تخصیص منابع آب به منظور مقابله با بحران آب می باشد.