پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال:1388 | دوره:16 | شماره:3 |تعداد مقالات:18

بررسی و تحلیل رفتار جزیی رسوبات ریز دانه چسبنده بسیار پیچیده می باشد. زیرا رسوبات ریز دانه چسبنده تحت یک سیکل دایمی فرسایش، حرکت انتقالی، انتشار ملکولی و تلاطمی، تفرق، تشکیل خاک دانه، تشکیل کلوخچه، رسوب گذاری و تراکم هستند. شبیه سازی حرکت رسوبات چسبنده به طور شدید به خواص ماکروسکوپی از سیستم آب- رسوب وابسته می باشد. در این تحقیق یک رابطه برای رسوب گذاری رسوبات ریز دانه چسبنده و یک رابطه برای ضریب پخشیدگی در حالت جریان یک بعدی پیشنهاد و در معادله انتقال جرم قرار داده شد. این معادله با روش حجم کنترل حل و با استفاده از داده های آزمایشگاهی واسنجی گردیده است. آزمایش ها در یک فلوم آزمایشگاهی به عرض 30 سانتی متر، شیب 0.00008، دبی جریان بین 3 تا 5.7 لیتر بر ثانیه و غلظت های 4 الی 8 گرم بر لیتر انجام شده است. در مدل پیشنهادی مشخص شد که ضریب پخشیدگی رسوبات ریز دانه چسبنده تحت تاثیر پارامترهای عدد رینولدز و نسبت سرعت جریان به سرعت برشی می باشد.

صفحات مستغرق سازه هایی می باشند که در کف رودخانه با زاویه ای نسبت به جریان اصلی نصب می شوند. عملکرد اصلی این صفحه ها ایجاد جریان ثانویه است. سیستم صفحه ها می تواند در انتقال رسوبات از مقابل دهانه آبگیر به کار رود. مطالعه تاثیر استفاده از صفحات مستغرق بر قدرت جریان ثانویه در قوس و احتمال انحراف جریان های پر رسوب نزدیک کف از اهداف اصلی این پژوهش می باشد. شبیه سازی شامل دو حالت وجود صفحات مستغرق در مقابل دهانه آبگیر و بدون صفحات است. به این منظور معادله های سه بعدی ناویر استوکس برای جریان آشفته در آبگیری جانبی از کانال قوسی 180 درجه با روش عددی حل شده و حل معادله ها با استفاده از نرم افزار Fluent صورت گرفته و نتایج به دست آمده از مدل سازی در هر دو حالت با نتایج آزمایشگاهی موجود صحت سنجی شده است. نتایج مدل سازی نشان می دهد که جریان ثانویه حول صفحات مستغرق در جهت جریان ثانویه اصلی در قوس می باشد، بنابراین با تشدید قدرت جریان ثانویه در مقابل دهانه آبگیر، در انحراف جریان های پر رسوب نزدیک کف از مقابل دهانه آبگیر و انحراف بیشتر جریان های سطحی به سمت آبگیر موثر است. به این ترتیب آبگیری بیشتر از جریان سطحی با مقدار رسوب کمتر فراهم خواهد شد. ناحیه جدایی جریان در لبه داخلی قوس در مقابل دهانه آبگیر عریض تر شده و صفحات از تشکیل ناحیه سکون زینی در پایین دست آبگیر و جریان های برگشتی به سمت آبگیر جلوگیری کرده، از این رو رسوب کمتری وارد آبگیر خواهد شد.

حیات استان اصفهان وابسته به زاینده رود می باشد. بنابراین حفظ کیفیت و کمیت آب این رودخانه دارای اهمیت فراوان است. در این راستا، اولین قدم برای اتخاذ شیوه های صحیح و پایدار مدیریت منابع آب زاینده رود، کسب آگاهی مستمر از وضعیت کمی و کیفی آب، تغییرات زمانی و مکانی آن و بالاخره مشخص نمودن منابع اصلی و انواع آلوده کننده های آب رودخانه می باشد. یکی از مدل هایی که به این منظور در سطح بین المللی مورد استفاده گسترده قرار دارد، مدل SWAT می باشد. اولین گام در استفاده از این مدل ها، اثبات توانایی آن ها در شبیه سازی چرخه آبی حوضه است. هدف اصلی از انجام پژوهش حاضر، ارزیابی عملکرد مدل SWAT در رابطه با شبیه سازی دبی جریان رودخانه زاینده رود می باشد. در مرحله اول، مدل با استفاده از اندازه گیری های شدت جریان در 4 ایستگاه قلعه شاهرخ، سد زاینده رود، پل کله و ورزنه واسنجی گردید که با توجه به پارامترهای ضریب راندمان (COE) بین 60.2-80.1 درصد، راندمان NS بین 59.4-79 درصد و ضریب همبستگی (R2) بین 72.6-82 درصد و با توجه به نتایج بررسی های گذشته و کیفیت داده های استفاده شده در این پژوهش، قابل قبول ارزیابی گردید. در مرحله اعتبارسنجی، مقادیر ضریب راندمان، راندمان NS و ضریب همبستگی به ترتیب در حدود 60.4، 60.1-69-1 و 64.7-70.8 درصد برای ایستگاه های مختلف برآورد شدند. بهترین نتایج در ایستگاه پل کله و ضعیف ترین نتایج در ایستگاه قلعه شاهرخ به دست آمد. نتایج کلی واسنجی نشان می دهد که مدل SWAT می تواند ابزار مناسبی در رابطه با شبیه سازی شدت جریان رودخانه باشد.

سرعت آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی اهمیت زیادی در تامین پتاسیم موردنیاز گیاهان، به ویژه در خاک های غنی از کانی های حاوی پتاسیم دارد. با توجه به این که تا به حال هیچ گونه پژوهشی درباره سرعت آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی در خاک های استان گلستان صورت نگرفته، بررسی سرعت رهاسازی پتاسیم غیرتبادلی جهت مدیریت و استفاده صحیح از منابع خاکی ضروری به نظر می رسد. به این منظور، مطالعات آزمایشگاهی بر روی روند رهاسازی پتاسیم غیرتبادلی در 12 سری غالب خاک های زراعی استان گلستان توسط اسیدهای آلی و کلرید کلسیم بر روی نمونه های اشباع شده با کلسیم در مدت زمان های 2 تا 1844 ساعت صورت گرفت. خاک های مختلف رفتارهای متفاوتی در عصاره گیری پی درپی توسط عصاره گیرها نشان دادند. اسید آلی به طور میانگین میزان پتاسیم بیشتری نسبت به کلرید کلسیم که یک نمک معدنی می باشد رهاسازی کرد. میانگین پتاسیم عصاره گیری شده توسط اسید اگزالیک 2.33 برابر میانگین پتاسیم عصاره گیری شده توسط کلرید کلسیم بود. رهاسازی پتاسیم در تمام خاک ها در مراحل اولیه سریع بود و در مراحل بعدی با سرعت کمتری تا پایان آزمایش ادامه یافت. با توجه به بالا بودن ضرایب تبیین و کم بودن خطای استاندارد برآورد، سرعت آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی توسط اسید آلی با معادلات الوویچ و پخشیدگی به خوبی توضیح داده شد و معادله های توانی، مرتبه اول و الوویچ رهاسازی با کلرید کلسیم را توجیه نمودند. با توجه به این که سرعت آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی از معادلات مرتبه اول، الوویچ، پخشیدگی و توانی پیروی می کند، فرآیند آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی از خاک ها می تواند متاثر از پدیده پخشیدگی باشد و به عبارت دیگر پخشیدگی پتاسیم به خارج توده کانی یا نواحی هوادیده، کنترل کننده سرعت آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی در این خاک ها می باشد.

هدایت هیدرولیکی خاک یک مولفه تعیین کننده در مدل سازی شیوه های جریان آب در خاک و تصمیم گیری مدیریت آب است. در این پژوهش از اطلاعات مربوط به 41 نمونه خاک با 11 بافت مختلف در محدوده شنی، لوم و رسی از بانک خاک UNSODA استفاده شد تا با مورد توجه قرار دادن مفهوم سطح وی‍ژه بخار- مایع اطراف ذرات خاک، تابع هدایت هیدرولیکی خاک (مدل ون گنوختن) تعیین شود. نتایج این پژوهش نشان داد که منحنی سطح ویژه بخار- مایع اطراف ذرات خاک با افزایش مکش در تمام خاک ها صعودی نبوده و رطوبتی که در آن حداکثر مقدار سطح ویژه فصل مشترک بخار- مایع اطراف ذرات خاک به دست می آید می شود معادل با رطوبت باقی مانده نمی باشد، بلکه بسته به خصوصیات منحنی مشخصه رطوبتی هر خاک متفاوت است. نشان داده شد که متغیر فرض کردن لزجت آب اطراف ذرات خاک در محدوده ظرفیت زراعی تا نقطه پژمردگی دایم تاثیر چشم گیری بر روی نتایج محاسبه هدایت هیدرولیکی غیر اشباع ندارد. تاثیر متغیر فرض کردن وزن ستون آب در مقایسه با وزن ثابت، منجر به بهبود نتایج می شود.

تخمین رواناب در آبخیزهای بدون آمار همواره مورد توجه هیدرولوژیست ها و سازمان های مدیریت منابع آب در برنامه ریزی، توسعه و اجرای بسیاری از پروژه ها بوده است. پژوهش حاضر با هدف کاربرد و ارزیابی مدل هیدروگراف واحد لحظه ای کلارک در پیش بینی هیدروگراف رواناب سطحی در آبخیز جنگلی جعفرآباد استان گلستان انجام شده است. برای همین منظور نقشه هم زمان تمرکز و هیستوگرام زمان- مساحت آبخیز در محیط سامانه های اطلاعات جغرافیایی تهیه و سپس هیدروگراف واحد لحظه ای با مدل کلارک برای آبخیز مذکور شبیه سازی شد. هیدروگراف رواناب مستقیم برای 6 رگبار بارش با استفاده از مدل یاد شده شبیه سازی، و آنالیز حساسیت مدل با 2 پارامتر زمان تمرکز و ضریب ذخیره در مدل کلارک انجام شد. دقت و کارایی مدل یاد شده در برآورد هیدروگراف رواناب سطحی با شاخص های ناش- ساتکلیف و میانگین خطای نسبی در دبی اوج، خطای نسبی در زمان تا اوج و خطای نسبی حجم جریان و مجموع مربعات خطا با داده های ثبت شده مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج این پژوهش مدل کلارک فقط پارامتر زمان تا اوج و دبی اوج را با دقت قابل قبولی برآورد نمود و در شبیه سازی سایر مولفه های هیدروگراف سیل موفق نبوده است. بر اساس نتایج آنالیز حساسیت پارامترهای زمان تمرکز و ضریب ذخیره، خروجی های مدل به میزان زمان تمرکز محاسباتی و مورد استفاده در تهیه هیستوگرام زمان- مساحت حساسیت بالایی داشته است.

پژوهش های اخیر نشان می دهد در صورتی که از مقادیر میانگین تبخیر و تعرق مرجع (ETo) جهت تامین نیاز آبی گیاه استفاده شود، نیاز آبی واقعی گیاه تامین نخواهد شد که در این شرایط ممکن است گیاه با تنش آبی روبرو شده و یا بیش از نیاز آب دریافت کند. با توجه به تاثیر روش محاسبه تبخیر و تعرق، دور آبیاری و سطح احتمال وقوع بر نیاز آبی گیاه، محاسبه دقیق تاثیر عوامل بالا به عنوان یک موضوع پژوهشی، ضروری به نظر می رسد. در این پژوهش با استفاده از آمار و اطلاعات ایستگاه سینوپتیک نوژه همدان مقدار تبخیر و تعرق گیاه مرجع برای هر روز ژولینوسی از سال در طول دوره آماری (2006-1977) با 5 روش بلانی- کریدل، پنمن (1963)، پنمن- فائو- 24، پنمن- مانتیث و فائو- پنمن- مانتیث محاسبه شد. سپس با به کارگیری ضریب گیاهی گندم برای منطقه موردنظر مقادیر ETc محصول گندم در طول دوره رشد به منظور بررسی اثر روش های بالا در میزان آب موردنیاز گیاهان محاسبه گردید. در این رابطه تاریخ شروع و خاتمه دوره های حداکثر نیاز آبی گیاه با استفاده از روش میانگین متحرک استخراج و منحنی های میانگین تبخیر و تعرق روزانه برای دوره های 1 تا 30 روزه حداکثر نیاز آبی با احتمال وقوع های متفاوت با توجه به تاریخ به دست آمده ترسیم گردید. نتایج به دست آمده از منحنی های استخراج شده نشان داد در صورتی که طراحی سیستم آبیاری بر اساس میانگین ETc گندم (طول دوره 7 روزه) با احتمال وقوع 50 درصد و با روش های بلانی-کریدل، فائو- پنمن- مانتیث، پنمن (1963)، پنمن- فائو- 24 و پنمن- مانتیث صورت پذیرد، ظرفیت سیستم جهت تامین آب به ترتیب برای روش های بالا حدود 12، 10، 18، 14 و 15 درصد کمتر از حالتی خواهد بود که احتمال وقوع 75 درصد اعمال شده است. تجزیه و تحلیل مقادیر نیاز آبی گیاه در سطوح احتمالاتی بیشتر از 50 درصد نیز بیانگر این است که با افزایش دوره های حداکثر نیاز آبی، مقدار میانگین نیاز آبی روزانه کاهش می یابد. هم چنین برای یک دوره خاص با افزایش سطح احتمالاتی، میزان میانگین نیاز آبی روزانه گیاه نیز افزایش پیدا می کند.

آبشکن ها سازه هایی هستند که با هدف انحراف جریان از ساحل فرسایش پذیر رودخانه، ایجاد مسیر مناسب برای هدایت جریان، کنترل سیلاب، برقراری عمق لازم برای اهداف کشتیرانی، حفاظت دیواره خارجی قوس ها و طرح های اصلاح مسیر رودخانه، مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله مسایل مهم در طراحی آبشکن ها، پدیده آبشستگی موضعی دماغه آن ها می باشد، که به علت تنگ شدگی مقطع جریان و وجود جریان های گردابی های قوی به وجود می آید. در صورتی که این عمق به درستی برآورد نشود می تواند منجر به تخریب سازه آبشکن گردد. مروری بر پژوهش های گذشته نشان می دهد که بیشتر پژوهش های قبلی بر روی آبشکن های تیغه ای استوار بوده و پژوهش های کمی بر روی آبشکن های L شکل صورت گرفته است. با توجه به این که در عمل از سری آبشکن ها برای تثبیت یک ناحیه فرسایش پذیر در رودخانه استفاده می شود، بنابراین در این پژوهش مطالعه بر روی سری آبشکن های L شکل (3 آبشکن) انجام شده است. در این پژوهش با انجام مطالعه های آزمایشگاهی در شرایط آب زلال، آزمایش هایی با 3 نوع دانه بندی مختلف، 4 فاصله بین آبشکن و در 3 دبی مختلف انجام گرفته است. نتایج پژوهش نشان می دهد که حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن اول اتفاق می افتد و هرچه قطر متوسط ذرات بستر افزایش یابد، میزان حداکثر عمق آبشستگی کاهش می یابد. هم چنین در یک دانه بندی مشخص، با افزایش فاصله بین آبشکن ها، میزان حداکثر عمق آبشستگی نسبی روند کاهشی دارد و این روند کاهشی با افزایش عدد فرود محسوس تر است.

این پژوهش به منظور بررسی روند تغییر بارش در سطح استان همدان با در نظر گرفتن تغییرات زمانی و مکانی آن و تعیین مناطقی که این تغییرات حداکثر بوده، جهت مدیریت بلندمدت منابع آب منطقه می باشد. در این بررسی بارش سالانه 23 ایستگاه که به طور تقریبا یکسانی در سطح استان همدان قرار داشتند، از سال 1385-1361 توسط روش من کندال مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان دادند که در 3 ایستگاه آغاجانبلاغی، تویسرکان و قهاوند روند معنی دار افزایشی (در سطح 5 درصد) وجود داشته و در بقیه موارد اغلب حالت ایستا بوده و در مواردی نیز در ایستگاه ها با وجود مشاهده نشدن روند معنی دار، روندهای افزایشی و کاهشی محسوسی وجود داشته است. هم چنین در تمام ایستگاه ها چندین تغییر ناگهانی در متوسط بارش سالانه مشاهده شده که بیانگر نوسان اقلیم منطقه است. این نتایج متفاوت، تغییر نامنظم مکانی بارش را نشان می دهند. بنابراین بررسی های جامع بیشتری لازم می باشد. استفاده از ایستگاه های بیشتر، داده های بارش دراز مدت تر و کاربرد روش های مورد نظر بر اساس خصوصیات دمای منطقه می تواند در جهت تعیین تغییر اقلیم منطقه موثر باشد.