مجله پژوهش آب ایران
سال:1397 | دوره:12 | شماره:3 (پیاپی 30) |تعداد مقالات:16

نشت از کانال های خاکی، بخش عمده اتلاف آب در طرح های آبیاری را شامل می شود. در این پژوهش، تأثیر شیب جانبی در دبی نشت از کانال های خاکی با سطح مقطع ذوزنقه با مدل آزمایشگاهی و برنامه ریزی بیان ژن (GEP) بررسی شد. شیب جانبی کانال (z)، عمق آب (y) و ضریب هدایت هیدرولیکی خاک (k) به عنوان پارامترهای متغیر در نظر گرفته شد. برای این منظور آزمایش هایی بر روی مدل آزمایشگاهی کانال خاکی انجام گردید. نتایج حاصل از اندازه گیری دبی نشت در آزمایشگاه نشان داد که دبی نشت رابطه مستقیمی با شیب جانبی کانال ندارد. در کانال های خاکی کوچک و کم عرض با افزایش شیب جانبی ابتدا دبی نشت کاهش و سپس افزایش می یابد. با توجه به اینکه نشت دارای ویژگی های محلی منحصر به فرد است، مقطع ذوزنقه با شیب 2=z در محدوده 5/2 >z> 5/1 حداقل دبی نشت را دارد. همچنین مدل GEP عملکرد خوبی در شبیه سازی دبی نشت بر اساس همه پارامترها داشته است. معادله ای که با GEPحاصل شد، تابعی صریح و دقیق است که با کاربرد آن می توان تلفات نشت از کانال های خاکی را در شرایط مشابه محاسبه کرد.

کمی کردن تأثیر پروژه های آبخیزداری، اولین گام در ارزیابی اثربخشی این اقدامات است. مسألة مهم در ارزیابی، انتخاب شاخص متناسب با نوع پروژه، نوع ارزیابی، دقت مورد نیاز و داده های در دسترس است. در این بررسی برای ارزیابی اقدامات آبخیزداری در حوضة رامیان در استان گلستان است که از سال 1372 طرح های آبخیزداری به صورت مکانیکی و بیولوژیکی در آن اجرا و از شاخص های سیل خیزی (دبی حداکثر و حجم جریان) استفاده شد. در این پژوهش اطلاعات مورد نیاز شامل موقعیت و مشخصات سازه ها در آبراهه های اصلی و مقاطع روندیابی و اطلاعات پایة حوضه، با انجام بازدیدهای میدانی و مطالعات کتابخانه ای تهیه و سپس اثر اقدامات با شبیه سازی جریان با مدل HEC-HMS کمی شد؛ به گونه ای که برای بررسی تأثیر اقدامات بیولوژیکی و مکانیکی به ترتیب از پارامترهای شماره منحنی و زمان تأخیر استفاده شد. نتایج نشان داد که سیلاب در دوره بازگشت های مختلف کاهش یافته است؛ به گونه ای که بیشترین کاهش دبی اوج و حجم جریان به ترتیب در دوره بازگشت های 10 و 20 سال رخ داده است و با افزایش دوره بازگشت، تأثیر اقدامات آبخیزداری بر سیلاب کاهش می یابد. به علاوه عمده کاهش سیلاب تحت تأثیر انجام اقدامات بیولوژیکی بوده و اقدامات مکانیکی نقش ناچیزی در حوضة رامیان داشته است. در کل تأثیر اقدامات آبخیزداری بر سیل خیزی حوضة رامیان مثبت ارزیابی شد.

فرایند تحلیل سلسله مراتبی، یکی از جامع ترین سیستم های طراحی شده برای تصمیم گیری با معیارهای چندگانه است. برای ارزیابی شرایط بهره برداری از واحدهای عمرانی شبکه آبیاری دشت فومنات از تحلیل سلسله مراتبی استفاده شد. در این راستا، چهار عامل مؤثر در بهره برداری از شبکه آبیاری، شامل نوع سازه های تنظیم و توزیع آب، وضعیت تخصیص آب، نحوة توزیع آب در شبکه و تبعیت از الگوی کشت در نظر گرفته شد. برای تعیین وزن معیارها و گزینه ها، پرسش نامه هایی بر مبنای مقایسه های زوجی تهیه گردید و از کارشناسان خبره شرکت بهره برداری از شبکه های آبیاری استان گیلان برای تکمیل پرسش نامه ها استفاده شد. پس از جمع آوری اطلاعات لازم، با استفاده از نرم افزار EC (Expert Choice) اقدام به تعیین وزن معیارها و گزینه های واحدهای عمرانی شد. نتایج نشان داد که در مسائل بهره برداری از واحدهای عمرانی مورد مطالعه، تأثیرگذارترین معیار «نوع سازه های تنظیم و توزیع آب» با وزن نهایی 512/0 است. بنابراین، مؤثرترین شیوه برای ارتقای بهره برداری از این واحدها تمرکز بر معیار مذکور است. بر اساس وزن نهایی واحد عمرانی، واحد F1 بهترین وضعیت را از نظر بهره برداری داشته و واحدهای عمرانی F2، F3 و F4 به ترتیب در رده های بعدی قرار دارند. همچنین، نرخ ناسازگاری مدل 07/0 بود که بیانگر قابل قبول بودن قضاوت افراد با قضاوت گروهی است.

تحلیل و بررسی روند تغییرات دبی رودخانه ها در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش، روند تغییرات دبی آب رودخانه های استان همدان در سه مقیاس ماهانه، فصلی و سالانه با استفاده از آزمون ناپارامتری، آزمون من کندال پس از حذف اثر کلیه ضرایب خودهمبستگی بررسی شد. بدین منظور، داده های دبی ماهانه 17 ایستگاه هیدرومتری در دورة آماری یکسان (92-1363) در نظر گرفته شد. برای بررسی شیب خط روند از برآوردگر شیب Sen استفاده شد. همچنین با استفاده از آزمون پتیت سال وقوع تغییر ناگهانی در سری های زمانی دبی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که در مقیاس سالانه، تمامی ایستگاه ها روند منفی داشته که نیمی از آنها در سطح 10 درصد معنی دار و شدیدترین روند منفی معنی دار متعلق به ایستگاه بوجین با آماره 28/3-Z= بود. بیشترین شیب منفی خط روند در مقیاس سالانه متعلق به ایستگاه آران معادل 36/0 مترمکعب بر ثانیه در سال بود. در مقیاس ماهانه بیشترین تعداد ایستگاه با روند منفی معنی دار (در سطح 10 درصد) متعلق به ماه فروردین بود. در حالت کلی روند تغییرات رواناب غالب رودخانه های استان در سطح معنی داری 10 درصد نزولی بودند. نتایج آزمون پتیت نشان داد که در اکثر ایستگاه ها و بین سال های 1374 تا 1378 تغییر ناگهانی در روند رواناب سالانه رخ داده است.

موج شکن ها سازه هایی هستند که برای حفاظت از سواحل وکاهش انرژی ناشی از امواج احداث شد ه اند و با توجه به استفاده فراوان از آن ها، تحلیل جریان در اطراف این سازه ها از اهمیت ویژ ه ای برخوردار است. در این پژوهش مدل سازی موج شکن صلب روی بستر با شیب ترکیبی با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار و کد SPHysics انجام شد. تأثیر پارامتر های مختلف از جمله تغییر در عمق آب، زمان تناوب موج، تیزی موج، شیب بدنه و نوع ساختار بدنه موج شکن روی بالاروی موج که از پارامتر های اصلی در طراحی موج شکن ها است، بررسی شده است. نتایج بیان کننده این واقعیت است که با افزایش زمان تناوب، عمق و شیب بدنه موج شکن میزان بالاروی موج افزایش می یابد، همچنین صحت سنجی نتایج با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی ارزیابی شد. نتایج نشان دهنده تطابق مناسب روش عددی و آزمایشگاهی بود. علاوه بر این، به منظور بررسی تغییرات میزان بالاروی موج در موج شکن های صلب نسبت به مدل مشابه توده سنگی، نتایج حاصل از کار عددی انجام شده با مطالعات آزمایشگاهی انجام شده روی موج شکن های توده سنگی با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج حاصل از بالاروی موج در موج شکن نفوذپذیرناپذیر (صلب) و موج شکن نفوذپذیر با سطح زبر (موج شکن توده سنگی) بیان کننده افزایش بالاروی در حدود 40 درصد در حالت موج شکن صلب دارد.

نیترات در طبیعت به واسطه فعالیت های میکروبی می تواند به نیتریت، نیتروژن یا دیگر شکل ها تبدیل شود. روش های مختلفی برای حذف نیترات از آب ها وجود دارند که از بهترین آن ها، استفاده از بسترهای دنیتریفیکاسیون است. در این پژوهش سعی شده است تا با طراحی بسترهای دنیتریفیکاسیون حاوی مخلوطی از خاک و باگاس نیشکر، عملکرد آن ها برای حذف نیترات طی فرآیند دنیتریفیکاسیون تحت سطوح شوری متفاوت بررسی شود. این پژوهش در آزمایشگاه تحقیقاتی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران انجام شد. به منظور انجام این مطالعه از 9 عدد ستون از جنس پلی اتیلن به طول 35 و قطر 62/7 سانتی متر استفاده شد. به منظور شبیه سازی جریان ورودی از سه سطح شوری حدود 2، 5 و 8 دسی زیمنس بر متر استفاده شد. غلظت نیترات ورودی در این مطالعه در حدود 45 میلی گرم در لیتر بود. نتایج این پژوهش نشان داد که راندمان حذف نیترات با افزایش شوری کاهش یافت. همچنین مشاهده شد که با افزایش شوری نسبت کربن به ازت کل (C: N) کاهش یافت. نتایج آنالیز FTIR و SEM نیز تجزیه منبع کربنی را به واسطه فعالیت باکتری های هتروتروفیک طی دنیتریفیکاسیون تأیید کردند.

نقش حیاتی رودخانه ها در تمدن بشری و توسعه و بهره برداری از آب های سطحی و به تبع آن شناخت رفتار رودخانه ها از جنبه های مختلف امری بدیهی و روشن است. حالت تعادل بین شکل، اندازه مقطع هندسی رودخانه و شیب طولی آن با مشخصات و شرایط هیدرولیکی و رسوبی حاکم بر رودخانه ها، از ویژگی های رفتاری مورد توجه مهندسان رودخانه محسوب می شود. هدف اصلی و نوآوری این پژوهش، به دست آوردن تحلیلی روابط هندسه هیدرولیکی با در نظر گرفتن جریان ثانویه در پیچان رودها تحت سینوسیته 25/1 تا 5/2 است. برای این منظور کلیاتی از تئوری رژیم و روابط هندسه هیدرولیکی ارائه و با استفاده از چهار معادله پیوستگی، مقاومت جریان، تابع شیلدز و جریان ثانویه به صورت تحلیلی روابط هندسه هیدرولیکی حاصل شد. در ادامه واسنجی مدل صورت گرفته که با داده های مشاهده شده از تطابق مناسبی برخوردار بود. با وجود این اختلاف بین نتایج محاسباتی و مشاهداتی می تواند به واسطه فرضیات موجود در مدل باشد. برای بررسی حساسیت مدل نسبت به پارامترها نیز با تغییر هر یک از پارامترها و ثابت نگه داشتن سایر پارامترها، حساسیت سنجی انجام شد.

استفاده از مدل های سری زمانی، یکی از راه های کاربردی در شبیه سازی و پیش بینی داده های هیدرولوژیک است. یکی از مشکلات عمده در استفاده از مدل های سری زمانی در پیش بینی داده های هیدرولوژیک، نحوة تولید داده های تصادفی است. در این فرایند، داده های تولیدی با تغییر سری تصادفی، تغییر خواهند کرد. در این تحقیق، بعد از بررسی اولیة سری زمانی دبی جریان رودخانه زرینه رود، داده های بررسی شده با استفاده از مدل ARMA مورد ارزیابی قرار گرفتند و مدل ARMA(1, 0)، به عنوان مدل برتر انتخاب شد. سری زمانی باقی مانده مدل ARMA استخراج شد و با استفاده از مدل های PARCH مورد برازش قرار گرفت. سرانجام، دو مدل مذکور با هم تلفیق شدند و مدل ARMA-PARCH به وجود آمد. نتایج نشان داد که با تلفیق دو مدل ARMA و PARCH، میزان خطای مدل (جذر میانگین مربعات خطا) و دقت مدل (ضریب همبستگی) به ترتیب حدود 40 و 10 درصد بهتر می شود. همچنین، نتایج نشان داد که مدل تلفیقی مذکور، نقاط بیشینه و کمینه دبی های متوسط سالانه ایستگاه مورد مطالعه را به خوبی مدل می کند.

از جمله پدیده های مهم در رودخانه ها و آبراهه های طبیعی، آب شستگی در محل های تنگ شدگی است. در این پژوهش از مدل کامپیوتری SSIIM برای پیش بینی میزان آب شستگی در دو حالت تدریجی با زاویه تبدیل 50 درجه و تبدیل ناگهانی در آبراهه ها و برای واسنجی مدل SSIIM از نتایج اندازه گیری در فلوم آزمایشگاهی واقع در دانشگاه شهرکرد استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل عددی به خوبی قادر به شبیه سازی میزان آب شستگی، الگوی آب شستگی و جریان های چرخشی بوده است. خطای مدل بر مبنای ضریب نش-ساتکلیف و میانگین خطای نسبی به ترتیب برابر با 936/0 و 18/10 درصد و حداکثر خطای مدل برابر 20 درصد محاسبه شد. پس از واسنجی مدل، شبیه سازی برای حالت تنگ شدگی ناگهانی انجام و نتایج با حالت تنگ شدگی تدریجی مقایسه شد. نتایج این شبیه سازی نشان داد آب شستگی در حالت تنگ شدگی ناگهانی نسبت به حالت تبدیل تدریجی، 5/29 درصد افزایش داشته است که این نتیجه، بیان کنندة اثر مثبت تدریجی بودن تبدیل در محل تنگ شدگی بر میزان حداکثر عمق آب شستگی بوده است.

در کشور ایران و به خصوص در نواحی کوهستانی آن، بارش برف یکی از عوامل اصلی ذخیرة آب به شکل های مختلف برای مصرف در فصول گرم سال است. حوضة آبخیز بالیقلوچای، در استان اردبیل واقع شده که به دلیل کوهستانی بودن دارای زمستان های سرد و پربارش است. این حوضه، نقش مهمی در تأمین آب شرب و کشاورزی منطقه دارد. در پژوهش پیش رو، تغییرات سطح پوشش برف زمستانه در بازة زمانی 9 ساله (1393-1385) بررسی شد. برای دستیابی به این هدف از تصاویر ماهوارة NOAA-AVHRR و الگوریتم NDSI استفاده شد. نتایج پژوهش نشان می دهد که شمال غرب و جنوب غرب منطقه به دلیل قرار گرفتن کوهستان سبلان و ارتفاعات بزقوش از وضعیت برف گیری مناسبی برخوردار هستند. همچنین نتایج نشان داد که حداکثر سطح پوشش برف حوضه، مربوط به دی ماه سال 1385 با مساحت 7/1182 کیلومترمربع (9/94 درصد) و حداقل مساحت برف نیز مربوط به دی ماه سال 1389 با مساحت 8/33 کیلومترمربع (7/2 درصد) است. این امر نشان دهندة تغییرات بسیار شدید در میزان پوشش برف منطقة مورد مطالعه است و همچنین آسیب پذیری منابع آب وابسته به ذوب برف را نشان می دهد.

اهمیت تحلیل و بررسی دقیق شبکه های آب رسانی شهری در وضعیت کمبود و بحران آب بیش از پیش نمایان می شود. در این پژوهش شبکة توزیع آب شهرک بزین واقع در غرب شهر شیراز بررسی شده است. روش استفاده شده در این پژوهش، مدل سازی شبکة توزیع آب با اعمال ضرایب مصرف ساعتی و ماهانه در محیط نرم افزار واتر جمز است. با اندازه گیری میدانی فشار 9 گره (محل تحویل آب) در شبکه، مدل با مقدار شاخص خطای جذر میانگین مربعات برابر 8/6 متر ستون آب صحت سنجی شد. پس از اجرای مدل و بررسی پارامترهای هیدرولیکی، مشخص شد مقادیر سرعت در بیش از 95 درصد لوله ها، در ماه حداکثر مصرف مشترکین (مرداد)، کمتر از مقدار 3/0 متر بر ثانیه که حداقل مقدار پیشنهاد شده برای جلوگیری از رسوب گذاری است. در این شبکه، مقادیر فشار در بیش از 50 درصد گره ها، از مقدار 5 اتمسفر، بیشتر است. پایین بودن مقدار سرعت در لوله ها باعث افزایش احتمال رسوب گذاری و بالا بودن فشار در لوله ها باعث تشدید نشت و افزایش احتمال ترکیدگی در ساعت های اوج فشار می شود. با بررسی پارامتر های هیدرولیکی شبکه، می توان استنباط کرد مهم ترین علتی که منجر به عدم ایجاد وضعیت هیدرولیکی بهینه در این شبکه توزیع شده، استفاده از لوله هایی با قطر زیاد از جمله 150، 110، 100 و 80 میلی متر در شبکه است. نتایج این پژوهش لزوم تعیین دقیق مقادیر نیاز مشترکین بر حسب ضرایب مصرف ساعتی و ماهانه برای طراحی بهینه یک شبکة توزیع آب و تحلیل این شبکه ها به روش شبیه سازی دوره گسترش یافته، برای ارزیابی و اصلاح مشکلات موجود شبکه های توزیع آب فعلی را بیان می کند.

برای طراحی مناسب حوضچه های آرامش، تعیین طول پرش هیدرولیکی از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این مطالعه، با استفاده از سیستم استنباط فازی عصبی تطبیقی و بهینه سازی ازدحام ذرات یک الگوریتم ترکیبی (ANFIS-PSO) برای پیش بینی طول پرش هیدرولیکی روی سطوح شیب دار زبر توسعه داده می شود. در این جستار، برای ارزیابی عملکرد مدل های ANFIS-PSO از شبیه سازی مونت کارلو استفاده می شود. همچنین از روش اعتبارسنجی چند لایه برای صحت سنجی نتایج مدل های مذکور بهره گرفته می شود. ابتدا با استفاده از پارامترهای مؤثر بر طول پرش هیدرولیکی پنج مدل ANFIS-PSO مختلف معرفی و با تجزیه و تحلیل نتایج مدل های ANFIS-PSO، مدل برتر معرفی شد. مدل برتر، طول پرش هیدرولیکی را بر حسب عدد فرود جریان، زبری بستر، نسبت اعماق مزدوج و شیب بستر پیش بینی می کند. مقادیر درصد میانگین مطلق خطا، خطای جذر میانگین مربعات و ضریب همبستگی حاصل از کاربرد مدل برتر به ترتیب برابر 750/3 و 688/0 و 984/0 که نشان دهنده دقت مناسب مدل برتر مورد استفاده در پیش بینی نتایج آزمایشگاهی بود. براساس تجزیه و تحلیل نتایج مدل سازی عددی، پارامتر عدد فرود به عنوان مؤثرترین پارامتر در شبیه سازی طول پرش هیدرولیکی شناسایی شد. همچنین بعد از عدد فرود جریان، نسبت اعماق مزدوج، شیب کانال و پارامتر بدون بعد زبری بستر بیشترین تأثیر را بر مدل سازی طول پرش هیدرولیکی داشتند.