مجله پژوهش آب ایران
سال:1397 | دوره:12 | شماره:1 (پیاپی 28) |تعداد مقالات:15

از جمله سازه های مستهلک کننده انرژی که در پایین دست سازه های هیدرولیکی همچون سرریزها، دریچه ها و تنداب ها احداث می شوند، حوضچه های آرامش هستند. در این پژوهش به بررسی اثر انتقال مومنتم ناشی از برخورد جت آزاد سریع با دبی ها و زوایای مختلف بر مشخصات پرش هیدرولیکی پرداخته می شود. نتایج به دست آمده از آزمایش های انجام شده نشان می دهد که بر اثر وارد شدن جت سریع به جریان فوق بحرانی، پرش هیدرولیکی به سمت بالادست حرکت می کند و با افزایش دبی خروجی از جت مقدار این جابجایی افزایش می یابد. در همین زمینه، اندازه گیری های انجام شده، نشان از افزایش مقدار افت انرژی در اثر برخورد جت به بدنه پرش دارد. زاویه برخورد نیز به دلیل تغییر خصوصیات جریان تأثیرگذار است که در برخی حالات این تغییرات تا 20 درصد حالات مشابه مشاهده شده است. در این پژوهش بررسی آنالیز حساسیت روی پارامترهای عدد فرود جریان در کانال اصلی، زاویه و دبی جت آب انجام شد که نشان دهنده میزان تأثیرپذیری و حساسیت تغییرات افت انرژی نسبت به هر پارامتر است. بیشترین میزان تأثیر در افت انرژی را تغییرات عدد فرود (تأثیر نیروی ثقل در کانال اصلی) و کمترین تأثیر را تغییر زاویه پرتاب جت آب دارد.

همیشه دقت در اندازه گیری جریان آب یکی از مسائل مهم در مدیریت منابع آبی است. انتقال رسوبات بستر و جداره رودخانه های آبرفتی در حوضه های آبریز و ورود آن ها به درون کانال ها سبب می شود رسوبات در پشت سازه های اندازه گیری جریان آب قرار گرفته و روی عملکرد این سازه ها تأثیر گذارند. روابطی که تاکنون براساس نتایج آزمایشگاهی برای ضریب شدت جریان سرریزها ارائه شده، در شرایط بدون رسوب استخراج و توسعه داده شده است. در این پژوهش به بررسی تأثیر رسوب گذاری بر ضریب شدت جریان سرریزهای مثلثی پرداخته شد. تعداد 288 مورد آزمایش با در نظر گرفتن شش زاویه راس سرریز (75، 90، 105، 120، 130 و 140 درجه)، سه ارتفاع سرریز متناسب با هر زاویه، چهار تراز رسوب گذاری شامل بستر بدون رسوب، تراز رسوبات معادل یک سوم، دو سوم و برابر با ارتفاع سرریز و چهار شیب بستر جریان (0، 8 /0، 6 /1 و 4 /2 درصد) انجام شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که بین ضریب شدت جریان با زوایای سرریز، ترازهای رسوب گذاری و شیب بستر جریان رابطه مستقیم و با ارتفاع سرریز رابطه عکس وجود دارد. در نهایت رابطه بدون بعدی برای تعیین ضریب شدت جریان سرریزهای مثلثی در حالت های مختلف رسوب گذاری پیشنهاد شد. این رابطه دارای ضریب تبیین بالایی (956 /0R2=) است.

تخمین وضعیت تروفی یک تالاب، اولین گام در ارزیابی کیفیت آن است. سطوح بالای نیتروژن و فسفر، از مشکلات مهم و تأثیر گذار بر منابع آبی است که همراه مواد آلوده کننده وارد آب های طبیعی می شود. این مواد به طور عمده حاصل فعالیت های بشری است که از طریق پساب های کشاورزی، صنعتی و غیره به آب ها وارد می شوند. یکی از اثرات افزایش مواد مغذی، تغذیه گرایی در اکوسیستم های آبی است که از جدی ترین تهدیدهای زیست محیطی محسوب می شود. شاخص تروفی (TSI) ابزاری سودمند برای بیان ساده کیفیت آب و مشخص کردن موقعیت تروفی منابع آبی از نظر شدت تولید و تغذیه گرایی است که آن را کارلسون ارائه کرده است. با توجه به نقش و اهمیت تالاب انزلی در زیست بوم منطقه، در سال 1393 طی پژوهش حاضر، وضعیت تروفی این تالاب با استفاده از مدل های مختلف شاخص کارلسون بررسی شد. بدین منظور ایستگاه های زیر پل بندر انزلی، سرخانکل، پیربازار، سیاه درویشان، نوخاله، هندخاله، تالاب شرق، خروجی تالاب شرق، آبکنار و ماه روزه انتخاب و پارامترهای مورد نظر در آنها اندازه گیری شد. در مجموع نتایج آنالیز واریانس نشان دهنده اختلاف معنی دار (05 /0 P<) در مقادیر شاخص های ذکر شده در ایستگاه ها و فصول مختلف سال بود. ارزیابی شاخص تروفی (TSI) بر اساس فسفات کل (TP) و ازت کل (TN)، وضعیت تالاب را در اغلب ایستگاه ها در وضعیت هایپرتروف تا هایپرتروف حاد نشان داد. مقایسه مقادیر مواد مغذی فسفر و ازت نیز حاکی از توسعه شدید پدیده تغذیه گرایی در تالاب بین المللی انزلی است.

زه آب های کشاورزی با توجه به حجم زیاد، مهم ترین منابع آب های برگشتی را شامل می شوند. بررسی راهکارهای امکان استفاده مجدد از این آب های برگشتی برای تأمین نیازهای کشاورزی با توجه به شرایط منابع آبی ایران، امری ضروری است. هدف از این پژوهش، بررسی کارایی چهار فیلتر زیستی شامل خاک اره، سبوس برنج، ذغال چوب و تفاله چای در تصفیه و کاهش تعدادی از پارامترهای موجود در زه آب کشاورزی شامل نیترات، منیزیم، سدیم، pH و EC است. از آب های برگشتی اراضی شالیزاری شهرستان آستانه در استان گیلان برای آزمایش استفاده شد. نتایج نشان داد که هر چهار فیلتر زیستی میزان pH آب را به طور معنی داری کاهش دادند. فیلتر زیستی ذغال چوب، باعث کاهش معنی دار نیترات به میزان 20 درصد شد. همچنین فیلتر زیستی خاک اره مقادیر نیترات، سدیم و EC را به طور معنی داری به ترتیب به میزان 21، 9 و 5 درصد کاهش داد؛ اما فیلترهای زیستی تفاله چای و سبوس برنج باعث افزایش معنی دار به ترتیب منیزیم و سدیم شدند. در مجموع و با مقایسه فیلترهای زیستی، مشخص شد که فیلتر زیستی خاک اره در کاهش نیترات، سدیم و EC مؤثر است و برای پژوهش های آینده، می توان از آن به عنوان یک گزینة مناسب استفاده کرد.

پایش رطوبت خاک و داده هواشناسی، به طور هم زمان روشی مطمئن برای تعیین آب مورد نیاز و برنامه ریزی آبیاری گیاه است. این پژوهش، به منظور تعیین نیاز آبی دو رقم تجاری انار(ملس یزدی و ملس ساوه) و همچنین تأثیر سطح های مختلف آبیاری روی عملکرد محصول تولیدی در سطح یک هکتار از باغ های چهارساله انار انجام شده است. این آزمایش در قالب طرح فاکتوریل با پایه بلوک های کامل تصادفی با سه سطح آبیاری I1، I2، I3 شامل آبیاری کامل (FC)، 25 و 50 درصدکم آبیاری در سه تکرار انجام شد. به منظور تحلیل سطح های مختلف آبیاری و همچنین تعیین مقدار آب آبیاری در هر دور، درصد رطوبت حجمی خاک به وسیله دستگاه TDR (مدل TRIME_FM) اندازه گیری شد. با محاسبه میزان آب مصرف شده در پایان فصل رشد در هر یک از سطح های آبیاری، مشخص شد که برای سه سطح آبیاری I1، I2، I3 به ترتیب 44 /3744، 1 /2783، 1 /1873 مترمکعب در هکتار آب مصرف شده است. تغییرات آب مصرف شده در تیمار I1 در طول فصل رشد از 6 /0 تا 43 /2 میلی متر بر روز بوده است. نتایج تجزیه واریانس عملکرد محصول نشان داد که سطح های آبیاری I1 و I2 در سطح 5 درصد دارای اختلاف معنی دار با I3 بودند.

یک مدل ریاضی، برای پیش بینی گسترش پروفیل طولی رودخانه های مئاندر با قابلیت شبیه سازی فرآیندهای توسعه و مهاجرت خم ها ساخته و به کار گرفته شد. جریان ماندگار، آشفته، زیربحرانی و عریض فرض شده است. مدل ساخته شده بر این فرض استوار است که شکل مئاندر و روند گسترش آن از منحنی گسترش سینوسی (sine-generated) پیروی می کند، در این مدل ریاضی، بیش از 60 معادله با استفاده از روش های تحلیلی و روش های محاسبات عددی حل می شوند. در ابتدا مشخصات تعادلی رودخانه محاسبه، سپس م‍ ؤلفه های افقی و قائم سرعت جابجایی مئاندر محاسبه و بعد میزان جابجایی خم در جهت عرضی (توسعه خم) و طولی (مهاجرت خم) تعیین می شود. مدل ساخته شده روی یک خم رودخانه ی گسترش سینوسی به کار گرفته و روند جابجایی برای زمان بیش از 23 سال شبیه سازی شد. نتایج، قابلیت مدل در شبیه سازی روند مهاجرت و توسعه عرضی مئاندر را نشان داد. به علاوه تأثیر زاویه انحراف و میزان انتقال ویژه حجمی بر سرعت جابجایی مئاندر نیز با مدل ساخته شده بررسی شد.

در این مطالعه از مدل SIMETAW برای شبیه سازی پارامترهای اقلیمی و برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل در دوره پایه 2001-1961 و دو سناریوی اقلیمی انتشار گازهای گلخانه ای A2 و B2 از خروجی های مدل گردش عمومی جو HadCM3 برای دوره آتی 2080-2040 در ایستگاه های سینوپتیک رشت (اقلیم بسیار مرطوب)، شهرکرد (اقلیم نیمه خشک)، اهواز (اقلیم خشک) و سنندج (اقلیم مدیترانه ای) استفاده شده است. نتایج به دست آمده بیانگر دقت بالای مدل در شبیه سازی دمای حداقل، دمای حداکثر، دمای نقطه شبنم، سرعت باد، تابش و تبخیر و تعرق پتانسیل در هر چهار اقلیم مورد مطالعه بود اما در مورد تخمین متغیر بارش مدل از دقت کمتری برخوردار بود. پدیده تغییر اقلیم موجب افزایش متغیرهای دمایی (حداکثر، حداقل و نقطه شبنم) و سرعت باد و کاهش بارندگی در همه ایستگاه های مورد مطالعه در دوره آینده نسبت به دوره پایه شده است. مقایسه تبخیر و تعرق پتانسیل درازمدت ماهانه خروجی مدل SIMETAW در دوره آتی با دوره پایه نشان داد در همه ایستگاه ها در مجموع، تبخیر و تعرق پتانسیل در آینده نسبت به دوره پایه 4 /10، 5 /9، 7 /10 و 3 /4 درصد تحت سناریو A2 و 3 /10، 8 /8، 4 /9 و 9 /2 درصد تحت سناریو B2 به ترتیب در ایستگاه های سنندج، شهرکرد، رشت و اهواز افزایش یافت.

مطالعه ی تغییرات عمق آب در کانال های پایین دست تقاطع کانال ها، برای فراهم کردن وضعیت لازم در دهانة آبگیرها بسیار مهم است. در این پژوهش، مدلی تحلیلی برای بررسی پارامترهای هیدرولیکی و هندسی مختلف نظیر نسبت دبی ورودی، ارتفاع سرریزهای خروجی، نسبت ارتفاع سرریزهای انتهای کانال ها، تراز کف کانال های فرعی، عدد فرود کانال ورودی اصلی و زاویة تقاطع کانال ها روی تغییرات عمق آب پایین دست تقاطع چهارشاخه با جریان زیربحرانی ارائه و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت دبی ورودی، نسبت ارتفاع سرریز انتهای کانال خروجی فرعی به ارتفاع سرریز انتهای کانال خروجی اصلی، تراز کف کانال های فرعی و ارتفاع سرریزهای خروجی عمق جریان در کانال خروجی اصلی افزایش می یابد. با افزایش عدد فرود کانال ورودی اصلی عمق جریان در کانال خروجی اصلی کاهش یافت. با تغییر زاویه ی تقاطع میزان دبی منحرف شده به داخل کانال خروجی اصلی تغییر کرده که با تغییر عمق جریان همراه بود؛ به گونه ایکه برای زاویة 90 درجه، عمق آب حداکثر و با کاهش زاویه تقاطع، کاهش یافت. مقایسه نتایج مدل تحلیلی و آزمایشگاهی مربوط به عمق جریان در کانال پایین دست نیز مطابقت خوبی را نشان داد، به گونه ای که حداکثر خطای به دست آمده کمتر از 10% بود.

یکی از چالش های مهم در علم هیدرولوژی، بررسی وجود خصوصیات مختلف در مقیاس های زمانی گوناگون است. با در نظر گرفتن رودخانه به عنوان سیستمی پویا و حساس به شرایط اولیه، از طریق به کارگیری تحلیل های غیرخطی و آشوبی می توان به مطالعة رفتار دبی جریان رودخانه ها پرداخت. امکان وجود رفتار آشوبی در دبی جریان رودخانه دز، در مقیاس های مختلف زمانی (روزانه، ماهانه و فصلی) در ایستگاه هیدرومتری بامدژ طی دوره آماری 31 ساله (90-1360) بررسی شد و از چهار روش دینامیک غیرخطی 1) بازسازی فضای فاز، 2) روش بُعد همبستگی، 3) تعیین بزرگ ترین نمای لیاپانوف و 4) محاسبه نمای هِرست استفاده شد. برای برآورد دو پارامتر زمان تأخیر و بُعد محاط، از روش میانگین اطلاعات متقابل (AMI) و الگوریتم نزدیک ترین همسایه کاذب (FNN) استفاده شد. نتایج به دست آمده، نشان داد که زمان تأخیر برای داده های روزانه، ماهانه و فصلی به ترتیب 80 روز، 2 ماه و 2 فصل و بُعد محاط بهینه به ترتیب 10، 3 و 1 است. در هر دو مقیاس روزانه و ماهانه، به دلیل بُعد همبستگی غیرصحیح، بزرگ ترین نمای لیاپانوف مثبت و نمای هرست مخالف 5 /0، دبی جریان رودخانه آشوبی است. با توجه به رفتار آشوبناک دبی جریان رودخانه دز در مقیاس های روزانه و ماهانه، امکان و قابلیت پیش بینی دبی در این دو مقیاس وجود دارد؛ ولی در مقیاس فصلی، به دلیل عدم وجود بُعد همبستگی، رفتار جریان تصادفی به دست آمد.

در این پژوهش، اثر تغییر اقلیم بر رواناب های بیشینة روزانة یکی از زیر حوضه های کارون ارزیابی شد. بدین منظور، فرایند بارش-رواناب پیوستة روزانه حوضه توسط مدل ARNO شبیه سازی شد. رویکردهای بزرگ مقیاس GCM، به روش عامل تغییرات برای حوضه ریزمقیاس شدند. با ورود سری های اقلیمی حال و رویکردهای آینده به مدل بارش-رواناب، جریان روزانه اقلیم حال و آینده شبیه سازی شد. بر جریان های بیشینه سالانه تولید شده اقلیم فعلی و اقلیم تغییر یافتة آینده، توزیع گامبل برازش و با مقایسة توزیع فراوانی سیلاب های روزانه حداکثر سالانة اقلیم حال و اقلیم آتی، اثر تغییر اقلیم بر سیلاب ها ارزیابی شده است. شاخص های ضریب بازده و ضریب تعیین در مراحل واسنجی و اعتبارسنجی مدل بارش-رواناب، بیش از 8 /0 به دست آمده و در جریان شبیه سازی شده جریان های حداکثر به خوبی تولید شد. نتایج نشان داد که با وجود عدم قطعیت رویکردهای انتشار، تحت همه رویکردهای انتشار مورد بررسی، اندازة سیلاب ها در اقلیم آینده نسبت به اقلیم فعلی به میزان قابل توجة بزرگ تر می شوند؛ بنابراین باید در طرح های آبی جدید، به اثر تغییر اقلیم بر سیلاب ها توجه شود.

با توجه به اهمیت و سهم عمدة جریان های غلیظ در مدیریت پایدار منابع آب و محیط زیست، بررسی جنبه های مختلف آن امری ضروری است. پژوهش های انجام شده تاکنون در شرایط آزمایشگاهی و فلوم های با بستر صلب بوده است؛ اما در این پژوهش برای نزدیک کردن نتایج به شرایط طبیعی در رودخانه ها و مخازن و امکان بررسی فرسایش بستر، آزمایش ها روی بستر متحرک و فرسایش پذیر انجام شد. از آنجا که پروفیل بدنه سرعت سهم مهمی در تشکیل انواع فرم های بستر و فرسایش آن دارد، با تغییر شرایط هیدرولیکی جریان، به تحلیل مشخصه های پروفیل سرعت بدنه جریان غلیظ در دو شرایط بستر صلب و متحرک پرداخته شد. بدین ترتیب، نتایج نشان داد که بستر متحرک و به خصوص تشکیل فرم بستر، باعث کاهش سرعت بدنه جریان غلیظ تا حدود 30% و کاهش روند افزایش سرعت به ازای افزایش غلظت جریان تا حدود 50% خواهد شد. همچنین، در مقایسة پروفیل های بدون بعد سرعت جریان، مشخص شد مقادیر نسبی مرز بین آب زلال و جریان غلیظ در شرایط بستر متحرک حدود 25% کاهش یافت و در شرایط تشکیل که فرم بستر این مقدار به 40% هم می رسد.

تشخیص نشت فرآورده های نفتی از مخازن نگهداری آن ها به منابع آب زیرزمینی، لزوم طراحی سیستم پایش کیفی را در هنگام طراحی این تأسیسات ضروری می کند. از جمله پارامترهای اصلی در این زمینه، تعیین تواتر نمونه برداری است. الگوریتم پیشنهادی این مقاله با هدف تعیین تواتر مناسب نمونه برداری، از تلفیق تحلیل مونت کارلو، مدل های شبیه سازی MODFLOW و MT3D و مدل بهینه سازی چندهدفةNSGA-II تشکیل شده است. از تحلیل مونت کارلو برای درنظر گرفتن عدم قطعیت های موجود در توزیع آلودگی در آب زیرزمینی با استفاده از 2000 بار شبیه سازی مکرر مدل های کمی و کیفی بر اساس مشخصات مختلفی از منبع آلاینده استفاده شده است. مسألة بهینه سازی از اهدافی مانند حداقل سازی گسترة آلودگی تشخیص داده نشده و تعداد ایستگاه های پایش و حداکثر کردن تواتر نمونه برداری تشکیل شده است. کارایی مدل پیشنهادی با استفاده از اطلاعات موجود از آب زیرزمینی در بخشی از محدودة پالایشگاه تهران ارزیابی شده است. نتایج به دست آمده نشان دهندة این بود که با استفاده از چهار چاهک پایش و تواتر نمونه برداری 10 روزه می توان تقریباً در تمامی موارد، بروز آلودگی در منطقه را تشخیص داد. بر اساس این برنامه پایش پیشنهادی، دقت تشخیص مدل ماشین بردار پشتیبان آموزش داده شده در تعیین احتمالاتی محل منبع آلودگی در حدود 2 /99% بود.