مجله پژوهش آب ایران
سال:1397 | دوره:12 | شماره:4 (پیاپی 31) |تعداد مقالات:16

روند تغییرات بارش کل و بارش مؤثر در کل ایران در مقیاس های سالانه، فصلی و ماهیانه با استفاده از آزمون های آماری مورد بررسی قرار گرفت. داده های مورد استفاده، شامل داده های 33 ایستگاه هواشناسی منتخب در دوره 50 ساله آماری (2010-1961) در محدوده مورد مطالعه بود. در این تحقیق، روند تغییرات بارش و بارش مؤثر در 2 دوره زمانی 40 ساله (1971-2010 و 2000-1961) و یک دوره 50 ساله (2010-1961) مورد بررسی قرار گرفت. در این بررسی ها، ابتدا شیب خطی روند در داده های نمونه با استفاده از روش TSA تخمین زده شد و سپس، در صورت وجود خود همبستگی با استفاده از روش TFPW اثر ضریب خودهمبستگی از داده ها حذف شد و سری های زمانی آبدهی اصطلاحاً پیش سفید و در نهایت روند تغییرات بارش کل و بارش مؤثر در سری های زمانی با استفاده از آزمون من کندال (MK) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که میانه بارش مؤثر ایستگاه های منتخب در ایران منفی است و به همین دلیل، بارش مؤثر با کاهش همراه بوده است. همچنین، میانه بارش کل ایستگاه های منتخب برای دوره زمانی 40 ساله (2000-1961) نزدیک صفر و در دوره زمانی 40 ساله (2010-1971) منفی و در سطح 10 درصد معنی دار و برای دوره 50 ساله (2010-1961) منفی است؛ ولی معنی دار نیست.

در حوضه های رودخانه، زیرسیستم های اجتماعی، اقتصادی و طبیعی گوناگونی با هم در ارتباط هستند و بر یکدیگر اثر می گذارند. اطلاع از برهم کنش های این زیرسیستم ها و در نظر داشتن سناریوهای آیندة آنها در اتخاذ تصمیم های کارآمدترِ سیاست گذاران مؤثر است. در این پژوهش، با در نظر گرفتن شرایط توسعه، نیازهای آینده و پارامترهای هیدرولوژیکی در افقِ آیندة حوضه بهشت آباد، چشم انداز منابع و مصارف آب این حوضه تخمین زده شد. برای این منظور، ابتدا با مرور ادبیات و مصاحبه با متخصصان و کارشناسان، اطلاعات مورد نیاز جمع آوری و به روش دلفی تلفیق، سپس با بهره گیری از تکنیک مدل سازی پویایی سیستم، مدلی از منابع و مصارف آبی آن حوضه طراحی شد. شبیه سازی های مدل برای سناریوهای گوناگونِ توسعه ای و اقلیمی، برای بررسی گزینه های مختلف سیاست گذاری و اثرهای آن، اجرا شد. نتایج نشان داد که روند توسعه باعث افت سطح آبخوان های حوضه در طول دوره شبیه سازی و قرارگیری دشت ها در وضعیت بحرانی شد که این امر، در شرایط تغییرات اقلیمی با سرعت و شتاب بیشتری رخ می دهد.

استفاده از مدل های هیدرولوژیکی در مطالعات مختلف منابع آب یک ضرورت می باشد. با توجه به کمبود داده های مشاهداتی و نبود مقادیر متغیرهای حالت نظیر رطوبت خاک، در به کارگیری مدل های مفهومی بارش-رواناب، باید تخمین این متغیرها، با هدف کاربرد مناسب مدل و دستیابی به پیش بینی های بسیار دقیق انجام شود. یکی از روش های تخمین، استفاده از شیوه به روزسانی داده ها و یا تلفیق مقادیر مشاهداتی و پیش بینی های اولیه می باشد. این شیوه، شامل روش های مختلف، مانند فیلترکالمن و الگو های توسعه دادة آن، مانند فیلتر کالمن دسته ای می باشد. در این تحقیق با استفاده از روش فیلتر کالمن دسته ای بر مبنای روش مونت کارلو، میزان رطوبت خاک در مدل HyMod در حوضه کسیلیان برآورد گردید. محاسبه پیش بینی ها در گام های زمانی روزانه و تصحیح آنها با تلفیق با جریان مشاهداتی انجام شد. برای شناسایی پارامترهای بهینه مدل از روش بهینه سازی سراسری به نام مجموعه های تکاملی ترکیبی (SCE-UA) استفاده شد. نتایج نشان داد که این شیوه می تواند به بهبود تخمین روزانه رطوبت خاک و به هنگام سازی جریان کمک نماید. شاخص نش-ساتکلیف برای روش پیشنهادی فیلتر کالمن دسته ای و روش بهینه سازی سراسری به ترتیب مقادیر 72/0 و 55/0را کسب کردند. استفاده از روش به روزرسانی سبب شد این شاخص در مقیاس روزانه به مقدار 31 درصد افزایش داشته باشد.

ارزیابی آسیب پذیری آبخوان برای توسعه و مدیریت منابع آب زیرزمینی، تصمیم های کاربری زمین و نحوة برنامه ریزی و مدیریت منابع آب خصوصاً بهره برداری و حفاظت کیفی آب زیرزمینی بسیار مفید و پراهمیت است. در این تحقیق، هفت لایه از پارامترهای تشکیل دهندة مدل استاندارد دراستیک (DRASTIC) تهیه شد. سپس، میزان تأثیرگذاری هر یک از پارامترهای مدل بر وضعیت آبخوان بررسی و بعد از به کارگیری وزن پارامترهای مدل دراستیک، نقشة هم پوشانی هفت لایه تشکیل دهندة مدل که نقشه پهنه بندی شاخص آسیب پذیری مدل دراستیک بود، تهیه گردید. بر اساس این طبقه بندی 4/3، 2/42، 4/41، 24 و 7 درصد آبخوان به ترتیب دارای میزان آسیب پذیری قابل اغماض، خیلی کم، کم، متوسط و متوسط تا زیاد بودند. به منظور اعتبارسنجی مدل، از مقادیر آلایندة نیترات موجود در آب زیرزمینی آبخوان مورد مطالعه استفاده شد که بر اساس نتایج حاصل، میزان ضریب همبستگی پیرسون برابر 67/0 محاسبه شد. با توجه به شرایط هیدروژئولوژیکی منطقه، از روش تحلیل حساسیت تک پارامتری استفاده شد که بر اساس آن، مقدار ضریب همبستگی پیرسون برای پارامتر عمق سطح ایستابی، بالاترین و برای پارامترهای تغذیة خالص و محیط خاک کمترین بود. به دلیل تطابق نداشتن وزن پارامترهای اختصاص یافته به پارامترها در مدل با نتایج تحلیل حساسیت از روش رتبه بندی AHP استفاده شد. مدل اصلاح شده (DATIC)، منطقه را به سه دستة مختلف آسیب پذیری تقسیم بندی کرد. بر اساس نتایج حاصل، مقدار ضریب همبستگی پیرسون در مدل اصلاح شده از 67 به 79 درصد ارتقا یافت که می تواند تأییدی بر تعریف مدل اصلاح شدة دراستیک در منطقه مورد مطالعه باشد.

دانش اکوژئومورفولوژی از تلفیق دو دانش اکولوژی و ژئومورفولوژی منشأ می گیرد که به بررسی موجودات زنده و محل زندگی آنها، با توجه به تأثیرات محیطی زیستگاه ها، می پردازد. در این تحقیق، هدف اصلی بررسی نقش عوامل مذکور بر کیفیت آب رودخانه کارون در پایین دست سد گتوند تا اهواز می باشد. داده های تحقیق، شامل داده های کیفیت آب رودخانه کارون در چهار ایستگاه پایین دست سد گتوند، و همچنین داده های اکوژئومورفولوژی و آنتروپوژنیک محدودة مورد مطالعه است. با توجه به نقش پارامترهای مورد نظر ابتدا در ایستگاه های مورد مطالعه نمونه برداری از آب انجام شد و سپس با استفاده از نرم افزار های اکسل و Chemistry شاخص های کیفیت آب در قالب اشکال و نمودارها مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. سپس، با استفاده از نرم افزار ARC GIS10. 2 و Expert choice11 نقش عوامل مؤثر در کیفیت آب رودخانه کارون تحلیل فضایی شد و در نهایت، مکان های آسیب پذیر بر اساس مدل Fuzzy AHP مورد شناسایی قرار گرفتند. نتایج تحقیق نشان داد که علت نامطلوب شدن آب رودخانه کارون از محل تقاطع رودخانه گرگر و شطیط به بعد، روستاهای اطراف و پساب کارخانه ها و صنایع نزدیک رودخانه، کشاورزی و همچنین ورود رودخانه دز می باشد.

با توجه به اینکه در اغلب حوضه های آبریز کشور، وقوع سیل و خسارت های ناشی از آن روند افزایشی دارد، تعیین مناطق مولد سیل و اولویت بندی زیرحوضه ها برای اجرای پروژه های کنترل سیلاب از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این پژوهش، با تلفیق ArcGIS و HEC-HMS، پتانسیل سیل خیزی و تولید رواناب زیرحوضه های حوضه آبریز امامه بررسی شده است. این حوضه در شمال شرق تهران و در دامنه های جنوبی البرز مرکزی واقع شده است. برای رسیدن به اهداف پژوهش، از روش تکرار حذف انفرادی زیرحوضه ها از مدل بارش-رواناب استفاده شد. نتایج نشان داد که میزان مشارکت زیرحوضه ها در دبی خروجی کل حوضه تنها تحت تأثیر مساحت و دبی اوج زیرحوضه نیست و اثر متقابل عواملی همچون موقعیت مکانی زیرحوضه ها، فاصله تا خروجی، شکل حوضه، پروفیل طولی آبراهه، CN که خود تابعی از شیب، کاربری اراضی، نوع خاک، پوشش گیاهی و. . . است، هم زمانی دبی اوج زیرحوضه ها و نقش روندیابی در رودخانه اصلی تأثیر بسزایی در تولید رواناب و سیل خیز بودن زیرحوضه ها دارند. در مجموع، زیرحوضه های واقع در بالادست و میانة حوضه بیشترین سهم را در دبی اوج خروجی به خود اختصاص داده اند. بنابراین، توصیه می شود عملیات اصلاحی و کنترل سیلاب در این مناطق متمرکز شود.

بحران آب آشامیدنی در بسیاری از نقاط جهان وجود دارد. تکنولوژی های نمک زدایی تا حد زیادی مشکلات کمبود آب را کاهش می دهند و کیفیت زندگی و وضعیت اقتصادی را بهبود می بخشند. با توجه به اینکه فرایندهای نمک زدایی مختلفی وجود دارد؛ اما اسمز معکوس از فرایندهای غشایی است که اخیراً پیشرفت ها و کاربردهای زیادی داشته است. همواره فاکتورهای زیادی بر عملکرد یک سیستم نمک زدایی تأثیر دارد؛ از جملة این موارد، می توان به تغییرات دما، فشار، غلظت آب ورودی، میزان آب ورودی، نحوه طراحی و چیدمان ممبرین ها اشاره کرد. در این پژوهش، تغییرات هر یک از این پارامترها و تأثیرش بر عملکرد سیستم با معادلات ریاضی، پکیج نرم افزاری و تجربیات میدانی به دست آمد. طبق یافته ها، فشار و دما همواره به عنوان فاکتوری با کارکرد متناقص در حفظ کیفیت و کمیت آب تصفیه شده عمل می کنند. افزایش غلظت و میزان آب ورودی باعث کاهش کیفیت آب تصفیه شده می شود. برای افزایش 10% راندمان می توان سیستم دو مرحله ای یا سیستم با بازگشت آب را طراحی کرد. همچنین، آرایش سری ممبرین ها، عملکرد بهتری نسبت به آرایش موازی آنها داشت؛ به طوری که باعث بهبود 12% در راندمان شد.

یکی از مهم ترین معیارهای ارزیابی عملکرد در طراحی سامانه های آبیاری تحت فشار و به خصوص سامانه های آبیاری بارانی کلاسیک، شاخص یکنواختی پخش آب می باشد. در این تحقیق، عملکرد سامانة استنتاج فازی-عصبی و برنامه ریزی بیان ژن به منظور تخمین ضریب یکنواختی پخش آب در سامانه آبیاری بارانی کلاسیک ثابت در شرایط مختلف از نظر سرعت باد، آرایش آبپاش ها، دبی و نوع آبپاش ها مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. به همین منظور، یک سامانة آبیاری بارانی کلاسیک ثابت با در نظر گرفتن آرایش های مختلف لوله ها و آبپاش ها طراحی و اجرا شد. تعداد 54 آزمایش مزرعه ای برای ارزیابی عملکرد یک سامانه آبیاری بارانی کلاسیک ثابت انجام شد. کمترین مقدار میانگین خطای مطلق برای روش های استنتاج فازی و بیان ژن به ترتیب برابر با 2/6 و 1/5 درصد و بیشترین مقادیر ضریب همبستگی برای روش های مذکور به ترتیب 77/0 و 72/0 به دست آمد. به طور کلی، اختلاف بین عملکرد دو روش برنامه ریزی بیان ژن و سامانه استنتاج فازی ناچیز بود و حساسیت سنجی مدل ها نشان داد، عامل دما و سرعت باد به ترتیب کمترین و بیشترین اثر را بر تغییرات ضریب یکنواختی پخش آب داشتند. همچنین بررسی مقادیر تخمین یافتة ضریب یکنواختی پخش آب نشان داد، مدل های هوشمند به خوبی توانسته اند اثر عواملی همچون سرعت باد و فواصل آبپاش ها را بر کاهش مقدار یکنواختی پخش آب شبیه سازی کنند.

دشت تبریز، در شمال غرب استان آذربایجان شرقی مانند دیگر دشت های اطراف دریاچة با بحران کاهش سطح آب زیرزمینی ارومیه روبرو است؛ بنابراین برای مدیریت صحیح و مؤثر این منابع، مطالعه و بررسی تغییرات تراز آب زیرزمینی در دشت ها ضروری به نظر می رسد. در این پژوهش، از روش ترکیبی مدل شبکة عصبی پیش رو (ANN) با دسته بندی هوشمند نقشة خودسازمان ده (SOM) برای مدل سازی تراز آب در 10 چاه مشاهده ای آبخوان آزاد دشت تبریز استفاده شده است. ابتدا پنج پارامتر ورودی مؤثر بر تراز آب زیرزمینی شامل بارش (P)، دما (T)، تبخیر (E)، دبی خروجی (Q) و تراز آب زیرزمینی (GWL) در یک زمان قبل (t0-1) برای 10 چاه مشاهده ای آماده شدند. سپس این چاه های مشاهده ای، بر اساس تغییرات تراز آب 14 ساله در چهار کلاس دسته بندی و با استفاده از مدل ANN، پیش بینی تراز آب در تمام چاه های مشاهده ای برای دسته ها انجام شد. طبق نتایج، برای کلاس های یک، دو و چهار، میانگین خطای مرحله آموزش و آزمایش به ترتیب 10/0، 20/0 و 22/0 متر و برای کلاس سه که در مرکز دشت موقعیت یافته است، میانگین خطا 23/0 متر حاصل شد.

نفوذ، از مشکل ترین و زمان برترین اندازه گیری پارامترهای فیزیکی خاک بوده است که بایستی برای برنامه ریزی صحیح آبیاری تعیین شود. برای ارزیابی روش شاخص مقیاس در برآورد نفوذ آب در خاک، این پژوهش در سه بافت مختلف رس سیلتی، لومی و لوم شنی انجام شد. مقدار نفوذ آب در آبیاری جویچه ای با استفاده از اطلاعات پیشروی آب در کل جویچه و با استفاده از مدل بیلان حجمی (روش دو نقطه ای) در 9 جویچه اندازه گیری (در هر بافت خاک) تعیین شد. همچنین با استفاده از روش شاخص مقیاس و اطلاعات پیشروی آب در نصف طول جویچه، مقادیر نفوذ آب در خاک در هر یک از بافت ها تعیین گردید. نتایج نشان داد که مقادیر متوسط قدرمطلق خطا (مقایسه نتایج استفاده از روش شاخص مقیاس و مقادیر اندازه گیری شده نفوذ در 9 جویچه در هر بافت خاک) در بافت لوم شنی، لومی و رس سیلتی به ترتیب 00556/0، 00215/0 و 00449/0 است. همچنین متوسط شاخص توافق در هر سه بافت حدود 95/0 محاسبه شد. ضریب همبستگی بالا (90/0 = R2) و نزدیک بودن نتایج رگرسیونی مقادیر نفوذ اندازه گیری شده با مقادیر تعیین شده با روش شاخص مقیاس و خط یک به یک، بیان کنندة مناسب بودن روش شاخص مقیاس در تعیین نفوذ آب به خاک در وضعیت های مختلف بافت خاک است.

امروزه توسعة کشت گیاهان دارویی به دلیل ارزش افزوده بالایی که دارند، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. کمبود اطلاعات مختلف، مانند نیاز آبی می تواند یکی از موانع توسعه کشت این گیاهان باشد. پژوهش حاضر با هدف تعیین ضرایب گیاهی یگانه و دوگانه کتان روغنی به وسیلة لایسی متر در مراحل مختلف رشد در منطقه شهرکرد انجام شد. نتایج محاسبات ضریب گیاهی یگانه با لایسی متر نشان داد که مقدار میانگین ضریب گیاهی یگانه کتان روغنی در مرحلة اول رشد برابر با 74/0، در مرحلة میانی 23/1 و در انتهای مرحله پایانی برابر با 61/0 می باشد. نتایج مقایسه ضریب گیاهی یگانه با روش فائو 56 با نتایج لایسی متر حاکی از آن بود که تفاوت مقدار ضریب گیاهی یگانه با استفاده از این دو روش، در مرحلة اولیه و میانی بسیار کم، ولی در مرحله پایانی زیاد می باشد. همچنین، نتایج ضریب گیاهی دوگانه نشان داد که ضریب گیاهی پایه برای کتان روغنی در مراحل مختلف رشد به ترتیب 15/0، 15/1 و 2/0 می باشد. تبخیر تعرق واقعی کتان روغنی با استفاده از ضرایب گیاهی یگانه، دوگانه و لایسی متر به ترتیب برابر 391، 445 و 444 میلی متر به دست آمد که به خوبی دقت روش ضریب گیاهی دوگانه را برای محاسبه تبخیر-تعرق واقعی گیاه نشان می دهد.

تصمیم گیری های دقیق با در نظر گرفتن عدم قطعیت ها در برنامه ریزی مدرن منابع آب منجر به حصول نتایج واقع بینانه تری شده که تأکید بر اهمیت برآورد عدم قطعیت مدل ها در مطالعات مربوطه نیز می باشد. در این تحقیق، از فیلتر کالمن همادی توأم (JEnKF) برای برآورد و کاهش عدم قطعیت در یک مدل مفهومی هیدرولوژیکی بارش رواناب جهت مدل سازی حوضة بهشت آباد در استان چهارمحال و بختیاری برای سال های 1385-1380 استفاده شد. مدل مفهومی مورد استفاده، مدل HyMod بوده که با توجه به خصوصیات حوضه، زیرمدل ذوب برف نیز به آن اضافه شد. کارایی این روش در پیش بینی جریان، توسط معیار RMSE در مقادیر دبی طبقه بندی شده در چهار دسته متمایز با نتایج روش جستجوی بهینه سراسری SCE ارزیابی شد. نتایج نشان داد که به روزرسانی متغیرهای حالت، خطای پایین تری را در هر یک از دسته های مختلف جریان و به خصوص جریان های پایه ارائه می دهد. مقدار کاهش خطای روش JEnKF در مقایسه با روش SCE در دورة واسنجی 1383-1380 از حداقل 18 درصد تا حداکثر 63 درصد تغییر کرد؛ این رقم برای دورة صحت سنجی بین 7 تا حداکثر 73 درصد بود. در پایان، عدم قطعیتِ پیش بینی مدل در دو شرایط مختلف، یکی شرایط عدم قطعیت ناشی از (فقط) پارامترها و دیگری، شرایط عدم قطعیت ناشی از اجزای مختلف مدل، شامل پارامترها، متغیرهای حالت و خروجی ها با هم مقایسه شد. نتایج این بررسی، حاکی از پوشش بهتر داده های مشاهداتی در شرایط دوم توسط عدم قطعیتِ پیش بینی مدل بود.

تاکنون مطالعات زیادی در خصوص شناخت مکانیزم آبشستگی اطراف سازه های هیدرولیکی به خصوص پل ها انجام شده و روش هایی هم برای کنترل یا کاهش آبشستگی در اطراف آن ها مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته اند. در زمینة آبشستگی اطراف پل ها، تمرکز تحقیقات بیشتر بر روی پایه بوده است تا تکیه گاه؛ در حالی که بررسی آمار موجود بر روی شکست پل ها نشان می دهد که بیشتر مشکلات، مربوط به تکیه گاه بوده و بالطبع هزینه های بیشتری نیز در این بخش صرف شده است. یکی از روش های کاهش آبشستگی اطراف تکیه گاه، استفاده از طوقه است. در تحقیق حاضر، تأثیر ابعاد و تراز نصب طوقه بر کاهش آبشستگی پیرامون تکیه گاه مستطیلی مورد بررسی قرار گرفت. هم چنین، مؤلفه های سه بعدی سرعت جریان پیرامون تکیه گاه مجهز به طوقه با استفاده از سرعت سنج الکترومغناطیس تعیین شدند و برای الگوی جریان مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد که با افزایش ابعاد طوقه عملکرد آن بهبود می یابد؛ همچنین، نتایج حاکی از عملکرد بهتر طوقه های زیر بستر نسبت به طوقه های روی بستر و بالاتر از بستر است. بر اساس نتایج تحقیق حاضر جریان رو به پایین و گرداب های ایجاد شده از عوامل اصلی آبشستگی پیرامون تکیه گاه بوده و طوقه با مهار جریان رو به پایین و مقاوم کردن بستر در مقابل گرداب های ایجادشده، نقش مؤثری در کاهش آبشستگی پیرامون تکیه گاه دارد.