مهندسی منابع آب
سال:1390 | دوره:4 | شماره:9 |تعداد مقالات:8

دشت نیشابور در سال های اخیر با افت چشمگیر سطح آب زیرزمینی مواجه شده است. در نتیجه، نقش عوامل مدیریتی در این دشت دارای اهمیت می باشد. از آن جا که پراکندگی بارندگی و ویژگی های زمین شناسی، در نقاط گوناگون دشت متفاوتند، در این پژوهش برای بررسی اثر خشک و ترسالی ها بر نوسان های سطح آب زیرزمینی، ابتدا از بین چاههای مشاهده ای انتخاب شده در سطح دشت، با استفاده از تحلیل خوشه ای با کاربرد روش «وارد» (Ward)، 6 چاه مشاهده ای معرف برای هر خوشه از دشت انتخاب گردید (خوشه 1: سلطان آباد، خوشه 2: فیلخانه، خوشه 3: امان آباد، خوشه 4: اراضی مهندس، خوشه 5: امیرآباد و خوشه 6: حسین آباد جنگل). سپس میانگین بارندگی در طول دوره 85-1352 در هر کدام از خوشه ها با استفاده از روش IDW محاسبه شد. نتایج آزمون من- کندال نشان دادند که شیب سطح آب زیرزمینی در هر 6 چاه مشاهده ای برای ماههای گوناگون دارای روند منفی می باشد. لذا، روند از سطح آب زیرزمینی چاه مشاهده ای معرف هر خوشه به روش برون یابی منحنی روند حذف گردید. نتایج همبستگی پیرسون بین بارش و سطح آب زیرزمینی فاقد روند نشان دادند که اثرات بارندگی بر سطح آب زیرزمینی به صورت سالانه تکرار می گردد؛ لذا، برای یافتن اثرات خشکسالی و ترسالی بر سطح آب زیرزمینی، از شاخص SPI استفاده شد. نتایج تحلیل ها نشان دادند که برای خوشه 1 تا 6 بیش ترین R2 بین سطح آب زیرزمینی فاقد روند و SPI با مقیاس زمانی به ترتیب 54، 42، 36، 48، 36 و 36 ماهه برابر با 0.405، 0.434، 0.063، 0.248، 0.362 و 0.211 می باشند. نتایج نشان می دهند که خوشه امان آباد تحت تاثیر حرکت جریان های آب زیرزمینی، بویژه تغذیه و حرکت آب های زیرزمینی از بخش شرقی دشت و ارتفاعات بینالود قرار دارد.

خشکسالی به عنوان یکی از بزرگ ترین بلایای طبیعی بشمار می آید، چه، تاثیر آن بر جوامع بشری بیش تر از دیگر بلایای طبیعی است. مطالعه در زمینه خشکسالی نقشی بسیار مهم در برنامه ریزی ها و مدیریت منابع آب دارد. هدف این مقاله، تحلیل و بررسی خشکسالی بر اساس داده های بارندگی سالانه در استان تهران با استفاده از آلگوریتم بدون فراسنج تحلیل مکانی شبکه های عصبی (SANN) می باشد. داده های بهنجارسازی و معیارشده بارندگی به درجات معینی از شدت خشکسالی (بسیار زیاد، زیاد، متوسط و بدون خشکسالی) بر اساس روش حدآستانه و استفاده از توزیع بهنجار معیار طبقه بندی شدند سپس احتمالات خشکسالی در هر نقطه معین در منطقه تعیین شد و بر اساس نمایه شدت خشکسالی بیزین به درجات خشکسالی معین طبقه بندی شدند. همچنین، نقشه های شدت خشکسالی در استان تهران که نشان دهنده تغییرات مکانی از شدت خشکسالی برای کل منطقه در یک سال بخصوص می باشند، رسم گردیدند. نتایج نشان می دهند که در طول دوره آماری 30 ساله (1387-1358) %16.7 سال ها دارای خشکی بسیار زیاد، %26.65 سال ها دارای خشکی زیاد، %30 سال ها دارای خشکی متوسط و %26.65 سال های بدون خشکی بوده اند که 23 درصد خشکسالی ها مربوط به دهه نخست و دو دهه دیگر به گونه مساوی 38.5 درصد خشکسالی ها را به خود اختصاص داده اند.

درون یابی یکی از مهم ترین روش هایی است که اقلیم شناسان در مطالعات پهنه بندی از آن بهره مند می شوند. روش های درون یابی بر حسب ملاک های گوناگون قابل تقسیم می باشند. در این پژوهش تلاش بر آن است که ضمن معرفی روش درون یابی کریجینگ و کوکریجینگ، به عنوان یکی از روش های دقیق و پرکاربرد، مراحل انجام این فرایند با ذکر مثالی صورت گیرد. در این راستا، میانگین بارش سالانه 12 ایستگاه سینوپتیک در استان فارس مورد بررسی قرار گرفت. بمنظور درون یابی میانگین بارش سالانه، در ابتدا سهمی واریوگرام تجربی محاسبه و ترسیم شد. سپس 10 شبیه زمین آماری کریجینگ و کوکریجینگ با متغیر کمکی ارتفاع بر این سهمی واریوگرام برازش یافت و با کاربرد روش ارزیابی متوالی، خطای تخمین شبیه ها برآورد شد. نتایج نشان دادند که برازش شبیه گوسی کریجینگ و کوکریجینگ بر سهمی واریوگرام داده های بارش سالانه با دامنه تاثیر 200 کیلومتر، بهترین الگو برای درون یابی میانگین بارش سالانه در منطقه مطالعاتی است. کاربرد متغیر کمکی ارتفاع برای درون یابی داده های بارش سالانه، در نتایج بهبودی حاصل نکرد.

با استفاده از تجزیه و تحلیل فراوانی سیلاب منطقه ای، رابطه ای تعمیم یافته برای برآورد بزرگی سیلاب های به وقوع پیوسته در حوضه های آبخیز فاقد ایستگاه یا با داده های اندازه گیری شده محدود، برقرار می گردد. تجزیه و تحلیل فراوانی سیلاب منطقه ای معمولا شامل شناسایی نواحی همگن، انتخاب توزیع های فراوانی منطقه ای مناسب و برآورد چندک های سیلاب در حوضه های آبخیز مورد نظر می گردد. در این مقاله، از روش گشتاورهای خطی برای تحلیل فراوانی منطقه ای سیلاب حوضه های استان گیلان استفاده شده است. در روش های رایج منطقه ای کردن، بر اساس ویژگی های حوضه آبخیز نظیر: ویژگی های گیتاشناسی، موقعیت جغرافیایی و آمار سیلاب در هر ایستگاه، مناطق همگن آب شناسی شناسایی می شوند. در این مطالعه با استفاده از الگوریتم خوشه بندی K-means منطقه مورد مطالعه که شامل 58 ایستگاه آب سنجی می باشد، به دو زیرمنطقه تقسیم شد. برای تعیین تعداد خوشه های بهینه و اندازه گیری نکویی خوشه بندی سراگروه، از شاخص های میانگین عرض سیلهوت، دیویس بولدین و دان استفاده شد. همگنی مناطق تعیین شده با استفاده از آزمون ناهماهنگی و آزمون ناهمگنی بررسی شد. بهترین توزیع منطقه ای با استفاده از آزمون نکویی برازش Z DIST بررسی و تابع توزیع لجستیک تعمیم یافته برای مناطق 1 و 2 به عنوان بهترین توزیع منطقه ای تعیین گردید. در نهایت، فراسنج های منطقه ای توزیع های منتخب و مقادیر چندک های احتمال با دوره های بازگشت گوناگون محاسبه شد.

تغییرات اقلیمی در قرن بیست و یکم مهم ترین چالش پیش روی جوامع بشری است. نهادهای پژوهشی بسیاری در سراسر دنیا، شبیه های گوناگونی را بمنظور پیش بینی اقلیم و فراسنج های آن ارایه نموده اند. عدم اطمینان ناشی از کاربرد شبیه های گوناگون گردش عمومی جو (AOGCM) سبب شد که در این پژوهش به عنوان هدف اصلی، نتایج شبیه های گردش عمومی جو در شبیه سازی فراسنج های اقلیمی برای سال های آماری پایه مورد بررسی قرار گرفته و عملکرد آن ها برای پیش بینی داده های دما در منطقه کرمان مورد ارزیابی قرار گیرد. در این پژوهش، نتایج شبیه سازی فراسنج های دما در 22 شبیهAOM) ، BCM2.0، CCSM3.0، CGCM2.3.2، CGCM3، CM2.0، CM2.1، CM3، CM3، CM4_IPSL، ECHAM_5،ECHO_G ،E_H ، E_R،FGOAL ، HadCM3، HadGEM، MICRO3.2_HIRES، MICRO3.2_MENDES، Mk3.0، PCM و (SXG_2005 که مورد تایید هیات بین دول تغییر اقلیم در گزارش چهارم می باشد، مورد ارزیابی قرار گرفتند. ارزیابی در سطح کمی در این پژوهش با بررسی شاخص های آماری تحلیل خطا، مجذور میانگین مربعات خطا ,(RMSE) حداکثر خطا ,(ME) ضریب تبیین یا تغییرات ,(CD) کارایی شبیه سازی (EF) و ضریب مجموع باقی مانده (CRM)، انجام پذیرفت. مشخص گردید که شبیه های BCM2.0-CM3.0_INM-AOM در شبیه سازی داده های کم ترین دمای ماهانه، شبیه های HadGEM-ECHO_G-Mk3.0 داده های دمای میانگین ماهانه و همچنین، شبیه های PCM-Mk3.0-AOM در شبیه سازی بیش ترین دمای ماهانه دارای بهترین عملکرد بودند.

نیاز آبیاری گیاه برابر با نیاز آبی منهای باران موثر می باشد. در برنامه NETWAT نیاز آبی و نیاز آبیاری گیاهان زراعی مهم هر منطقه در سطح کشور گزارش شده است، اما در این برنامه داده های میانگین مورد استفاده قرار گرفته و لذا مقادیر نیاز آبی و نیاز آبیاری محاسبه شده در سطح احتمالاتی 50 درصد می باشند، در حالی که در بعضی شرایط لازم است تا نیاز آبیاری گیاه در سطوح گوناگون احتمال تعیین شود. به همین علت، در این پژوهش نیاز آبیاری گیاهان زراعی مهم مناطق آباده، اقلید، داراب، سد درورزن، زرقان، شیراز، فسا و لار در استان فارس در سال های گوناگون دارای آمار محاسبه شد و سپس با استفاده از نرم افزار SMADA نیاز آبیاری هر گیاه در هر منطقه در سطوح احتمالاتی 10، 20، 30، 40، 50، 60، 70، 80 و 90 درصد تعیین گردید. نتایج نشان دادند که در بیش تر موارد نیاز آبیاری ارایه شده در برنامهNETWAT  با مقادیر محاسبه شده در این پژوهش متفاوت می باشد. لذا، با استفاده از نتایج به دست آمده در این پژوهش با دقت بیشتری می توان نیاز آبیاری گیاهان زراعی مهم هر منطقه را در طوح گوناگون احتمال تعیین کرد.

یکی از روش های مدیریت آبیاری سطحی برای افزایش بازده، آبیاری موجی یا استفاده متناوب از آب در شیار است. هدف از این پژوهش، مقایسه شاخص های عملکرد در جریان موجی با روش جریان پیوسته و یافتن نسبت تناوب و بده ورودی مناسب و همچنین، مقایسه سرعت پیشروی جبهه رطوبتی در طول جویچه در آبیاری موجی نسبت به آبیاری پیوسته است. بدین منظور، جویچه هایی به طول 70 متر و دو شدت جریان 0.5 و 2 لیتر بر ثانیه و نسبت تناوب های گوناگون (3: 2، 4: 1، 3: 1) در جریان موجی ایجاد شد. آزمایش های صحرایی شامل تعیین تیمارهای جریان موجی و پیوسته (دو بده و نسبت های تناوب متفاوت در موجی) اندازه گیری سرعت پیشروی و مقادیر جریان ورودی و خروجی و نیز برداشت نمونه های خاک پیش و پس از آبیاری در ایستگاه تحقیقاتی خلعت پوشان دانشگاه تبریز انجام شدند. سپس با استفاده از شبیه آبیاری سطحی SIRMOD شبیه سازی فراسنج های جریان و نفوذ آب در جویچه های آبیاری در دو جریان موجی و پیوسته انجام شد. برای مقایسه سرعت پیشروی آب در طول جویچه ها در آبیاری موجی نسبت به آبیاری پیوسته، شبیه سازی پیشروی جبهه رطوبتی در روند توسعه حجم مرطوب شده خاک از شبیه HYDRUS-2D استفاده شد. از نتایج شبیه سازی جریان ها مشخص شد که سرعت نفوذ نهایی در جریان موجی بسیار کم تر از جریان پیوسته بوده و سرعت پیشروی جبهه رطوبتی در تیمارهای موجی به علت کاهش نفوذ عمقی بیش تر از تیمارهای پیوسته با بده یکسان بوده است. در مجموع، در منطقه مورد مطالعه، تیمار S22 (بده 0.5 لیتر بر ثانیه و نسبت دوره 4: 1) بهترین عملکرد را داشته و تیمار S13 (بده 0.5 لیتر بر ثانیه و نسبت تناوب 3: 2) حتی از تیمارهای جریان پیوسته نیز ضعیف تر عمل کرده است.

بمنظور بررسی اثر بده قطره چکان و دیرپایی آبیاری به ازای حجم آب کاربردی مشخص بر ابعاد پیاز رطوبتی از یک منبع نقطه ای (قطره چکان)، مطالعات صحرایی در حومه شهر کرمان منطقه قائم آباد، در خاکی با بافت متوسط- شنی با سه بده قطره چکان 4 و 8 و 24 لیتر بر ساعت و به ازای زمان های گوناگون آبیاری (6 زمان متناسب با بده قطره چکان) انجام شد. لوله ها روی سطح خاک قرار گرفته و قطره چکان های مورد نظر روی آن ها نصب و جریان آب به ازای زمان های گوناگون آبیاری صورت گرفت. پس از گذشتن 24 ساعت از پایان آبیاری و خروج آب ثقلی، با ایجاد یک برش به صورت عمودی زیر محل نصب قطره چکان، ابعاد پیاز رطوبتی اندازه گیری شد. نتایج نشان دادند که به ازای یک حجم ثابت آب، با افزایش بده قطره چکان، شعاع حجم خیس شده افزایش و عمق خیس شده پیاز رطوبتی کاهش می یابد. با افزایش دیرپایی آبیاری به ازای مقادیر گوناگون بده قطره چکان ها، ژرفا و شعاع خیس شده خاک افزایش یافتند؛ الگوی خیس شدگی خاک برای سه بده قطره چکان تقریبا مشابه بود. در یک زمان ثابت آبیاری، گسترش پیاز رطوبتی در قطره چکان های با بده بالاتر بیش تر بود. پس از انجام محاسبات آماری در مورد مقادیر اندازه گیری شده، معادلات مربوط به پیشروی رطوبت در جهات افقی و عمودی ارایه شده که بر پایه روابط ارایه شده می توان با توجه به زمان آبیاری اندازه شعاع خیس شده روی سطح خاک را بدست آورد:؛ افزون بر آن، فاصله قطره چکان ها را تخمین زد. همچنین، می توان دیرپایی آبیاری را برای رسیدن جبهه رطوبتی به ژرف ترین ریشه گیاه با در نظر گرفتن بده قطره چکان بدست آورد. از نتایج بدست آمده می توان در طراحی سامانه های آبیاری قطره ای بهره جست.