مهندسی منابع آب
سال:1397 | دوره:11 | شماره:39 |تعداد مقالات:11

روش های آماری در بررسی کیفیت آب در مناطق مختلف استفاده می شود که ازجمله این روش ها آمار یک متغیره و چند متغیره می باشد. در منطقه مورد مطالعه با توجه به نمودار خوشه ای پارامترهای کیفی آب های زیرزمینی منطقه در دو خوشه قرار گرفتند که ناشی از عوامل تأثیر سازندها و فاکتورهای زمین شناسی می باشد. روش تحلیل مؤلفه اصلی داده ها نشان داده است که فاکتورهای تأثیرگذار در کیفیت آب زیرزمینی املاح محلول، هدایت الکتریکی، بی کربنات، کلراید، کلسیم، منیزیم، سدیم و سختی است. با توجه به مشخصه های موجود در هر عامل و منشأ آن ها، مبین تأثیر سازندهای زمین شناسی، سنگهای آهکی و تبخیری در منطقه است. در بررسی مقدار ضریب همبستگی پارامتر های آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه، نشان داد که همبستگی بالای بین سدیم وکلر را نشان دهنده انحلال هالیت سازند گچساران در منطقه مورد مطالعه است. همبستگی بالای بین هدایت الکتریکی با سولفات، سدیم و کلر را می توان به انحلال هالیت و نمک های سولفاته به خصوص سولفات کلسیم ارتباط داد. همچنین همبستگی بین بی کربنات و منیزیم را نشانگر نقش انحلال دولومیت در افزایش غلظت کلسیم موجود در آب دانست. شاخص کیفی آب زیرزمینی در منطقه بررسی شده که نشان می دهد کیفیت آب زیرزمینی در منطقه بین 73 تا 81 بوده و بیان کننده مناسب تا قابل قبول است که متأثر از عوامل زمین شناسی (سنگ شناسی) و جهت جریان در منطقه باشد. همبستگی بین شاخص کیفی آب زیرزمینی و پارامترهای کیفی نشان داد که سختی کل و میزان بی کربنات و جامدات محلول بیش ترین تأثیر را در کیفیت آب زیرزمینی داشته است.

مدل های بارش-رواناب مفهومی از جمله ابزارهای ساده و در عین حال کارآمد در مدل سازی های هیدرولوژیکی هستند. این مدل ها با در نظر گرفتن اطلاعات ورودی از قبیل بارش، تبخیر و تعرق و دمای اندازه گیری شده و اطلاعات توپوگرافی حوضه، رژیم جریان رودخانه ها را با استفاده از روابط ریاضی شبیه سازی می کنند. مدل بارش-رواناب WetSpa از جمله مدل های توزیعی است که در کشور بلژیک توسعه داده شده است. این مقاله قابلیت الگوریتم های بهینه سازی ژنتیک و جامعه ذرات را در واسنجی مدل هیدرولوژیکی WetSpa به منظور شبیه سازی بارش – رواناب حوضه کارون بزرگ ارائه می نماید. الگوریتم های بهینه سازی فوق به صورت چند هدفه برای واسنجی 11 پارامتر سراسری مدل WetSpa استفاده شده اند. توابع هدف در نظر گرفته شده در این مقاله شامل دو شاخص نش-سوتکلیف و نش-سوتکلیف لگاریتمی است تا بوسیله آنها عملکرد مدل در پیش بینی دبی های حداکثری و حداقلی بهبود یابد. نتایج نشان داده است که هر دو الگوریتم NSGA-II و PSO به ترتیب با ضریب رگرسیون 69/0 و 71/0 عملکرد مناسبی در کالیبراسیون مدل داشته اند. مقدار شاخص RMSE در دوره واسنجی نیز به طور متوسط برابر 8/119 و 3/152 اندازه گیری شده است. پس از واسنجی و صحت سنجی مدل، از آن برای شبیه سازی سیلاب در یک دوره یکساله در حوضه مذکور استفاده گردیده و قابلیت مدل ارزیابی شده است. همچنین آنالیز حساسیت روی پارامترهای موثر نشان داد که ضریب رواناب سطحی با 40% تاثیر روی مقدار دبی جریان، حساس ترین پارامتر سراسری مدل WetSpa بوده است.

کشف منابع آب زیرزمینی به عنوان یکی از راه های تامین آب شرب در جهان با توجه به نیاز روز افزون جهانیان به آب، امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. این تحقیق با هدف شناسایی منابع آبی جدید در تاقدیس سفید کوه واقع در غرب شهر خرم آباد انجام گرفته است. بدین منظور هفت لایه اطلاعاتی، لیتولوژی، تراکم شکستگی ها، تراکم آبراهه ها، شیب، پوشش گیاهی، دما و ارتفاع با استفاده از تصاویر ماهواره ای، نقشه زمین شناسی، نقشه توپوگرافی و اطلاعات صحرایی، بر اساس روش فازی در محیط نرم افزار ArcGIS تهیه شده است. پس از تهیه نقشه عوامل موثر بر پتانسیل یابی منابع آب کارستی، این نقشه ها با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP)، بر اساس میزان اهمیت نسبی آن ها، وزن دهی شدند. سپس برای تهیه نقشه پتانسیل یابی منابع آب کارستی، لایه های موجود با روش هم پوشانی در محیط نرم افزار ArcGIS با استفاده از ماژول Raster Calculator با هم تلفیق شدند. بر اساس نتایج به دست آمده به ترتیب 3/12، 62/22، 79/27، 91/23 و 69/13 درصد از مساحت منطقه در پهنه های با پتانسیل خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد وجود دارد.

در این مطالعه، ارتباط بین بارش مناطق جنوبی ایران و باد مداری بر روی خاورمیانه بررسی شد. داده های ماهانه باد مداری 200 هکتوپاسکال بر روی خاورمیانه از داده های واکاوی شده NCEP-NCAR تهیه شد. تحلیل مؤلفه های اصلی برای استخراج نماهای اصلی تغییرات باد زمستانه بکار برده شد. اولین تابع متعامد تجربی به صورت مکانی رسم شد و گره هایی با بارهای بالا که نقش مهمی در مؤلفه اصلی اول داشتند، تعیین شدند. این گره ها در محدوده ای با عرض جغرافیایی° 15 تا ° 22/5 شمالی و طول ° 27. 5 تا ° 42. 5 شرقی واقع شده اند. معدل باد مداری داخل این منطقه به عنوان نمایه باد در نظر گرفته شد و ارتباط بین این نمایه و بارش زمستانه یازده ایستگاه همدیدی در جنوب کشور برای دوره 2010-1968 بررسی شد. نتایج نشان داد که همبستگی معنی دار مثبتی در سطح 5% بین نمایه باد ساخته شده و بارش اغلب ایستگاه ها وجود دارد. نمایه باد مداری ساخته شده ارتباط قوی تری با بارش مناطق مورد مطالعه در مقایسه با نمایه نوسان های جنوبی و دمای سطح آب خلیج فارس دارد.

منابع آب زیرزمینی نقش مهمی در توسعه و پایداری یک سرزمین ایفا می کنند. بنابراین در مناطقی که دسترسی به منابع آب سطحی، محدود و بارش ها کم و نامنظم می باشد، مدیریت کمی و کیفی منابع آب زیرزمینی جزء لاینفک اصول توسعه ی پایدار می باشد. در این بین یکی از ارکان اصلی مدیریت منابع آبی، ارزیابی خصوصیات کیفی این منابع می باشد. در این تحقیق از روش آنالیز مؤلفه های اصلی (PCA) جهت تحلیل کیفیت آب زیرزمین دشت بهبهان. استفاده شده است. بدین منظور 12 متغیر کیفی برای تجزیه و تحلیل خصوصیات کیفیت آب دشت بهبهان انتخاب شد. آزمون KMO و بارتلت نشان داد که امکان استفاده از روش PCA برای تجزیه و تحلیل خصوصیات کیفی آب زیرزمینی دشت با استفاده از پایگاه داده ساخته شده براساس متغیرهای انتخاب شده وجود دارد. بنابراین با استفاده از PCA دو محور (مؤلفه) اصلی که 307/85 درصد از واریانس کل داده های مشاهداتی را پوشش می داد، استخراج گردید. مؤلفه اول 68/76 درصد واریانس داده ها را در بر گرفته و عمدتا تحت تاثیر 10 متغیر (TH، SAR، K، Na، Mg، Ca، Cl، SO4، TDS و EC ) و محور دوم با توضیح 622/8 درصد واریانس کل، دارای همبستگی مثبت بالا با HCO3 و همبستگی منفی با pH می باشد. در این تحقیق همچنین الگوی تغییرات مکانی هر متغیر و ارتباط آن با کاربری اراضی مورد بررسی قرار گرفت.

عملکرد شبکه های آبیاری و زهکشی در کشور از وضعیت مطلوبی برخوردار نبوده و ضروری است با بررسی های همه جانبه مشکلات موجود در این شبکه ها مشخص و رفع گردد. در این مقاله به بررسی شاخص های ارزیابی عملکرد شبکه، در ادامه کانال سمت چپ شبکه آبیاری و زهکشی درودزن فارس پرداخته شد. برای این بررسی از شاخص کفایت، راندمان، عدالت توزیع، اعتمادپذیری توزیع آب و عملکرد تحویل آب استفاده شد. نتایج نشان داد شاخص های عدالت توزیع آب و اعتمادپذیری، با دارا بودن مقادیر 42/0 و 31/0، عملکرد شبکه را در رده ضعیف قرار می دهند. مقدار شاخص کفایت و راندمان توزیع آب، بترتیب 87/0 و 75/0 بوده که در رده متوسط قرار می گیرند. در حدود نیمی از کانال ها وضعیت خوب و درسایر کانال ها در وضعیت متوسط و ضعیف بوده است. شاخص عملکرد تحویل آب نیز نشان داد که از 16 کانال مورد بررسی در 8 کانال آب بیشتر از حد مورد نیاز، 3 کانال به اندازه نیاز و در 5 کانال کمتر از حد مورد نیاز تحویل شده است. مقدار متوسط این شاخص 27/1 بود که نشان می دهد 27% آب بیشتر از نیاز تحویل شده است.

با توجه به شوری بخش زیادی از منابع آب و خاک استان گلستان و اهمیت کلزا به عنوان یک گیاه روغنی، آزمایشی گلدانی در محیط آزاد به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با چهار سطح شوری آب آبیاری (15/1، 4، 7 و 10 دسی زیمنس بر متر)، دو سطح کود آلی (صفر و 10 تن بر هکتار ورمی کمپوست) و چهار رقم کلزا (هایولا 4815، 308 و 401 و RGS) با سه تکرار در گرگان انجام شد. اثر شوری بر عملکرد و کارایی مصرف آب دانه و درصد روغن معنی-دار بود در حالی که ورمی کمپوست همه صفات را به طور معنی داری تحت تاثیر قرار داد. همچنین اثر رقم فقط بر عملکرد و کارایی مصرف آب دانه معنی دار بود. اثر متقابل شوری و کود آلی بر همه صفات، بجز درصد روغن، معنی دار بود در حالی که اثر متقابل شوری و رقم هیچ یک از صفات را تحت تاثیر قرار نداد. اثر متقابل رقم و کود آلی نیز بر عملکرد و کارایی مصرف آب روغن معنی دار بود. اثر متقابل کود آلی، رقم و شوری بر عملکرد و کارایی مصرف آب روغن معنی دار بود. تنش شوری در شرایط عدم کاربرد ورمی کمپوست موجب کاهش همه صفات شد ولی کاربرد ورمی کمپوست موجب افزایش معنی دار آنها، بجز درصد روغن، شد. سودمندی ورمی کمپوست در شرایط تنش شوری بیشتر از شرایط بدون تنش بود. بیشترین عملکرد و کارایی مصرف آب دانه و عملکرد و کارایی مصرف آب روغن در رقم هایولا 308 بدست آمد در حالی که بیشترین درصد روغن در رقم RGS مشاهده گردید.

با توجه به رشد سریع شهرنشینی و محدود بودن منابع آب، نیاز به مدیریت مؤثر در برنامه ریزی های کلان شهری بیش از پیش احساس می شود. در مقاله حاضر با استفاده از روش پویایی سیستم ها، مدل منابع و مصارف شهر شیراز با تأکید ویژه بر توسعه فضای سبز ایجاد شده است. بدین منظور تمام عوامل مؤثر بر فضای سبز شهر شیراز مدلسازی و با توجه به آن پیش بینی از افزایش مصارف و میزان منابع در دسترس ارائه می شود. همچنین عوامل مؤثر کنونی و عواملی که در آینده بر سیستم تأثیرگذار خواهند بود مانند احداث خط دوم انتقال آب از سد درودزن در مدلسازی اعمال شده اند. سپس سه سناریو شامل افزایش راندمان آبیاری فضای سبز، تکمیل تصفیه خانه های شیراز و نیز احداث سد تنگ سرخ مدنظر قرار گرفته و مدلسازی و شبیه سازی شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که احداث سد تنگ سرخ تنها باعث کاهش 5 درصدی در میزان کمبود منابع شده در حالی که استفاده 30، 50، 75 و 100 درصدی از آب تصفیه شده برای فضای سبز به ترتیب باعث کاهش 3، 5، 7 و 9 درصدی خواهد شد. همچنین افزایش 10 و 20 درصدی راندمان آبیاری به ترتیب موجب کاهش 16 و 41 درصدی کمبود می شود. در انتها به منظور پایداری سیستم در افق طرح، ترکیبی از سناریوها شامل کاهش نرخ رشد جمعیت، کاهش سرانه مصرف آب فضای سبز و خانگی، افزایش راندمان آبیاری و استفاده از آب تصفیه شده برای فضای سبز به مدل اعمال شده و راهکارهای عملی به منظور پایداری سیستم ارائه شده اند.

روش تحلیل منطقه ای به عنوان یکی از مهمترین روشهای برآورد جریان حداقل برای مطالعه خشکسالی در مناطق فاقد آمار کافی به کار می رود. در این تحقیق، تحلیل منطقه ای خشکسالی بر اساس روز-های بدون بارندگی با استفاده از داده های 67 ایستگاه سینوپتیک با طول دوره آماری مناسب و پراکنش یکنواخت در سطح کشور ایران انجام شد. پس از مرتب کردن بارندگی روزانه، دوره های بدون بارش تعیین و تعداد روزهای بدون بارش در هر ایستگاه مشخص شد. ابتدا مناطق همگن هیدرولوژیک مشخص و سپس مناسب ترین تابع توزیع آماری در آن مناطق تعیین شد. به منظور تحلیل فراوانی از برنامه FREQ در محیط MATLAB استفاده شد. حداقل و حداکثر طول دوره آماری بارندگی روزانه به ترتیب با 17 سال داده برای ایستگاه سمنان و 56 سال برای ایستگاه تبریز و چند ایستگاه های دیگر می باشد. بر اساس نتایج تحلیل منطقه ای، کل کشور ایران به 8 منطقه همگن دسته بندی شد. نقشه های مکانی حداکثر دوره-های بدون بارش در دوره بازگشت های مختلف نشان داد که دوره های خشک از شمال به جنوب و از غرب به شرق در کشور طولانی تر شده و در کشور سه منطقه مجزا به لحاظ توزیع دوره های خشک قابل تمیز می باشد. در مناطق شمالی دوره های بدون بارش کاهش و دوره های مرطوب افزایش می یابد که نشان دهنده حساسیت پائین این مناطق به شرایط خشک می باشد. مناطق جنوبی (به خصوص استان های حاشیه خلیج فارس و دریای عمان) و مناطق مرکزی نیز حساس ترین مناطق به کاهش روزهای بارندگی و افزایش دوره های بدون بارش در دوره بازگشت های مختلف است.

بررسی توزیع تنش برشی به جهت برآورد ابعاد حفره آبشستگی در اطراف پایه های پل از اهمیت زیادی برخوردار است. ولی مروری بر پژوهش های انجام شده نشان می دهد که بررسی تنش برشی، اطراف پایه های حفاظت شده توسط روش های مختلف کنترل آبشستگی، از توجه کافی پژوهشگران برخوردار نبوده است. در این پژوهش یک مدل عددی سه بعدی برای مطالعه روند تغییرات تنش برشی پیرامون پایه پل همراه با صفحات مستغرق مورد استفاده قرار گرفته است. از طرفی به دلیل دشوار بودن محاسبه مقادیر تنش برشی در طبیعت، پژوهشگران روش هایی برای محاسبه غیرمستقیم این عامل ارائه نموده اند که یکی از این روش ها، استفاده از مدل شبه دوبعدی شینو و نایت (SKM) می باشد. در این پژوهش الگوی توزیع تنش برشی اطراف پایه با وجود تعداد مختلفی از صفحات (6 و 4، 2)، با دو زاویه قرارگیری نسبت به جریان (20و 30 درجه) و در شدت جریان 95/0 (شدت جریان بحرانی)، با هر دو روش مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج هر دو مدل نشان می دهد که قرارگیری صفحات تاثیر به سزایی در کاهش سرعت جریان حین عبور از صفحات داشته و در نتیجه کاهش تنش برشی بستر در اطراف پایه را به دنبال دارد. همچنین بررسی تعداد و زاویه قرارگیری صفحات، نشان داد که تعداد 6 صفحه نسبت به 2 و 4 صفحه و همچنین زاویه 30 درجه نسبت به زاویه 20 درجه کارایی بهتری دارد به نحوی که تنش برشی را به میزان 12-15 درصد کاهش می دهد.

آبگیرهای جانبی از جمله سازه های هیدرولیکی هستند که برای کنترل و انحراف بخشی از جریان در شبکه های آبیاری مورد استفاده قرار می گیرند. در این مطالعه میدان سرعت و تاثیر پارامترهای هیدرولیکی و هندسی بر میزان رسوب ورودی به آبگیرها با استفاده از روش محاسبات نرم و نرم افزار ANSYS-CFX بررسی می شود. ابتدا، مدل آزمایشگاهی با استفاده از نرم افزار مدلسازی شده است. نتایج صحت سنجی مطابقت نسبتا خوب CFD با مدل آزمایشگاهی را نشان می دهد. با استفاده از داده های آزمایشگاهی و CFD، شبکه عصبی مصنوعی برای بررسی میدان سرعت جریان در زوایای آبگیری 30، 60و 90 درجه مختلف طراحی شده است. نتایج حاصل ازANN با نتایج آزمایشگاهی در سه زاویه انحراف با یکدیگر مقایسه شده و دقت قابل قبول ANNدر ارزیابی میدان سرعت جریان را نشان می دهد. جهت بررسی رسوب جریان، شبیه سازی عددی جریان رسوبی مدل آزمایشگاهی دیگری صورت گرفت. از میان پارامترهای اصلی موثر بر جریان، اثر زوایای آبگیری، نسبت دبی آبگیری بر نسبت رسوب ورودی به آبگیر بررسی و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده که مطابقت خوبی بین آن ها وجود دارد. در یک نسبت ثابت آبگیری، با افزایش زاویه آبگیری نسبت رسوب ورودی به آبگیر افزایش می یابد و با افزایش نسبت دبی آبگیری، مقدار رسوبات ورودی به آبگیر به دلیل افزایش سرعت در آبگیر در حین ثابت بودن عمق جریان وافزایش شدت حمل رسوبات در کانال آبگیر، بیشتر می شود همچنین به ازای نسبت ثابت دبی آبگیری، با افزایش عدد فرود ورودی، نسبت رسوب ورودی کاهش می یابد.