مهندسی منابع آب
سال:1396 | دوره:10 | شماره:34 |تعداد مقالات:8

هم اکنون بیشتر مناطق جهان با کمبود آب و مسائل جدی زیست محیطی ناشی از فعالیت های کشاورزی روبه رو شده اند، به طوری که رقابت سنگینی بر سر منابع کمیاب آب، به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک، به وجود آمده است. از این رو مدیریت منابع آب از موضوعی فرعی به مسئله ای اصلی و پر اهمیت تبدیل شده است. بنابراین، بررسی رفتار کشاورزان در قبال منابع آب از اهمیت قابل توجهی برخوردار می باشد. هدف پژوهش حاضر بررسی عوامل مؤثر بر نگرش کشاورزان نسبت به فعالیت های مدیریتی منابع آب آنها در دشت همدان-بهار می باشد. روش این پژوهش از نوع توصیفی، و ابزار پژوهش شامل پرسشنامه متغیرهای مؤثر بر نگرش کشاورزان، و پرسشنامه رفتارهای مدیریت منابع آب می باشد. جامعه ی آماری تحقیق مورد نظر 476 نفر از کشاورزان آبی کار دشت همدان-بهار با چاه های با عمق بیشتر از 150 متر بوده اند، که 250 نفر از آنها به عنوان نمونه ی آماری انتخاب شده اند. در این تحقیق داده ها با استفاده از آزمون آماری وایازی چندگانه تحلیل شده اند، که بر اساس نتایج آنها، عوامل درک آسیب پذیری(48/0=β )، درک شدت تخریب(55/0=β )، درک موانع حفاظت از منابع آب(57/0=β ) و مسئولیت پذیری(42/0=β )، با رفتارهای مدیریت منابع آب در سطح (p<0/01) همبستگی معناداری را داشتند.

در دهه های گذشته، در نتیجه ی فعالیت های انسانی و طبیعی، میزان گاز های گلخانه ای در نیوار افزایش یافته و در نتیجه، دمای کره ی زمین روند افزایشی را به خود گرفته است. افزایش دمای کره ی زمین به نوبه ی خود، باعث تغییرات معنی داری در حیطه های مرتبط، به ویژه منابع آب و رواناب شده است، بنابراین، مطالعه و شبیه سازی تغییرات عناصر اقلیمی (به ویژه دما و بارش) می تواند در برنامه ریزی های مدیریت منابع آب کشور، بسیار با اهمیت باشد. در حال حاضر، معتبر ترین ابزار جهت تولید نمایشنامه های اقلیمی، نرم افزار های سه بعدی جفت شده اقیانوس-نیوار گردش عمومی جو (AOGCM) است. در این تحقیق، تاثیر عدم قطعیت مربوط به نرم افزار های AOGCM و همچنین روش های ریز مقیاس گردانی نرم افزار های اقلیمی در حوضه ی قرآن طالار در دوره ی 2011-2040 میلادی تحت نمایشنامه انتشار A2 و B2 نرم افزار HadCM3 مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا از دو نرم افزار ریز مقیاس گردانی: چندگانه ی خطی SDSM و نرم افزار شبکه ی عصبی مصنوعی استفاده گردید و سرانجام SDSM به عنوان بهترین نرم افزار انتخاب شد. نتایج به دست آمده نشان دادند که در دوره ی آتی، میزان بارش در ایستگاه قرآن طالار در نمایش نامه های A2 و B2 HadCM3 به ترتیب 7 و 6 درصد افزایش خواهد یافت. اندازه ی دما ی حوضه، 34/0 تا 86/0 درجه ی سانتی گراد افزایش خواهد گرفت. با توجه به افزایش بارش و دما در دوره ی آتی در 2 نمایش نامه ی A2 و B2 موجب می گردد رواناب نیز افزایش یابد.

حوادث اقلیمی متفاوتی اعم از سیل و خشکسالی را در سالیان اخیر در سطح حوضه ی آبخیز بابلرود شاهد بوده ایم که لزوم مطالعه هر چه بیشتر مؤلفه های نرم افزار های اقلیمی مؤثر را در فرایندهای هواشناسی و آب شناسی حوضه ی آبخیز مورد تأکید قرار می دهند. این کار از طریق نرم افزار های گردش عمومی جو انجام می پذیرد. به دلیل بزرگ مقیاس بودن شبکه ی محاسباتی نرم افزار های گردش عمومی جو، این نرم افزار ها قادر به پیش بینی فراسنج های آب و هواشناسی در مقیاس نقطه ای نیستند. ابزار واسطی به نام مولد هواشناسی ابداع گردیده است که به وسیله ی آن می توان تغییر اقلیم را در مقیاس نقطه ای، و ایستگاه موردنظر، ارزیابی کرد. در این پژوهش، داده های نرم افزار های گردش عمومی جو HadCM3 و ECHO-G، با به-کارگیری نرم افزار LARS-WG تحت نمایشنامه ی مشابه ی A1B برای دوره ی زمانی 2065-2046 ریزمقیاس شده و مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند. نرم افزار لارس با معرفی چهار متغیر اقلیمی مربوط به دوره ی پایه ی آماری 2011-1982، مورد واسنجی و صحت سنجی قرار گرفت. سپس، خودهمبستگی میانگین بین داده های دیده بانی شده برای شبیه سازی بارش، دمای بیشینه، دمای کمینه و تابش به وسیله ی نرم افزار لارس برای شبیه سازی دوره های آتی به کار گرفته شد. بر پایه ی یافته های این پژوهش، نرم افزار ECHO-G نسبت به نرم افزار HadCM3 تحت نمایشنامه ی مشابه، بارش کمتر و دمای بیشتر را پیش بینی کرد. بارش در حوضه ی آبخیز بابلرود در دوره ی مربوطه، 52-تا 17+ درصد متغیر خواهد بود. همچنین، این حدود تغییرات با افزایش بارش در ماه های پر بارش و کاهش شدید بارندگی در ماه های کم بارش تابستان همراه خواهند بود. بیشترین کاهش مربوط به ماه کم بارش آگوست (43 میلیمتر) در نرم افزار ECHO-G است. بیشترین افزایش بارش نیز مربوط به ماه اکتبر (27 میلی متر) در نرم افزار HadCM3 می باشد.

فرایند تبخیر-تعرق به عنوان یکی از مؤلفه های اصلی چرخه ی آب شناسی دارای اهمیت فراوانی در مدیریت و توسعه ی منابع آب، و نیز برنامه ریزی آبیاری می باشد. در تحقیق حاضر، به منظور براورد تبخیر- تعرق غرب و شمال غرب ایران، روش ترکیبی پنمن-مانتیث فائو-56 به عنوان مرجع در نظر گرفته شد، و دقت چهار شبیه مختلف داده مبنا شامل، شبکه ی عصبی مصنوعی (ANN)، سامانه ی استنتاج تطبیقی فازی-عصبی (ANFIS) از دو نوع افراز شبکه (GP)، دسته بندی تفریقی (SC) و شبیه برنامه ریزی بیان ژن (GEP)، موردبررسی قرار گرفتند. به این منظور، مقادیر ضریب فصلی (شماره ی ماه)، عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی و ارتفاع 12 ایستگاه در غرب و شمال غرب ایران جهت براورد تبخیر- تعرق به عنوان ورودی به شبیه ها معرفی شدند. برای شبیه های شبکه ی عصبی مصنوعی، فازی-عصبی از نوع افراز شبکه، و فازی-عصبی از نوع دسته بندی تفریقی حداکثر مقادیر ضریب تبیین (R2) به ترتیب 994/0، 998/0 و 997/0 در ایستگاه سنندج، و برای شبیه برنامه ریزی بیان ژن، 982/0 در ایستگاه خوی مشاهده شد. محدوده ی مقدار ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) برای شبیه شبکه ی عصبی مصنوعی، فازی-عصبی از نوع افراز شبکه، فازی عصبی از نوع دسته بندی تفریقی، و برنامه ریزی بیان ژن به ترتیب 311/0-551/1، 319/1-368/0، 80/1-450/0 و 833/0-435/0 میلی متر بر روز به دست آمدند. نتایج تحقیق بیانگر دقت بالای شبیه برنامه ریزی بیان ژن در پیش بینی تبخیر-تعرق متوسط مرجع ماهانه می باشند. بنابراین، شبیه GEP می تواند به عنوان شبیه ی ساده برای جایگزینی روابط تجربی جهت تخمین تبخیر-تعرق در پژوهش های بعدی مورد استفاده قرار گیرد.

سرریزها از مهمترین و پر کاربردترین وسایل اندازه گیری شدت جریان در نهرهای باز می باشند و در بسیاری از مطالعات در زمینه ی مهندسی آب مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت سرریزهای نیمه استوانه ای و تاج دایره ای نسبت به سایر سازه های مهارکننده و اندازه گیری، ضریب تخلیه ی بالاتر، الگوی جریان پایدار، راحتی عبور اجسام معلق در آب، سهولت در طراحی، اجرا و در نهایت هزینه های پایین تر می باشد. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی Ansys CFX وضعیت جریان در مورد سه نمونه ی آزمایشگاهی، سرریز نیمه استوانه ای مورد شبیه سازی و تحلیل قرار گرفت. سطح آزاد جریان، توزیع فشار و تأثیر بار هیدرولیکی بالادست و قطر سرریز بر ضریب بده مربوط به این سرریز ها بررسی شد. شبیه های آشفتگی k-ω ، K-ε و k-ε RNG در این شبیه سازی بهره وری گردید، و نتایج آن با نمونه آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاصل از شبیه سازی در این تحقیق نشان دادند که به ازای شعاع های 4، 6 و 7 سانتی متر مقدار ضریب بده در محدوده ی 2/1 تا 4/1 به دست می آید. همچنین، به ازای افزایش شعاع، مقدار ضریب بده افزایش داشت. محل ایجاد کمترین فشار بر روی سرریز به ازای افزایش بده نیز به سمت بالادست حرکت می کند که با سایر مطالعات قبلی هماهنگی داشت.

برقراری تعادل در رودخانه ها به عوامل مختلفی وابسته بوده و ممکن است تعادل برقرار شده نیز در هر لحظه، و در هر مقطع زمانی به هم بخورد. یکی ازمهمترین این عوامل احداث سد بر روی رودخانه ها است. در این تحقیق، هدف بررسی احداث سد کرخه بر تغییرات ریخت شناسی پیچان رود پایین دست است. در این راستا، شناسائی و بررسی تغییرات ریخت شناسی رودخانه ی کرخه قبل و بعد از احداث سد، تعیین میزان تغییرات طولی و عرضی خم های رودخانه پائین دست با توجه به تصاویر ماهواره ای و با استفاده از یک بسته آب پویائی CCHE2D انجام پذیرفته است. نتایج نشان می دهند که در شرایط طبیعی، عرض بستر رود به طرف پایین دست مسیر، متناسب با کاهش شیب، افزایش می یابد. متوسط عرض رودخانه قبل از احداث سد حدود 273 متر، و بعد از آن تقریبا" به60 متر رسیده است. با کاهش عرضی حدود 78% عرض رودخانه تقریبا 21 هکتار اراضی در هر کیلومتر از امتداد آن آزاد می شود. در محدوده مورد مطالعه، متوسط جابه جائی خط القعر رودخانه حدود 340 متر، حداقل و حداکثر جابه جائی 53 و 768 متر می باشد. بالغ بر 56% از جابه جائی ها به سمت راست جریان(غرب) رودخانه بوده و نزدیک بر 59% این جابه جائی ها بیرون از بستر قدیم صورت گرفته است. به طور متوسط، سالانه حدود 34 متر جابه جائی عرضی رودخانه در بازه ی مورد نظر اتفاق افتاده است، که بیانگر ناپایداری این منطقه می باشد.

توجه جدی به مدیریت تقاضای آب کشاورزی بر اثر افزایش میزان تقاضا برای آب، امری اجتناب ناپذیر است. مدیریت تقاضای آب شامل فعالیت هایی می باشد که ممکن است باعث کاهش تقاضای آب، افزایش بازده مصرف آب گردیده، و از آلوده شدن یا دسترسی به منابع آب جلوگیری کند. در مطالعات منابع آب، قوانین مختلفی تصویب شده اند، ولی برخی از این قوانین هیچ گاه به مرحله اجرا نرفته اند؛ بنابراین، در تحقیق حاضر ساختار موجود کشور با نظرسنجی از کارشناسان بخش آب بررسی شد. برای این منظور از ابزار پرسشنامه استفاده شد. این پرسشنامه به وسیله ِی 38 نفر از کارشناسان و دست اندرکاران بخش آب پاسخ داده شد. ضریب آلفای کرونباخ 701/0 به دست آمد، که نشانگر اعتبار قوی پرسشنامه می باشد. نتایج ارزیابی نشان دادند که کارشناسان با تغییر ساختار مدیریت منابع آب کشور موافق بوده، و اعتقاد دارند که "عدم هماهنگی بین سازمانهای ذی ربط" و "وجود مشکلات قانونی در اصلاح الگوی مصرف" تاثیر زیادی را در بحران آب دارد. در ادامه، یک ساختار سازمانی با پنج سطح شامل: 1-تعیین چارچوب و سیاست های کلان آب با حضور نهاد های قانونی؛ 2-تخصیص سیاست های حوضه های بزرگ؛ 3-تخصیص سیاست های حوضه های درجه ی دو؛ 4-اجرای سیاست های تخصیص؛ 5-اجرای محلی سیاست ها با توجه به سخت افزارها و نرم افزارهای موجود و روشهای جدید، پیشنهاد شد. این ساختار می تواند در سازمان های مختلف کشور مورد استفاده قرار گیرد.

ارزیابی دگرگونی و آسیب پذیری ناشی از تغییر اقلیم جهت برنامه ریزی آینده منابع آب ضروری می باشد. در این تحقیق، شبیه سازی های اقلیمی با کاربرد 4 شبیه ساز گردش عمومی(GCM) ارائه شده در گزارش چهارم ارزیابی تحت دو نمایشنامه ی انتشار A2و B1 انجام شده است. نتایج نشان دادند که میانگین تغییرات دما بین 13/0-تا 96/0 و 72/0 تا 85/1 درجه ی سانتیگراد به ترتیب برای دوره های 2038-2016 و 2061-2039 می-باشد. علاوه بر این، میانگین تغییرات بارندگی ماهانه ی شبیه سازی شده دوره های مذکور نسبت به دوره ی مشاهداتی(2010-1988) به ترتیب بین 5/3-تا 182 و 7/20-تا 123درصد است. همچنین، شبیه سازی بارش-رواناب روزانه با کاربرد شبیه ساز IHACRESS انجام شد، چنان که میزان R2 برای واسنجی و صحت سنجی در بهینه ترین حالت به ترتیب برابر با 684/0 و 635/0 به دست آمده است. به طورکلی، میانگین حجم رواناب سالانه ورودی به آبگیر سد درودزن طی دوره های آتی نسبت به دوره ی پایه به ترتیب به میزان 4/8 و 15/28 درصد کاهش خواهد یافت. علاوه بر این، بیشترین کاهش در میانگین حجم رواناب ماهانه ی حوضه طی دوره های آتی به ترتیب برابر با 34/42 و 13/54 درصد در نوامبر نسبت به دوره ی پایه پیش بینی شده است.