مهندسی منابع آب
سال:1392 | دوره:6 | شماره:19 |تعداد مقالات:8

به دلیل کمبود منابع آب قابل شرب و آلودگی های زیست محیطی آبهای زیرزمینی، و همچنین افزایش میزان تقاضا از منابع آب به دلیل رشد جمعیت، بسیاری از شهرهای ایران، بویژه شهرهای ساحلی، در تامین آب با دشواری هایی روبرو می باشند. جمع آوری آب باران از سطح پشت بام ساختمان های مسکونی در شهرها و روستاها برای مصارف شرب و غیر شرب راه حلی عملی در کاهش بحران فزاینده تامین آب برای شهروندان است. از آن جایی که سطح وسیعی از مساحت غیر قابل نفوذ شهرها را پشت بام ساختمان های مسکونی تشکیل می دهد، حجم آب باران استحصالی از سطح پشت بام قابل توجه بوده و می تواند به عنوان یک جایگزین ارزشمند، یا یک منبع آب کمکی، باشد. در این تحقیق با شبیه سازی سطوح آبگیر پشت بام ساختمان های مسکونی در برنامه Matlab برای سطح پشت بام های 100، 200 و 300 مترمربعی در شهرهای ساحلی رشت، گرگان، بوشهر و بندرعباس، و بر اساس آمار بارندگی روزانه به مدت 50 سال برای هر چهار شهر، به تحلیل تامین نیاز آبی روزانه ساکنین از طریق جمع آوری آب باران در مخازن پرداخته شد. با توجه به نتایج این تحقیق می توان بیان داشت که اگر حجم مخازن و نیاز غیر شرب روزانه ساکنین بر اساس وضعیت فیزیکی ساختمان و شرایط آبشناسی محاسبه شوند، ذخیره سازی آب باران در مخازن به حداکثر رسیده و تعداد روزهای بیشتری برای تامین نیاز غیر شرب ساکنین از طریق جمع آوری آب باران فراهم می شود. در رشت، برای حجم مخازن بزرگ و کوچک به ترتیب در 70% و 50% کل روزهای سال، حداقل 75% نیازهای غیر شرب روزانه ساکنین تعیین شده قابل تامین است. همچنین برای شهر گرگان به همان ترتیب 39% و 32%، و برای بوشهر 15% و 11%، و برای بندرعباس 10% و 7% کل روزهای سال قابل تامین است.

با توجه به تاثیر بارز روش تلفات نفوذ در عملکرد شبیه بارش - رواناب به منظور کاهش خطا و واریانس ویژگی های سیلاب، و در پیامد آن، افزایش دقت و کارایی طراحی های مبتنی بر خصوصیات استخراجی سیلاب حاصل از شبیه بارش - رواناب، نظیر حجم رواناب، بده اوج و زمان رسیدن به آن، عملکرد شبیه های نفوذ سازمان حفاظت خاک آمریکا، گرین و امپت، تلفات اولیه - مقدار ثابت، نسبت ثابت، نمایی و شبیه دربر دارنده شرایط رطوبتی خاک در شبیه سازی بارش - رواناب حوضه آبخیز کارون 3 با کاربرد نرم افزار HEC-HMS مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج روش دربر دارنده شرایط رطوبتی خاک را با بیشترین میانگین ضریب ناش - ساتکلیف 0.81 در واسنجی و 0.69 در ارزیابی، برتر از سایرین نشان داد. این شبیه از کمترین مجموع مربعات خطای وزنی 148 و 143 در واسنجی و ارزیابی برخوردار بود. شبیه های سازمان حفاظت خاک آمریکا و نسبت ثابت در رده های بعدی قرار گرفتند. مقایسه متغیرهای کلیدی شبیه سازی شده با مقادیر مشاهداتی نشان داد که روش دربر دارنده شرایط رطوبتی خاک از کمترین درصد خطای شبیه سازی حجم، بده اوج در واسنجی، و ارزیابی برخوردار است. مدل سازمان حفاظت خاک آمریکا در شبیه سازی بده اوج در ارزیابی با دربر دارنده شرایط رطوبتی خاک برابری کرد، اما تلفات اولیه - مقدار ثابت، و گرین و امپت در زمان رسیدن به بده اوج برتر بودند.

حوضچه های آرامش از نوع پرش آبی با افتادگی کف ناگهانی به منظور کاهش طول پرش و اطمینان از وقوع پرش در ابتدای حوضچه در پایین دست دریچه ها کاربرد دارند. ممکن است در این نوع حوضچه چهارنوع پرش تشکیل شود که مهمترین آن نوع B می باشد. از طرفی، ثابت شده است که زبری بستر نیز می تواند به کاهش بیشتر طول پرش و عمق پایاب کمک کند. از این رو، در تحقیق حاضر پرش نوع B بر روی بستر زبر با افتادگی ناگهانی با کاربرد شبیه سه بعدی FLOW-3D شبیه سازی و با داده های حاصل از شبیه آزمایشگاهی مقایسه شد. خصوصیات پرش، از جمله عمق مزدوج، توزیع سرعت، و تنش برشی بستر از دو شبیه عددی و فیزیکی استخراج و مقایسه شدند. برای شبیه سازی عددی پرش نوع B از روش حجم سیال در تحلیل جریان آزاد و شبیه RNG k-e استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان دادند که شبیه آشفتگی RNG k-e در مقایسه با شبیه k-e در شبیه سازی پرش آبی با افتادگی ناگهانی با بستر زبر نسبت به سایر شبیه های آشفتگی از دقت بیشتری برخوردار است. در مقایسه با پرش کلاسیک و بستر صاف، نتایج نشان دادند که در پرش با افتادگی ناگهانی و بستر زبر عمق مزدوج کاهش می یابد، که می تواند ناشی از افزایش تنش برشی به دلیل وجود زبری و افتادگی ناگهانی باشد.

در این تحقیق، به منظور تحلیل آثار منفی پدیده تغییر اقلیم، با ارائه رویکرد جدید احتمالاتی به ارزیابی اثرات بر جریان رود پرداخته شده است. برای تولید نمایشنامه اقلیمی در دوره های آتی، شبیه HadCM3 تحت نمایشنامه انتشارA2  به کار گرفته می شود. با معرفی گروه های زمانی متغیرهای اقلیمی در دوره های آتی به شبیه آبشناسیIHACRES ، نمایشنامه شبیه سازی جریان بلندمدت تولید می شود. با برازش توزیع های مختلف آماری بر رواناب های تولیدی، و با استفاده از آزمون های نکویی برازش، مناسبترین توزیع آماری در هر ماه انتخاب، و فراسنج های آماری مربوطه استخراج و با فراسنج های آماری رواناب حوضه در دوره پایه مقایسه می شوند. نتایج نشان می دهند که متوسط رواناب سالانه بلندمدت در سه دوره آتی نسبت به دوره پایه، کاهش می یابد. به رغم کاهش حجم کل رواناب در دوره های آتی نسبت به دوره پایه، این کاهش به جریان های متوسط و زیاد مرتبط می شود، و در جریان های کم، حجم کل رواناب سه دوره آتی نسبت به دوره پایه، به ترتیب به میزان 47، 41 و 14 درصد افزایش می یابد. برای بررسی بیشتر ارزیابی اثرات ضروری است همبستگی گروه زمانی با استفاده از احتمال انتقال جریان نیز مورد بررسی قرار گیرد. پس از گسسته سازی جریان رود، به منظور مقایسه احتمال انتقال جریان در هر یک از دوره های آتی با جریان دوره پایه در هر ماه، از معیارهای عملکرد استفاده می شود. این رویکرد در رود آید و غموش، آذربایجان شرقی به کار گرفته شد. نتایج حاصله نشان از پایین بودن ضریب همبستگی و بالا بودن شاخص های خطا دارد.

امروزه شبیه های شبیه سازی مناسبی برای آبیاری بارانی به وجود آمده و ابزار مفیدی را برای پیش بینی فراسنج های عملیاتی، نظیر ضریب یکنواختی برای هر ترکیب فشار کارکرد و شرایط مختلف اقلیمی در اختیار می گذارند. بالستیک رایجترین انگاره ای است که در شبیه هایی استفاده می شود. در این مقاله اصول بالستیک و مراحل آزمایشی و محاسباتی را که برای واسنجی و تایید شبیه با لستیک برای تعیین یکنواختی پخش آبپاش ها در سامانه آبیاری بارانی دورانی (CU) مورد نیازند ارائه می گردند. سپس با آزمایش های کاربرد آب و تعیین ضرایب یکنواختی برای سرعت های مختلف باد در منطقه، و دو فشار کارکرد برای دو نوع آبپاش، بالاترین ضرایب یکنواختی تحت شرایط متفاوت کاربردی شبیه سازی می شوند. آزمایش ها در مزرعه ای در نزدیکی روستای یانیق استان آذربایجان شرقی انجام شدند. نتیجه کاربردی این تحقیق نشان داد که در مرحله طراحی سامانه آبیاری، با داشتن سرعت باد، نتایج شبیه سازی برای تعیین شبیه آبپاش مناسب، با قطر پاشنده، فشار کارکرد و فواصل آبپاش در یک موقعیت خاص که دارای بیشترین ضریب یکنواختی است می توان به کار گرفت.

سازه های توری سنگی کاربردهای زیادی در طرح های آبی، بخصوص انواع سرریزها، دارند. اتلاف کارمایه جریان از روی این سازه ها زیاد بوده، و لذا هزینه های ساختن حوضچه آرامش کاهش می یابد. از نقطه نظر کیفیت آب و تاثیر بر محیط زیست، سرریزهای توری سنگی نفوذپذیر تاثیر منفی کمتری نسبت به سرریزهای صلب نفوذناپذیر دارند. در این تحقیق، توانایی شبیه درختی M5 جهت برآورد اتلاف کارمایه از روی سرریزهای توری سنگی پله ای بررسی شده است. شبیه درختی M5 دارای دو گزینه M5P و M5Rule می باشد، که تفاوت آنها در نوع خروجی شبیه است. برای این منظور، از داده های اندازه گیری شده بر روی 8 نمونه فیزیکی در خصوص استهلاک کارمایه بر روی سرریزهای توری سنگی پله ای استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که شبیه M5Rule به عنوان یکی از روش های داده کاوی در پیش بینی اتلاف کارمایه از روی سرریز توری سنگی عملکرد خوبی داشته (R=0.946)، و بده و ارتفاع سرریز جزء مهمترین فراسنج های دخیل در محاسبه اتلاف کارمایه می باشند. مقایسه نتایج به دست آمده از روشM5  با وایازی خطی لجستیک، نشان از قدرت پیش بینی بالای این روش داشت.

چرخه مواد سازوکاری را به وجود می آورد که از طریق آن مواد مغذی، و سایر اجزاء سازنده حیات، در دسترس موجودات زنده قرار می گیرند. عدم کارکرد صحیح این چرخه می تواند موجب بروز اختلال در چرخه حیات موجودات زنده گردد. در این مقاله، جریان پویای فسفر، که ماده ای ضروری برای رشد گیاهان است، در سه حالت فسفر موجودات سازنده (آلی)، فسفر موجودات مرده (آلی) و فسفر غیر آلی، بررسی گردید. با توجه به اثرات بازخوردی میان این سه متغیر حالت، نخست مدل شبیه سازی فسفر و فیتوپلانکتون با رویکرد پویایی سامانه ها، و با لحاظ معادلات حاکم، بازخوردها و جریان های ورودی و خروجی توسعه یافت. سپس، رفتار هر یک از متغیرهای حالت، در دریاچه اونتاریو و با مقیاس زمانی یک ساله، بررسی و تحلیل شد.‏ نتایج نشان دادند که مدل دارای کارایی مطلوبی در شبیه سازی و تخمین غلظت فراسنج ها است. همچنین، تاثیر شرایط لایه بندی و اختلاط کامل دریاچه بر غلظت متغیرها بسیار زیاد بوده، و آنها را در دو دوره زمانی (روز 100 تا 158 و روز 315 تا 335)، تحت تاثیر خود قرار می دهند.

طرح های انتقال آب علاوه بر هزینه های گزاف، همواره پیامدهای زیست محیطی زیانباری را بر اقلیم حوضه های مبدا، مقصد، و بعضا در طول مسیر انتقال، گذاشته اند. از طرفی، بحث مدیریت منابع آب در طرح های انتقال آب، رویکرد سنتی خود را از دست داده و امروزه توجه مدیران به مسائلی مانند آب مجازی به منظور در نظر گرفتن کل توان آبی بیش از پیش معطوف گردیده است. در این مقاله ساختاری به منظور بررسی و تاثیر توانایی استفاده از آب مجازی حوضه مقصد در طرح های انتقال آب پیشنهاد گردیده است. همچنین، سود حاصل از مدیریت آب با در نظر گرفتن توانایی استفاده از آب مجازی حوضه مقصد، و افزایش سهم آب بران حوضه مبدا در سامانه های انتقال آب برآورد شده است. کارایی ساختار پیشنهادی در طرح انتقال آب از سولگان به رفسنجان ارزیابی شده است. نتایج حاکی از آنند که هر چند حوضه مقصد تبخیر - تعرق بالایی داشته، و توان آب مجازی حوضه پایین می باشد، لکن علاوه بر کاهش هزینه های انتقال و پیامدهای مضر انتقال آب برای منطقه، کشت و صنعت خوزستان و کشاورزی خوزستان توانستند به ترتیب 18.9 و 7.25 میلیارد ریال سود به دست آورند.