مهندسی منابع آب
سال:1398 | دوره:12 | شماره:40 |تعداد مقالات:12

در این مقاله با استفاده از مدل آب شناسیSnowmelt Runoff Model اقدام به شبیه سازی رواناب روزانه حوضه ی روانسر سنجابی ( با مساحت 1260 کیلومتر مربع) واقع در استان کرمانشاه در ایران شد. جهت محاسبه ی سطح پوشش برف در این مطالعه که یک متغیر اصلی و بسیار مهم برای مدل SRM است، از روش سنجش از دور و استفاده از تصاویر سطح پوشش برف محصول MOD10A2 سنجنده ی MODIS که سطح پوشش برف را در فواصل 8 روزه تفکیک کرده است، استفاده شد. شبیه سازی رواناب در دوره ی آماری 2 ساله، شامل سالهای 2002 و 2003 صورت گرفت که سال 2002 ( 1 ژانویه تا 31 دسامبر 2002) به عنوان دوره ی واسنجی، و سال 2003 ( 1 ژانویه تا 31 دسامبر 2003) به عنوان دوره ی اعتبارسنجی مدل انتخاب شدند. نتایج شبیه سازی مدل در دوره های واسنجی و اعتبارسنجی با استفاده از 3 شاخص آماری ضریب ناش ساتکلیف (NSE)، ضریب تبیین ( ) و تفاضل حجمی ( ) ارزیابی شدند. در ادامه، با مقایسه ی آب نگارهای جریان روزانه شبیه سازی شده و مشاهداتی، و همچنین با توجه به ضرایب آماری محاسبه شده در سالهای 2002 و 2003 مشخص گردید که مدل SRM در شبیه سازی رواناب روزانه هم در دوره ی واسنجی و هم اعتبار سنجی دارای نتایج مطلوب و مناسبی است، به طوری که ضریب NSE برای دوره ی واسنجی و اعتبار سنجی به ترتیب 9/0 و 95/0 تعیین شدند.

پیش بینی خشکسالی، شدت و زمان رخداد آن از دلشوره های بزرگ پژوهشگران هواشناسی و هیدرولوژی می باشد. در این میان اهمیت متغیرهای هواشناسی و جوی در تخمین مناسب شدت خشکسالی از موضوعات مورد علاقه محققین است. در این پژوهش با بکارگیری متغیرهای دمای هوا و ارتفاع ژئوپتانسیل در لایه های گوناگون جوی به بررسی پیوند این متغیرها در 31 سال گذشته (54-1386) با استفاده از نمایه بارش استاندارد شده (SPI) به عنوان شاخص خشکسالی اقلیمی در حوزه آبخیز سدهای تأمین کننده آب تهران پرداخته شده است. پس از برآورد میانگین بارش با استفاده از شاخص آماری اطلاعات متقابل نقطه-متغیرهای هواشناسی که پیوند نیرومندتری را با نمایه SPI در گستره های مورد مطالعه داشته اند، به عنوان متغیرهای مناسب برگزیده شدند. سپس در راستای پیش بینی کلاس خشکسالی اقلیمی SPI از مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) به عنوان یکی از روش های یادگیری آماری استفاده شده است. نتایج گویای پاسخ مناسب رویکرد مورد استفاده در پیش بینی وقوع خشکسالی است. همچنین با استفاده از جستجوی مکانی ارتباط متغیرهای هواشناسی و مقادیر هدف، بهترین ترکیب این متغیرها نیز برگزیده شده است و در اکثر موارد پیش بینی با دقت مناسب به منظور کاربردهای واقعی دارای قابلیت بکارگیری است. دقت پیش بینی در فصول پاییز و زمستان بیش از سایر فصول بوده است.

جهت ارزیابی عملکرد یک شبکه آبرسانی لازم است تا هیدرولیک جریان های ماندگار و غیر ماندگار در آن با دقت بالا شبیه سازی شوند. به این منظور از مدل های ریاضی استفاده می شود. واسنجی پارامترهای با اثرگذاری دینامیکی همچون ضرایب افت شبه ماندگار، افت غیر ماندگار و سرعت موج در سیستم های پیچیده کار دشواری است و غالباً از روش های مبتنی بر تحلیل معکوس جریان به این منظور استفاده می شود. در این تحقیق مدل ریاضی تحلیل هیدرولیک جریان غیر ماندگار در خطوط لوله با حل عددی معادلات حاکم با استفاده از روش خطوط مشخصه توسعه داده می شود. در این مدل به هریک از ترم های افت ماندگار، شتاب لحظه ای و محلی در افت غیر ماندگار و سرعت موج یک ضریب اصلاحی اختصاص داده می شود. سپس یک مسئله بهینه سازی غیرخطی با هدف کمینه سازی اختلاف مربعات نوسانات فشار محاسباتی و اندازه گیری شده در نقاط شاهد توسعه داده می شود. متغیرهای تصمیم گیری در این مسئله ضرایب اصلاحی پارامترهای تحت واسنجی می باشند. در این مقاله مدل پیشنهادی در خصوص یک شبکه آزمایشگاهی در دانشگاه صنعتی لیسبون مورد ارزیابی قرار گرفت. با تعریف الگوریتم ژنتیک به عنوان کمینه ساز تابع هدف، پس از طی 30 نسل میزان خطا از 140متر به 92/15 متر کاهش یافت. نتایج به دست آمده، افزایش دقت مدل سازی به اندازه 33% را نشان داد.

یکی از روش های مقرون بصرفه و زودبازده جهت تشخیص زون های کارستی حاوی آب در مناطق آهکی، روش ژئوالکتریک می باشد. ژئوالکتریک از جمله عملیات صحرایی ژئوفیزیکی است که بر اساس انتقال جریان الکتریکی به داخل زمین، ایجاد اختلاف پتانسیل بین دو نقطه و محاسبه مقاومت ویژه عمق های مختلف زمین طراحی شده است. در این روش بر اساس استانداردی که مربوط به مقاومت جنس های مختلف خاک، سنگ و همچنین مقادیر مقاومت الکتریکی موادی مثل آب، حفرات و … ، مطالعات اکتشافی صورت می گیرد. در این پژوهش به منظور شناسایی زون های کارستی حاوی آب در دشت رونیز واقع در غرب استهبان تعداد 97 سونداژ با استفاده از آرایه های شلومبرژر و بیشینه طول فرستنده جریان 300 متر اجرا شد. که پس از پردازش داده های صحرایی، مقاطع زمین شناسی تهیه و مورد تحلیل قرار گرفت و در نهایت با مشخص شدن زون کارستی شده اشباع در سونداژ A2 با ضخامت 140 متر در عمق 260 متری دارای مقاومت الکتریکی 100 تا 150 اهم متر و در سونداژ D2 در عمق 150 متری با مقاومت الکتریکی کمتر از 100 اهم متر دارای ضخامت 80 متر شیب هیدرولیک ابخوان را از غرب به شرق تعیین شد. بدان معنی که؛ علی رقم انکه تنها رودخانه فصلی این دشت در نزدیکی سونداژ D2 جاریست و لذا میزان آب سحطی در این بخش در بالاترین مقدار خود قرار دارد، حداکثرضخامت ابخوان زیرسطحی را بخش های شرقی به خود اختصاص داده است.

کاهش کمیت و کیفیت آب به دلیل اضافه برداشت و تداوم خشکسالی، خسارات جبران ناپذیری به منابع آب زیرزمینی استان لرستان وارد کرده است. دشت مرکزی یکی از دشت های حوضه آبریز خرم آباد که در این پژوهش به مطالعه آن پرداخته شده است، نیز در سال های اخیر دچار افت سطح آب گردیده است. مدیریت منابع آب، مهمترین و راهبردی ترین روش برای کنترل این بحران روزافزون می باشد. گام نخست برای دستیابی به این هدف، ارزیابی هیدروشیمیایی آبخوان است. بدین منظور، پارامترهای EC، pH، TDS، آنیون ها و کاتیون های اصلی در 40 نمونه با پراکندگی مناسب در کل آبخوان اندازه گیری شد. برای بررسی و تعیین عوامل تأثیرگذار بر کیفیت آبخوان، از نسبت های یونی، شاخص اشباع و نمودارهای گیبس، تبادل یونی و TDI استفاده شد. نمودار پایپر نشان داد که کل آبخوان دارای ترکیب بی کربناته کلسیک و متأثر از گسترش و انحلال سازندهای کربناته در محدوده ی مطالعاتی است. براساس نسبت های یونی مشخص گردید که ترکیب آب متأثر از هوازدگی سنگ های کربناته، کانی های پلاژیوکلاز و در مرحله بعدی، فرآیندهای تبادل یونی مستقیم و معکوس می باشد. محاسبه شاخص اشباع نشان داد که به دلیل تشکیلات زمین شناسی، آبخوان نسبت به کانی های ژیپس، انیدریت و هالیت، تحت اشباع و نسبت به آراگونیت، کلسیت و دولومیت فوق اشباع است. براساس نمودار گیبس مشخص شد که هوازدگی، فرآیند غالب در تعیین کیفیت آب می باشد و تبادل یونی دیگر فرآیندهای مؤثر در کیفیت است. اثر تبادل یونی توسط نمودارهای ترکیبی نیز به وضوح قابل مشاهده است. افزایش غلظت کل املاح محلول در آبخوان عمدتاً متأثر از افزایش یون های کلسیم، منیزیم و بی کربنات است و یون های سدیم و سولفات در درجه دوم اهمیت قرارمی گیرند. یون های کلر و پتاسیم در کل آبخوان غلظت تقریباً ثابتی دارند.

برای مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی به عنوان یکی از منابع اصلی، تخمین دقیقی از پارامترهای آبخوان لازم است. روش های موجود مدیریت آب های زیرزمینی، به منظور سادگی، عدم قطعیت های پارامترهای آزمایش پمپاژ را نادیده می گیرند. در این تحقیق، یک مدل شبیه سازی-بهینه سازی فازی به منظور درنظر گرفتن عدم قطعیت ها در تعیین پارامترهای آبخوان تدوین شده است. مدل شبیه سازی-بهینه سازی فازی مذکور قادر است با توجه به حداقل سازی اختلاف بین افت مشاهداتی و افت محاسباتی، پارامترهای آبخوان محصور را بخوبی تخمین زند. روش پیشنهادی بر روی داده های یک آزمایش پمپاژ واقعی در آبخوان محصور آزمایش و نتایج آن با حل گرافیکی مدل تایس مورد مقایسه قرار گرفته است. با قیاس چندین شاخص خطای آماری برمبنای نتایج مدل پیشنهادی و حل گرافیکی مدل تایس، عملکرد دو مدل مذکور، بررسی گردیده است. بعنوان مثال، میانگین قدر مطلق خطای نسبی مدل پیشنهادی و حل گرافیکی مدل تایس، به ترتیب 0/69 و 1/13 درصد بوده که نشان دهنده دقت مناسب مدل پیشنهادی نسبت به حل گرافیکی تایس است و لذا می تواند بعنوان جایگزین حل گرافیکی تایس منظور گردد. در بخش دوم، با انتخاب دبی به عنوان پارامتر غیرقطعی، مدل بهینه سازی فازی برمبنای روش تبدیل فازی، توسعه داده شده است. برمبنای نتایج مدل فازی مذکور، میزان تأثیر این عدم قطعیت در تخمین بهینه پارامترهای آبخوان محصور مورد بررسی قرار گرفته و بازه تغییرات پارامترهای آبخوان در برش های فازی مختلف، تعیین گردیده است. بررسی نتایج مدل فازی توسعه داده شده، نشان می دهد که تأثیر عدم قطعیت دبی، در تخمین پارامتر آبخوان محصور زیادتر از می باشد.

سرریز به عنوان یکی از مهم ترین سازه های هیدرولیکی وابسته سدها، جریان سیلاب ورودی به مخزن سد را در مواقع تکمیل ظرفیت آن، با ایمنی کافی به پایین دست انتقال می دهد. برای کاهش هزینه های ساخت سرریزهای نسبتاً طولانی و همچنین عوامل توپوگرافیکی، دیواره ها را بخصوص در تنداب ها به صورت همگرا اجرا می کنند. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار Flow-3D و مدل آشفتگی، به شبیه سازی جریان بر روی سرریز سد گاوشان شامل کانال تقرب، تاج اوجی، شوت تنگ شونده و پرتابه جامی شکل پرداخته شده و مشخصه های هیدرولیکی جریان مانند نحوه توزیع سرعت، فشار و تغییرات عمق جریان در سرریز موردبررسی قرارگرفته است. با مقایسه نتایج مدل عددی جریان با نتایج آزمایشگاهی مشاهده شد که تفاوت چندانی مابین آن ها وجود ندارد. تغییرات سرعت جریان بر روی انحنای تاج سرریز افزایش سریع و ناگهانی داشته و در طول تنداب این روند افزایشی دنبال می شود تا جایی که بیشترین میزان سرعت در انتهای تنداب (ابتدای پرتابه جامی شکل)، در دبی 1350 مترمکعب بر ثانیه معادل 30 متر بر ثانیه می-باشد. زاویه همگرایی 2/07 درجه دیواره های تنداب زاویه همگرایی بهینه برای ممانعت از تشکیل امواج عرضی و عدم نیاز به افزایش ارتفاع دیواره های سرریز همگراست.

منابع آب زیرزمینی یکی از با ارزش ترین منابع طبیعی محسوب می شوند؛ از همین رو مدلسازی آب زیرزمینی در سال های اخیر به عنوان ابزاری قدرتمند در بحث های مدیریتی، بهینه سازی مصرف و پیش بینی منابع آب زیرزمینی مطرح شده است. هدف از این مطالعه، مدلسازی آبخوان دشت تویسرکان با مدل MODFLOW در قالب نرم افزار PMWIN به عنوانی مدلی کارآمد در مباحث آب زیرزمینی می باشد. شبیه سازی برای یک دوره یک ساله شامل 12 دوره تنش یک ماهه (مهر 87 تا شهریور 88) انجام گردید. مدل مذکور برای 10 ماه اول دوره شبیه سازی، واسنجی و با داده های مشاهداتی دو ماه باقیمانده، صحت سنجی گردید. نتایج واسنجی در دو حالت ماندگار و غیر ماندگار، نشان می دهد که هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه از حوالی شمال شرقی دشت به سمت مناطق میانی و خروجی دشت واقع در جنوب غربی آن افزایش می یابند. پس از صحت سنجی مدل و حصول اطمینان از توانایی مدل در پیش بینی شرایط آینده آبخوان، اقدام به تعریف دو سناریوی ده ساله گردید. در سناریوی نخست، ادامه روند کنونی برداشت آب زیرزمینی و در سناریوی دوم، افزایش راندمان آبیاری منطقه به میزان 20 درصد و در نتیجه کاهش برداشت ها مدنظر قرار گرفت. نتایج حاصل از هر دو سناریو، نشان دهنده کاهش سطح ایستابی در پیزومترهای دشت به جز در دو پیزومتر 3 و 6 است که با افزایش مواجه می شوند.

انتخاب و استفاده مناسب از روش ها و تکنیک های علم آمار و احتمالات برای پیش بینی یک متغیر با دوره بازگشت معین دارای اهمیت بسیاری است. بارش حداکثر روزانه، از مهم ترین متغیرهای هیدرولوژیکی است که نقش اساسی در حجم و بزرگی سیلاب دارد. بنابراین پیش بینی دقیق تر آن می تواند به برنامه ریزی بهتر در کنترل سیل و مدیریت منابع آب کمک نماید. هدف از این مطالعه تعیین بهترین توزیع های احتمالاتی برای بارش حداکثر 24 ساعته در کل ایران و مناطق همگن هیدرواقلیمی است. بدین منظور از داده های 46 ایستگاه سینوپتیک و 4 ایستگاه کلیماتولوژی استفاده شد. پس از کنترل آمار، با استفاده از نرم افزار ایزی فیت توزیع های مختلف بر داده ها برازش و مناسب ترین توزیع ها بر اساس آزمون کولموگروف_اسمیرنوف شناسایی شد. با استفاده از تکنیک تحلیل خوشه ای بر اساس روش Ward، و با استفاده از شش پارامتر ارتفاع از سطح دریا، متوسط حداکثر بارش 24 ساعته، متوسط بارش سالانه، متوسط بارش زمستانه، متوسط بارش بهاره و متوسط بارش پاییزه، مناطق همگن هیدرواقلیمی مشخص و فراوانی توزیع ها در کل کشور و در گروه های همگن هیدرولوژیکی تعیین و مقایسه گردید. نتایج نشان داد توزیع ویکبای مناسب ترین توزیع احتمالاتی برای برآورد حداکثر بارش 24 ساعته در کل کشور و در چهار منطقه همگن هیدرواقلیمی است. همچنین بدون در نظر گرفتن توزیع احتمالاتی ویکبای، نوع توزیع های احتمالاتی برای مناطق مختلف همگن اقلیمی متفاوت از یکدیگر بود.

واژه Post Audit یا بررسی بعدی پیش بینی یک مدل عددی، در واقع مقایسه پیش بینی مدل با داده های واقعی، حداقل چند سال بعد از انجام پیش بینی می باشد. این بررسی، اطلاعات با ارزشی در رابطه با استفاده از مدل عددی در پیش بینی استرس های وارده به سیستم آبخوان فراهم می نماید و می تواند به عنوان یک راهنما جهت بهبود توانایی مدل در پیش بینی به کار رود. در این مطالعه پیش بینی مدل عددی آب زیرزمینی آبخوان حاجی آباد مورد ارزیابی قرار گرقته است. آبخوان حاجی آباد جزء زیر حوزه رودخانه کل محسوب می شود و در قسمت جنوبی محدوده مطالعاتی حاجی آباد قرار گرفته است، این محدوده مطالعاتی در فاصله 160 کیلومتر شمال بندرعباس واقع شده است. مدل عددی این آبخوان در حالت ناپایدار برای سال آبی 1387-1386 اجرا گردیده است. مدل مذکور برای پیش بینی سطح آب دریک بازه زمانی 5 ساله (1394-1389) بکار گرفته شده است. با توجه به در دسترس بودن داده های واقعی سطح آب این دوره (1394-1391)، نتایج حاصل از مدلسازی با سطح واقعی آب زیرزمینی در چاه های مشاهده ای مقایسه گردید. نتایج نشان می دهد که به طور متوسط به مقدار 35/1 متر خطا در پیش بینی سطح آب صورت گرفته است. مهمترین عامل این خطا را می توان به انجام پیش بینی مدل برای حالت ترسالی نسبت داد و این در حالی است که در واقعیت شرایط خشکسالی بر منطقه حکمفرما بوده است. عوامل موثر دیگر در این خطا ناشی از طراحی نادرست مدل مفهومی و عدم در نظر گرفتن عدم قطعیت مدل مفهومی در شبیه سازی محدوده مطالعاتی می باشد.

تعیین ضریب یکنواختی توزیع آب CU در آبیاری بارانی ثابت از روی نتایج یک آب پاش منفرد با توجه به لحاظ هم پوشانی آب پاش های مجاور و در مقادیر مختلف فشار کارکرد (P ) ارتفاع پایه آب پاش (RH ) فاصله آب پاش ها روی لوله های جانبی (SL)و فاصله لوله های جانبی از یکدیگر (Sm) کاری وقت گیر می باشد. تعیین بهترین ترکیب از پارامترهای فوق که بالاترین ضریب cuرا حاصل نماید، همواره سئوالی بی جواب برای کاربران بوده است. در این پژوهش، مقادیر ضریب CU آب پاش مدل zb ساخت ایران در 3 تیمار مختلف فشار کارکرد آب پاش )5/2، 3 و 5/3 اتمسفر)، 2 تیمار ارتفاع پایه آب پاش (60 و 100 سانتی متر) و 7 تیمار آرایش شبکه آب پاش ها (Sl× Sm) شامل 12×9، 15×9، 12×12، 12×15، 18×12، 15×15، 18×15 متر با داده های مشاهده ای در ایستگاه تحقیقات پنبه هاشم آباد گرگان اندازه گیری شدند. سپس به روش الگوریتمPSO، برنامه ای در محیط برنامه نویسی Matlab تهیه و روابط مختلف برای تخمین مقدار cu با استفاده از پارامترهای ذکر شده مورد بررسی قرار گرفتند. با توجه به نتایج، RMSE و انحراف معیار نسبت مقادیر تخمین زده شده به اندازه گیری شده حاصل از محاسبات الگوریتم PSO معادله ای به عنوان مدل نهایی تخمین ضریب یکنواختی استخراج گردید.

طی دهه های اخیر منابع آبی به دلیل تقاضای روبه افزایش و استفاده های متفاوت از آن به شدت تحت فشار بوده و استفاده آب توسط یک بخش از استفاده کنندگان بر امکان استفاده بخش دیگر تاثیرگزار است. از این رو، مدیریت و تخصیص بهینه ی منابع آب از اهمیت روزافزونی در بین سیاست گذاران و کشاورزان برخوردار شده است. بدون تردید یکی از مهم ترین ابزارهای تخصیص بهینه ی منابع آب، ارزشگذاری اقتصادی این نهاده است که راهبرد توسعه ی بلندمدت کشور نیز بر آن تأکید دارد. در این راستا، هدف پژوهش حاضر، تعیین ارزش اقتصادی آب کشاورزی از دید تقاضاکنندگان در مزارع گندم و کلزا منطقه شبکه آبیاری دشت قزوین با استفاده از رهیافت تابع تولید به عنوان ابزاری مناسب جهت مدیریت بهتر منابع آب می باشد. آمار و اطلاعات لازم به کمک تکمیل پرسشنامه از 144 نفر از کشاورزان، بر اساس روش نمونه گیری خوشه ای دو مرحله ای در سال زراعی 95-1394 جمع آوری شد. به منظور نیل به اهداف تحقیق، از تخمین انواع فرم های توابع تولید انعطاف پذیر استفاده شد و بهترین شکل تابع با توجه به نتایج حاصله، تابع تولید ترانسلوگ تشخیص داده شد. نتایج نشان داد که ارزش اقتصادی هر مترمکعب آب در تولید محصول گندم و کلزا به ترتیب برابر 3715 و 3370 ریال برآورد شد که اختلاف بسیار زیادی با آنچه کشاورزان به عنوان آب بها (418 ریال) در سال موردنظر پرداخت کرده اند دارد.