مهندسی منابع آب
سال:1393 | دوره:7 | شماره:23 |تعداد مقالات:8

رسوبگذاری در مخازن سدها علاوه بر کاهش حجم ذخیره آب، اثرات نامطلوب دیگری را، از جمله انسداد دریچه ها، تخلیه کننده های عمقی، خرابی تاسیسات توزیع آب شرب و کشاورزی، زیان به تجهیزات نیروگاه های برقابی و تجهیزات هیدرومکانیک نیز به همراه دارد. یکی از اصلی ترین عوامل انتقال مواد رسوبی به نزدیکی بدنه سد جریان های غلیظ می باشند. در این مقاله با استفاده از روش عددی بنپار محدود به بررسی تاثیر ایجاد گودال های کنترلی در بستر با اشکال مستطیل، نیم دایره، ذوزنقه، مثلث متساوی الساقین و مثلث قائم الزاویه بر مدیریت جریان غلیظ ورودی به مخازن سدها پرداخته شده است. نتایج نشان دادند که ایجاد گودال های حفاظتی در بستر هم برای جریان زیر بحرانی و هم فوق بحرانی می تواند میزان بسیار زیادی از جریان غلیظ را مهار کند. از مزایای دیگر آن نسبت به راهکارهایی مانند ایجاد مانع، عدم کاهش حجم مفید مخزن می باشد، بنابرین ایجاد گودال های حفاظتی هم از لحاظ کارایی و هم از لحاظ مقرون به صرفه بودن بسیار مناسب است.

پدیده اغتشاش یا تلاطم دارای نقش اصلی در انواع پدیده های انتقال، از جمله انتقال اندازه حرکت، انتقال جرم و انتقال حرارت در رودخانه ها می باشد. با آن مطالعات بسیار وسیعی در مورد این پدیده انجام شده است، اما هنوز هیچ روش دقیقی برای شبیه سازی عددی این پدیده وجود ندارد. علت آن است که هنوز ماهیت این پدیده شناخته نشده است. در این مقاله دیدگاه فراکتالی برای ارزیابی رفتار جریان متلاطم مورد استفاده قرار می گیرد. بدین منظور، پس از اندازه گیری سرعت های تلاطم از روش تحلیل نوسانهای بدون تمایل (detrended fluctuation analysis) به عنوان یک روش کارآمد تحلیل گروه های زمانی بهره گیری می شود. هم چنین، با استفاده از این روش، ماهیت چند فراکتالی پدیده تلاطم مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که نمای نوسان برای مولفه u’ (نوسان سرعت در جهت خط جریان) بزرگتر از دو راستای دیگر است، اما هر چه نقطه اندازه گیری به کف نهر نزدیکتر می گردد، و به عبارت دیگر اثر گرانروی قابل توجه می شود، این اختلاف کمتر است. افزون بر آن، استفاده از روش چند فراکتالی نوسانهای بدون تمایل (MF-DFA) نشان می دهد که در گروه زمانی تلاطم، نمای هارست تعمیم یافته (h(q)) به شدت به q وابسته است. هم چنین نزولی بودن نمودار h(q) در مقابل q نشان می دهد که احتمال وقوع نوسان های کوچک در گروه زمانی بیش از نوسان های بزرگ است.

اجسام شناور چوبی بزرگ سطح مقطع رودخانه را کاهش، جریان آب را منحرف کرده و سرعت جریان را در اطراف پایه های پل افزایش می دهند، بنابراین، باعث افزایش سرعت رسوب گذاری و عمق گودال آبشستگی در اطراف پایه های پل می شوند. کنده ها و شاخ و برگ های انباشته شده در اطراف پایه های پل اندازه و شکل متفاوتی دارند که در طبیعت بیشتر به صورت مکعب مستطیل یا شکل های دیگر در جلو پایه های پل تجمع می یابند. هدف از این مقاله، تحلیل و بررسی آزمایشگاهی تاثیر تجمع اجسام شناور چوبی در جلوی پایه مربع شکل بر عمق آبشستگی است. این تحقیق در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهرکرد، انجام شده است. اجسام شناور به صورت مکعب مستطیل با طول، عرض و ارتفاع های مختلف، در جلو پایه مربعی به عرض 9 سانتی متر مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش ها در شرایط آب زلال و با بده های 15، 20، 30 و 40 لیتر بر ثانیه انجام شدند. در این آزمایش ها بیشترین ژرفای گودال آبشستگی با وجود تجمع اجسام شناور چوبی در جلو پایه مربعی، با بیشترین ژرفای گودال آبشستگی در شرایط بدون تجمع اجسام شناور (نمونه شاهد) مقایسه شد. نتایج نشان داد که تجمع اجسام شناور چوبی در جلو پایه باعث افزایش عمق گودال آبشستگی به میزان 2.5 تا 3 برابر نسبت به نمونه شاهد می گردد. همچنین، با استفاده از تحلیل ابعادی معادله جدیدی برای پیش بینی بیشترین ژرفای آبشستگی با وجود تجمع اجسام شناور چوبی در جلو پایه مربع شکل ارائه گردیده است.

آبشکن ها سازه هایی می باشند که بطور عرضی در کرانه رودخانه به منظور حفاظت ساحل خارجی در مسیرهای مستقیم و قوسی استفاده می شوند. با استفاده از آبشکن ها می توان به حفاظت از سواحل خارجی رودخانه ها، و انحراف سرعت های بیشینه از ناحیه قرارگیری آبشکن پرداخت. علاوه بر ویژگی های آبشکن، ویژگی های هندسی نهر مورد مطالعه نیز برالگوی جریان و آبشستگی بستر تاثیرگذار می باشند که موضوع مورد مطالعه در این تحقیق است. در این مطالعه به بررسی آبشستگی و الگوی جریان در نهر قوسی شکل با تغییر در نسبت شعاع میانگین قوس به عرض نهر (/BRc) از 2 تا 5، که در محدوده قوس ها از ملایم تا تند می باشد، پرداخته شده است. در این مطالعه از SSIIM-1، که یکی از نرم افزارهای قدرتمند در زمینه مهندسی آب و رسوب می باشد، بهره گرفته شده است. نتایج نشان دادند که با افزایش نسبت شعاع قوس به عرض نهر عمق بیشینه چاله آبشستگی افزایش می یابد. خطوط جریان در نیمرخ های طولی و عرضی بررسی گردیده و نیمرخ های بی بعد بستر در مقطع افقی و نیمرخ های طولی و عرضی بستر با نتایج آزمایشگاهی واقفی مقایسه شده اند. نتایج نشان دادند که تطابق خوبی بین نمونه آزمایشگاهی واقفی و شبیه سازی عددی با نرم افزار SSIIM وجود دارد.

بهره وری از سرریزهای پلکانی، به علت هزینه ساخت پایین و بازدهی بالای آنها بطور فزاینده ای رو به افزایش است. از این رو، تحقیقات نیز در این زمینه با رشد و توجه زیادی از سوی مهندسین سد همراه بوده، ولی اغلب این مطالعات در زمینه سرریز های پلکانی با ارتفاع پله یکنواخت می باشد، در حالی که ارتفاع پله غیر یکنواخت نیز می تواند در بعضی حالات به عنوان یک گزینه مطرح گردد. در این تحقیق از یک نمونه فیزیکی از سد هرات برای تند آب پلکانی با ارتفاع 1.3 متر و شیب 19.2 درجه برای صحت سنجی شبیه عددی استفاده شد، سپس سه نوع پیکربندی پلکانی با استفاده از پویایی سیال محاسباتی در قالب نرم افزار ANSYS CFX برای محدوده جریان 1.54# dc/h # 16.15 مورد آزمایش قرار گرفتند. شبیه سازی جریان دو حالتی آب و هوا برای هر یک از پیکربندی ها و تمامی محدوده های بده ها صورت پذیرفت و نتایج در زمینه های الگوی جریان، استهلاک کارمایه و نقطه شروع هوادهی جریان مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان از تفاوت حداقلی استهلاک کارمایه را در محدوده نوع جریان ریزشی و تفاوت حداکثری در نوع لغزشی داشتند.

کمیت و کیفیت آب عامل های بسیار مهمی در توزیع گونه های گیاهی در سطح زمین می باشند. توان آبی کشور بیانگر محدودیت شدید منابع آبی است. از طرف دیگر، افزایش تولید نیز عمدتا در گرو توسعه کشتزارهای آبیانه می باشد، در نتیجه، بایستی آب با کیفیت پایین را به عنوان یک منبع آب آبیاری به شماره آورده و در برنامه آینده توسعه کشتزارهای آبیانه با اعمال روش های مدیریتی صحیح جهت تداوم پایداری کشاورزی، و نیل به عملکرد معقول آن را، مورد توجه جدی قرار داد. این تحقیق در مزرعه ای در فاصله 25 کیلومتری از مرکز شهر مشهد، در دو سال زراعی 91-1390 و 92-1392 اجرا گردید. طرح آزمایشی مورد نظر به صورت کرت های دوبار خرده شده در قالب بلوک های کامل تصادفی بود که در آن چهار عامل مقدار شوری آب آبیاری (در چهار سطح 0.5، 5، 8 و 11 دسی زیمنس بر متر) به عنوان کرت های اصلی، چهار سطح آبیاری به عنوان عامل فرعی (تامین 125، 100، 80 و 50 درصد نیاز آبی) و دو رقم کلزا (هایولا 401 و آرجی اس 003) به عنوان عامل فرعی فرعی بودند که در سه تکرار اجرا گردید. نتایج نشان دادند که در کلیه سطوح تیمارهای مختلف، کارایی مصرف آب برای رقم هایولا بیشتر از رقم آرجی اس می باشد، که نشان می دهد که در شرایط محدودیت آب و شوری آب آبیاری با اعمال مدیریت در آبیاری ارقام کلزا، رقم هایولا، با توجه به WUE بیشتر از الویت بالاتری برای کشت در منطقه مورد مطالعه برخوردار است. بطور کلی، افزایش شوری برای هر دو رقم کلزا باعث کاهش نسبی کارایی مصرف آب شده است. با افزایش میزان مصرف آب رقم هایولا تا حدود 40 cm مقدار WUE با شیب نسبتا تندی افزایش یافته و به میزان 5.4 (Kg.ha-1 .mm-1) می رسد. با افزایش میزان آب مصرفی بیشتر از 40 cm نه تنها مقدار WUE افزایش نمی یابد، بلکه با شیب ملایمتری شروع به کاهش می کند. جهت ثابت نگهداشتن عملکرد با افزایش شوری آب آبیاری، می بایست عمق آبیاری افزایش یابد، اما در این قسمت به این نتیجه رسیدیم که افزایش عمق آب آبیاری تا حدی باعث افزایش کارایی مصرف آب گردیده و از آن پس از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود. البته در شوری های خیلی زیاد افزایش آبیاری باعث فزونی گرفتن جزئی در کارایی مصرف آب می شود. بنابراین، ملاحظه می گردد که می توان از آبهای زیر زمینی شور منطقه به نحوی مطلوب برای کشت استفاده مفید برده، و آب شور صرفه جویی شده را در مناطق دیگر به کار گرفت. البته جامعیت و فراگیری آن مختص شرایط مشابه اقلیمی منطقه مورد مطالعه می باشد.

رود بشار یکی از منابع آبی با ارزش در استان کهگیلویه و بویراحمد بوده و از نظر زیست محیطی و اقتصادی از ارزش بالایی برخوردار است، که با تهدیدهای جدی، از جمله ورود پساب های تصفیه خانه شهر یاسوج، فاضلاب کارخانه های قند، گلوکز و نشاسته، زه آبهای کشاورزی، زباله های شهری، و آلودگی ناشی از شبکه جمع آوری آبهای سطحی شهر یاسوج مواجه گردیده است. در این پژوهش، به منظور آگاهی از روند تغییرها و پیش بینی کیفیت آب رود بشار و با توجه به طرحها و برنامه های آینده توسعه شهری، کشاورزی و صنعتی، از نرم افزار QUAL2K استفاده گردیده است. ابتدا آمار مورد نیاز، شامل داده های هواشناسی از جمله دمای هوا، دمای نقطه شبنم، سرعت باد، پوشش ابری، درصد قرارگیری رود در سایه، تابش نور خورشید، آبدهی و کیفیت آب رود، شرایط هیدرولیکی رود، از جمله ضرایب هیدرولیکی، مختصات مکانی، رقوم ارتفاعی ابتدا و انتها، فواصل و شکل مقاطع عرضی، اطلاعات منابع آلاینده شامل کیفیت منابع آلاینده و محل ورود به رود، و ضرایب جنبشی، جمع آوری و صحت و کیفیت آنها مورد بررسی قرار گرفت. سپس با آن جام مطالعات میدانی، 4 موقعیت مناسب به منظور آن جام نمونه برداری در بازه تنگ سرخ تا پل مختار تعیین گردیدند. دمای آب، قابلیت هدایت الکتریکی، اکسیژن محلول، اکسیژن خواهی زیست شیمیایی، نیتروژن نیتراتی، فسفر آلی و اسیدیته، در کم آب ترین و پرآب ترین ماه های سال یعنی شهریور و اسفند، با نمونه برداری و تجزیه شیمیایی نمونه ها اندازه گیری یا تعیین، و از داده های اندازه گیری شده صحرایی و نتایج تجزیه نمونه ها در آزمایشگاه برای واسنجی شبیه استفاده و با معیارهای زیست محیطی مقایسه گردید. شبیه سازی آن جام شده به وسیله شبیه در مورد اکسیژن خواهی زیست شیمیایی نشان داد که میزان آن در شهریور، به علت ورود فاضلاب های شهری، رواناب های کشاورزی و فاضلاب های آبزی پروری، نوسان های بیشتری را نسبت به اسفند ماه داشته است. کمترین BOD شبیه سازی شده در اسفندماه 4.6 و حداکثر 8.4 میلی گرم در لیتر بوده، که این مقادیر در شهریور بین 1 تا 7 میلی گرم در لیتر محاسبه شده است. نتایج شبیه و همچنین داده های انداره گیری شده نشان از میزان بالای اکسیژن محلول در رود بشار داشته، که می تواند ناشی از ظرفیت مناسب خودپالایی آن باشد. مقادیر pH رود بشار نیز عموما قلیایی، و تقریبا یکسان بوده است. مقایسه مقادیر شبیه سازی شده با کاربرد QUAL2K با داده های واقعی نشان داد که بازه ی پایین دست روستای دهنو تا پل مختار بیشترین بار آلودگی را تحمل کرده، و کیفیت آب رود بشار در پایین دست پل مختار در ماه شهریور بدترین وضعیت را داشته است؛ ظرفیت مناسب خودپالایی رود موجب گردیده است که کیفیت جریان آب پس از طی حدود 10 کیلومتر بهبود یابد در نهایت، از شبیه QUAL2K می توان برای بررسی ها و مدیریت کیفیت آب رود بشار استفاده کرد.

بهره برداری بهینه از نظام های های منابع آب از یک سو، و رسالت حفظ، پاسداری و پیش بینی وضعیت آینده آن به منظور استفاده نسل های آینده از طرف دیگر، باعث گردیده است که در سال های اخیر استفاده از روش های بهینه تخصیص منابع آب مورد تاکید قرار گیرد. علم پویایی سامانه از جمله ابزارهای مدیریتی نوین و آینده نگر است که توانایی وسیعی را در شبیه سازی و تحلیل سیاست های مختلف تصمیم گیری نظام های های پیچیده منابع آب دارد. در این تحقیق، طرح بهره برداری و تخصیص بهینه منابع آب مخزن سد علویان واقع در حوضه آبخیز دریاچه ارومیه با استفاده از شبیه پویایی سامانه ها مطالعه و شبیه سازی شده است. بدین منظور، با استفاده از جمع آوری و پردازش اطلاعات لازم، شبیه مفهومی این سد تعریف شده است. پس از برآورد منابع آب ورودی و نیازهای آبی قابل تامین، طرح های توسعه منابع آب پشت سد با استفاده از نرم افزار ونسیم در مقیاس ماهانه شبیه سازی و تخصیص شده اند. در ادامه، نحوه رفتار مخزن سد در مقابله با سناریوهای مختلف، شبیه سازی گردیده و مقادیر کمبود در تامین نیازهای کشاورزی، زیست محیطی، صنعت و شرب حوضه آبخیز سد در هر نمایشنامه برآورد شده است. بر اساس یافته های این تحقیق مشخص گردید که شبیه پویایی سامانه علاوه بر سادگی و دقت مناسب در طراحی، امکان وفق پذیری با شرایط و قیود متفاوت فرآیند تخصیص بهینه آب مخازن سدها را دارا می باشد.