مهندسی منابع آب
سال:1392 | دوره:6 | شماره:18 |تعداد مقالات:8

آب و خاک از مهمترین منابع طببعی هستند که نقش بسیار عمده ای را در زندگی انسان دارا می باشند. عاملی که همزمان این دو منبع مهم و حیاتی را مورد تهدید جدی قرار می دهد، فرسایش خاک و رسوب زایی ناشی از آن می باشد. سدهای اصلاحی یا سدهای رسوبگیر سازه های کوچکی می باشند که با کاهش شیب آبراهه ها و کاستن سرعت جریان آب منجر به مهار کردن رسوب و کاهش فرسایش در آبراهه ها می شوند. این سازه ها یکی از ابزارهای اصلی در فعالیتهای آبخیزداری به منظور حفظ آب و خاک به شمار روند که در سالهای اخیر در سطح گسترده ای به وسیله دستگاههای اجرایی مورد استفاده قرار گرفته و بخش عمده ای از هزینه ها را به خود اختصاص داده اند، اما به رغم همه تلاشها و سرمایه گذاریها در این بخش، مشکلات اصلی، یعنی فرسایش و تخریب منابع طبیعی همچنان رو به افزایش است. این تحقیق با هدف بررسی سدهای اصلاحی اجرا شده در شهرستانهای اقلید، مرودشت و ممسنی استان فارس، به منظور تعیین عملکرد آن ها در مهار کردن رسوب، شناسایی نقاط قوت و ضعف، تجربه اندوزی و به کار گیری آن در طرحهای آتی، انجام شده است. در این تحقیق به منظور بررسی عملکرد سدهای اصلاحی اجرا شده در مهار کردن رسوب، ظرفیت رسوبگیری اولیه و حجم رسوبات ترسیب شده در پشت سدهای اصلاحی موجود در حوضه های آبخیز طویله بند (شهرستان اقلید)، تنگ شول (شهرستان مرودشت) و جونگان (شهرستان ممسنی) استان فارس، با استفاده از روش اندازه گیری مستقیم و روابط تجربی متداول تخمین زده شد. همچنین میزان رسوب تولیدی هر حوضه در شرایط بدون اجرای سدهای اصلاحی به روش تجربی پسیاک اصلاح شده برآورد گردید. در نهایت، با تحلیل نتایج به دست آمده، موفقیت طرحها در مهار کردن رسوب بررسی گردید. نتایج تحقیق نشان دادند که سدهای اصلاحی در مهار کردن رسوب موثر می باشند، بطوری که در حوضه های طویله بند و تنگ شول، ابتدا حجم قابل ملاحظه ای از رسوب در پشت سدهای اصلاحی به تله افتاده، اما به تدریج با تخریب سدهای اصلاحی، بخشی از رسوب یا تمامی رسوب به تله افتاده تخلیه شده است. همچنین، به دلیل تخریبهای رخ داده، و عدم رعایت برخی نکات فنی در احداث سدهای اصلاحی (عدم رعایت فاصله و تعداد بهینه)، تمامی حجم رسوبگیری سدها به عنوان حجم مورد استفاده در مهار کردن رسوب مورد استفاده قرار نگرفته است. بطورکلی در حدود 90 درصد از سدهای اصلاحی حوضه های طویله بند و تنگ شول در مهار کردن رسوب شرکت داشته، اما با توجه به وضعیت ظاهری سدهای اصلاحی این دو حوضه، در صورت عدم تغییر در وضعیت موجود و تخریب بیشتر سدهای اصلاحی، رسوبات جمع شده در پشت آنها به تدریج جابه جا گردیده و از دسترس خارج خواهند شد. با توجه به سلامت سدهای اصلاحی حوضه جونگان، و شرکت 100 درصد سدهای اصلاحی این حوضه در مهار کردن رسوب، انتظار می رود در سالهای آینده، رسوب بیشتری به وسیله سدهای اصلاحی موجود مهار گردد. از راهکارهای نگهداشت رسوبات ترسیب شده در پشت سدهای اصلاحی موجود، اجرای طرحهای زیستی، و تعمیر و نگهداری از طرحهای اجرا شده می باشد.

مدیریت منابع آب و برنامه ریزی آن بطور فزاینده ای تحت تاثیر تغییرات آب و هوایی، بخصوص در مناطق خشک و نیمه خشک، می باشد. جامعه ی آماری مورد استفاده شامل بارندگی فصلی و سالانه با طول گروه آماری 20 ساله براساس توصیه های سازمان جهانی هواشناسی، و سن درختان، مورد سنجش بود. بدین ترتیب، با مشارکت دادن طول مناسبی از گروه داده ها و 5 مکان در مشهد (آبقد، طرقبه، زشک، طرق، و اولنگ) و سه گونه درخت در تحلیل خشکسالی، اریبی زمانی و مکانی گروه داده ها حذف گردید. گفتنی است که نیاز آبی درختان انتخاب شده تنها به وسیله بارندگی تامین می شده، و به هیچ عنوان تحت آبیاری نبوده اند. در مقیاس فصلی نتایج تمامی شاخص ها به جز RAI، از نظر تعداد تقریبا مشابه یکدیگر، لکن در مقیاس سالانه، نتایج سه شاخص Z، SPI و RAI با اندک تفاوت جزئی به یکدیگر نزدیک، ولی متفاوت از شاخص PNPI می باشند. به نظر می رسد PNPI در برآوردهای سالانه شاخص مناسبی نبوده و افزایش بازه زمانی سبب اخلال در برآوردهای PNPI می شود. نتایج حاکی از همبستگی زیاد بین مقدار شاخص های خشکسالی و ضخامت حلقه های رشد در فصل های بهار و زمستان نسبت به سایر موارد می باشند. باید اشاره داشت که پاسخ درخت بید به تغییرات بارش نسبت به دو درخت راش و تبریزی بهتر بوده، و با نوسان های بارش بیش تر همخوانی دارد. نتایج به خوبی نشان می دهند که شاخص های مورد مطالعه روند همسویی را در رابطه با ضخامت حلقه های رشد دارند. براین مبنا، تمامی شاخص ها تقریبا 8 خشکسالی را با شدت های گوناگون برای دوره ی مورد مطالعه نشان می دهند، لکن شاخص SPI طی دوره ی مورد مطالعه، خشکسالی هایی را با شدت های کمتری نسبت به دیگر شاخص ها نشان داده است، که می تواند توجیه گر افزایش ضخامت نسبی حلقه های رشد در آن سال ها باشد، زیرا افزایش ضخامت حلقه ها به مراتب تابع طبیعت در ریزش های حجمی و متناسب با نیاز آبی گیاه است.

در سال های اخیر، روشهایی با مبنای منطق فازی تطبیق یافته اند تا عدم قطعیت را همراه با مسائل زیست محیطی در نظر گیرند. با توجه به این که در روش های مرسوم از رده بندی های نامناسب برای شاخص های کیفیت آب استفاده می گردید، سعی شده است تا شاخص مناسب تری، که براساس روش فازی کیفیت آب رود را اندازه گیری می کند، معرفی گردد. با استفاده از منطق فازی می توانیم نظر کارشناس خبره را در طراحی شبیه اعمال کرده و کمبودهای روش های قبلی را پوشش دهیم. در این پژوهش، روش شبیه استنتاج فازی جهت ارزیابی کیفیت آب رود کارون سنجیده شده است. به همین منظور، از داده های اندازه گیری شده ی 17 ایستگاه در مسیر رود مزبور در سال آبی 89-1388 بهره بردیم. مهمترین فراسنجهای تاثیر گذار بر کیفیت آب رود شامل اکسیژن محلول، اکسیژن خواهی بیوشیمیایی 5 روزه، نیترات، کلرور، و هدایت الکتریکی استفاده شد. در نهایت، با استفاده از شبیه استنتاج فازی، نتایج کیفیت آب رود کارون، که در شبیه به سه رده خوب، بد و متوسط طبقه بندی شده بودند، حاصل گردید. نتایج پژوهش حاضر پیشنهاد می دهد که شبیه استنتاج فازی می تواند به عنوان روش مناسبی جهت ارزیابی کیفیت آب رود در نظر گرفته شود. بدین ترتیب، این روش ابزار جایگزین و مناسبی را معرفی می کند که می تواند در توسعه موثر برنامه های مدیریت کیفیت آب مورد بهره وری قرار گیرد.

امروزه کیفیت آبهای سطحی یک نگرانی جدی می باشد. تاثیرات انسانی، و به همان نسبت، فرایندهای طبیعی، آبهای سطحی را آلوده کرده، و استفاده از آنها را برای اهدافی مانند شرب، صنعت و یا کشاورزی ناممکن می سازد. دستیابی به برنامه ای مدیریت شده، که ارزیابی خاص و قابل اعتماد از کیفیت آب را ممکن سازد، بدون شناختن تغییرات زمانی و مکانی کیفیت آبهای سطحی امکان پذیر نخواهد بود. روش های آماری ابزاری مناسب و معتبر را برای درک بهتر تغییرات کیفیت آبهای سطحی، و وضعیت زیست محیطی، فراهم می کنند. در این پژوهش، تغییرات زمانی و مکانی 12 فراسنج کیفیت آب رود حوضه آبخیز تالار، شامل: غلظت املاح (TDS)، هدایت الکتریکی (EC)، اسیدیته (pH)، کاتیون ها (Ca, Mg, Na, K)، آنیون ها (HCO3, CL, SO4)، نسبت جذب سدیم (SAR) و سختی کل (TH) در شش ایستگاه و برای دوره ی مطالعاتی 1382 تا 1390 در سطح معنی داری 0.01<P£0.05، 0.001<P£0.01 و P£0.05 مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که زمان اثر معنی داری بر تغییرات فراسنج های کیفیت آب رود در این حوضه داشته ، و این بر حسب مکان متفاوت بوده است. تغییرات زمانی فراسنج های کیفی آّب در ایستگاه های کیاکلا، پل شاهپور و شیرگاه تالار معنی دار نبود اما در ایستگاه های پل سفید تالار، خطیرکوه دوآب و پالند اثر معنی داری مشاهده شد که شامل افزایش مقادیر اکثر فراسنج های کیفیت آب رود (کاهش کیفیت آب رود) بوده است. هم چنین، مطالعه تغییرات مکانی فراسنج های کیفیت آب رود آشکار نمود که مکان نیز بر تغییرات فراسنج های کیفیت آب رود اثر معنی داری داشته است، بطوری که ایستگاه خطیر کوه دوآب بیش ترین، و ایستگاه پل شاهپور کمترین مقادیر اکثر فراسنج های کیفیت آب رود را داشته اند.

درصد زیادی از زمین های کشاورزی در ایران به صورت جویچه ای آبیاری می شوند که تحقیق درباره کاربرد روش مزبور نیاز به توجه بیش تری دارد. از طرفی، کسب اطلاعات لازم برای پیش بینی و محاسبه منحنی های پیشروی و پسروی آب در جویچه ها، مستلزم اندازه گیری های دقیق در داخل مزرعه می باشد، که این کار باعث صرف هزینه و وقت زیادی می گردد. مهمترین هدف این پژوهش ارزیابی نتایج حاصل از شبیه سازی شبیه های آب پویایی، لختی صفر، و موج تحرکی با کاربرد اطلاعات مزرعه ای با نرم افزار SIRMOD می باشد. هم چنین، این نرم افزار به وسیله سه فراسنج ورودی شامل بده، ضریب زبری مانینگ و شیب زمین نیز مورد تحلیل حساسیت قرار می گیرد. آزمایش های صحرایی در مزرعه پژوهش های دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز انجام پذیرفت. داده ها از سه جویچه با بافت متوسط رسی به طول های 60، 80 و 90 متر، در سه تکرار و تحت سه بده ی 1، 1.25 و 1.5 لیتر بر ثانیه برداشت شدند. برای خطایابی از چهار شاخص آماری توزیع نسبت به خط 45 درجه (a)، متوسط خطای پیش بینی شبیه (Er)، ضریب وایازی (R2)، و متوسط خطای نسبی شبیه (Ea) استفاده شد. نتایج تحلیل حساسیت نشان دادند که نرم افزار SIRMOD به تغییرات فراسنج های ورودی مذکور حساس است. هم چنین، مقادیر پیش بینی شده در مرحله ی پیشروی برای همه تیمارها و تمامی شبیه ها بیش تر از مقادیر مشاهده شده بود. بطور کلی، مقادیرa و R2 بیانگر مناسب بودن شبیه های آب پویایی، و لختی صفر برای پیش بینی فرایند پیشروی جریان در مقایسه با شبیه موج تحرکی بودند. با مقایسه ی شاخص های آماری مشاهده می شود که شبیه های لختی صفر و آب پویایی در این جا نیز مانند مرحله پیشروی، مرحله پسروی را نسبت به شبیه موج تحرکی بهتر شبیه سازی می کنند.

احداث سدهای لاستیکی به جای سدها و بندهای انحرافی بتنی یکی از راه حل های نوین محیط زیستی است که در سال های اخیر مورد توجه فراوان قرار گرفته است. سد لاستیکی یک لوله قطور لاستیکی است که معمولا در امتداد مقطع عرضی رودخانه نصب می گردد، و با پر و خالی کردن آن (از هوا یا آب) به صورت مانعی با ارتفاع دلخواه بر سر راه آب قرار می گیرد. سدهای لاستیکی می توانند همراه با پرتاب کننده (deflector) یا بدون آن باشند. از طرف دیگر، ممکن است سطح شالوده سد یا بالشتک نسبت به کف رودخانه در رقوم گوناگون نصب گردد؛ از جمله حالتی است که شالوده از کف رودخانه پایین تر بوده و همانند حوضچه آرامش عمل می کند، یا حالتی است که کف شالوده با سطح رودخانه همتراز باشد. به منظور بررسی استهلاک کارمایه فراسنج های هیدرولیکی نظیر بده جریان، عمق آب بالادست و پایین دست، اعماق قبل و بعد از جهش آبی اندازه گیری، و افت کارمایه جریان از روی سد محاسبه شد. از نتایج این پژوهش روند کاهشی استهلاک نسبی کارمایه در برابر افزایش عدد شیب شکن می باشد که در قسمت نتیجه گیری به تفصیل آورده شده است.

با توجه به ماهیت نیمرخ سطح آب روی سرریزها، سرریزهای استوانه ای در دسته بندی سرریز لبه کوتاه به شمار می روند. از مهمترین مزایای آبی یک سرریز استوانه ای، طراحی ساده، سهولت عبور اجسام شناور و الگوی پایدار جریان در مقایسه با طراحی سرریز منحنی پیوند شکل می باشد. در این مقاله جریان بر روی سرریز استوانه ای صاف و زبر با استفاده از شبیه آشفتگی K_e معیار به صورت دو بعدی شبیه سازی شده و سطح آزاد جریان با روش VOF تعیین گردید. نتایج نشان دادند که شبیه آشفتگی k ε معیار و روش VOF برای پیش بینی نیمرخ سطح آب و بده جریان بر روی سرریز استوانه ای مناسب بوده، و خطای نسبی متوسط مقادیر بار آبی به دست آمده از شبیه عددی و اندازه گیری شده 1 تا 4 درصد می باشد. تاثیر زبری سرریز استوانه ای بر روی ضریب بده بررسی شد و با مقادیر تجربی محققین قبلی مقایسه گردید. نیمرخ های سرعت افقی پیش بینی شده از انگاره درسلر و تابع جریان برای مقایسه با نتایج شبیه عددی ارائه شده اند.

با ساختن سازه های جدید تامین آب، طرح های آبیاری، صنعتی و توسعه شهرها، ساختار حوضه آبخیز، و به تبع آن، شرایط سامانه آبی حوضه دچار تغییر می گردد. در چنین شرایطی، استفاده از شیوه بهره برداری موجود، علاوه بر این که بهینه نیست، منجر به هزینه های گوناگون اقتصادی و اجتماعی نیز می گردد؛ بنابراین، نیاز به هماهنگ سازی بهره برداری با شرایط جدید، و به روزرسانی قواعد بهره برداری و منحنی های فرمان سدها می باشد. در این پژوهش، به موضوع هماهنگ سازی بهره برداری از سامانه آبی و به روزرسانی قواعد بهره برداری از آبگیر سدها در مراحل گوناگون توسعه حوضه آبخیز، پرداخته شده است. برای این منظور، یک شبیه بهینه سازی بهره برداری بلند مدت از سامانه ی آبی ساخته شده است، که اثرات بالادست بر پایین دست، و اثرات بلند مدت بهره برداری از سامانه آبی را در نظر گرفته، و به نحوی عملکرد سامانه آبی را هماهنگ می نماید، که اهداف بهره وران در افق بلند مدت برنامه ریزی تا حد ممکن تامین گردد. کاربرد شبیه در ارزیابی تاثیر هماهنگ سازی و به روزرسانی بهره برداری از سامانه آبی کرخه نشان می دهد که در شرایط ساختن سدهای کرخه، سیمره و سازبن، چنانچه از منحنی های فرمان معمول سدها، که به صورت مجزا برای هر سدی تهیه می گردد، استفاده شود،60% از نیازهای آبی تامین نمی گردد در حالی که در شرایط هماهنگ شده، تمامی نیازها تامین می شوند. علاوه براین، عدم هماهنگ سازی بهره برداری از سامانه ی آبی کرخه، و به روزرسانی قواعد بهره برداری از آبگیر سدها، 50% قابلیت اطمینان تامین تقاضاهای آبی را در یک افق 20 ساله در مقایسه با عملکرد هماهنگ شده کاهش می دهد.