مهندسی منابع آب
سال:1393 | دوره:7 | شماره:20 |تعداد مقالات:8

همه پدیده های ژئوفیزیکی، شامل شبکه های رودخانه و سری های زمانی جریان، اصولا پدیده هایی برخال هستند و الگوهای برخال می توانند، در رفتارهای آنها بررسی گردد. یک سامانه غیرخطی، مثل یک حوضه آبخیز می تواند به خوبی به وسیله یک سنجش غیرخطی، مثل یک تحلیل برخال، بررسی گردد. یک تحقیق دوجانبه بر روی خواص برخال شبکه رودخانه و سری زمانی جریان در رودخانه انجام شده است. جهت مشاهده خواص برخال آنها، از روش پنجره متحرک استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که، هر دو این پدیده ها، از خط مشی یکسانی در رابطه با خواص برخالشان پیروی می کنند، بطوری که بعد برخال برای هردو پدیده، به سمت مقادیری ثابت متمایل می گردند.

به دلیل پیچیده بودن الگوی سه بعدی جریان در اطراف گوشواره پل ها، برآورد دقیق تغییرات عمق آبشستگی نسبت به زمان دشوار، و در برخی موارد غیر ممکن می باشد. در این تحقیق، ابتدا تغییرات عمق آبشستگی در اطراف گوشواره ها به صورت آزمایشگاهی تحت شرایط آب زلال مورد بررسی قرار گرفته است و سپس با استفاده از نتایج حاصل از سه روش، وایازی غیر خطی (NLR)، شبکه های عصبی (ANN) و سامانه منطق فازی-عصبی (ANFIS)، تغییرات آبشستگی در اطراف این سازه ها پیش بینی شده است. هر چند رابطه وایازی بدست آمده، نتایج بهتری را نسبت به روابط پیشین ارائه می کند (R2=0.957, RMSE=0.049 and MAE=0.035)، اما سامانه منطق فازی - عصبی دارای دقت بالاتری نسبت به رابطه وایازی ارائه شده و هم چنین روابط پیشین می باشد (R2=0.961, RMSE=0.041 and MAE=0.025). نتایج حاصله از فراسنج های آماری نشان می دهد که، هر دو روش ANN و ANFIS می توانند به عنوان روش های قدرتمندی در پیش بینی عمق آبشستگی مورد استفاده قرار گیرند.

پیش بینی و مهارکردن سیلاب یکی از مسائل مهم و اساسی در مدیریت سامانه های منابع آب به منظور بهره برداری بهینه از توان های موجود می باشد. در علم آب نهر های باز و مهندسی رودخانه مطالعه و تحلیل این گونه مسائل با استفاده از روش های روندیابی سیلاب انجام می گیرد. یکی از بهترین و کاربردی ترین روش ها در روندیابی آبشناسی رودخانه ها، «شبیه ماسکینگام» است. برای تعیین و تخمین فراسنج های ماسکینگام (k,x,m) روشهای تجربی مختلفی برمبنای آزمون و خطا، روش حداقل مربعات و ... ارائه شده است. یکی از روش های تخمین ضرائب ماسکینگام الگوریتم وراثتی می باشد. مقایسه نتایج روش های تجربی با روش الگوریتم وراثتی (GA) نشان می دهد که روش الگوریتم وراثتی روشی مناسب و بسیار سریع برای تخمین ضرائب ماسکینگام است. نکته ای که باید در مسائل بهینه سازی مورد توجه قرار گیرد تعیین تابع هدف با توجه به طبیعت مساله است که در تعیین عملکرد الگوریتم نقش ویژه ای دارد. در این پژوهش برای شبیه خطی و غیر خطی ماسکینگام با بهینه سازی چند تابع هدف متفاوت با استفاده از الگوریتم وراثتی و مقایسه نتایج حاصل از آنها، تاثیرات تابع هدف در پیش بینی مقادیر فراسنج های ماسکینگام و بده خروجی محاسباتی بررسی گردیده است. با توجه به آب نگار های بده خروجی محاسبه شده در مقایسه با آب نگار های بده خروجی مشاهداتی می توان اذعان داشت که به کارگیری توابع هدف متفاوت و در شبیه ماسگینگام خطی منجر به تغییر نتایج و افزایش دقت محاسبات می گردد در حالی که تغییرات ناشی از استفاده توابع هدف متفاوت در نتایج شبیه ماسگینگام غیرخطی چشمگیر نمی باشد.

پدیده تغذیه گرایی، از مهمترین چالشهای کیفی آبهای ذخیره شده در مخازن سدها می‍باشد که اثرات نسبتا نامطلوبی بر کیفیت آبهای خروجی از آبگیرها دارد. در این پژوهش، با کاربرد نرم افزار CE-QUAL-W2 در سه حالت کم آبی، بهنجار و پرآبی، شرایط کیفیت آب مخزن سد بافت از نظر تغییرات ماهانه فراسنج های فسفات و نیترات مورد ارزیابی قرار گرفت. اگرچه نتایج شبیه سازی نشان دهنده غلظت پایین فسفات و نیترات در مخزن سد بافت است، اما همین غلظت های پایین با توجه به شاخص های تغذیه گرایی مختلف (شاخص کارلسون و نمودار والن وایدر)، مخزن مذکور را در ناحیه مغذی قرار می دهد. هم چنین، از نظر غلظت نیترات، مخزن در ناحیه بینابینی قرار دارد. بنابراین، مخزن سد بافت، از جهت مصارف شرب و کشاورزی مشکلی ندارد. با این وجود، چاره اندیشی برای جلوگیری از ورود مخزن سد به ناحیه مغذی شدید که می تواند کیفیت آب را به شدت تحت تاثیر قرار دهد ضروری می باشد. با توجه به بروز اوج لایه بندی حرارتی در اواخر مرداد و اوایل شهریورماه و نیز شروع اختلاط مخزن در بهمن ماه، برای جلوگیری از ورود مخزن به ناحیه مغذی شدید می توان به راهکارهای مناسبی اشاره کرد که مهمترین آنها عبارتند از: کاهش زمان ماند آب در مخزن با تخلیه نسبتا سریع و آبگیری از لایه های تحتانی در اواخر مرداد و اوایل شهریورماه، آبگیری از لایه های تحتانی در اوایل دی ماه، جلوگیری از ورود فاضلاب های روستایی و زه آب های کشاورزی از بالادست مخزن سد.

به منظور بررسی تاثیر تغییرات دبی واحد عرض و عمق پایاب بر ابعاد حفره آبشستگی آزمایش هایی در مرکز تحقیقات آب، برای پنج دبی و چهار عمق پایاب مختلف انجام شده است. در این آزمایش ها از مدل هیدرولیکی سیستم تخلیه سیلاب سد آزاد کمک گرفته شده است. بعد از اتمام هر آزمایش ابعاد حفره آبشستگی از قبیل حداکثر عمق آبشستگی، فاصله محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی از محل جام، بیش ترین طول حفره آبشستگی و بیش ترین عرض حفره اندازه گیری گردید. با استفاده از رگرسیون های چند متغیره غیر خطی روابط مناسبی برای پارامترهای حفره آبشستگی بدست آمد. برای بررسی توانمندی مدل های بدست آمده در این پژوهش، مجموعه ای از داده های محققان دیگر نیز جمع آوری و نتایج آنها با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج حاکی از توانایی نسبی مدل های ارائه شده در این پژوهش می باشد. عرض حفره و موقعیت طولی بیش ترین عمق با استفاده از روابط توسعه داده شده در این پژوهش به خوبی پیشگویی شدند. بیش ترین عمق پیشگویی شده توسط رابطه رگرسیونی با روابط مشهور عمق آبشستگی مقایسه شد و عملکرد ضعیف تری را نشان داد. بهترین پیشگویی برای تخمین آبشستگی توسط مدل مارتینز B ارائه شد.

کمبود آب یک مشکل جهانی رو به تزاید است و افزایش جمعیت، بهبود سطح زندگی و تقاضای درحال افزایش برای کیفیت محیط زیست، دولت ها را برانگیخته تا برای مدیریت بهتر منابع آب موجود، راه کارهای بهتری را ارائه نمایند. افزون بر آن، علائق سیاسی در حال رشدی برای کاهش آب مورد استفاده در بخش کشاورزی وجود دارد که منافع محیطی کافی و افزایش رفاه دیگر مصرف کنندگان آب را به دنبال دارد. این موضوع، موجب افزایش بیشتر تجزیه تحلیل های اقتصادی، برای بررسی رفتار کشاورزان با استفاده از روشهای برنامه ریزی ریاضی، به خصوص برنامه ریاضی مثبت را در پی داشته است. در مطالعه حاضر، از روش برنامه ریزی ریاضی مثبت تصحیح شده، که برای روشهای کم آبیاری که در دوره مرجع مشاهده نشده کاربرد دارد، استفاده شد. این مطالعه در شهرستان مرودشت که با کمبود آب و کاهش سطح سفره های آب زیر زمینی مواجه است، در سال 91 انجام شد. سیاستهای اعمال شده شامل افزایش 5، 10، 15، 20 و 30 درصدی در قیمت آب آبیاری و کاهش 5، 10، 15 و 25 درصدی در مقدار آب آبیاری دردسترس بود. نتایج نشان دادند که، افزایش هزینه آبیاری و کاهش آب دردسترس، در پذیرش کم آبیاری موثر است. افزون بر آن، تاثیر سیاست کاهش آب در دسترس نسبت به سیاستهای افزایش قیمت، بر تغییر الگوی کشت بیشتر بود. لذا توصیه می شود که از سیاستهای کاهش آب در دسترس استفاده شود.

شاخص بارش معیار، شاخصی است که به طور وسیعی در مناطق مختلف جهان مورد استفاده قرار می گیرد. این شاخص، عمدتا با استفاده از مقیاس های زمانی 3، 6، 9، 12، 18، 24 و 48 ماهه به ارزیابی وضعیت خشکسالی می پردازد. با توجه به تشخیص مقیاس زمانی 12 ماهه از این شاخص، به عنوان شاخص خشکسالی مناسب استان یزد در مطالعات گذشته، در این تحقیق صرفا از مقیاس زمانی 12ماهه شاخص بارش معیار برای ارزیابی وضعیت خشکسالی در استان یزد استفاده شده است. شاخص خشکسالی SPI 12 برای طول دوره آماری 30 ساله در 28 ایستگاه باران سنجی و سینوپتیک استان یزد محاسبه شده است. برای بررسی توزیع مکانی شاخص بارش معیار 12 ماهه در استان یزد، از روش های زمین آماری معکوس فاصله، کریجینگ ساده و کریجینگ معمولی استفاده شده و این روش ها با استفاده از روش صحت سنجی متقاطع ارزیابی شده اند. نتایج نشان دادند که، برای رسم نقشه توزیع مکانی SPI 12 در سال های 79-1378، 78-1377 و 77-1376 به ترتیب شبیه های واریوگرام گوسی، گوسی و کروی روش درون یابی کریجینگ معمولی کم خطاترین شبیه ها هستند. با توجه به نقشه های پهنه بندی شدت خشکسالی، در کمترین بارش سالانه دهه 70 (سال آبی 79-1378)، بیش از 98 درصد سطح استان در وضعیت خشکسالی و در بیشترین بارش سالانه دهه 70 (سال آبی 78-1377)، بیش از 99 درصد سطح استان در وضعیت ترسالی قرار گرفته است. هم چنین در بارش سالانه متوسط (سال آبی 77-1376)، شهرهای یزد، تفت، مهریز، بافق، نایبندان و خرانق در وضعیت خشکسالی قرار دارند و به عنوان مناطق آسیب پذیر استان در برابر خشکسالی شناخته می شوند.

تراوایی یکی از فراسنجهای موثر در آبیاری سطحی است که لزوم اندازه گیری آن کاملا مشهود است. عوامل بیشماری از جمله شیب، بده، سطح مقطع و ضریب زبری مانینگ بر تراوایی موثر است. در این تحقیق از معادله کوستیاکف-لوئیز برای تراوایی، و از روش دو نقطه ای برای اندازه گیری سرعت تراوایی پذیری خاک استفاده شده است. این مطالعه در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شهرکرد انجام گرفته و شامل سه تیمار و سه تکرار در قالب طرح بلوک کامل تصادفی انجام شده است. تغییرات شیب و شکل جویچه در تیمارها و اثر آنها بر توزیع رطوبت در عمق خاک، سرعت تراوایی و روند تراوایی تجمعی در خاک بررسی شده و با استفاده از آزمون LSD تجزیه آماری صورت گرفته است. نتایج نشان دادند که کمترین سرعت تراوایی (0.00052 مترمکعب در دقیقه) و کمترین مقدار تراوایی تجمعی (0.05 مترمکعب در متر) در تیمارهای مربوط به تغییرشیب مشاهده شده اند. تغییر شیب روی تراوایی پذیری، سرعت تراوایی و سرعت تراوایی پایه (f0) اثر گذار بوده و در سطح آماری 1 درصد دارای تفاوت آماری است. تغییر سطح مقطع جویچه تفاوت معنی داری بر روی سرعت تراوایی پایه ایجاد نکرده و بر روی ضریب (k) و توان (a) معادله کوستیاکف-لوئیز، تغییرات سطح مقطع و شیب تفاوت معنی داری ایجاد نشده است. با تغییر سطح مقطع توزیع رطوبت، یکنواختی بیشتری نسبت به تغییر شیب در برداشته است.