مهندسی منابع آب
سال:1395 | دوره:9 | شماره:31 |تعداد مقالات:8

پل ها از جمله مهمترین سازه های رودخانه ای هستند. یکی ازموثرترین عوامل تخریب پل ها، آبشستگی موضعی اطراف پایه پل می باشد. همه ساله پل های زیادی در سراسر جهان به دلیل در نظر نگرفتن نقش عوامل هیدرولیکی تخریب می شوند. بر این اساس برای یک طراحی مطمئن، تخمین دقیق از عمق آبشستگی در اطراف پایه های پل ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق، آبشستگی در محل پایه های پل اعلاء مورد بررسی قرار گرفت. پل فلزی اعلاء در نزدیکی شهرستان رامهرمز بر روی رودخانه اعلاء احداث گردیده است. برای شبیه سازی دینامیک رودخانه از حل عددی معادلات یک بعدی سنت ونانت در مدل ریاضی FASTER استفاده شد. همچنین برای محاسبه عمق آبشستگی 13 رابطه تجربی پیش بینی عمق آبشستگی به صورت یک زیر برنامه به مدل اضافه شد. مقایسه نتایج نشان داد که بیشترین دقت را معادله فروهلیچ داشته است، و بعضی روابط تجربی آبشستگی قابل استفاده برای منطقه نمی باشند.

تبخیر- تعرق به عنوان یکی از اجزاء مهم چرخه هیدرولوژیک، نقش مهمی در بیلان حوضه های آبریز دارد. برای محاسبه حجم تبخیر- تعرق و نیاز آبی در گیاهان، لازم است ابتدا مقدار تبخیر- تعرق مرجع (ET0) محاسبه و اعمال ضرائبی، تبخیر- تعرق برای هر نوع گیاهی محاسبه شود. در این تحقیق، ابتدا بر اساس روش استاندارد و متداول فائو- پنمن- مونتیث و داده های هواشناسی ایستگاه تبریز، مقدار تبخیر- تعرق مرجع ماهانه در منطقه تبریز استان آذربایجان شرقی محاسبه شد. سپس با استفاده از پارامترهای هواشناسی شامل میانگین، حداقل و حداکثر دما و رطوبت نسبی، مقدار بارش، سرعت باد و ساعات آفتابی به عنوان ورودی برنامه ریزی ژنتیک و مدل درختی M5 در مقیاس زمانی ماهانه، میزان تبخیر- تعرق مرجع به عنوان خروجی مدل برآورد گردید. نتایج نشان داد که هر دو روش مذکور نتایج دقیقی (با ضریب تبیین 0.99 برای مدل درختی M5 و 0.96 برای برنامه ریزی ژنتیک) را جهت پیش بینی تبخیر- تعرق مرجع ماهانه در منطقه تبریز ارائه می دهند، ولی مدل درختی M5 روابط خطی ساده، قابل فهم و کاربردی تری برای پیش بینی تبخیر- تعرق مرجع ارائه می دهد.

سرریز جانبی به شکل یک شکاف در کناره کانال اصلی برای هدایت جریان های اضافی که بالاتر از تاج سرریز قرار دارند مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع از سازه ها در کنترل سطح جریان در شبکه های آبیاری- زهکشی، سیستم دفع فاضلاب های شهری و آبرسانی جهت شرب بکار گرفته می شوند. در این بین کانال های دایروی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار هستند، طول قابل ملاحظه ای از سیستم دفع فاضلاب و لوله های انتقال ساخته شده از مجاری دایروی است. در این مطالعه تغییرات تراز سطح آزاد، آشفتگی و میدان جریان عبوری از داخل یک کانال دایروی دارای سرریزجانبی توسط نرم افزار تجاری شبیه سازی عددی شده است. در این شبیه سازی عددی برای مدل سازی تغییرات سطح آزاد جریان از طرح VOF و برای شبیه سازی آشفتگی میدان جریان از مدل آشفتگی RNG استفاده شده است. در این مطالعه بمنظور اعتبار سنجی دقت مدل عددی، تغییرات عمق جریان در امتداد سرریزجانبی، ضریب دبی سرریزجانبی، دبی عبوری ازروی سرریز، عدد فرود در بالادست سرریز و انرژی مخصوص در ابتدای سرریز با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. مقایسه کلیه پارامترهای ذکر شده با نتایج آزمایشگاهی حاکی از دقت بسیار بالای مدل CFD در پیش بینی آشفتگی و میدان جریان عبوری از داخل یک کانال دایروی دارای سرریزجانبی است. هدف اصلی در این شبیه سازی عددی کسب درک صحیح از رفتار جریان عبوری از داخل کانال های دایروی دارای سرریزجانبی بمنظور استفاده در مسائل طراحی این نوع از سازه های هیدرولیکی است.

آلودگی آب های زیرزمینی به نیترات مشکلی فراگیر در ایران و سراسر جهان است. آلودگی نیترات آب های زیرزمینی مرتبط با فعالیت های کشاورزی از مشکلات مهم محیط زیستی در مدیریت این منابع طبیعی استبه گونه ای که این آلاینده شایع ترین آلاینده آب های زیرزمینی است. تعیین غلظت و تغییرات مکانی آن می تواند در بهره برداری و مدیریت منابع آب مفید باشد. پژوهش حاضر با هدف تعیین مقادیر و تهیه نقشه توزیع مکانی نیترات در دشت سرچهان فارس انجام شد. در این پژوهش روی هم رفته 50 حلقه چاه برای اهداف نمونه برداری انتخاب شدند و غلظت نیترات در آزمایشگاه به روش استاندارد مورد سنجش قرار گرفت. مقادیر نیترات اندازه گیری شده با استاندارد سازمان بهداشت جهانی مقایسه شد. هر چند تغییرات افزایشی یا کاهشی جزیی در غلظت نیترات برخی چاه ها مشاهده شد، اما زیر حد استاندارد سازمان بهداشت جهانی (50 میلی گرم در لیتر) بودند. به نظر می رسد غلظت نیترات در دشت از منابع غیر نقطه ای (استفاده از کودهای نیتروژنی) و منابع نقطه ای (فاضلاب شهری) متاثر شده است که بی شک مهم ترین عامل بروز آلودگی نیترات در آینده خواهند بود. الگوهای مکانی نیترات نشان داد که بیشترین مقادیر غلظت نیترات در آب های زیرزمینی در شمال شرقی و جنوب شرقی دشت سرچهان واقع شده اند. همچنین همبستگی آماری معنی داری بین غلظت نیترات با عمق چاه ها مشاهده نشد.

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 یکساله 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.

گالرکین بدون المان (EFG) و المان طبیعی (NEM) از روش های شناخته شده در زمینه مکانیک محاسباتی و روش های بدون المان می باشند. در این مقاله از روش ترکیبی گالرکین بدون المان- المان طبیعی جهت شبیه سازی مسائل سرریز در حالت دو بعدی دارای سطح آزاد زیر دریچه شعاعی جهت محاسبه پروفیل سطح آزاد و دبی آب خروجی از مجرای خروجی استفاده شده است. در روش ترکیبی گالرکین بدون المان- المان طبیعی، توابع شکل بدست امده از روش المان طبیعی بعنوان توابع وزن در روش گالرکین بدون المان مورد استفاده قرار می گیرند که باعث ایجاد خاصیت دلتای کرانیکر در توابع شکل می گردد. روش گالرکین بدون المان در حالت معمولی دارای خاصیت دلتای کرانیکر در توابع شکل نمی باشد که جهت اعمال شرایط مرزی اساسی، نیاز به استفاده از روش های خاص است. در این مطالعه، سیال عبوری، تراکم ناپذیر و غیر لزج فرض شده و نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج حاصل از روش المان محدود و نتایج عملی ارائه شده در سایر مقالات مقایسه شده است که نتایج بدست آمده دارای همخوانی جهت پروفیل سطح آزاد و دبی خروجی می باشد که نشان می دهد روش ترکیبی گالرکین بدون المان- المان طبیعی توانائی مدل کردن مسائل سرریز را دارا می باشد.

خشکسالی آب شناختی با اثرات دوره های کمبود بارش (شامل باران، برف و غیره) بر منابع آب های سطحی و زیرسطحی (جریان رودخانه، تراز دریاچه و مخازن آب و آب زیرزمینی) در ارتباط می باشد. فراوانی و شدت خشکسالی آب شناختی اغلب در مقیاس حوضه رودخانه و آبخیز تعریف می گردد. شاخص ها و روش های گوناگونی برای توصیف خشکسالی آب شناختی معرفی شده اند. در این بررسی، یک روش شناسی برای توصیف شدت خشکسالی های آب شناختی استفاده شده است و شاخص خشکسالی جریان رودخانه نامیده می شود. ارزیابی امکان پیش بینی خشکسالی آب شناختی به دو شیوه انجام گرفته است. روش نخست برپایه فرض فراهم بودن داده های واقعی از جریان رودخانه و روش دیگر برپایه فرض فراهم نبودن داده های واقعی از جریان رودخانه و با امکان بهره گیری از متغیر هواشناختی (بارش) می باشد. در روش شناسی نخست از زنجیره مارکوف و در روش شناسی دیگر از توسعه یک تابع خطی از متغیر خشکسالی هواشناسی برای پیش بینی متغیر خشکسالی آب شناختی استفاده شده است. روش شناسی اخیر که بخش اساسی پژوهش را تشکیل می دهد بوسیله کالیبراسیون روابط بارش- جریان رودخانه در شاخص های خشکسالی هواشناسی (متغیر مستقل) و شاخص خشکسالی جریان رودخانه (متغیر وابسته) در یک معادله رگرسیون می باشد. این روش شناسی با استفاده از داده های قابل اعتماد رودخانه های دائمی نساء و فاشکوه (تلنگو) در حوضه آبریز کویر لوت (ایران) اعتبار سنجی گردیده است. نتایج بیانگر آنست که کالیبراسیون روابط بارش-جریان رودخانه به خوبی امکان پیش بینی خشکسالی آب شناختی را در موارد عدم موجودیت داده های جریان رودخانه فراهم می سازد. یک واقعیت مهم در این حوضه آبریز آنست که پیش بینی خشکسالی برای تمام دوره مرطوب (اکتبر تا مارس) بسیار موفق است و کمبود بارش می تواند به خوبی خشکسالی هیدرولوژیکی را مورد پیش بینی قرار دهد. علاوه بر آن، به دلیل کمبود انبارش و ماندگاری برف در حوضه آبریز مورد مطالعه که کسری بارش در دوره خشک را جبران و بر فعالیت های هیدرولوژیکی موثر است، پیش بینی حالت های خشکسالی برای سایر دوره ها نیز با روش شناسی زنجیره مارکوف موفق است.

با توجه به اهمیت پیش بینی بارش، نیاز به وجود آمار دارای کیفیت مناسب، یا با طول بسنده در مطالعات آبشناسی و اینکه نبودن داده های ثبت شده ARIMA بارش در بسیاری از حوضه های آبخیز، استفاده از گروه های زمانی بارش تولید شده با شبیه هایی، مانند زنجیره مارکوفی برای تولید بارش در یک ایستگاه موضوعی مهم و متداول شده است. با توجه به ضریب اهمیت و تاثیر زیاد توزیع مکانی بارندگی در ویژگی های آب نگار خروجی از یک حوضه آبخیز، تولید بارش در چند ایستگاه به صورت همزمان اهمیت ویژه ای دارد. در این تحقیق، از شبیه فرایند نقطه ای زمانی- مکانی (STNSRP) برای تولید بارش در مقیاس زمانی روزانه، با درنظر گرفتن وابستگی مکانی بارش در حوضه آبخیز والنات گالچ ایالات متحده برای یک گروه زمانی بارش طولانی مدت (50 ساله) در 20 ایستگاه باران سنجی استفاده شده است: 14 ایستگاه به عنوان ایستگاه واقعی و 6 ایستگاه به عنوان نقاط مجازی در نظر گرفته شدند. سپس آماره های مختلف مانند میانگین، واریانس و احتمال روز خشک برای بارش تولید شده و مشاهداتی در هر یک از ایستگاه ها در ماه های مختلف سال با هم مقایسه گردیدند. همچنین با استفاده از روش IDW، نقشه بارش با استفاده از بارش باریده در ایستگاه های مجازی و سایر ایستگاه های موجود در منطقه تولید، با نقشه بارش باریده با فرض وجود همه ایستگاه ها مقایسه شدند. نتایج نشان دادند که نقشه بارش تولید شده با درنظر گرفتن بارش باریده در ایستگاه های مجازی نسبت به نقشه بارش تولید شده بدون این ایستگاه ها، تنها با درنظرگرفتن ایستگاه های موجود، خطای کمتری را دارد.