مهندسی منابع آب
سال:1398 | دوره:12 | شماره:43 |تعداد مقالات:12

در این تحقیق، متدولوژی جدیدی برای تخصیص آب و بار آلودگی در رودخانه ها با لحاظ ذی نفعان مختلف، برمبنای یک مدل بهینه سازی چندهدفه، مدل شبیه سازی QUAL2K و سه روش مختلف تئوری بازی ها (گزینش اجتماعی بردا، مدل بازی نش و مدل بازی نش هرسنی)، ارائه شده است. مدل مذکور شامل تدوین و کالیبراسیون مدل شبیه سازی کیفی چند شاخصه رودخانه، شبیه سازی مونت کارلو، بهینه سازی چندهدفه تخصیص آب و بار آلودگی و مدل های چانه زنی بین گروداران می باشد. پس از تعیین گروداران، منحنی تعامل بین اهداف با تدوین مدل بهینه سازی چندهدفه تعیین شده است. سپس مجموعه توافق براساس اولویت های گروداران تشکیل شده و توسط روش های گزینش اجتماعی بردا، مدل بازی نش و نش هرسنی، مطلوب ترین استراتژی تخصیص با لحاظ نظر تصمیم گیران تعیین شده است. تحلیل حساسیت ها نشان داد که مهم ترین پارامتر غیرقطعی مسأله، دبی بالادست رودخانه است. لذا با توجه به بازه تغییرات داده های مشاهداتی طی سال های 75 تا 85 و براساس تغییرات محتمل در دبی رودخانه در ماه بحرانی (مرداد ماه)، 6 سناریوی عدم قطعیت لحاظ و مدل به ازای آن ها اجرا گردید. نتایج حاصله از وضعیت شاخص کیفی DO و TSS بعد از اعمال تخصیص بهینه، نشان داد که اعمال سیاست-های تخصیص طبق متدولوژی پیشنهادی قادر است در نقطه کنترل کیفی پنجم، مقدار DO را تا 41%، و مقدار TSS را تا 38% بهبود بخشد. هم چنین وضعیت شاخص کیفی BOD در اکثر نقاط کنترل کیفی به مقدار کمی بهبود یافته است. نتایج کاربرد مدل پیشنهادی در رودخانه کر واقع در استان فارس، نشان دهنده کارایی مناسب آن در تعیین سیاست های تخصیص آب و بار آلودگی بوده است.

آزمایش های مزرعه ای به منظور شناخت شرایط موجود سامانه های زهکشی مفید هستند، اما محدودیت های قابل توجهی نیز دارند. از جمله اینکه، این آزمایش ها را نمی توان برای پیشبینی استفاده کرد. کاربرد مدل های شبیه سازی این محدودیت ها را تا حدود زیادی برطرف می کند. اما قبل از کاربرد چنین مدل هایی، درستی نتایج بدست آمده از آن ها باید با نتایج آزمایش های مزرعهای مقایسه گردد. در این پژوهش از الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات و الگوریتم ژنتیک برای پیش بینی بارهیدرولیکی استفاده شده است. بدین منظور مزرعه 11-9R از مزارع نیشکر دعبل خزاعی انتخاب و تعدادی پیزومتر در فواصل مختلف از جمع کننده زهاب و در اعماق 2/2، 3، 4و 5 متری از سطح زمین نصب شد. تغییرات بار هیدرولیکی پیزومترها، و همچنین پارامترهای ورودی مدل شامل حجم آب آبیاری و دبی زهکش ها از مهر 1392 تا آذر 1393 بصورت روزانه برداشت شد. نتایج نشان داد که بالاترین دقت در پیش بینی بارهیدرولیکی مربوط به الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات می باشد. به طوری که مقدارمیانگین RMSE اعماق مختلف بین مقادیر اندازه گیری شده و شبیه سازی شده با الگوریتم های بهینه سازی تجمع ذرات و ژنتیک به ترتیب برابر 098/0و 114/0 و مقدار میانگین ضریب R^2 در اعماق مختلف برای الگوریتم های بهینه سازی تجمع ذرات و ژنتیک به ترتیب برابر 991/0و 94/0 بدست آمد. همچنین نتایج آزمون آماری مقایسه میانگین ها بین داده های اندازه گیری و شبیه سازی شده نشان می دهد، بین هیچکدام از مقادیر پیش بینی شده توسط مدل ها با داده های اندازه گیری شده اختلاف معنی داری وجود ندارد.

در این تحقیق، با استفاده از مدل عددی فلوئنت به شبیه سازی میدان جریان حول تک صفحه مستغرق در کانال مستقیم، کانال قوسی بدون آبگیر و کانال قوسی با آبگیر پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد در حالت قرارگیری صفحه در مسیر مستقیم با زاویه ° 20، دو سلول چرخشی هم جهت در دو طرف صفحه قابل مشاهده است. در حالت قرارگیری صفحه با زاویه برخورد ° 40، علاوه بر دو سلول چرخشی ذکر شده یک گردابه نعل اسبی با جهت مخالف 2 سلول چرخشی قبلی در لبه پایینی سمت کم فشار صفحه ایجاد می شود که ابعاد آن در مقابل دو سلول قبلی کوچکتر است. با قرارگیری صفحه در قوس در حالتی که صفحه با جهت غالب جریان زاویه 20 و 40 درجه بسازد، جریان ثانویه باعث افزایش ابعاد دو سلول دو طرف صفحه شده که بیانگر افزایش کارایی صفحه در قوس است. در حالت وجود آبگیر جانبی در مسیر قوسی مکش ایجاد شده توسط آبگیر جانبی، باعث کاهش ابعاد گردابه های دو طرف صفحه می شود.

استفاده بیش از حد از سوخت های سنگواره ای، افزایش جمعیت جهان و به تبع آن گسترش روزافزون فعالیت های صنعتی برای تأمین رفاه و نیازهای جمعیت کره ی زمین، موجب افزایش غلظت گازهای گلخانه ای، به ویژه CO2در چند دهه اخیر شده است. این افزایش در گازهای گلخانه ای موجب بروز پدیده ای به نام تغییر اقلیم گردیده است. هدف از این تحقیق بررسی اثر تغییر اقلیم با استفاده از خروجی سه شبیه اقلیمیMPI-ESM-MR، CANESM2 و CCSM4 برگزیده از مجموعه ی مدل های CMIP5در دو دوره ی آینده ی نزدیک (2020-2049) و آینده ی دور (2070-2099) تحت نمایشنامه های واداشت تابشیRCP2. 6، RCP4. 5، RCP8. 5 بر بارش، دمای حداقل و دمای حداکثر است. برای شبیه سازی فراسنج های اقلیمی حوضه ی زرینه رود داده های این سه شبیه با شبیه LARS-WG ریزمقیاس شدند. با توجه به آماره های ارزیابی نشان داده شد که شبیه اقلیمی MPI-ESM-MR نسبت به دو شبیه دیگر از عملکرد بهتری برای شبیه سازی فراسنج های اقلیمی برخوردار است. در ادامه، با بررسی نتایج به دست آمده، روند دما با افزایش و بارش، با افزایش و کاهش در شبیه های مختلف روبرو شد. ایستگاه سقز نسبت به تکاب روند شدیدتری را در شبیه سازی نشان داد، به گونه ای که دما در این ایستگاه به طور متوسط 0. 5 تا 1. 5 درجه ی سانتی گراد افزایش بیشتری را نسبت به ایستگاه تکاب نشان داده، و در بارش هم در شبیه های کاهشی 10 تا 80 میلی متر کاهش، و در شبیه های افزایشی 5 تا 10 میلی متر افزایش را نسبت به تکاب نشان می دهد. همچنین دمای حداقل نسبت به دمای حداکثر افزایش بیشتری را در هر دو ایستگاه نشان می دهد.

دامنه های حوزه های آبخیز در طبیعت دارای هندسه مرکب هستند. شکل پلان (همگرایی، واگرایی و موازی) و میزان انحنای دامنه(مقعر، صاف و محدب)، نه شکل مختلف دامنه های مرکب را تشکیل می دهند. جهت بررسی میزان رواناب سطحی و زیر سطحی دامنه ها، طبق مکانیسم دانی بلاک نیازمند جداسازی منطقه اشباع از منطقه غیر اشباع می باشد. زمان پیمایش جریان زیر سطحی و سطحی دامنه ها یک پارامتر کلیدی در تخمین رواناب دامنه هادر بسیاری از مدل های بارندگی-رواناب مانند مدل های هیدروگراف واحد لحظه ای می باشند. در این تحقیق یک مدل جدید به نام گاما با هندسه و معادلات ساده تر به کار گرفته شد. در این مدل معادلاتی تحلیلی جهت محاسبه طول منطقه اشباع(SZL) و زمان پیمایش دامنه های مرکب(STT) ارایه شد. نتایج مدل اشباع پذیری و زمان پیمایش مدل پیشنهادی گاما با مدل زیگما و w که در تحقیقات گذشته ارایه شده بود مورد مقایسه قرار گرفت. برای ارزیابی دو مدل گاما و زیگما، مدل W به عنوان مبنا قرار گرفت و از دو معیار ریشه میانگین مربع خطاها(RMSE) و ضریب کارایی ناش(CE) استفاده گردید. متوسط مقدار RMSE برای تخمین SZL طبق مدل گاما و زیگما به ترتیب 0. 84و 0. 82 متر می باشند. متوسط مقادیر CE برای محاسبه پارامتر STT برای مدل گاما و زیگما به ترتیب 0. 79 و 0. 72 است که ارزیابی از نوع خوب می باشد. مدل گاما نتایج بسیار نزدیکی به مدل زیگما دارد ولی برای دامنه های واگرا صاف و محدب پیشنهاد نمی گردد.

با وجود مطالعات فراوانی که تاکنون در بهره برداری از مخازن انجام شده است، به دلیل تمایل محققان به کاهش خطا در محاسبات، این موضوع هنوز جای مطالعه و بررسی داشته و مورد علاقه محققین آب می باشد. در این راستا استفاده از توانمندی الگوریتم های فراکاوشی که عموماً برگرفته از طبیعت هستند و در مسائل پیچیده و مسائل بهینه سازی مورد استفاده قرارمی گیرند. در سالهای اخیر به شدت مورد توجه واقع گردید. از اینرو در پژوهش حاضر سعی گردیده است که تخصیص بهینه منابع آب مخازن چاه نیمه سیستان تحت سناریوهای مدیریتی با استفاده از تکنیک فرا ابتکاری کرم شب تاب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحقیق نشان می دهد که بهترین مقدار تابع هدف 2309/66 میلیون متر مکعب بوده است. همچنین در سالهای اولیه مقدار رهاسازی بهینه الگوریتم کرم شب تاب به میزان 29. 1376 میلیون متر مکعب با میزان تقاضا 98. 3121 میلیون متر مکعب به دست آمده که به مقدار 69. 1745 میلیون متر مکعب عدم تامین نیاز وجود داشته است. نتایج ارزیابی سناریوهای مختلف مدیریتی نشان داد که در صورت اجرای این طرح ها، مقدار آب تخصیص یافته به بخش کشاورزی کاهش چشم گیری خواهد داشت. از اینرو پیشنهاد می گردد که با گسترش حقابه ایران از افغانستان بتوان بر مشکلات و خشکسالی های چند دهه اخیر فائق آمد.

با توجه به کاهش کمی و کیفی منابع آب در استان یزد، چاره ای جز تغییر دیدگاه به سمت مدیریت مصرف وجود ندارد. جداسازی آب آشامیدنی از آب غیرآشامیدنی یکی از مؤلفه های مدیریت کمی و کیفی مصرف را تشکیل می-دهد. سناریوهای تفکیک آب آشامیدنی و غیرآشامیدنی با استفاده از نرم افزار تحلیل شبکه EPANET در منطقه ی صفائیه یزد مورد بررسی فنی و اقتصادی قرار گرفت. سناریوها شامل شبکه ی دوگانه توزیع آب و جایگاه-های دولتی برداشت آب شرب می باشد. نتایج تحلیل اقتصادی روش ها با استفاده از شاخص ارزش فعلی خالص(NPV) نشان داد که هر دو روش دارای شاخصNPV مثبت است که این نشان دهنده موفق بودن پروژه ها از نظر اقتصادی می باشد. در رابطه با مقایسه قیمت فروش آب شرب، روش شبکه دوگانه با قیمت تمام شده هر مترمکعب 4700 تومان نسبت به روش جایگاه های دولتی برداشت آب با قیمت 4900 تومان، دارایNPV بالاتر و اقتصادی تر می باشد. میزان هزینه های برآوردی در منطقه پایلوت نشان داد که روش اول پرهزینه تر از روش دوم می باشد ولی پارامترهایی از جمله کهولت سن افراد، سهولت دسترسی مردم به آب شرب، پذیرش اجتماعی شبکه دوگانه نسبت به روش جایگاه های دولتی برداشت آب از مقبولیت بیشتری برخوردار است. با اجرای این پروژه می-توان با تعرفه پلکانی قیمت آب آشامیدنی و سهمیه بندی آب بهداشتی، فرهنگ صرفه جویی مصرف آب را به مراتب عادلانه تر از وضعیت کنونی مدیریت کرد.

افزایش حجم ورودی آب رودخانه به سد در فصول پرآبی سبب گل آلودگی در قسمت های ورودی آب به سد می گردد. تأثیر آب شفاف و کدر روی سهم پریفیتون ها که در تغذیه آبزیان و همچنین در تصفیه آب های آلوده نقش مهمی دارند، از اهمیت ویژه ای برخوردار است به گونه ای که در آب های شفاف فراوانی بیشتری نسبت به آب های کدر دارند. در این مقاله با استفاده از تصاویر سنجنده سنتینل-2 و بهره گیری از ویژگیهای رفتار طیفی آب کدر و شفاف و تاکید بر کمیت های آماری به آشکارسازی آنها در سد سفیدرود طی دو فصل بهار (17 فروردین 1396) و تابستان (22 شهریور 1396) پرداخته میشود. در این راستا، پس از اعمال پیش پردازش های مورد نیاز (تصحیح هندسی و رادیومتریکی)، با بررسی منحنی رفتار طیفی این دو پدیده و همچنین شاخصOIF، ترکیب های رنگی بهینه تشخیص داده شدند. براین اساس، مناسبترین ترکیب رنگی حاوی بیشترین حجم اطلاعات برای فصل بهار، ترکیب رنگی (a4، 8، 8) و برای فصل تابستان، ترکیب رنگی (8، 1، a8) مشخص گردید. از طرف دیگر، با استفاده از مطالعه رفتار طیفی آب کدر و شفاف، در محدوده طول موج های 4/0 تا 87/0 میکرومتر (باندهای 1 تا a8)، این دو پدیده به خوبی قابل تفکیک از هم و سایر پدیدها هستند بنابراین، شاخص NDVI که تفاضل استاندارد شده محدوده طیفی مادون قرمز نزدیک(باند 8) و قرمز مرئی(باند 4) را بررسی می کند جهت آشکارسازی آب کدر و شفاف مورد توجه قرار گرفت و درنهایت از طریق اعمال آستانه هایی روی آن، آب کدر و شفاف از هم متمایز شدند.

وقوع آبشستگی موضعی در اطراف پایه ها یکی از دلایل عمده ی عدم پایداری پل ها می باشد. ارائه روش های مناسب به منظور پیش بینی و کنترل عمق آبشستگی از مسائلی است که بسیار مورد توجه بوده و روش های مختلفی برای کنترل آبشستگی اطراف پایه های پل پیشنهاد شده است. در مطالعه ی حاضر اثر استفاده از آستانه اریب و تخت در کاهش آبشستگی اطراف پایه پل استوانه ای در شرایط آب صاف، در رسوبات غیر چسبنده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. آستانه در پایین دست پایه قرار داده شده و میزان اثر آن بر کاهش آبشستگی با تغییر فاصله بین پایه و آستانه و همچنین تاثیر شکل هندسی آستانه مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این تحقیق از پایه ایی به قطر 50 میلی متر برای پایه پل استفاده شده است. نتایج نشان می دهد نصب آستانه در کنترل آبشستگی موثر بوده است. همچنین مقدار فاصله و شکل آستانه بیشترین تاثیر را کاهش میزان آبشستگی داشته است. قرار گیری آستانه تخت و اریب در پشت پایه به ترتیب باعث کاهش 11و 16 درصدی در حداکثر مقدار عمق آبشستگی شده است. با افزایش فاصله آستانه اریب تا پایه پل از اثر محافظتی آن کاسته می شود. همچنین آستانه اریب به مقدار بیشتری حجم آبشستگی اطراف پایه را نسبت به آستانه تخت کاهش می دهد و از توسعه ی حفره ی آبشستگی به بالا دست جلوگیری می کند.

در این مطالعه اثر تغییرات اقلیمی بر دما، بارندگی و رواناب در حوضه درودزن در شمال شرق استان فارس بررسی شده است. تغییرات دما و بارندگی در دو دوره آتی میانی و دور با استفاده از مدل 15 مدل گردش عمومی جو فاز 3 (CMIP3)، تحت سه سناریو انتشار گازهای گلخانه ای A2، B1 و A1B، ریز مقیاس نمای شده و مورد مطالعه قرار گرفت. تفاوت در میزان تغییرات دما و بارندگی در این دو دوره نسبت به مقادیر مشاهداتی در 15 مدل حاکی از وجود عدم قطعیت در نتایج می باشد. برای کاهش این عدم قطعیت و محدود کردن نتایج برای مدیریت و برنامه ریزی منابع آب، رویکرد گروهی مورد توجه قرار گرفت. برای تهیه رویکرد گروهی، از پارامترهای فایلهای سناریو 15 مدل فوق میانگین گرفته شد. به طوری که یک مدل جدید اقلیمی با عنوان میانگین گروهی چند مدله برای هر دوره به دست آمد. سپس روانابهای این دو دوره، تحت رویکرد مذکور، با استفاده از شبکه عصبی پیشخور تولید شد. نتایج نشان از افزایش میانگین ماهیانه دمای حداقل و حداکثر هر دو دوره تحت سه سناریو، دارد. در اکثر مدل ها، بارندگی در ماه های اولیه سال های میلادی کاهش و در فصل بهار افزایش، می یابد. به طور کلی میانگین بارندگی سالانه در این دو دوره تحت سه سناریوی انتشار، کاهش نشان داد. حداکثر مقدار کاهش در دوره آتی دور بود. علاوه بر این، رواناب دو دوره آتی نیز در اغلب سال ها کاهش نشان می دهد.

در این مقاله، دو متدولوژی بهینه سازی بهره برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی تدوین شده است. متدولوژی پیشنهادی اول، شامل مدلی بهم پیوسته است که قادر است سیاست های مدیریت عرضه و تقاضای آب را به صورت توامان در نظر گرفته و تحلیل نماید. در این مدل، تصمیم های بهینه برای بهره برداری توامان از سیستم مخزن-رودخانه-آبخوان در سطح حوضه آبریز برای شرایط توسعه سیستم تأمین آب و افزایش تقاضاها تعیین شده است. همچنین، سناریوهای مختلف تغییر اقلیم را به منظور ارزیابی سیستم در شرایط مختلف در نظر گرفته است. در این مدل، با استفاده از مدل بهینه سازی چند هدفه NSGA-II، تخصیص آب سطحی و زیرزمینی با رویکرد برنامه ریزی آرمانی چندهدفه و برای دوره 10 ساله در شرایط اقلیمی مختلف، تعیین گردیده است. برای تحلیل مدل بهینه سازی، شاخص های عملکردی برای سیستم در ساختار بهره برداری تلفیقی به منظور ارزیابی و رتبه بندی رویکردهای بهره برداری تعیین گردیده است. در انتها، با استفاده از روش امتیازدهی بردا، مناسب-ترین جواب بر روی منحنی تعامل به دست آمده بین هدف های مختلف، انتخاب می گردد. در مدل دوم، علاوه بر تصمیم های بهینه برای بهره برداری توامان از سیستم مخزن-رودخانه-آبخوان در سطح حوضه آبریز برای شرایط توسعه سیستم تأمین آب و افزایش تقاضاها، در قالب قواعد بهره برداری و منحنی های فرمان در بازه زمانی ماهانه تا هفتگی ارائه شده است. در انتها، با استفاده از مدل چانه زنی بازگشتی، مناسب ترین جواب از روی منحنی تعامل به دست آمده بین توابع هدف ذی نفعان مختلف تعیین شده است.

جریان های گل آلود، جریان های ثقلی هستند که اختلاف چگالی یا اختلاف وزن واحد حجم بین دو سیال بواسطه رسوبات معلق می باشد. به واسطه فراوانی این جریان ها در طبیعت، شناخت و بررسی خصوصیات و عوامل مؤثر بر آن امری ضروری و اجتناب نا پذیر می باشد. ایجاد مانع در مسیر جریان غلیظ می تواند بر روی مشخصات جریان چگال از جمله میزان اختلاط و چگالی جریان تأثیر داشته باشد. در این مقاله، با استفاده از نرم افزار Flow-3D به بررسی تأثیر مانع ذوزنقه ای شکل در ویژگی های جریان گل آلود به خصوص میزان اختلاط آن، پرداخته شده است. به منظور صحت سنجی، نتایج مدل عددی حاضر با نتایج کار آزمایشگاهی ناجی ابهری و همکاران (1394) مقایسه گردید. بررسی نتایج نشان دهنده آن است که قرار گیری مانع ذوزنقه ای سبب افزایش مقدار انرژی آشفتگی به میزان حدود 1000 درصد، نسبت به حالت بدون مانع می گردد. نمودار تغییرات چگالی در عمق برای کانال با مانع و بدون مانع، حاکی از آن بود که چگالی جریان عبوری در حالت با مانع کمتر از حالت بدون مانع می-باشد. همچنین با افزایش یک درصدی میزان ارتفاع مانع ذوزنقه ای، به طور میانگین 2 درصد انرژی آشفتگی افزایش می یابد و با افزایش یک درصد زاویه ورودی مانع، متوسط 36/1 درصد افزایش انرژی آشفتگی را در پی دارد. بررسی نتایج حاصل از شبیه-سازی انجام شده با سرعت های مختلف بیانگر آن بود که با افزایش یک درصدی سرعت ورودی جریان آب زلال، به طور میانگین میزان انرژی آشفتگی 9/2 درصد افزایش می یابد.