مهندسی منابع آب
سال:1395 | دوره:9 | شماره:29 |تعداد مقالات:9

در توسعه ی پایدار سامانه های آب شهری نه تنها باید به جنبه های مختلف اقتصادی، اجتماعی، زیست محیطی و فنی توجه نمود، بلکه باید ارجحیتها و اولویت های تمامی گروه های ذینفع و ذیمدخل، اعم از مصرف کنندگان، ارائه دهندگان خدمات و دیگر سازمانهای درگیر را نیز لحاظ نمود. پیچیدگی و تعدد متغیرهایی که در مساله تصمیم گیری برای توسعه ی سامانه های آب شهری وجود دارد، لزوم به کارگیری روشهای نظام مند و کارا، که بتوانند علاوه بر در نظر گرفتن همه جنبه های تصمیم گیری، عدم قطعیت ها و عدم صراحتهای موجود را در متغیرهای تصمیم نیز به شمار می روند، مشخص می سازد. روش های تصمیم گیری چندمعیاره ی گروهی فازی (FGDM) دسته ای از ابزارهای تحلیل نظام مند هستند که بطور گسترده در حل مسائل برنامه ریزی و مدیریت منابع آب و محیط زیست به کار گرفته شده اند. در مقاله ی حاضر، در قالب یک مطالعه ی موردی، کاربرد روش تصمیم گیری چندمعیاره ی فرایند تحلیل سلسله مراتبی فازی (FAHP) در برنامه ریزی برای توسعه ی پایدار سامانه های آب شهری نشان داده شده است. هدف از مطالعه ی موردی، انتخاب نمایشنامه ی پایدار توسعه برای سامانه آب شهری یک منطقه ی فرضی به نام شهرک می باشد. در این تحقیق، با به کارگیری چهار معیار و یازده شاخص تصمیم گیری نظرات تصمیم گیرندگان در قالب پرسشنامه های تخصصی جمع آوری شده و شش نمایشنامه ی توسعه اولویت بندی گردیده اند. نتایج اجرای شبیه، که براساس نظرات خبرگان مورد صحت سنجی قرار گرفته، نشان می دهد، که روش های تصمیم گیری گروهی، مانند روش به کار رفته در این تحقیق می توانند به عنوان ابزارهای تحلیلی و توانمند، فرآیند تصمیم گیری را برای مدیران و تصمیم گیرندگان سامانه های آب شهری تسهیل ساخته، و به تحقق اهداف توسعه ی پایدار در بخش مدیریت آب شهری کمک کنند.

امروزه تاثیر پدیده ی گرم شدن جهانی و تغییر اقلیم، به خاطر افزایش گازهای گلخانه ای در نیوار، بر بسیاری از سامانه های طبیعی به اثبات رسیده است. تمامی شبیه های گردش عمومی نیوار (GCM) آینده ی گرمتری را برای کره ی زمین پیش بینی می کنند. وقوع چنین شرایطی می تواند فرایندهای آبشناسی، نظیر بارش و جریان رودها را، که یکی از اصلیترین منابع تامین کننده آب حوضه ها می باشد، تحت تاثیر قرار دهد. به دلیل تفکیک فضایی کم، یا ساده سازی برخی پدیده های خرد مقیاس در شبیه های گردش عمومی جو، این نرم افزارها نمی توانند تقریب درستی را ازشرایط آب و هوایی منطقه ی مورد مطالعه ارائه دهند، لذا، بایستی خروجی آنها تا حد ایستگاه هواشناسی ریزمقیاس گردد. در این تحقیق داده های شبیه گردش عمومی جو HadCM3 با به کارگیری نرم افزار LARS-WG طبق دو نمایشنامه ی A2 وA1B ، ریزمقیاس شده و فراسنجهای روزانه ی بارش، دمای حداقل و دمای حداکثر حوضه ی آبخیز صوفی چای برای سه دوره ی 2030-2011، 2065-2046 و 2080-2099 تولید گردیدند. جهت ارزیابی تاثیر تغییر اقلیم بر رواناب حوضه، از شبیه های هوشمند شبکه ی عصبی مصنوعی و برنامه ریزی ژنتیک استفاده شده است. نتایج حاکی از افزایش مقطعی بارش در دوره ی 2030-2011، و کاهش آن در آینده های دورتر نسبت به اقلیم کنونی، افزایش تدریجی دمای حداقل و دمای حداکثر در هر سه دوره، و کاهش اندازه ی رواناب در آینده نسبت به حال حاضر می باشند.

کمیت و کیفیت آب جزء اصول توسعه ی پایدار و مدیریت جامع حوضه ها به شمار می رود، بخصوص آبهای زیرزمینی، که از دیرباز به علت کیفیت مناسب نسبت به آبهای سطحی مورد توجه و بهره‏برداری بیشتر ب وسیله ی بشر قرار گرفته اند. در این مطالعه، به منظور بررسی کیفیت آب دشت قروه، 1816داده ی کیفیت آب، که توسط شرکت آب منطقه ای استان کردستان از 45 چاه منطقه بین سالهای 1363 تا 1391جمع آوری شده بودند، توسط نرم افزار AqQA مورد تجزیه و تحلیل، و به کمک نمودارهای پاپیر، شولر، ویلکوکس، گیس، دررو و استیف مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند، سپس به وسیله ی سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، مناسبترین روش درون یابی جهت پهنه بندی کیفیت آب از میان روش های وزن دهی عکس فاصله (IDW) با توانهای 1، 2 و 3، تابع شعاعی (RBF)، تخمین گر عام (GPI)، تخمین گر موضعی (LPI) و روش کریجینگ انتخاب گردیدند. نتایج تجزیه و تحلیل کیفی آب بر اساس نمودار پایپر نشان دادند که منطقه ی مورد مطالعه دارای رخساره ی Ca-HCO3 بوده و در گروه آبهای شیرین قرار می گیرد، تفسیر نمودار دروو نیز نشان داد که میزان املاح محلول در آب منطقه کمتر از 5500 میلی گرم در لیتر بود، که نشان از کم بودن املاح دارد. همچنین، نتایج نشان دادند که میزان شوری در منطقه ی مورد مطالعه در حد مناسب بوده و میزان خطر منیزیم نیز کم است. بر اساس نتایج حاصله از مقایسه ی روش های مختلف درون یابی، فراسنجهای کیفیت آب، روش وزن دهی عکس فاصله (IDW) با توان یک برای متغیر TH و روش تخمین گر موضعی (LPI) برای سایر پارامترهای مورد پژوهش به عنوان بهترین روش درون یابی انتخاب شدند.

امروزه با توجه به افزایش سریع جمعیت در دنیا و نیاز روز افزون جوامع به منابع آبی، طرحهای توسعه ی منابع آبی و بهگزینی آنها اهمیت بسیار زیادی پیدا کرده اند. هدف از این تحقیق به کارگیری شبیه های تصمیم گیری چند معیاره (MCDM) در بهگزینی طرحهای سدسازی می باشد. در این پژوهش به کاربرد سه دسته از این شبیه ها، شامل روش های تجمیع وزنی SAW، سازشی TOPSIS و سلسله مراتبی AHP در بهگزینی محل و نوع سدهای مخزنی بلند، با توجه به شاخص های مهم تصمیم گیری، پرداخته شده است. برای تبیین کارایی شبیه های نامبرده مطالعه ی موردی در مورد بهگزینی محل و نوع سد و نیروگاه خرسان 1 در استان چهار محال و بختیاری با استفاده از نظرات خبرگان و تصمیم گیرندگان انجام گرفته، و در نهایت، با تجمیع نتایج حاصل از هر سه روش تصمیم گیری نامبرده، و با استفاده از روش تصمیم گیری گروهی شمارش بوردا، برترین طرح انتخاب شده است. برای این منظور، ابتدا از بین 6 محور اولیه ی A تا F، نخستین غربالگری صورت گرفت. سپس سه گزینه ی سد بتنی قوسی محورD ، سد سنگریزه ای محورD  و سد بتنی قوسی محورF  از نظر 8 معیار کمی و کیفی اقتصادی و فنی با یکدیگر مقایسه شده، و در نهایت سد بتنی قوسی محورD  با استفاده از تحلیل حساسیت شبیه های مختلف تصمیم گیری به عنوان مناسبترین گزینه انتخاب شده است. نتایج این تحقیق کمک شایان توجهی به صنعت آب کشور در زمینه ی مدیریت صحیح طرحهای سدسازی با استفاده از تلفیق روش های نوین تصمیم گیری و نظرات کارشناسی می کنند.

حفره سازی مهمترین مشکلی است که به سبب سرعتهای بالای جریان در تخلیه کننده های زیرین سدها رخ می دهد. به علت بروز سرعتهای بیش از 30 متر بر ثانیه، و ایجاد فشارهای منفی در تخلیه کننده ی زیرین سد سفید رود، این مجرا متحمل آسیب های شدیدی در پوشش های خود گردیده است. در این تحقیق از روش حجم محدود به کار رفته در نرم افزار فلوئنت، شبیه جریان برای این مجرا انجام گرفته، که در آن از نرم افزار حجم سیال در حالت سه بعدی شامل جریان دو حالتی آب و هوا سود برده شده است. مقایسه ی بین نتایج شبیه عددی و اندازه گیریهای نمونه آزمایشگاهی به منظور تایید نرم افزار انجام گرفته است که به دست آمدن خطاهای کمتر از 20 درصد برای مقادیر سرعت و فشار، با توجه به هندسه ی پیچیده ی مجرا محدوده ا ی قابل قبول است. طی بازشدگیهای مختلف دریچه ی تنظیم جریان، مقادیر شاخص حفره سازی در نقاط بسیاری در پایاب دریچه در محدوده ی مقدار بحرانی 0.25 قرار گرفته است که استفاده از سامانه هوادهی در بعد از محل دریچه را ضروری می سازد. با هوادهی مناسب در این ناحیه، و کاهش سرعت جریان در مرزها، توزیع شاخص حفره سازی نسبت به حالت هوادهی نشده در حدود 6 تا 7 برابر افزایش یافته از مقدار بحرانی 0.25 به خوبی فاصله گرفته که در نهایت باعث بهبود وضعیت جریان از لحاظ ایجاد پدیده ی حفره سازی گردیده است.

برخلاف سرریزهای معمولی نفوذناپذیر، مواد فیزیکی و شیمیایی از درون سرریز های تورسنگی به پایین دست عبور می کنند، بنابراین سرریزهای تورسنگی سازه هایی با کمترین اثرات منفی بر محیط زیست بوده و به سازه های دوست دار محیط زیست معروفند. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر تغییرات شیب بالادست و پایین دست بر ضریب آبگذری جریان در سرریزهای شیب دار تورسنگی با شرایط جریان آزاد، و مقایسه با سرریزهای شیب دار نفوذناپذیر می باشد. در ابتدا، پس از شناسایی فراسنجهای موثر، رابطه ی عمومی بدون بعد توسعه داده شده است. برای این منظور، 8 نمونه ی مختلف سرریز تورسنگی و 3 نمونه ی سرریز نفوذناپذیر در یک نهر پایدار آزمایشگاهی افقی به طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 15، 0.3 و 0.5 متر مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشها برای دامنه ی وسیعی از بده، عمق بالادست، عمق پایین دست، اندازه ی مصالح، شیب بالادست و شیب پایین دست انجام گرفتند. نتایج نشان دادند که در شرایط جریان آزاد، با افزایش زاویه ی بالادست و پایین دست سرریز با راستای عمود، بار آبی روی سرریز افزایش و ضریب بده کاهش می یابد. همچنین، با افزایش اندازه ی مصالح، بار آبی روی سرریز کاهش و ضریب بده افزایش می یابد. سرانجام، با توجه به تحلیل ابعادی صورت گرفته، رابطه ای برای تخمین ضریب بده در سرریز شیب دار تورسنگی با همبستگی بالای 0.97 ارائه شده است.

هدف از این تحقیق، شبیه سازی بارش - رواناب و تحلیل اثرات کاربری اراضی بر آن با استفاده از شبیه WetSpa، و بررسی دقت نرم افزار مزبور در پیش بینی رواناب حاصل از بارش باران می باشد. معیار ارزیابی شبیه ناش - ساتکلیف برای دوره ی آماری 2003 تا 2009 و نقشه ی کاربری اراضی 2007 در تحقیق حاضر، برابر با 0.603 به دست آمد. نتایج حاصل از تغییر کاربری با استفاده از طبقه بندی تصاویر ماهواره ای نشان داد که اراضی جنگلی و کشت آبی-باغی از سال 1988 تا 2013 روند کاهشی را، به ترتیب به میزان3322.502  و 3934.386 هکتار و اراضی مرتعی و کشت دیم روند افزایشی را، به ترتیب به میزان3942.99  و  3313.9هکتار داشته اند. با توجه به تغییر نقشه ی کاربری اراضی، تغییرات بده های شبیه سازی شده با کاربرد نرم افزار مزبور شبیه در سالهای 1988، 2003، 2007 و 2013، بررسی شد. داده های هر دو سال به صورت جفتی با استفاده از آزمون آماری t جفتی مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که اختلاف معنی داری در سطح اطمینان 99% بین داده های بده ی شبیه سازی شده به واسطه تغییر نقشه یکاربری از 2003 به 2013 وجود دارد، بطوری که میانگین بده ی سالانه به واسطه ی تغییرات کاربری اراضی از 1.118 متر مکعب بر ثانیه در سال 2003 به 1.134 متر مکعب بر ثانیه در سال 2013 افزایش یافته است، بنابراین، تغییرات کاربری از ابتدا تا انتهای دوره ی مطالعاتی موجب افزایش 15 لیتر بر ثانیه (1.43 درصد) در میانگین بده ی روزانه شده است. حجم رواناب هم بطور کلی روند افزایشی را نشان داد.

یکی از منابع اطلاعاتی مورد نیاز در تعیین ویژگیهای گیتاشناسی حوضه های آبخیز داده های ارتفاعی است. شبیه رقومی ارتفاع (DEM) یکی از محصولات تصاویر ماهواره ای سنجنده ی تشعشع سنج پیشرفته ی فضابرد تابش گرمایی و بازتابی (ASTER) است. هدف این تحقیق، تعیین ویژگیهای گیتاشناسی حوضه ی آبخیز با استفاده از DEM حاصل از سنجنده ی ASTER است. بدین منظور دشت کبود راهنگ به عنوان محدوده ی مطالعاتی انتخاب شده که بخشی از حوضه ی رود قره چای بوده و با وسعت 34488km2 در شمال استان همدان قرار دارد. برای ارزیابی خروجیها، از نتایج ارائه شده به وسیله ی دفتر مطالعات آب منطقه ای استان همدان که از DEM سنجنده ی SRTMM، تصاویر هوایی سازمان نقشه برداری کشور و پردازش های سامانه ی اطلاعات جغرافیایی (GIS) استخراج شده، استفاده گردید. برای دستیابی به هدف تحقیق، با استفاده از DEM سنجنده ی ASTER، ابتدا شبکه ی آبراهه ها شامل جهت جریان و جهت جریان تجمعی تعیین شده، سپس استخراج حوضه ی آبخیز و رتبه بندی رودخانه ها صورت گرفته و در نهایت ویژگیهای گیتاشناسی حوضه ی آبخیز استخراج گردیدند. نتایج نشان دادند که مساحت حوضه 3410.43 کیلومتر مربع با 1.09 درصد خطا، محیط حوضه 406.43 کیلومتر با 5.82 درصد خطا و طول حوضه 112.82 کیلومتر با 8.28 درصد خطا محاسبه شدند. همچنین، ضریب شکل در روش های هورتون، گراولیوس، میلر و شیوم به ترتیب 0.267، 1.94، 0.259 و 0.584 محاسبه شدند و زمان تمرکز حوضه در روشهای کرپیچ، کربای-هاتاوی، برانسی-ویلیامز، کارتر و ونتورا به ترتیب 13.33، 4.86، 6.91، 46.53 و 148.57 ساعت حاصل شدند.

سرریزها به طور گسترده برای عبور سیل، اندازه گیری جریان، انحراف جریان و کنترل سطح آب در سدها، رودخانه ها و کانال های باز مورد استفاده قرار می گیرند. این تحقیق با هدف بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان در سرریزهای با مقطع افقی مثلثی لبه تیز به ازای زوایای مختلف رأس سرریز صورت گرفت. میدان جریان سه بعدی بر روی سرریزهای 30، 60، 150 و 180 درجه به صورت عددی بر مبنای شبیه آشفتگی RNG استاندارد و با استفاده از نرم افزار Flow-3D نسخه 10.0.1بررسی شد. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه رأس سرریز از 30 درجه تا 180 درجه به علت کاهش تداخل جریان عبوری با تیغه های ریزشی جانبی، اغتشاشات و گردابه های جریان کمتر می شود و از برآمدگی سطح جریان در نیم رخ طولی و اختلاف ارتفاع عرضی جریان در نیم رخ عرضی کاسته می شود و در پایاپ سرریز نیز فشار کاهش یافته و سرعت افزایش می یابد. درنهایت نتایج حاصله نشان می دهد که شبیه آشفتگی RNG در تعیین نیم رخ سطح آب در طول آب راهه پایین دست سرریز از دقت مناسبی برخوردار است.