مهندسی منابع آب
سال:1390 | دوره:4 | شماره:8 |تعداد مقالات:8

تخمین تراز سطح ایستابی از مسایل مهم و اساسی است که در برنامه ریزی کشاورزی، مدیریت منابع آب و تعیین نیاز آبی گیاهان بویژه در مواردی که از راهکارهای کم آبیاری بهره برده شود، دارای اهمیت فراوانی است. آگاهی از تراز سطح ایستابی می تواند در شوری و ماندابی شدن زمین و حتی زهکشی اراضی مفید باشد. در تحقیق حاضر از سامانه های هوشمند استنتاج عصبی- فازی تطبیقی، شبکه های عصبی مصنوعی و برنامه ریزی ژنتیک برای تخمین تراز سطح ایستابی دشت شبستر در استان آذربایجان شرقی، واقع در شمال غرب ایران بهره وری گردیده است. در این تحقیق از اطلاعات 20 پیزومتر که دارای آمار بالای 17 سال بودند، استفاده شده است. نتایج حاصل حاکی از توانایی مطلوب برنامه ریزی ژنتیک در تحلیل پدیده غیرخطی تغییرات تراز سطح ایستابی است. با توجه به شاخص های آماری به کار گرفته شده در تحقیق حاضر، شبکه عصبی مصنوعی و نیز سامانه عصبی- فازی تطبیقی و برنامه ریزی ژنتیک قادر به تخمین دقیق تراز سطح ایستابی بوده و با وجود برخی تفاوت های جزیی در دقت حاصل از به کارگیری این سه روش، که روش برنامه ریزی ژنتیک را به عنوان بهترین روش پیشنهاد می نماید، هر سه روش از دقت قابل قبولی برخوردارند. نتایج نشان دادند که شبیه عصبی- فازی به عنوان بهترین شبیه در تخمین های مبتنی بر داده های 3 ماه قبل بوده و شبیه ژنتیک و عصبی مصنوعی به ترتیب در مراتب بعدی قرار دارند. همچنین راه حل های صریحی که نشانگر ارتباط بین متغیرهای ورودی و خروجی می باشند، بر مبنای برنامه ریزی ژنتیک ارائه گردیده اند که این امر بر ارجحیت شبیه های ژنتیک بر دو شبیه دیگر می افزاید.

رابطه بین عمق سطح ایستابی و تبخیر از سطح خاک در اغلب مناطق خشک و نیمه خشک بسیار مهم است. در این مناطق به علت آبیاری بیش از حد نیاز، اغلب سطح ایستابی نزدیک زمین است که باعث شوری خاک می شود. در این مطالعه از یک شبیه فیزیکی سطح ایستابی برای تعیین شدت تبخیر در خاکهای لوم شنی، لومی و لوم رسی در گلخانه و برای سه سطح ایستابی 40، 60 و 80 سانتی متری استفاده شده است. تبخیر از سطح خاک، تبخیر از سطح آزاد، رطوبت سطحی (اندازه گیری با استفاده از TDR)، دمای بیشینه و دمای کمینه به مدت 74 روز و به صورت روزانه اندازه گرفته شدند. سپس چندین روش غیرخطی شامل وایازی (رگرسیون) خطی محلی، شبکه عصبی با دو لایه برگشتی، شبکه عصبی با کاهش شیب توام و شبکه عصبی با الگوریتم یادگیری BFGS با استفاده از آزمون گاما توسعه داده شدند. برای اعتبارسنجی شبیه ها نیز از شاخص های آماری جذر میانگین مربعات، میانگین قدرمطلق خطا و ضریب تبیین استفاده شد. نتایج هماهنگی مناسبی را بین نتایج اندازه گیری و پیش بینی نشان دادند.

عمده ترین عامل مصرف منابع آبی در مناطق خشک و نیمه خشک تبخیر- تعرق است، لذا آگاهی از روند تغییرات و پیش بینی این فراسنج و سایر فراسنجهای اقلیمی موثر بر آن نقش موثری را در برنامه ریزی، توسعه و مدیریت منابع آب ایفا می کند. هدف اصلی این تحقیق در مرحله اول بررسی روند تغییرات، در مرحله دوم پیش بینی ETo سالانه با استفاده از رگرسیون چندمتغیره بین فراسنجهای موثر بر تبخیر- تعرق در شش ایستگاه سینوپتیک ایران، شامل مشهد، شیراز، تبریز، کرمانشاه، خرم آباد و ارومیه می باشد. از آن جایی که روند فراسنجهای اقلیمی در اقلیم های مختلف متفاوت است، حتی الامکان از ایستگاه هایی استفاده شده است که همگی در اقلیم نیمه خشک و تا حد امکان دارای آمار طولانی مدت می باشند. برای محاسبه روند از روش کمترین مربعات خطا بهره گرفته شده است. برای پیش بینی تبخیر- تعرق کل دوره آماری (L) به دو قسمت تقسیم شد: 1- دوره (L-5) سال ابتدایی، که از این دوره جهت واسنجی ضرایب تابع چندمتغیره استفاده شد. 2- پنج سال انتهایی که برای پیش بینی ETo و ارزیابی معادلات رگرسیونی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج بررسی روند نشان داد که در بیشتر ایستگاه ها دماهای بیشینه، کمینه و تبخیر- تعرق افزایش و بارندگی و رطوبت نسبی روند کاهشی داشته اند. پیش بینی ETo سالانه با استفاده از رگرسیون چندمتغیره بطور کلی نشان از توافق خوب بین ETo سالانه تخمین زده شده با استفاده از معادله پنمن- مانتیت و روش مذکور با خطای نسبی کم می باشد. مقادیر خطای نسبی در ایستگاه مشهد بین -4.1 تا 2.4، شیراز بین -1.6 تا 0.9، تبریز بین -0.5 تا 2.4، کرمانشاه بین -2.3 تا 0.7، خرم آباد بین -0.1 تا 2.9 و ارومیه بین -2.3 تا 2.8 محاسبه شدند. بنابراین به آسانی می توان با استفاده از معادلات رگرسیونی تبخیر- تعرق را با دقتی مناسب پیش بینی کرد.

در مطالعه حاضر به منظور بررسی خشکسالی ها از شاخص بارش استاندارد (SPI) در دو مقیاس زمانی 3 و 12 ماهه و داده های بارش 119 ایستگاه واقع در داخل کشور با طول دوره آماری مشترک 32 ساله (1384-1353) استفاده گردید. نتایج نشان دادند که تعداد خشکسالی ها در فواصل زمانی کوتاهتر بیش از تعداد آنها در فواصل زمانی طولانیتر نیز می باشند. بررسیها در دوره آماری فوق نشان دادند که خشکسالی یک ویژگی اقلیمی است که در دوره های زمانی خاصی به وقوع می پیوندد. در سالهای اخیر، تکرار خشکسالی در ایران افزایش داشته ولی از شدت آن کاسته شده است. همچنین، مشخص شد که تکرار خشکسالی ها در مناطق مرکزی، جنوبی، جنوب شرقی و شرقی کشور نسبت به سایر مناطق بیشتر است. در ادامه، با پهنه بندی خشکسالی های حاصل از SPI به روش کریجینگ با واریوگرامهای کروی، نمایی، گوسین و توانی مشخص شد که در مقیاس 12 ماهه، واریوگرام دایره ای و در مقیاس 3 ماهه واریوگرام نمایی نتایج قابل قبولی از خود نشان دادند. مقادیر جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، دقت شبیه های برازش داده شده (MAE) و انحراف نتایج از مقادیر واقعی (MDE) در دوره زمانی یک ساله به ترتیب 0.857، 0.672 و 0.31 میلی متر و در دوره زمانی سه ماهه 0.941، 0.714 و -0.002 میلی متر بود. با توجه به نتایج پهنه بندی به نظر می رسد که بخش های مرکزی، جنوبی و قسمت هایی از شرق کشور از استعداد حساسیت بیشتری نسبت به خشکسالی ها در مقایسه با سایر نواحی ایران برخوردار می باشند. پهنه بندی خشکسالی ها در ایران نشان داد که در مقیاس سالانه بیشترین مقدار مساحت کشور در پهنه خشکسالی ها از نوع خفیف بوده است، در حالی که خشکسالی های شدید و بسیار شدید، نمود چشمگیری نداشته اند. با عنایت به نتایج حاصله از پهنه بندی، بطور متوسط 61 درصد از مساحت ایران در سالهای مورد بررسی در پهنه طبقات مختلف خشکسالی قرار داشته است.

نیترات یکی از شایع ترین و عمده ترین آلاینده های غیرمتمرکز منابع آبی است. یکی از منابع اصلی تولید آن فعالیتهای کشاورزی و استفاده از کودهای ازته می باشد. به دلیل وفور فعالیتهای کشاورزی در دشت زیدون واقع در جنوب شرق استان خوزستان، غلظت نیترات در منابع آبی این دشت مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، نمونه برداری از منابع آب در دو فصل خشک و تر انجام شد، و نمونه ها مورد آزمایش قرار گرفتند. تجزیه و تحلیل نتایج تجزیه نمونه ها با استفاده از روشهای ترسیمی و آماری با کاربرد نرم افزارهای ArcGIS و SPSS صورت گرفت. مقایسه نتایج به دست آمده با معیار آب شرب مشخص کرد که اندازه این یون در بخشی از دشت مورد مطالعه بالاتر از حد استاندارد بوده، و از نظر زمانی نیز در فصل خشک، نسبت به فصل تر فزونی می یابد. درصد بالایی از این آلودگی حاصل فعالیتهای شدید کشاورزی، استفاد بیش از حد از کودهای شیمیایی، حیوانی و همین طور آبیاری برنج، گندم و جو می باشد. همچنین، از نظر گسترش مکانی در بخش های شمالی و مرکزی به علت وفور زمینهای زراعی، و نیز وجود فاضلابهای روستایی، بیشترین غلظت نیترات مشاهده می شود. بنابراین، توجه به الگوی کشت در نواحی دارای مقادیر زیاد نیترات جهت جلوگیری از آلودگی بیشتر ضروری است.

در این مطالعه مدل های سری های زمانی چندمتغیره به عنوان مدل های تصادفی خطی برای پیش بینی میانگین ماهانه دمای سطح آب خلیج فارس استفاده شد. سری های زمانی داده های این دما برای شش گره دریایی برای دوره 2007-1854 به عنوان پرونده ورودی مدل های چندمتغیره سری های زمانی در نظر گرفته شدند. فرایندهای اتورگرسیوبرداری برای انجام سری های زمانی چندمتغیره به کار برده شدند. نمودارهای خودهمبستگی باقی مانده ها برای مدل های انتخاب شده بر اساس ملاک اطلاعات آکاییک نشان می دهند که باقی مانده ها ناهمبسته اند. مقادیر میانگین ماهانه دمای سطح آب خلیج فارس از ژانویه 2008 تا دسامبر 2009 به عنوان داده های آزمون با استفاده از مدل برازش داده شده پیش بینی شدند. نتایج نشان داد که ضریب همبستگی بین مقادیر مشاهده و پیش بینی شده برای هر گره در حدود 0.99 می باشد. جذر میانگین توان دوم خطای پیش بینی برای هر گره کمتر از 0.7 درجه سانتی گراد می باشد.

استفاده و دارای بازده زیاد از آب در دسترس به علت محدودیت منابع آب، و نیز ایجاد مشکلات زهکشی، ضروری است، بنابراین جهت بالابردن بازده آبیاری، سامانه های آبیاری بارانی در سالهای اخیر توسعه زیادی یافته اند. طراحی، اجرا و بهره برداری از یک سامانه آبیاری ممکن است صحیح و یا بطور نادرست انجام پذیرد، لذا ارزیابی سامانه برای مدیریت روشن می سازد که آیا بهره برداری از سامانه را ادامه دهد، یا اینکه تغییراتی در آن ایجاد نماید. هدف اصلی این تحقیق ارزیابی سامانه های آبیاری بارانی کلاسیک ثابت اجرا شده در منطقه مهاباد بوده، که برای این منظور سه سامانه آبیاری بارانی کلاسیک ثابت بطور کاملا تصادفی انتخاب، و در سه مرحله مورد ارزیابی قرار گرفتند. بدین منظور ابتدا فراسنجهایی از قبیل ویژگیهای هواشناسی، خاک، آب آبیاری، محصول، و خصوصیات سامانه از قبیل فشار و دبی (بده) آبپاشها اندازه گیری شدند. سپس شاخصهای ارزیابی شامل ضریب یکنواختی کریستین سن، یکنواختی توزیع، بازده کاربرد واقعی ربع پایین، بازده بالقوه ربع پایین، بازده کاربرد و بازده ترکیبی با تجزیه و تحلیل داده های صحرایی محاسبه شدند. نتایج نشان دادند که میانگین مقادیر ضریب یکنواختی کریستین سن، یکنواختی توزیع، بازده کاربرد ربع پایین و بازده بالقوه ربع پایین سامانه به ترتیب %66.4، %52.2، %45.8 و %45.8 بوده اند. همچنین، نتایج نشان دادند که میانگین تلفات تبخیر و بادبردگی، و نفوذ عمقی در این سامانه به ترتیب %12.2 و %13.4 و مجموع تلفات %25.6 بوده است. همچنین، نتایج بیانگر آنند که بازده کاربرد و بازده ترکیبی به ترتیب %74.4 و %75.8 بوده اند. شایان ذکر است که یکی از دلایل اصلی پایین بودن یکنواختی توزیع و بازده آبیاری در این سامانه ها سرعت باد و ضعف طراحی بوده است.

در تصمیم گیری و اجرای سامانه های آبیاری تحت فشار در مقیاس ناحیه ای و منطقه ای، عوامل متعددی همچون آب، خاک و اقلیم از اهمیت ویژه ای برخوردارند. منابع آبهای سطحی و زیرزمینی موجود در هر منطقه نیز از کیفیت و کمیت واحدی برخوردار نیستند. دشت کرمان به وسعت تقریبی 7500 کیلومترمربع در استان کرمان واقع شده است. آبیاری اراضی این دشت با بهره برداری از سفره های آب زیرزمینی انجام می پذیرد که به دلیل بهره برداری شدید مواجه با افت سطح آب شده اند. به منظور جلوگیری از روند افت و افزایش بازده آبیاری انجام سامانه های آبیاری تحت فشار پیشنهاد می گردد. سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) ابزاری موثر و کاربردی در این نوع بررسی ها است. در این تحقیق با استفاده از روشهای جدید، با به کارگیری شبیه مکان یابی بولین، مناطق مستعد جهت اجرای سامانه های آبیاری تحت فشار (قطره ای و بارانی به تفکیک) شناسایی شده اند. براین اساس، از کل زمینهای متناسب و قابل آبیاری دشت کرمان حدود 5 درصد برای آبیاری بارانی و 25 درصد برای آبیاری قطره ای مناسب شناخته شده اند.