علوم و مهندسی آبیاری
سال:1392 | دوره:36 | شماره:2 |تعداد مقالات:12

آبگیر جانبی سازه ای است که به منظور انحراف بخشی از جریان رودخانه مورد استفاده قرار می گیرد. به دلیل اهمیت میزان رسوب ورودی به آبگیر، در این تحقیق الگوی جریان و مهمترین عوامل موثر بر انحراف رسوب به آبگیر مورد بررسی قرار گرفته است. مهمترین پارامتر در میزان انحراف جریان و رسوب به آبگیر، مجرای جریان می باشد. بطوری که ابعاد مجرای جریان در سطوح مختلف ارتفاعی تاثیر قابل توجهی بر رسوب انحرافی به آبگیر دارند. در این مطالعه آزمایشاتی در یک فلوم با دیواره متحرک با چهار شیب دیواره انجام گرفت. سرعت در محدوده آبگیر در سه سطح از جریان با استفاده از سرعت سنج ADV برداشت گردید. سپس خطوط جریان ترسیم و ابعاد مجرای جریان تعیین گردید. نتایج نشان داد در یک نسبت آبگیری با مایل شدن دیواره، عرض مجرای جریان در ترازه های مختلف عمق کاهش می یابد. بیشترین تاثیر تغییر عرض مجرای جریان در لایه کف می باشد که حاوی غلظت بالای رسوب است و کاهش این عرض باعث کاهش رسوب ورودی به آبگیر می گردد.

شرایط هیدرولیکی حوضچه آرامش به خصوص میزان دبی عبوری از سرریز و شوت و همچنین محل تشکیل پرش هیدرولیکی نقش به سزایی بر روی نوسانات سرعت جریان در حوضچه آرامش دارد. در این تحقیق اثر جا به جایی محل تشکیل پرش هیدرولیکی و میزان دبی بر نوسانات سرعت جریان مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش ها بر روی مدل سد گلابر با مقیاس 1:30 در چهار دبی 221.7، 355.8، 450 و 592.9 متر مکعب بر ثانیه انجام شد. مقادیر دبی جریان شامل دبی 1000 تا 10000 ساله می باشد. با اندازه گیری مقادیر سرعت جریان در مقاطع مختلف کف حوضچه و مقایسه آن ها مشاهده شد که بیشترین مقدار سرعت و استهلاک انرژی در دبی 355.8 متر مکعب بر ثانیه و موقعیت پرش هیدرولیکی روی شوت بلوک ها می باشد. همچنین نتایج نشان دادند که در دبی  355.8متر مکعب بر ثانیه سرعت جریان بعد از پرش تقریبا با کاهش 93 درصدی نسبت به سرعت اولیه پرش مواجه می شود.

احداث سد ها در مسیر رودخانه ها باعث تجمع رسوبات در پشت سد و به جریان انداختن آب زلال به سمت پایین دست و ایجاد تغییراتی در رسوب و مورفولوژی پایین دست رودخانه خواهد گردید. آگاهی از چگونگی روند تغییرات در طرح های ساماندهی و هم چنین اجرایی اهمیت خواهد داشت. در این مقاله بررسی ها در پایین دست سد مخزنی کرخه در حد فاصل ایستگاه پای پل تا سد انحرافی حمیدیه و با طول بازه مطالعاتی در حدود 200 کیلومتر با استفاده از مدل ریاضی GSTARS3 صورت گرفته است. مدل کامپیوتری GSTARS3، مدل تعمیم یافته لوله جریان برای شبیه سازی رودخانه های آبرفتی است که توسط گروه هیدرولیک رودخانه و رسوب گذاری مرکز خدمات فنی USBR، تهیه شده و توانایی شبیه سازی شرایط جریان به روش شبه دوبعدی و شبیه سازی تغییر هندسی کانال به روش شبه سه بعدی را دارد. از اطلاعات هیدرولیکی موجود در سال های 1377 تا 1388 (بازه زمانی 12 ساله) و از مقاطع عرضی در سال 1384 استفاده شده است. در نهایت بعد از واسنجی با استفاده از دو رابطه رسوبی ایکرز-وایت و لارسن و مادن که بیشترین همخوانی را با بازه مورد مطالعه داشتند، تغییرات الگوی رسوب و مورفولوژیک پایین دست سد مخزنی کرخه از جمله تغییرات عرضی و طولی، تغییرات شیب بستر آبراهه در دوره زمانی 10 ساله توسط مدل اجرا گردید. در این بازه زمانی بیشترین تغییرات شیب در زیر حوضه کرخه علیا مشاهده شده است.

در این تحقیق، یک مدل تحلیلی توسعه داده شده است که با فرض منطبق بودن عرض پایدار بر شرط بهینه سازی انتقال رسوب حداکثر، اثر پایداری کناره را در محاسبه عرض و عمق پایدار رودخانه های شنی با کناره های چسبنده، محاسبه می کند. پایداری کناره های کانال از دو منظر فرسایش رودخانه ای و گسیختگی توده ای مورد بررسی قرار گرفته است. به عبارتی تنش برشی کناره و نیز ارتفاع کناره دو پارامتر اساسی در جریان توسعه مدل می باشند. تنش برشی بحرانی کناره از واسنجی مدل با استفاده از داده های واقعی تخمین زده شده و گسیختگی توده ای نیز با استفاده از روش تنش نهایی محاسبه شده است. بر اساس تحلیل داده های واقعی، اثر پوشش گیاهی بر پایداری کناره در مقدار تنش برشی بحرانی کناره موثر می باشد. به طوری که مقدار متوسط تنش برشی بحرانی کناره برای رودخانه های پوشیده شده با پوشش گیاهی متراکم، تقریبا سه برابر مقدار آن برای رودخانه هایی است که پوشش گیاهی آن ها ضعیف می باشد.

یکی از راه هایتامین آب استفاده ازمنابعرودخانه است. اما ویژگی های روش های متداول همواره مشکلات متعددی را در این راستا بوجود آورده اند. ارائه شیوه های نوین امکان کاهش مشکلات بهره برداری از آب رودخانه را تا حد بسیار زیادی فراهم می کند. تاکنون بکارگیری صفحات مشبک درآبگیرهای کفی از روش های مرسوم در انحراف جریان از رودخانه های کوهستانی با شیب تند و رسوبات درشت دانه بوده است. بروز مشکلات ناشی از بکارگیری شبکه فلزی بر روی کانال انحراف ایده جایگزینی محیط متخلخل را مطرح می نماید. بدین منظور آزمایش هایی بر روی یک مدل فیزیکی به منظور بررسی شرایط هیدرولیکی جریان در بالادست آبگیر کفی با محیط متخلخل و نحوه تاثیر آن بر میزان و چگونگی انحراف و بررسی پروفیل های ایجاد شده سطح آب و سرعت در حالات مختلف متاثر از شرایط ورودی جریان و هندسه آبگیر انجام گردید. نتایج نشان داد میزان جریان انحرافی به شیب سطح بالایی آبگیر، اندازه ذرات محیط متخلخل و میزان جریان ورودی بستگی دارد. با افزایش شیب سطح بالایی، میزان انحراف جریان کاهش نشان می دهد. همچنین با افزایش جریان ورودی نرخ افزایش دبی انحراف ابتدا زیاد و سپس به مقدار ثابتی می رسد. اندازه ذرات محیط متخلخل نیز بر میزان دبی انحراف تاثیر قابل ملاحظه داشته چنانکه با افزایش اندازه ذرات، میزان دبی انحرافی روند افزایشی را نشان می دهد.

امروزه یکی از مسائل محدود کننده در بحث تامین آب، مساله کیفیت آب است. اندازه گیری پارامتر های کیفی آب زیر زمینی مستلزم صرف هزینه های زیاد و زمان بر می باشد. برآورد پارامترهای کیفی آب با استفاده از مدل ها موجب کاهش هزینه ها و دسترسی به آمار جامعی برای مدیریت منابع آب خواهد شد. در این تحقیق از شبکه عصبی مصنوعی (ANN) برای شبیه سازی شوری آب زیرزمینی در سواحل استان مازندران استفاده شد. بدین جهت اطلاعات مربوط به آزمایش های کیفی آب در سواحل جنوبی دریای مازندران گردآوری شد و مقادیر کمی عوامل موثر در شوری آب زیر زمینی شامل: قابلیت انتقال تشکیلات آبخوان، شوری آب های سطحی، توپوگرافی منطقه و فاصله از دریا برآورد گردید. عملکرد شبکه عصبی از طریق پارامتر هایی چون جذر میانگین مربع خطا (RMSE) و ضریب همبستگی بین خروجی های حقیقی و شبیه سازی شده (R) سنجیده شد. نتایج تحقیق نشان داد که در بهترین ساختار شبکه، ضریب همبستگی بین مقادیر شبیه سازی شده و مقادیر واقعی 0.75 می باشد. همچنین، عوامل شوری آب سطحی، قابلیت انتقال تشکیلات آبخوان (بافت و نوع تشکیلات) و فاصله از دریا، بهترین ورودی ها برای شبیه سازی شوری آب زیر زمینی و عوامل اصلی شوری آب زیر زمینی در سواحل استان مازندران می باشند.

بررسی جریان آب در خاک های غیر اشباع جهت تحلیل سازه های آبی حائز اهمیت ویژه ای است. نفوذ آب از سطح خاک و جریان آب در ستون خاک در چرخه هیدرولوژی خیلی مهم بوده و با حل معادله ریچاردز براورد می شوند. در تحقیق حاضر نگرشی بر حل عددی معادله ریچاردز ارائه شده است. جهت تحلیل عددی معادله ریچاردز، ابتدا نوع معادله، شرایط مرزی آن و یک روش نسبتا مدرن عددی به نام دیفرنشیال کوادرچر (LDQM) جهت حل آن مورد بحث قرار گرفت. روش LDQM تاکنون در تحقیقات زیادی مورد استفاده قرار گرفته و دارای دقت، کارایی و پایداری قابل توجهی است. جهت ارزیابی نتایج، از جواب های تحلیلی ارائه شده در پیشینه تحقیق و همچنین از داده های آزمایشگاهی استفاده گردید. نتایج نشان داد که روش LDQM از نظر دقت، پایداری و کارآیی در جایگاه مناسبی قرار دارد و پیشنهاد می شود که جهت مدل سازی در حالت دو و سه بعدی نیز بررسی شود.

غلظت مواد معلق رودخانه ای که در ایستگاه های هیدرومتری به روش های مستقیم و سنتی اندازه گیری می شوند در اغلب موارد زمان بر و پر هزینه بوده و در حالی که در پاره ای از مواقع با خطاهای انسانی توام می باشند غالبا در مقیاس زمانی و مکانی به صورت ناپیوسته محاسبه و ثبت می گردند. در این راستا، استفاده از انعکاس طیفی داده های ماهواره ای خصوصا تصاویر MODIS به دلیل در دسترس بودن و تصویر برداری روزانه می تواند ابزار مناسبی جهت برآورد غلظت رسوبات معلق رودخانه ای باشد. در این تحقیق، همبستگی میان بازتاب طیفی باندهای تصاویر سنجنده مودیس (باندهای قرمز و مادون قرمز هر یک به تنهائی و همچنین نسبت باندی بین آن ها) با غلظت رسوبات معلق رودخانه ای مورد بررسی قرار گرفته است. در این ارتباط، از آمار غلظت رسوبات معلق ایستگاه ملاثانی در یک دوره زمانی نه ساله (سال های 1382 تا 1390) و تصاویر مودیس روزانه همزمان با آن ها (باندهای قرمز و مادون قرمز با قدرت تفکیک مکانی 250 متر) استفاده شده است. به منظور شناخت از ارتباط میان داده ها، ابتدا همبستگی میان کلیه تصاویر و غلظت رسوبات معلق همزمان با آن ها برای کل دوره آماری (تمامی فصول سال با یکدیگر) بررسی گردید که نتایج آن همبستگی پائین داده ها را نشان داد. در مرحله بعد داده های مربوط به فصل مرطوب (ماه های آذر، دی، بهمن، اسفند و فروردین) دوره آماری مورد بررسی قرار گرفت که نتایج گرفته شده از آن حاکی از همبستگی بالای بین بازتاب طیفی باند قرمز و غلظت رسوبات معلق بود (درصد r=88). به منظور ایجاد یک رابطه رگرسیونی انواع روابط خطی و غیر خطی مورد بررسی آماری قرار گرفت و سرانجام یک رابطه خطی با داشتن آماره های مناسب 43=F، Sig.=0، R2=0.77) واسنجی گردید (15n=، b=0.242، a=1.27) رابطه رگرسیونی محاسبه شده سپس با استفاده از روش LOOCV مورد ارزیابی قرارگرفت (درصد 26RRMSE= و 55 mg/l=RMSE). لازم به ذکر است که علی رغم کم بودن تعداد داده های غلظت رسوبات معلق رودخانه (در مقایسه با اغلب تحقیقات مشابه انجام شده)، وجود مشکلات تصویری (ابرناکی، ریز گردها) و همچنین برخی عوامل ﺗﺄثیر گذار در بازتاب طیفی رودخانه کارون با این حال، نتایج به دست آمده بیانگر کارائی مناسب این تصاویر در تخمین روزانه غلظت رسوبات معلق در رودخانه های بزرگ است.

وجود منابع آب سالم و قابل اعتماد، بدون آلاینده های سمی و خطرناک، یک نیاز اولیه و ضروری برای داشتن یک جامعه سالم و پایدار می باشد. از جمله منابع آلاینده، فلزات سنگین می باشند و از آن جهت که قابلیت تفکیک به ترکیبات با درجه سمیت کمتر را ندارند بسیار خطرناک هستند و از طریق تخلیه پساب های صنعتی، مصرف سوخت، تخلیه فاضلاب های شهری و غیره به محیط زیست وارد می شوند. در این تحقیق از جاذب نانومتری باگاس (تفاله نیشکر) برای حذف یون های نیکل و کادمیم از آب های آلوده از طریق آزمایش های ناپیوسته استفاده شد. در ابتدا آزمایش های pH بر روی محلول های آبی با غلظت پنج میلی گرم بر لیتر، مقدار جاذب 10 گرم بر لیتر، زمان تماس 12 ساعت و محدوده pH از سه تا هشت برای جاذب مورد مطالعه انجام گرفت. pH بهینه برای جاذب نانوذرات باگاس برای فلزهای نیکل و کادمیم 6 و زمان تعادل برای هر دو فلز 15 دقیقه به دست آمد. آزمایش های ایزوترم جذب در دمای آزمایشگاه و pH بهینه و زمان تعادل بهینه انجام شد. راندمان جذب برای غلظت های اولیه 2، 5، 10، 15، 20 میلی گرم برلیتر محلول های فلزی تعیین گردید. سپس مدل های ایزوترم لانگمویر، فروندلیچ، ریدلیچ-پترسون و لانگمویر-فروندلیچ بر داده های تعادلی آزمایش برازش داده شد که در کلیه آزمایش ها، مدل ریدلیچ پترسون داده های آزمایش را بهتر توصیف کرد.

اگر چه مدل های تجربی توسعه داده شده برای جداسازی دبی پایه نیازهای مهندسی را برای ارزیابی حجم رواناب حاصل از یک رگبار یا زهکشی یک حوضه برطرف می کند، اما درک واقعی از فرایندهای موجود ارائه نمی نماید. مدل های معمول رواناب غالبا فرض می کنند که جریان پایه حاصل از آب زیرزمینی به رودخانه در دوره های پرآبی ناچیز می باشد. روش های ردیابی ایزوتوپی در نقاط مختلف دنیا نشان می دهد که چنین نیست و همین سبب ایجاد نگرشی اساسی به فرآیند تولید رواناب شده است. در این تحقیق در طول زمستان سال 1389، سه واقعه دارای شرایط رطوبت پیشین و شدت متفاوت و سیلاب متناظر آن ها نمونه برداری شد. نمونه ها جهت آنالیز محتوای ایزوتوپی به کشور کانادا ارسال گردید. نتایج نشان داد که سهم مولفه رواناب سطحی در شرایط خشک ناچیز می باشد و در شرایط مرطوب سهم این مولفه افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که به طور کلی سهم مولفه آب زیرزمینی در حوضه کارستی ابوالعباس با توجه به توسعه کارست در این حوضه، زیاد می باشد.