علوم و مهندسی آبیاری
سال:1392 | دوره:36 | شماره:3 |تعداد مقالات:11

در مقاله حاضر با استفاده از سری های زمانی حاصل از شاخص بارش استاندارد شده (SPI) و زنجیره مارکوف، پایش، پیش بینی و گسترش خشکسالی در سطح استان خوزستان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که در تمامی ایستگاه ها وضعیت تقریبا نرمال بر اساس شاخص SPI با مقیاس زمانی شش ماهه، بیشترین فراوانی را دارا می باشد و بین 33 الی 42 درصد حالات را به خود اختصاص می دهد، احتمال گذر از یک حالت معین به همان حالت در زمان های متوالی بسیار بالا است و در عوض احتمال گذر از حالت خشک به تر و یا برعکس بسیار پایین می باشد. به طور میانگین احتمال تعادل دوره های خشک، نرمال و تر در ایستگاه های منطقه به ترتیب 30.8، 36.5 و 32.7 درصد بود. میانگین تداوم دوره خشکسالی پیش بینی شده در مقیاس زمانی شش ماهه از حداقل سه ماه در ایستگاه پای پل تا حداکثر 4.6 ماه در ایستگاه سد شهدای بهبهان در نوسان بود. پیش بینی می شود به طور متوسط کل استان در 10 سال آینده 35.5 ماه درگیر خشکسالی خواهد شد.

جریان غلیظ یکی از مهمترین پدیده های موثر بر رسوبگذاری و کیفیت آب در مخازن سدها و منابع آب می باشد. تغییرات مقاطع رودخانه در مخازن سدها عاملی است که در تغییر هیدرولیک جریان غلیظ، موثر می باشد. در این تحقیق شدت اختلاط جریان های غلیظ در مقاطع همگرا مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش های مورد نظر در یک فلوم با شیب متغیر به عرض 72.5 سانتی متر، عمق 60 سانتی متر و طول شش متر در سه زاویه همگرایی 8، 16 و 25 درجه با دبی و غلظت های مختلف در آزمایشگاه مدل های هیدرولیکی دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شده است. جهت تخمین شدت اختلاط در مقاطع همگرا با زوایای مختلف و با استفاده از نتایج آزمایش های این تحقیق و در نهایت با استفاده از داده های آزمایشگاهی محققین قبلی رابطه ای کلی برای مقاطع ثابت، همگرا و واگرا ارائه شده است.

محدودیت منابع آب شیرین در اکثر مناطق کشور ضرورت استفاده از منابع آب های نامتعارف را ایجاب نموده است. یکی از این منابع غیرمتعارف پساب می باشد. اما در استفاده از پساب ها باید به پیامدهای زیست محیطی آن توجه گردد. تحقیق حاضر با هدف بررسی تاثیر پودر لاستیک در جذب عناصر سنگین سرب، روی و منگنز در مقیاس آزمایشگاهی اجرا شد. آزمایش های جذب مرحله ای به منظور بررسی زمان تعادل برای این فلزات در پ هاش ثابت 5.5 و غلظت اولیه محلول فلزی 100میلی گرم در لیتر صورت گرفت. بازدهی حذف فلزات سرب، روی و منگنز به ترتیب 67.5، 74.3 و 39.9 درصد به دست آمد. زمان رسیدن به تعادل برای روی 180 دقیقه و منگنز 120 دقیقه مشاهده شد ولی فلز سرب در طول 180 دقیقه زمان آزمایش به تعادل کامل نرسید. همچنین آزمایش های هم دماهای جذب این سه عنصر برای جاذب مورد نظر انجام شد و داده ها با مدل های جذب خطی، لانگمویر و فروندلیچ برازش داده شد. نتایج نشان داد که برای هر سه عنصر مورد مطالعه مدل فروندلیچ با ضریب تبیین 0.99 بالاترین انطباق را با نتایج آزمایشگاهی داشت

مساله آبشستگی موضعی در اطراف پایه پل در سال های اخیر به طور گسترده توسط محققین مختلف مورد بررسی قرار گرفته است که نتیجه آن ارائه روش های مختلفی برای کنترل آبشستگی بوده است. محققین زیادی روش های مقابله با آبشستگی در اطراف پایه ها را در یک مسیر مستقیم مورد مطالعه قرار داده اند در حالی که ممکن است به دلیل محدودیت ناچار به احداث پل در قوس رودخانه ها شوند. با توجه به تفاوتی که میان الگوی جریان در مسیر مستقیم و قوس ها وجود دارد مطالعه الگوی آبشستگی در اطراف پایه های پل در قوس ها ضروری می باشد. از این رو در این تحقیق سعی شده است تاثیرتوام طوق و کابل در اطراف پایه بر روی عمق آبشستگی در قوس رودخانه ها مورد مطالعه قرار گیرد. نتایج این تحقیق نشان داد با افزایش قطر کابل و کمتر شدن فاصله میان گام ها، آبشستگی بیشتر کاهش می یابد و حداکثر مقدار در کاهش آبشستگی59 درصد می باشد و همچنین طوق در بهترین حالت 55 درصد و طوق و کابل توام حداکثر 69.7 درصد عمق آبشستگی را کاهش می دهد.

محدودیت منابع آبی جهت تامین آب مورد نیاز کشاورزی و غیرکشاورزی موجب بروز مشکلات عمده ای شده است و باران به عنوان یکی از مهمترین منابع آبی موجود محسوب می شود. بنابراین، پیش بینی بارندگی و برآورد میزان آن در هر ماه و یا سال و برای هر منطقه و حوضه آبریز، به عنوان یکی از مهم ترین پارامتر های جوی، از اهمیت ویژه ای در استفاده بهینه از منابع آبی برخوردار است. برای پیش بینی باران می توان از سری های زمانی استفاده نمود. هدف از انجام این تحقیق بررسی مناسب ترین مدل برآورد باران می باشد، به طوری که با به کارگیری باران های ماهانه دوره 30 ساله (80-1350) و پس از تعیین پارامترهای مدل غیر فصلی و فصلی مدل SARIMA و با استفاده از نرم افزار Minitab مقادیر باران ماهانه ده سال آخر دوره آماری دوره (90-1381) در ایستگاه باران سنجی باباامان واقع در استان خراسان شمالی تخمین زده شد. سپس مقادیر باران ماهانه پیش بینی شده بر اساس بهترین توزیع آماری، محاسبه گردید. با مقایسه مقادیر برآوردی باران ماهانه با مقادیر واقعی متناظر مشاهده شد برای الگوهایی که دارای پارامتر بیشتری هستند و مرتبه های اتورگرسیو یا میانگین متحرک آنها بیشتر از یک می باشد، برای سال های بعد مقادیر متفاوتی را نشان می دهد، اما این تفاوت ها نیز محدود به چند سال است که حداکثر از تعداد پارامتر های الگو تجاوز می نماید. ضریب همبستگی بین مقادیر واقعی و پیش بینی شده در ایستگاه مورد مطالعه 0.64 به دست آمد که از رابطه رگرسیونی به دست آمده می توان برای تصحیح مقادیر متوسط بارندگی پیش بینی شده در ایستگاه استفاده نمود.

پیش بینی دقیق تنش برشی در کانال های روباز در بسیاری از مسائل مهندسی نظیر طراحی کانال های پایدار، محاسبات مربوط به افت انرژی و رسوبگذاری در کانال ها حائز اهمیت می باشد. در هنگام سیلاب، بخشی از دبی رودخانه توسط کانال اصلی و بخش دیگر توسط دشت های سیلابی که در اطراف کانال اصلی قرار دارند، حمل می شود. به دلیل تفاوت عمق جریان بین کانال اصلی و دشت های سیلابی اطراف، سرعت جریان نیز متفاوت بوده و متعاقبا میزان تنش برشی و توزیع آن به صورت قابل ملاحظه ای دستخوش تغییر می گردد. در تحقیق حاضر آزمایش هایی برروی یک مقطع مرکب مستطیلی از جنس پلکسی گلاس به همراه دشت های سیلابی اطراف با دبی های مختلف و سه نسبت شکل متفاوت به انجام رسید. نتایج نشان داد که در هر نسبت شکل، با افزایش عمق جریان میزان تنش برشی نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش نسبت شکل، میزان تنش برشی به صورت معنی داری کاهش می یابد.

تبخیر از عوامل مهم در هدر رفت آب ذخیره شده در پشت سدها می باشد. از این رو پیش بینی هرچه دقیق تر آن به برنامه ریزی در بهره برداری صحیح از آب ذخیره شده در مخزن سدها کمک شایانی می کند. در این مطالعه سعی شد با داده های ثبت شده تبخیر از تشتک ابتدا به کمک آزمون من-کندال فصلی روند تبخیر تعیین گردد. سپس با روش سری زمانی تبخیر از مخازن پیش بینی شود. به وسیله آزمون من-کندال فصلی، ایستگاه بهبهان فاقد روند و در ایستگاه های دز و پای پل در سطح پنج درصد روند تشخیص داده شد. سپس با مشخص شدن وضعیت ایستایی داده ها، مدل های SARIMA (0،0،1)×(2،0،2)12، SARIMA (1،0،0)×(1،1،1)12 و SARIMA (1،0،0)×(2،0،2)12 به ترتیب برای ایستگاه های بهبهان، دز و پای پل مناسب تشخیص داده شد. نتایج نشان داد به خاطر محدودیت های داده ها و فرضیه های به کار گرفته شده در روش سری زمانی این مدل ها برای پیش بینی های کوتاه مدت قابل اطمینان هستند.

پیش بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی، برای برنامه ریزی مناسب تر به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک امری ضروری است. در این تحقیق برای پیش بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی در دشت مروست از مدل های سری زمانی و شبکه عصبی استفاده شد. برای مدل سازی، اطلاعات سطح آب زیرزمینی در طی سال های 88-1366 استفاده و مدل های مختلف سری زمانی تلفیقی و شبکه عصبی مصنوعی بر داده ها برازش داده شد. کارآیی و دقت مدل های آریما در پیش بینی مقادیر آتی توسط معیار اطلاعاتی آکائیک و جذر مربع میانگین خطاها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بررسی حالت های مختلف مدل آریما نشان داد که مدل آریما (1،1،0) بهترین برازش را با داده ها دارد. در مدل شبکه عصبی مصنوعی پیش خور با الگوریتم پس انتشار خطا از سه تابع آموزشی لونبرگ مارکوآرت، پس انتشار ارتجاعی و شیب توام مقیاس شده استفاده شد. با توجه به نتایج به دست آمده از بین سه تابع آموزشی، تابع لونبرگ مارکوآرت به عنوان بهترین تابع آموزشی برای پیش بینی سطح آب زیرزمینی انتخاب گردید. برای ارزیابی و انتخاب روش بهتر، بین مدل سری زمانی تلفیقی آریما (1،1،0) و مدل شبکه عصبی پیش خور با الگوریتم پس انتشار خطا، از آماره های میانگین مربع خطاها، میانگین قدر مطلق خطاها و ضریب بازدهی استفاده شد که مدل شبکه عصبی نسبت به سری زمانی تلفیقی برتری جزئی نشان داد.

تغییر شرایط هیدرولیکی آبگیر ها و جریان در کانال باعث ایجاد جریان غیر ماندگار در شبکه های آبیاری می شوند. برای ارزیابی عملکرد سازه های آبگیر، بررسی رفتار هیدرولیکی آنها ضروری است که لازمه محاسبه آن استفاده از مدل های ریاضی هیدرودینامیک می باشد. بدین منظور در این تحقیق مدلی کامپیوتری تهیه شده که در آن معادله های جریان غیر ماندگار (معادله های سنت-ونانت) با روش تفاضل های محدود منفصل شده اند. رقوم جریان در محل انشعاب کانال فرعی از اصلی با استفاده خاصیت ماتریس ها و روش خط تاثیر به صورت کاملا ضمنی محاسبه می شود. سازه های کنترل جریان اعم از آبگیر ها و آب بند ها به عنوان شرایط داخلی به مدل معرفی می شود. مدل حاضر با استفاده از روش تلفیق معادله های مومنتم و انرژی (E-M) توانایی تخمین دبی عبوری از سازه های تنظیم کننده را در هر گام زمانی دارد. پس از صحت سنجی مدل، به عنوان یک مطالعه موردی کانال MC (کیلومتر 433+15 تا 500+42) شبکه آبیاری میان دربند کرمانشاه با پنج سازه آبگیر نیرپیک، 17 آبگیر ساده و پنج سازه آب بند به صورت یکپارچه شبیه سازی گردید و به بررسی گزینه های انتخابی برای حالت های مختلف بهره برداری پرداخته شده است.

اقداماتی که در راستای مدیریت سطح ایستابی به منظور کاهش حجم زه آب ها و تلفات نیترات طی دهه اخیر انجام شده است، منجر به تضمین پایداری سیستم های آبیاری و زهکشی و نیز حفاظت اکوسیستم ها گردیده است. در این پژوهش دو روش مدیریت سطح ایستابی شامل زهکشی زیرزمینی آزاد و زهکشی کنترل شده در سطح 63.41 هکتار در مزارع کشت و صنعت نیشکر امام خمینی (ره) واقع در استان خوزستان، به کار برده شد. تیمار های مورد آزمایش شامل یک تیمار زهکشی آزاد (FD)، و دو تیمار زهکشی کنترل شده با کنترل سطح ایستابی در اعماق 90 سانتی متری (CD90) و 70 سانتی متری از سطح خاک (CD70) بود. حجم زه آب خروجی از زهکش ها، غلظت ازت نیتراتی، عمق سطح ایستابی و میزان مصرف آب آبیاری در طول دوره مطالعه اندازه گیری شد. با اجرای زهکشی کنترل شده، میزان کل جریان خروجی زهکشی تیمار های CD70و CD90 به ترتیب به میزان 62.48 و 48.98 درصد در مقایسه با تیمار زهکشی آزاد کاهش یافت، کل میزان تلفات ازت نیتراتی در جریان خروجی از زهکش ها در تیمار های CD70 و CD90 به ترتیب به میزان 58.43 و 47.25 درصد نسبت به زهکشی آزاد کمتر بود، کل آب مصرفی در مزارع کنترل شده CD70 و CD90 به ترتیب به میزان 25.64 و 27.67 و درصد نسبت به مزرعه با زهکشی آزاد کاهش نشان داد. نتایج تحقیق حاضر حاکی از آن است که کاربرد زهکشی کنترل شده در مقیاس بزرگ منجر به کاهش قابل ملاحظه ای در حجم زه آب و تلفات مواد مغذی در نواحی خشک و نیمه خشک ایران می گردد که افزایش منافع اقتصادی و محیط زیستی فراوانی در مقایسه با سیستم های غیر مدیریت شده در پی خواهد داشت.