علوم و مهندسی آبیاری
سال:1398 | دوره:42 | شماره:1 |تعداد مقالات:17

هندسه مقاطع رودخانه در تمامی مدل های شبیه سازی هیدرولیک رودخانه اهمیت اساسی دارد، برداشت داده های آن ملزم به انجام عملیات سخت و هزینه بر نقشه برداری است. هدف از تحقیق حاضر شناسایی روابط هیدرولیکی مساحت سطح مقطع، پیرامون مرطوب و عرض آزاد سطح آب، مستخرج از مقاطع با استفاده از روش مسئله معکوس است. این تحقیق با در نظر گرفتن رودخانه غیرمنشوری و مقاطع نامنظم، ابتدا بازه رودخانه مورد شناسایی را با توجه به تعداد ایستگاه های مشاهداتی، به چند زیربازه تقسیم کرده و سپس روابط مذکور را برای هر زیربازه به طور جداگانه مورد شناسایی قرار می دهد. مدل یک بعدی حاکم بر رفتار جریان غیردائمی در رودخانه، معادله های سنت-ونانت می باشند، که برای نیل به هدف این مقاله، بایستی به روش معکوس حل شوند. برای حل این مسئله به داده های اندازه گیریشده تراز سطح آب، در چندین مکان و زمان، به عنوان ورودی به مدل معکوس نیاز است. صحت سنجی مدل ارائه شده، با استفاده از دو مثال فرضی و واقعی، به منظور مقایسه روابط هیدرولیکی شناسایی شده و میانگین روابط هیدرولیکی حاصل از داده های واقعی مقاطع، انجام شد. نتایج حاصل از ارزیابی و شاخص های آماری مربوطه توانایی بالای مدل پیشنهادی را تأیید می کند.

آب شکن سازه ای است که در شرایط مختلف بازه ی رودخانه ها و با هدف حفاظت از سواحل رودخانه استفاده می شود. در این مقاله به مطالعه ی آزمایشگاهی ساختار جریان اطراف آب شکن های مستقیم، T و L شکل پرداخته شده است. بدین منظور هیدرودینامیک سه بعدی جریان اطراف این آبشکن ها به صورت آزمایشگاهی و در یک کانال مستقیم با بستر صاف مورد مطالعه قرار گرفت. مؤلفه های سرعت جریان در سه بعد در اطراف آب شکن ها به وسیله سرعت سنج سه بعدی ADV اندازه گیری شد. نتایج نشان می دهد نقطه جدایی جریان به فاصله ی 2 برابر طول آب شکن ها و در بالادست آب شکن ها می-باشد. حداکثرسرعت متوسط زمانی در امتداد صفحه جدایی جریان و در آبشکن مستقیم ایجاد می شود. طول صفحه ی برشی جریان در آب شکن های مستقیم، T شکل و L شکل به ترتیب 10، 9/9 و 5/9 برابر طول جان آبشکن بوده و در نتیجه با افزایش طول بال آب شکن گستره طولی گردابه پایین دست آبشکن کاهش می یابد. حداکثر مؤلفه سرعت عمودی جریان در بالادست و دماغه آب شکن ها شکل گرفته و شدت آن در آب-شکن مستقیم بیشتر از دو آب شکن دیگر در این مطالعه می باشد. همچنین حداکثر انرژی جنبشی آشفتگی (TKE) در تراز 6/0 Z/H=و در امتداد لایه برشی و در آب شکن مستقیم رخ می دهد.

طی سال های اخیر بالا آمدن تراز آب زیرسطحی در کلان شهرها چالش های متعددی پیرامون سامانه های آب و فاضلاب شهری با اثرات تخریبی چندگانه ایجاد نموده است. این پژوهش با هدف شناسائی و وزن دهی مخاطرات بالا آمدگی آب زیرسطحی کرمان بر سامانه های آبفا با رویکرد مبتنی بر تحلیل سلسله مراتبی صورت گرفته است. بدین منظور براساس تحلیل وضعیت تراز آب زیرسطحی شهرکرمان و با بررسی آیین نامه ها، دستورالعمل ها، منابع موجود و نظرات خبرگان شاخص های بیان گر چالش های پیش رو در 4 سطح و 18 آسیباستنتاج گردیده است. اولویت بندی ارجحیت آسیب ها براساس ماتریس مقایسه زوجی فردی و میانگین گیری هندسی وزن هابرای تبدیل به ماتریس مقایسه گروهی صورت گرفته و پس از تائید نرخ ناسازگاری سطوح آسیب و زیرمؤلفه های آن ها (I<0. 1) تحلیل وزن های نسبی و رتبه بندی اولویت ها با تحلیل سلسله مراتبی صورت گرفت. طبق نتایج آسیب های بهداشتی-زیست محیطی با وزن 482/0، فنی-عملکردی با وزن 265/0، سازه ای فیزیکی با وزن 145/0 و هزینه ای– اقتصادی با وزن 108/0 رتبه-بندی گردید. زیرمؤلفه های تغییرمکان: نشست، ترک-خوردگی، تغییر شیب، جدایی اتصالات، خرابی آب بندها با وزن نسبی 1/23 درصد، تغییر در کمیت و کیفیت آب و فاضلاب: نفوذ آب زیرزمینی به داخل شبکه و برعکس با وزن نسبی 3/38 درصد، نشت آلاینده ها از داخل شبکه آبفا به آب زیرزمینی و برعکس با وزن نسبی 6/30 درصد، افزایشهزینه هایتصفیهاولیهونهایی با وزن نسبی 1/32 درصد، به عنوان بالاترین مخاطرات استنتاج گردید. تحلیل حساسیت مخاطرات نسبت به هرکدام از مؤلفه ها نیز انجام شد.

در این مطالعه به بررسی کیفیت آب رودخانه ازنا بر اساس عناصر اصلی و سنگین پرداخته شده است. نتایج نشان داد، واکنش ناشی از سازندهای منطقه از عوامل کنترل کننده عناصر اصلی و سنگین در آب های سطحی منطقه است. باتوجه به مطالعات آماری، اعمال روش تحلیل مؤلفه های اصلی بر اساس عناصر اصلی و سنگین در منطقه مشخص شد بیشترین میزان همبستگی بین مجموع مواد جامد محلول و کلر می باشد و آزمون تحلیل رگرسیون خطی کاتیون ها، آنیون ها و هدایت الکتریکی به عنوان متغیر وابسته در مقابل مجموع مواد جامد محلول به عنوان متغیر مستقل همبستگی بالایی بین مواد جامد محلول با هدایت الکتریکی و کلر در نمونه های مورد مطالعه نشان می دهد. از نظر عناصرسنگین در منطقه مورد مطالعه میزان عنصر کادمیوم بیش از مقدار استاندارد بین المللی است و سایر عناصر در محدوده استاندارد قرار دارند. درمنطقه مورد مطالعه بالاترین همبستگی بین روی با کادمیوم و منگنز با کروم وجود دارد.

در مطالعه حاضر، انتشار جریان جت سطحی همگرا و شیب دار روی بستر افقی محیط پذیرنده ساکن و عمیق به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. بدین منظور از فلوم 6/0×9/0×2/3 متر استفاده گردید. تخلیه کننده های سطحی، کانال های مستطیلی با عرض کف 06/0 متر بودند که در چهار زاویه همگرایی 5/12، 25، 45 و 90 درجه و سه شیب متفاوت صفر، چهار و هشت درصد، سیال جت را مماس بر سطح آب پذیرنده تخلیه نمودند. سیال جت به صورت محلول آب-نمک در سه دبی متفاوت به محیط پذیرنده ای با عمق ثابت 7/0 متر تزریق گردید. پس از اجرای آزمایش ها، تحلیل داده ها با استفاده از روندیابی تصاویر انجام گردید. مطابق نتایج، رابطه فاصله شعاعی با زمان به صورت توانی است که توان های حاصل به طور متوسط از شیب صفر به هشت درصد افزایش 27 درصدی و از شیب صفر به 4 درصد کاهش هفت درصدی را نشان دادند. ضرایب انتشار نیز برای فواصل شعاعی متوسط، بزرگ و کوچک به ترتیب 4، 2 و 5/4 ارزیابی گردید.

یکی از روش های مناسب برای تعیین هدایت هیدرولیکی اشباع خاک در بالای سطح ایستابی، روش پرمامترگلف است. هدف از این پژوهش، واسنجی روش پرمامتر گلف با استفاده از روش پمپاژ به داخل چاهک کم عمق (SWPT) برای یک خاک لوم بود. این تحقیق برای اعماق خاک 30 و 60 سانتی متری در مزرعه آزمایشی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد. با انجام آزمایش گلف با استفاده از تحلیل دو عمقی می توان ضرایبی نظیر هدایت هیدرولیکی اشباع (Kfs) و پارامتر مربوط به خصوصیات خاک غیر اشباع را، از حل دستگاه معادلات دو مجهولی به دست آورد. از آن جا که تعدادی از جواب های تحلیل دو عمقی گلف به علت ناهمگن بودن دستگاه معادلات توأم، غیرمنطقی می باشند، در این تحقیق از تحلیلهای تک عمقی لاپلاس (KL) با فرض صعود مویینگی صفر، تک عمقی ریچاردز با فرض و تک عمقی رگرسیون پایه ای ریچاردز (KR) برای رفع جواب های غیرمنطقی دستگاه پرمامترگلف استفاده شد. در این تحقیق مشخص گردید که به علت بالا بودن انحراف معیار مقادیر در آزمایش های گلف، بهتر است مقدار آن را ثابت در نظر گرفت. در اراضی مورد آزمایش با بافت خاک لومی، هدایت هیدرولیکی با روش پمپاژ به چاهک سطحی 80 درصد بیشتر از هدایت هیدرولیکی با روش گلف به دست آمد. در صورتی که نتایج به-دست آمده از روش گلف در ضریب 87/4 ضرب شوند، نتایج روش گلف معادل روش پمپاژ به چاهک سطحی خواهند بود. ضمنا بر پایه نتایج حاصله، روش گلف، مناسبترین روش تعیین هدایت هیدرولیکی اشباع خاک در بافت لوم می باشد.

استفاده از پتوی رسی در مخازن سدها یکی از روش های اصلی کاهش نشت می باشد. در این مطالعه ابتدا با مدل سازی پتوی رسی در مخزن سد توسط روش المان محدود، با استفاده از تغییر پارامتر های موثر، 320 داده نشت به دست آمد. اعتبار سنجی روش المان محدود نیز با مقایسه نتایج نشت حاصل از روش المان محدود و نتایج آزمایشگاهی صورت گرفت. برای بررسی مناسب ترین مدل برای پیش بینی مقادیر نشت (حاصل از مدل سازی ها) از پنج روش هوش مصنوعی شامل: پرسپترون چند لایه (MLP)، برنامه نویسی بیان ژن(GEP)، تابع شعاعی(RBF)، رگرسیون بردار پشتیبان(SVR) و یک روش ترکیبی هوشمند از الگوریتم کرم شب تاب (FFA) با پرسپترون چند لایه (MLP-FFA) استفاده شد. برای همه روش های هوشمند مصنوعی، 75 درصد داده ها به عنوان آموزش و 25 درصد به عنوان تست در نظر گرفته شد. ترکیب های مختلف از داده های ورودی شامل نسبت ضریب نفوذپذیری پی به ضریب نفوذپذیری پتوی رسی ( )، نسبت طول پتوی رسی به تراز آب بالا دست ( )، ضخامت پی آبرفتی به ضخامت پتوی رسی ( )، طول پتوی رسی به عرض هسته ( ) و نسبت افقی به عمودی ضریب نفوذپذیری پی آبرفتی ( ) برای مقایسه روش های ذکر شده مورد استفاده واقع شد. نتایج حاصل از روش های هوشمند با شاخصهای زیر مورد بررسی قرار گرفتند: ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین قدر مطلق خطا (MAE)، ضریب تبیین (R2)، نش ساتکلیف (NS)، شاخص ویلموت (WI) و دیاگرام تیلور. نتایج حاصل از مطالعه نشان داد که استفاده از روش هوشمند کرم شب تاب (FFA)، نتایج بسیار شبیه به مقادیر موجود دارد و می توان در بهینه سازی پیش بینی مقادیر نشت از آن استفاده کرد.

تخریب پل ها در اثر عوامل مختلفی چون بروز آبشستگی در تکیه گاه آن هر ساله خسارت های زیادی به بار می آورد. به همین دلیل روش های مختلفی برای کنترل این پدیده ارائه شده است. در این تحقیق از روش ترکیبی به کار گیری توام سنگچین و المان های شش پایه از نوع روش های مستقیم برای کنترل آبشستگی در تکیه گاه مستطیلی استفاده شده است. از دلایل مهم این روش در دسترس بودن و ارزان بودن سنگچین هم زمان با بکارگیری المان های شش پایه با آرایش باز با ایجاد ضریب زبری بالا به عنوان پوشش است. کارگذاری ترکیبی با سه آرایش، یک لایه سنگچین در زیر المان های شش پایه، یک ردیف المان های شش پایه در بین دو لایه سنگچین و یک لایه سنگچین در بالای المان های شش پایه انجام شد. این کارگذاری ها در سه عمق روی بستر، زیر بستر و در عمق نصف المان های شش پایه در زیر بستر صورت گرفت. همچنین سرعت نسبی جریان بین 0. 65 تا 0. 95 در نظر گرفته شد. نتایج آزمایش ها تأثیر قابل ملاحظه ای از ترکیب توأم کارگذاری سنگچین و المان های شش پایه را نشان داد. به طوری که در اعداد فرود کمتر آرایش و حالتی که نصف المان ها روی بستر و سنگچین ها روی آن قرار داده شدند، توانست تا 97 درصد عمق آبشستگی رأس تکیه گاه و در اعداد فرود بالاتر، آرایش و حالتی که المان های شش پایه در روی بستر و سنگچین ها در بین آن ها قرار گرفته شد توانست تا 89 درصد عمق آبشستگی راس تکیه گاه را کاهش دهد.

فرسایش عمومی و پایین افتادن بستر رودخانه بالارود منجر به آشکار شدن سازه ی مدفون سیفون معکوس بالارود شده است. اختلاف به وجود آمده در بالادست و پایین دست آن باعث تشکیل یک حوضچه ی استغراق در پایاب آن شده است. جریان عبوری از روی لبه ی پهن تاج سیفون معکوس منجر شده تا این سازه مانند یک شیب شکن عمل نماید. در این تحقیق نتایج یک مطالعه مشابه درخصوص اثر دانه بندی مصالح بستر حوضچه استغراق، عمق پایاب، پتانسیل کل و همچنین اثر عرض جت جریان ریزشی از روی تاج بدنه یک سیفون معکوس بر الگوی آبشستگی پایین دست آن مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور با استفاده از تحلیل ابعادی و رگرسیون غیرخطی روابطی بدون بعد برای تخمین حداکثر عمق و مکان حفره آبشستگی و همچنین حداکثر ارتفاع و موقعیت مکانی تپه رسوبی در پایین دست این نوع سازه ها ارائه شده است. در بخش دوم تحقیق با استفاده ازسیستم داده کاوی برنامه سازی ژنتیک و مدل شبکه عصبی مصنوعی نسبت به تدقیق روابط اقدام گردید و در بخش سوم با استفاده از تحلیل حساسیت، تأثیر پارامترهای مؤثر بر ابعاد آبشستگی مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل نتایج نشان داد رگرسیون غیر خطی به روش گام به گام پیشرو در مقایسه با مدل ارائه شده توسط برنامه سازی ژنتیک و مدل شبکه عصبی در تخمین پارامتر نسبی حداکثر عمق آبشستگی به ترتیب از ضریب همبستگی 962/0، 971/0 و 991/0برخوردار است. از طرفی شیب خط برازش شده از بین مقادیر نتایج مشاهداتی و محاسباتی هر سه مدل برای پارامترهای بدون بعد s/z، XS/z، hd/z، XD/zحاکی از برتری پیش بینی انجام شده توسط شبکه عصبی مصنوعی می باشد.

خشکسالی یکی از پدیده های حدی است که اثرات آن به طور تدریجی و در طول زمان، وسعت زیادی را در بر می گیرد. بررسی اثرات تغییر اقلیم بر خشکسالی برای مدیریت منابع آب اهمیت به سزایی است. تاکنون شاخص های خشکسالی متعددی برای تعیین و کمی کردن خشکسالی مورد استفاده قرار گرفته اند که در بین آن ها شاخص SPI نتایج بسیار مناسبی به دست داده است. در این مطالعه، از شاخص SPI برای محاسبه مدت و شدت خشکسالی در حوضه زاینده رود برای دوره تاریخی (2008-1979) و آینده ی دور (2099-2058) با استفاده از داده های 15 مدل GCM حاصله از سناریوهای پنجمین گزارش ارزیابیICPP(AR5)، استفاده شد. یکی از شدیدترین خشکسالی های دوره تاریخی، با مدت شش ماه و شدت برابر با 39/4-، بهعنوان خشکسالی معیار انتخاب شد. با توجه به مرور سوابق بهدلیل همبستگی زیاد بین خصوصیات خشکسالی چند تابع مفصل از خانواده های ارشمیدسی و بیضوی، برای ایجاد توزیع توأم و ارزیابی دوره های بازگشت خشکسالی در حوضه، استفاده شدند. نتایج حاکی از آن بود که دوره بازگشت خشکسالی شدید معیار در دوره تاریخی حدود پنج سال بوده و این مقدار به حدود 25 سال در آینده افزایش خواهد یافت.

این تحقیق به منظور بررسی عملکرد باگاس نیشکر در کنترل گرفتگی پوشش های مصنوعی زهکش های زیرزمینی در خاک های آهکی، در آزمایشگاه مدل های فیزیکی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز، از بهمن 94 تا شهریور 95 انجام شد. در این آزمایش از مدل فیزیکی یک به یک به طول 100، عرض 40 و ارتفاع 150 سانتی متر که ترانشه زهکشی را شبیه سازی می کرد استفاده شد. در حالت اول آزمایش، باگاس نیشکر با خاک با نسبت حجمی 30 به 70 ترکیب گردید و دور پوشش زهکشی کارگذاری شد و به مدت 2000 ساعت جریان به صورت پیوسته برقرار شد. در حالت دیگر، آزمایش یادشده بدون حضور باگاس دور پوشش تکرار شد. دبیخروجی و تغییرات سطح ایستابی هر ده روز یک بار ثبت گردید. همچنین شاخص های رسوب گذاری کربنات کلسیم، شامل شاخص لانژیلر، رایزنر و استیف-دیویس برای آب وخاک استفاده شده، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد دبی خروجی در مدت زمان آزمایش، در حالتی که باگاس نیشکر دور پوشش لوله زهکش قرار داده شد، از 1/1 لیتر بر دقیقه در روز اول اندازه گیری به 78/0 لیتر بر دقیقه در روز هفتادم اندازه گیری، یعنی حدود 29 درصد کاهش یافت. درحالی که دبی خروجی در حالتی که باگاس دور پوشش زهکش وجود نداشت، از یک لیتر بر دقیقه در روز اول اندازه گیری به 48/0 لیتر در دقیقه در روز هفتادم اندازه گیری، یعنی حدود 52 درصد کاهش یافت. درواقع باگاس نیشکر توانست 23 درصد از کاهش دبی را کنترل کند. همچنین باوجوداینکه آب و خاک مورداستفاده، بر اساس شاخص های رسوب گذاری، دارای پتانسیل بالایی برای رسوب گذاری بودند، گرفتگی در مدت آزمایش اتفاق نیفتاد.

پایش خشکسالی یکی از فاکتور های مهم در مدیریت خشکسالی است. سیستم های پایش نقش مهمی در تدوین طرح های خشکسالی و مدیریت آن دارند. در این تحقیق از شاخص های SPI، PNIو CZIبرای بیان کمی خشکسالی استفاده گردید. داده های بارندگی شش ایستگاه منتخب در استان آذربایجان غربی در طول دوره آماری 1990 تا 2009 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. همچنین جهت بررسی روند خشکسالی و پهنه بندی مکانی سیستم اطلاعات جغرافیایی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان دهنده تطابق نسبتاً بالای شاخص های SPIو CZIمی باشد. به منظور بررسی کارایی نمایه های خشکسالی در استان آذربایجان غربی، ضریب تبیین بین زوج شاخص های خشکسالی (SPI-CZI، SPI-PNI و (CZI-PNIمحاسبه گردید. نتایج نشان داد که در اکثر ایستگاه ها در سطح اطمینانp<0. 01 زوج نمایه ها از همبستگی بالایی نسبت به یکدیگر برخوردار هستند. این در حالی است که، در تحلیل فراوانی شاخص های خشکسالی، شاخص PNIدر سال های نرمال اتفاق افتاده و شاخص SPIدر ترسالی های ضعیف اتفاق افتاده در استان کارایی بیشتری داشته و در مورد خشکسالی های ضعیف تا متوسط هر سه شاخص نتایج و کارایی تقریبا یکسانی را نشان دادند.

عملکرد نامناسب و عدم دقت در طراحی و ساخت دریچه ها باعث خسارات مالی و جانی در پایین دست سد می شود. این مقاله طراحی و ساخت دریچه و هوشمندسازی آن ها را دنبال می کند. با استفاده از خطی-سازی معادله های غیر خطی دبی خروجی و ارتفاع آب درون مخزن در اطراف نقطه ی کار، نقطه ی تعادل دبی سیل ورود و خروج از سد تعیین شد. با تغییر پارامتر بازشدگی دریچه، نقطه تعادل در مکان هندسی منطبق با شرایط مطلوب قرار گرفت. با توجه به نقطه ی تعادل هیدروگراف دبی ورودی و خروجی و نمودار معادله-های خطی دبی خروجی، ارتفاع و حجم آب ذخیره شده در مخزن، ابعاد دریچه ها طراحی شد که قابل ساخت است. سیستم های هوشمند از المان های الکترونیکی، میکرو پرسسور، سنسورهای سنجش ارتفاع آب و دستگاه های فرستنده و گیرنده امواج آلتراسونیک و موتورهای الکتریکی، پس از طراحی ساخته شدند که باعث هوشمند سازی و خودکار شدن دریچه ها می گردند. در آزمایشگاه سیستم های هوشمند دریچه نصب و به صورت مکرر مورد آزمایش قرار گرفت که نتایج آن ها مطلوب بود. دریچه های خودکار بر اساس شرایط بهره برداری، درخواست متقاضیان پایین دست و ارتفاع آب درون مخزن باز و بسته می شود که باعث بهره برداری بهینه و استفاده مناسب از آب درون مخزن می شود. با هوشمندسازی دریچه، سیلاب ها کنترل و مصارف آب در پایین دست مدیریت می شود و بازده سد افزایش می یابد.

تحقیقات اخیر نشان داده است که امکان استفاده از مدل متداول شماره منحنی (SCS-CN) در بسیاری از مناطق نمی باشد. از این رو مدل های دیگری در این زمینه توسعه داده شده و می بایست مورد ارزیابی مقایسه ای قرار گیرند. هدف مطالعه حاضر مقایسه کارایی مدل میشرا-سینگ تک پارامتری، در مقایسه با مدل متداول شماره منحنی است. برای این منظور از داده های بارش-رواناب پنج حوضه آبریز در استان گلستان استفاده شده است. معیارهای جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، ناش-ساتکلیف (NSE) و خطای دبی اوج (PEP) برای بررسی دقت شبیه سازی هیدروگراف و دبی اوج مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد در 13 رگبار از 14 رگبار مورد مقایسه، مدل میشرا-سینگ تک پارامتری، برآورد دقیق تری از هیدروگراف و دبی اوج سیلاب دارد. این در حالی است که در یک رگبار باقی مانده تفاوت نتایج دو مدل کوچک به دست آمده است. میانگین معیارهای RMSE، NSE و PEP در مدل متداول شماره منحنی SCS-CN برابر با 4/29، 9/35-و 98/0-و در مدل میشرا-سینگ تک پارامتری، به ترتیب برابر با 19، 2/9-و 0 است.