علوم و مهندسی آبیاری
سال:1397 | دوره:41 | شماره:2 |تعداد مقالات:17

شبیه سازی توزیع عرضی سرعت جریان و نیز غلظت رسوب معلق در قوس رودخانه ها، دارای اهمیت زیادی بوده و در حفاظت سواحل رودخانه، الگوی انتقال و ته نشست رسوبات، انتشار آلودگی و کنترل سیلاب کاربرد دارد. به دلیل ساختار سه بعدی جریان در قوس رودخانه ها، مدل های ریاضی یک بُعدی در این شرایط جواب گو نبوده و باید از مدل های ریاضی دو یا سه بُعدی استفاده نمود. در این تحقیق، ابتدا با اندازه گیری میدانی داده های توزیع عرضی سرعت و غلظت بار معلق از سه قوس واقع در رودخانه کارون (قوس های ملیحه، جنگیه و خبینه)، مدل شبه دوبعدی متوسط در عمق (Shiono and Knight, 1991) واسنجی شد. با استفاده از نتایج توزیع سرعت به دست آمده از این مدل ریاضی، ظرفیت انتقال رسوب رودخانه محاسبه شد. نتایج نشان داد که در هر سه قوس انتخاب شده، از میان روابط رسوبی مورد مطالعه، رابطه رسوبی یانگ مطابقت بهتری با مقادیر غلظت رسوب اندازه گیری شده در عرض رودخانه داشته و نسبت به روابط رسوبی اکرز-وایت و انگلوند-هانسن، از دقت بالاتری برخوردار می باشد.

به منظور کنترل پرش هیدرولیکی نیاز به ساخت حوضچه آرامش می باشد تا تمام یا قسمتی از پرش در آن رخ دهد. وجود زبری درکف حوضچه می تواند در کاهش مشخصات پرش مؤثر باشد. درتحقیق حاضر اثر اجزای زبر با شکل های مختلف مکعبی، مثلثی و ترکیبی از مکعبی و مثلثیدر حوضچه آرامش مستطیلی به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایش ها در فلومی به طول 15، عرض3/0 و ارتفاع5/0 متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد. در این تحقیق اجزای زبر بر روی یک صفحه در کف فلوم در پایین دست تند آب به نحوی قرار داده شدند که سطح فوقانی آن ها در زیر جت ورودی آب قرار گرفت. نتایج نشان داد که مشخصات پرش از جمله طول پرش و عمق مزدوج به دلیل وجود اجزای زبر کاهش می یابد. میزان کاهش این پارامترها به طور متوسط به ترتیب 36 و 23 درصد می باشد و بستگی به عدد فرود و شکل اجزای زبر دارد. بیشترین کاهش مشخصات پرش مربوط به وجود اجزای زبر ترکیبی است.

کشورایراندرناحیهخشکو نیمهخشکجهانقرارگرفتهاست. یکی ازمسائلاساسیدراین منطقه، کمبودآباست. بیش از 94 درصد از منابع آب کشور در بخش کشاورزی مصرف می شود. این در حالی است که بازده کل آبیاری در کشور بین 33 تا 37 درصد است. بنابرایناستفادهکاراو مدیریتآبکشاورزی، اجتناب ناپذیرمی باشد. یکی از برنامه هایی که برای افزایش راندمان آبیاری اجرایی شده، طرح مصرف بهینه آب می باشد. طی طرح مزبور، میزان آب لازم برای تولید هر واحد محصول، به بهره برداران آموزش داده می شود. در این پژوهش، نقاط قوت و ضعف، تهدیدها و فرصت ها، با روش SWOT بررسی شده است. این پژوهش از نوع کاربردی بوده و جامعه آماری آن، 57 نفر از مروجین استان مرکزی است. نتایج حاصل از تحقیق استراتژی هایی است که به منظور توسعه طرح مصرف بهینه آب تدوین شده و به وسیله ماتریس QSPM اولویت بندی شده است. این استراتژی های اولویت بندی شده به این شرح است: استفاده از اعتبارات بینالمللی برای توسعه آموزش های محیط زیستی در روستاها، توسعه آموزش های رسمی و غیر رسمی در رابطه با بحران آب و تغییر اقلیم در مناطق، پیامدهای مصرف بی رویه آب، روش آبیاری کوزه ای، توسعه استفاده از رسانه های ملی و فن آوری ارتباطات، تدوین محتوای آموزشی در رابطه با بحرانآب، تغییر اقلیم در مناطق و پرورش ارزش های فرهنگی، توسعه ارتباط با سازمان های ذیربط آموزش مصرف بهینه آب، توسعه حمایت های دولتی از روش های پر بازده و کم مصرف و ایجاد ساز و کار مشترک بین دهیاری ها و جهاد کشاورزی در انجام طرح.

تبدیل ها سازه هایی هستند که می توانند با ایجاد تغییر در نوع سطح مقطع کانال ها، هندسه کانال و نوع جریان را عوض کنند. با افزایش ابعاد در راستای مقطع در تبدیل، از سرعت جریان کاسته می شود. این موضوع، ناحیه جدایی جریان و حرکت گردابی آشفته را به وجود آورده و باعث تلفات انرژی می شود. در این مطالعه، الگوی جریان در امتداد تبدیل تدریجی عریض شونده کانال های مستطیلی به ذوزنقه ای برای جریان زیربحرانی به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در کنار مطالعه آزمایشگاهی، شبیه سازی عددی سه بعدی الگوی جریان با استفاده از نرم افزار فلوئنت و مدل تنش رینولدز (RSM) انجام گرفته است. پروفیل های سطح آب و سرعت جریان در مقاطع مختلف تبدیل بصورت آزمایشگاهی اندازه گیری شده و با نتایج عددی مقایسه شده اند که مقایسه این نتایج مطابقت خوبی را بین آنها نشان می دهد. همچنین بازدهی هیدرولیکی تبدیل و ضریب تلفات انرژی در امتداد تبدیل به ازای طولهای مختلف تبدیل و اعداد فرود ورودی مختلف محاسبه شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد فرود جریان بالادست، بازدهی تبدیل و ضریب تلفات انرژی به ترتیب کاهش و افزایش می یابند. همچنین با افزایش طول تبدیل عریض شونده، بازدهی تبدیل و ضریب تلفات انرژی به ترتیب دچار افزایش و کاهش می شوند. پس از صحت سنجی مدل عددی، تاثیر عدد فرود بالادست و دبی ورودی بر نواحی چرخشی جریان ایجاد شده در دو طرف تبدیل و تنش برشی بستر در امتداد تبدیل بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. با افزایش عدد فرود بالادست، طول و عرض ناحیه جدایی جریان ایجاد شده در دو طرف تبدیل افزایش یافت.

حوضچه های آرامش با مقطع واگرا دارای عملکرد هیدرولیکی مناسب تر و هزینه ساخت کمتر نسبت به حوضچه های کلاسیک می باشند. در تحقیق حاضر با به کارگیری داده های آزمایشگاهی و به ازای هفت عدد فرود مختلف در محدوده 1/9-2/3، سه مدل از حوضچه های مذکور با هندسه های مختلف از نظر زاویه واگرایی و نوع دیواره، در حالت سه بعدی مورد شبیه سازی عددی قرار گرفت. برای تحلیل آشفتگی از مدل های k-ε RNG و RSM و برای سطح آزاد جریان از مدل حجم سیال (VOF) در محیط نرم-افزار Fluent استفاده شد. دقت مدل های آشفتگی مذکور در شبیه سازی سطح آزاد پرش مشابه یکدیگر و میانگین خطای محاسباتی آنها به ترتیب 4/7 و 7/5 درصد حاصل شد. اما در شبیه سازی پروفیل های سرعت مدل RSM عملکرد بهتری را به همراه داشت، به طوری که میانگین خطای محاسباتی مدل های k-ε RNG و RSM به ترتیب 2/16 و 7/7 درصد بدست آمد. بر اساس نتایج مدل عددی وقوع جریان دوپایا در مقاطع واگرا به خوبی قابل مشاهده بود. همچنین با استفاده از مدل RSMتوزیع قائم شدت آشفتگی، تنش-های رینولدز و انرژی جنبشی اغتشاش در مقاطع مختلف پرش مورد بررسی قرار گرفت.

برای ارزیابی تآثیر کم آبیاری بر عملکرد و اجزای آن در کشت مخلوط سورگوم-لوبیا قرمز، پژوهشی در سال 94-93 در قالب کرت های یک بار خردشده بر پایه بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه دانشگاه شهید باهنر اجرا شد. پنج سطح آبیاری (آبیاری کامل، کم آبیاری سنتی و خشکی موضعی ریشه هرکدام با 75 و 60 درصد نیاز آبی) بر پنج نسبت کشت سورگوم-لوبیا قرمز (صد درصد سورگوم، 75، 50 و 25 درصد سورگوم و صد درصد لوبیا قرمز) اعمال شد. در نهایت ارتفاع، تعداد برگ، شاخص سطح برگ، وزن تر و خشک اندام هوایی، بهره وری مصرف آب، نسبت برابری زمین و شاخص های رقابتی گیاهان اندازه گیری شد. نتایج نشان داد اعمال تنش آبی بر تمامی صفات تأثیر معنی داری و خشکی موضعی ریشه، باعث افزایش 4/29 درصد بهره وری آب در گیاه سورگوم و 2/12 درصد در گیاه لوبیا قرمز (در یک سطح تنش و نسبت کشت ثابت) در مقایسه با کم آبیاری سنتی گردید.

با افزایش جمعیت دنیا و لزوم کنترل و مدیریت منابع آب شیرین ساخت سدهای بزرگ گسترش یافته است. سرریز از اجزای مهم سد است و یکی از مهم ترین خطراتی که آن راتهدید می کند، خلاء زایى می باشد. یکی از راه های بررسی این مشکل و دیگر مسائل سرریزها ساخت مدل آزمایشگاهی است، اما با توجه به پیشرفت علم رایانه درعصر حاضر نرم افزارهایی برای مدل سازی جریان به صورت عددی تهیه شده که در کنار ساخت مدل های آزمایشگاهی برای بررسی رفتارسیالات مفید می باشند. رایج ترین راه مقابله با خسارت های ناشی از خلاءزایى ، ساخت انواع هواده در مسیر جریان می باشد. هواده با ایجاد تغییرات در خصوصیات جریان و واردکردن هوا به داخل آن سبب کاهش و از بین رفتن خسارت های ناشی از این پدیده می شود. در این پژوهش جریان روی سرریز سد آزاد به صورت سه بعدی در نرم افزار Flow-3D مدل و سپس صحت نتایج نرم افزار با توجه به نتایج مدل فیزیکی بررسی شده و در ادامه تأثیر انواع رمپ هواده بر فاکتورهای مؤثر برخلاء زایى مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شاخص خلاء زایى و غلظت هوای موجود درجریان نشان می دهد که سرریز با رمپ در کف و داکت در دیواره، در رمپ اول 22 درصد و در رمپ دوم به ترتیب 22 و 19 درصد شاخص خلاءزایى را افزایش دهد و با افزایش غلظت هوای داخل جریان در بدترین حالت به بیش از هفت درصد، به خوبی می تواند مانع ایجاد خسارت های ناشی از خلاءزایى در سرریز شود.

در رودخانه های کوهستانی یکی از مناسب ترین روش های آبگیری استفاده از آبگیرهای کفی می باشد. آبگیرهای کفی با محیط متخلخل یکی از اشکال مختلف آبگیرهای کفی بوده که تا کنون کمتر مورد مطالعه قرارگرفته اند. در تحقیقات پیشین نحوه ساخت مدل های آزمایشگاهی با آنچه در شرایط طبیعی وجود دارد تفاوت اساسی داشته، لذا در این پژوهش تلاش شده کاستی روش های قبلی برطرف شود. در مقاله حاضر به منظور بررسی تاثیر ابعاد آبگیر بر ضریب دبی جریان انحرافی مدل های مختلفی از آبگیر با سه طول ( cm45, 30, 15=L) و سه ارتفاع ( cm20, 15, 10=H) در کانال آزمایشگاهی تعبیه و فضای داخل آبگیر نیز توسط چهار نوع سنگدانه با دانه بندی مختلف (mm75/17، 4/15، 4/13، 72/9 =d50) پر گردید. در هر سری از آزمایش ها (مجموعاً 180 آزمایش) با عبور دبی های متفاوت از روی آبگیر دبی انحرافی توسط آبگیر کفی متخلخل اندازه گیری شد. مقایسه نتایج بدست آمده از این تحقیق با تحقیقات پیشین نشان از کاهش 10 درصدی در میزان دبی انحرافی توسط آبگیر را داشت. در نهایت با استفاده از تحلیل ابعادی و رگرسیون چند متغیره معادله ای با ضریب همبستگی 85/0= 2R جهت برآورد ضریب دبی جریان انحرافی این نوع آبگیر، تحت تاثیر پارامترهای مختلف ارائه گردید.

یکی از راه حل های مناسب و کارآمد برای بهینه سازی استفاده از رواناب در مناطق خشک و نیمه خشک، استفاده از بندها و سدهای خاکی می باشد که ضمن کاهش انرژی تخریبی سیل، در توسعه منابع آبی منطقه نیز موثر می باشد. پژوهش حاضر به بررسی عملکرد سد خاکی در تغذیه مصنوعی و نقش آن در توسعه منابع آب منطقه می پردازد. دشت لاور در فاصله 60 کیلومتری شمال بندرعباس با وسعت 5/23 کیلومترمربع قرار دارد. در این دشت، طرح سد خاکی در اواخر سال 1382 آغاز گردیده و از سال 1383 شروع به آبگیری نموده است. برای بررسی تغییرات کمی آب های زیرزمینی، میزان این تغییرات و مقایسه آن ها در قبل و بعد احداث سد از پارامتر سطح ایستابی مربوط به شش حلقه چاه مشاهده ای و همچنین هیدروگراف واحد استفاده شد. نتایج نشان داد که سطح آب زیرزمینی پس از احداث سد تا 5/1 متر افزایش یافته است.

در این تحقیق از قابلیت سیستم استنتاج فازی برای ارزیابی پارامتریک تناسب اراضی، در روش های آبیاری قطره ای و بارانی در شبکه آبیاری دشت فتحعلی مغان به مساحت 5175 هکتار واقع در استان اردبیل استفاده شد. براین اساس، مناطق” کاملاً مناسب” برای آبیاری بارانی و قطره ای به ترتیب برابر 06/385 هکتار (4/7درصد) و 35/2941 هکتار (87/56 درصد) به دست آمد و برای مناطق “ نسبتاً مناسب” به ترتیب مساحتی حدود 1/286 هکتار(5/5 درصد) و 43/246 هکتار(7/4درصد) محاسبه گردید. همچنین مساحتی حدود 08/ 2810هکتار (3/54 درصد) و 1/797 هکتار (4/15 درصد) به ترتیب برای آبیاری بارانی و قطره ای برای تناسب “ تاحدودی مناسب” به دست آمد و مساحت 88/1322هکتار (5/25 درصد) و 58/737 هکتار (2/14 درصد) به مناطق با تناسب “ نامناسب در شرایط فعلی” تعلق گرفت. برای تناسب “ نامناسب دائمی” مساحت ها به ترتیب برابر 91/370 هکتار (1/7درصد) و 54/458 هکتار (86/8 درصد) محاسبه گردید. نتایج نشان داد که تفاوت عمده ای بین دو روش از لحاظ اراضی “ کاملاً مناسب” وجود دارد به طوری که مساحت اراضی “ کاملاً مناسب” به روش قطره ای تقریبا 5/7 برابر مساحت این اراضی در روش بارانی می باشد. همچنین اراضی “ تا حدودی مناسب” ، در ارزیابی به روش بارانی بیشترین مناطق را به خود اختصاص داد و مساحت این نواحی در روش بارانی 5/3 برابر بیش تر از روش قطره ای گردید. نتایج نشان داد، در نظر گرفتن تغییرات تدریجی پارامترهای خاک در ارزیابی به روش فازی، باعث دقت بیشتر این روش نسبت به روش پارامتریک غیر فازی می گردد.

اطلاعات حاصل از پیش بینی امواج بعنوان اساس طراحی های مهندسی دریا، نقش مهمی در ساخت، نگهداری و مدیریت پروژه های عمرانی ساحلی و فراساحلی، دارد. امواج ناشی از باد، به دلیل دارا بودن بیش ترین انرژی و فراوانی، از مهم ترین امواج در دریا محسوب می شوند. در تحقیق حاضر، از سیستم استنتاج تطبیقی عصبی-فازی، برای پیش بینی خصوصیات امواج استفاده شده است. منطقه مورد مطالعه، بندر بوشهر و پیش بینی ها برای بازه زمانی سال 2008 تا سال 2010 در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد در پیش بینی ارتفاع امواج ناشی از باد، دقت مدل سیستم عصبی-فازی در مقایسه با درخت تصمیم، در مدت زمان سه و شش ساعته مشابه بدست آمد. به طوری که در مدت زمان سه ساعته ضریب همبستگی 86 و 83 درصد برای پیش بینی سه ساعته و 78 و 74 درصد برای پیش بینی شش ساعته دارای دقتی بالاتر از مدل های تجربی می باشند مقایسه ی نتایج پیش بینی با روش های تجربی نشان داد، که روش SMB با ضریب همبستگی بیشتر و درصد خطای کمتر نسبت به بقیه روش های تجربی، در برآورد ارتفاع امواج بیش ترین دقت را در محاسبات داشت. علاوه بر آن روش SPM با ضریب همبستگی 72 و 63 درصد برای پیش بینی سه و شش ساعته، نامناسب ترین روش برای تعیین ارتفاع موج بوده و ارتفاع موج را کمتر از شرایط واقعی پیش بینی می کند.

تبدیل موجک یکی از روش های نوین و بسیار موثر در زمینه تحلیل سیگنال ها و سری های زمانی است. در این روش سیگنال شاخص بارش استاندارد (SPI) با استفاده از موجک مادر منتخب تجزیه شده، داده های حاصل به عنوان ورودی مدل شبکه عصبی مصنوعی در نظر گرفته شده و یک مدل تلفیقی برای پیش بینی خشکسالی ارائه می گردد. در این تحقیق، از شبکه های عصبی مصنوعی پرسپترون چند لایه (MLP) و تابع پایه ای شعاعی ((RBF، سری زمانی ARIMA و هم چنین شبکه های عصبی مصنوعی-موجک پرسپترون چند لایه (WA-MLP) و تابع پایه ای شعاعی (WA-RBF) برای پیش بینی استفاده شده است. در این خصوص، از داده های بارندگی ایستگاه بیدستان با دوره آماری 44 ساله در حوضه آبریز شور استفاده شد. وضعیت رطوبتی با استفاده از شاخص بارندگی استاندارد شده (SPI) در دوره سه ماهه محاسبه گردید. برای تخمین مقدار SPI در هر بازه زمانی، از مقادیر مربوطه در زمان های ماقبل، استفاده شد. نتایج نشان داد مدل WA-MLP با دقت بالاتری (87/0=R2) مقادیر SPI و وضعیت خشکسالی کوتاه مدت را پیش بینی می کند.

پیش بینی جریان رودخانه یکی از موارد مهم در مدیریت منابع آب های سطحی، بهره برداری از مخازن سدها، کنترل سیلاب و خشکسالی می باشد. انتخاب ورودی های مناسب برای افزایش دقت وکارایی مدل های هوشمند از اهمیت به سزایی برخوردار است. در این تحقیق به ارزیابی عملکرد آنتروپی شانون درتعیین ورودی های مناسب و کارایی مدل های، شبکه عصبی مصنوعی و شبکه بیزین، در پیش بینی جریان ماهانه ی رودخانه ی صوفی چای در ایستگاه تازه کند، در طی بازه ی زمانی(1352-1391) پرداخته شده است. آنتروپی شانون، به عنوان روشی برای بیان اطلاعات یا عدم قطعیت یک پدیده مورداستفاده قرار می گیرد. هم چنین به عنوان شاخصی برای کمی کردن میزان عدم آگاهی و دانش نسبت به مشخصات یک سامانه، استفاده می شود. داده های جریان ماهانه با تأخیرهای مختلف به عنوان ورودی به آنتروپی شانون در نظر گرفته شد. نتایج آنتروپی نشان داد که جریان رودخانه با سه تأخیر زمانی، عملکرد بهتری نشان می دهد. سپس نتایج حاصل از پیش بینی، با دو مدل شبکه عصبی مصنوعی و شبکه بیزین مقایسه گردید. عملکرد این دو مدل با شاخص های آماری ضریب تبیین (R2)، جذر میانگین مربعات خطا(RMSE) و شاخص پراکندگی(SI) ارزیابی شد. نتایج نشان داد که مدل شبکه عصبی مصنوعی با ضریب تبیین بیشتر و جذر میانگین مربعات خطا کمتر و شاخص پراکندگی کمتر در مقایسه با شبکه بیزین، از کارایی بالاتری برخورداراست و ازاین رو آنتروپی شانون در تعیین ترکیب بهینه ی ورودی ها به مدل های هوشمند مناسب می باشد.

پرش هیدرولیکی تغییر ناگهانی جریان از حالت فوق بحرانی به زیربحرانی است که این پدیده هیدرولیکی به-صورت متلاطم و همراه با محدوده وسیعی از گرداب های با مقیاس بزرگ و کوچک می باشد. اتلاف انرژی در پرش هیدرولیکی همواره همراه با نوسانات بزرگ فشار با فرکانس کم است کهمی تواندباعثایجاد خسارت و فرسایش شده وامنیت سازهرابهخطراندازد. در تحقیق حاضر تأثیر اجزای زبر غیرممتد لوزی شکل با زبری نسبی ( ) 67/0 و 33/1 بر نوسانات فشار در پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده با افزایش عدد فرود نوسانات فشار افزایش می یابد که ناشی از افزایش شدت تلاطم در پرش هیدرولیکی می باشد. در بستر زبر در فاصله طولی نوسانات فشار بیشتر و به سمت پایین دست پرش نوسانات فشار در مقایسه با پرش هیدرولیکی بر روی بستر صاف به طور متوسط در حدود 80 درصد کاهش می یابد. تغییرات فشار متوسط در پرش هیدرولیکی بر روی بستر زبر در طول نسبی تقریباً ثابت می گردد. در تحقیق حاضر، مقادیر حداکثر و 178/0 و 134/0 به دست آمد.

ورود جریان غلیظ به مخزن و رسوب گذاری در مجاورت بدنه سد و تأسیسات وابسته به آن می تواند مشکلات متعددی از جمله انسداد دریچه های تخلیه کننده تحتانی را به همراه داشته باشد. هم چنین ورود رسوبات به لوله پنوستاک به هنگام آبگیری نیروگاه در شرایط نامساعد مخزن می تواند منجر به خوردگی پروانه توربین شود. آگاهی و شناخت از سرعت ترسیب رسوبات وارده به مخزن می تواند در راستای تهیه منحنی فرمان برای بهره برداری از نیروگاه سدهای مخزنی نقش به سزایی بازی نماید. در این مقاله به ارزیابی سرعت سقوط رسوبات چسبنده وارده به دریاچهسد کرخه در حالت سکون پرداخته شده است. برای این منظور از روش استوانه ی ته نشینی استفاده گردید. نمونه برداری رسوبات از هفت منطقه ی مختلف دریاچه سد کرخه انجام شد و خصوصیات فیزیکی آن ها تعیین گردید. آزمایش ته نشینی با غلظت های اولیه 4، 6، 8، 10، 15، 20 و 25 گرم بر لیتر صورت پذیرفت. نمونه گیری از استوانه ی ته نشینی در فواصل عمقی 20 سانتی متر انجام شد. فاصله ی زمانی نمونه گیری از استوانه ی ته نشینی بسته به میزان غلظت از 5 دقیقه تا 240 دقیقه تنظیم گردید. در این تحقیق سرعت سقوط ذرات، از حل عددی معادله دیفرانسیل مک لافلین به روش عددی تفاضل محدود محاسبه شده اند. نتایج حاکی از آن است که بیشترین سرعت سقوط در زمان 10 الی 15 دقیقه در ابتدای فرآیند ته نشینی اتفاق می افتد. هم چنین نتایج نشان داد که افزایش غلظت اولیه رسوبات منجر به کاهش سرعت سقوط خواهد شد.