علوم و مهندسی آبیاری
سال:1390 | دوره:34 | شماره:2 |تعداد مقالات:11

خشکسالی پدیده ای است که همه ساله در نقاط مختلف دنیا به فراوانی رخ می دهد. بی شک با خشکسالی نمی توان مبارزه اساسی کرد ولی می توان با برنامه ریزی و اقدامات پیشگیرانه، خود را با آن سازگار نمود. برای بررسی خشکسالی ها، منطقه البرز جنوبی که از طرف شمال به رشته کوه بلند البرز و در سوی جنوب به کویر مرکزی ایران محدود است، انتخاب شد. ایستگاه های مورد مطالعه در ارتفاعات مختلف از حدود 900 تا 2500 متر بالاتر از سطح دریا قرار دارند. با استفاده از نمایه های مختلف خشکسالی، وضعیت های مختلف بارشی محاسبه و تحلیل گردید. وجود همه گروه های بارشی در همه ایستگاه ها، در بیش تر سال ها و تقریبا در همه نمایه های مورد بررسی، به اثبات رسید. از دو روش، مستقل بودن وضعیت های بارشی به ویژه خشکسالی ها از ارتفاع، به اثبات رسید. این دو روش عبارت اند از: برازش مقادیر محاسبه شده توسط نمایه ها با ارتفاع و نیز گروه بندی مقادیر محاسبه شده نمایه ها و برازش این گروه ها با ارتفاع.

آگاهی از کیفیت آب زیرزمینی مناطق خشک و نیمه خشک می تواند در حفظ و تداوم پایدار این منبع ارزشمند نقش به سزایی داشته باشد. برای ن امر، لازم است برآورد مکانی دقیقی از پارامترهای کیفی موثر در آب زیرزمینی مانند نسبت جذب سدیم و کلر انجام شود. امروزه استفاده از روش های زمین آمار برای برآورد متغیرهای مکانی با استفاده از داده های همان متعیر (کریجینگ) و یا به کمک متغیرهای کمکی (کوکریجینگ) مورد توجه متخصصین این حوزه قرار گرفته است. با توجه به اهمیت اطلاع از وضعیت کیفیت آب های زیرزمینی برای مصارف کشاورزی و نیز هزینه بر و وقت گیر بودن اندازه گیری پارامترهای نسبت جذب سدیم و کلر، یافتن راهکاری برای برآورد آنها با استفاده از پارامترهایی که اندازه گیری آنها ساده تر است امری ضروری به نظر می رسد. این مطالعه روی 80 نقطه در شهرستان بوکان و با استفاده از برآوردگر کوکریجینگ انجام گردید که در آن شوری آب (ECw) به عنوان متغیر کمکی در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از روش کوکریجینگ و کریجینگ برای برآورد نسبت جذب سدیم و کلر به کمک معیار آماری RMSE مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در برآورد میزان نسبت جذب سدیم، کوکریجینگ با RMSE برابر 3.07، دقت بیشتری نسبت به روش کریجینگ داشت. هر چند که هر دو روش دارای دقت قابل قبولی بودند. در برآورد مقدار کلر نیز کوکریجینگ دقت بیشتری به کریجینگ داشت (RMSE=3.82).

دریچه ها از جمله سازه های کنترل کننده جریان هستند که در شکل ها و با نحوه عملکرد متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرند. از مشهورترین و پرکاربردترین دریچه های زیرگذر می توان دریچه های کشویی و شعاعی (قطاعی) را نام برد. سادگی ساخت و نصب دریچه های قطاعی و نیاز به نیروی کم جهت بالا و پایین بردن این دریچه ها، باعث افزایش کاربرد آنها جهت کنترل جریان یا سطح آب در سدها و سازه های انتقال آب شده است. تاکنون روابط و نمودارهای تجربی متعددی برای تخمین دبی عبوری یا ضریب تخلیه جریان از دریچه های قطاعی ارائه شده است اما شرایط جریان مستغرق کمتر مورد توجه قرار گرفته است. برآورد دبی عبوری از دریچه های آبگیر در حالت استغراق با حل توام معادلات انرژی و مومنتم امکان پذیر است. در این راستا برای ارزیابی دبی های محاسباتی، 16 مورد اندازه گیری در دو آبگیر سد انحرافی گتوند و شهدا در استان خوزستان انجام شده است. نتایج این بررسی حاکی از آن است که معادله مومنتم همواره عمق استغراق را کمتر از میزان واقعی برآورد می نماید که دلیل آن  نادیده گرفتن آشفتگی جریان و عدم یکنواختی سرعت بعد از دریچه می باشد. لذا دبی محاسباتی همواره بیش از دبی اندازه گیری بوده است. در ادامه با اندازه گیری مستقیم عمق استغراق به جای عمق پایاب (حذف معادله مومنتم) و استفاده از معادله انرژی به صورت منفرد، نتایج بهتری در محاسبه دبی عبوری حاصل گردیده است. در نهایت به منظور کالیبراسیون ضریب فشردگی جریان تاچ، از حل تلفیقی معادلات انرژی و مومنتم در نرم افزار لینگو (ابزار بهینه سازی غیرخطی) استفاده گردید.

سرعت سقوط ذرات رسوب از جمله ویژگیهائی است که در مطالعات انتقال رسوب نقش مهمی دارد. در این تحقیق، در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهرکرد آزمایش هایی در یک فلوم دایره ای با قطر بیرونی 1.9 متر انجام گرفت. رسوبات مورد استفاده، از نوع ریزدانه چسبنده از حوضه کارون شمالی برداشت شد. به منظور محاسبه سرعت سقوط رسوبات چسبنده در این تحقیق، از رابطه اصلاح شده کرون استفاده شد و برای تعیین پارامترهای این معادله، پروفیل سرعت و تنش برشی جریان و غلظت رسوبات معلق نسبت به زمان اندازه گیری شد. نتایج نشان داد در غلظت های پائین با افزایش غلظت رسوب، سرعت سقوط هم افزایش می یابد ولی در غلظت های بالا این رابطه معکوس می شود. همچنین نتایج این تحقیق نشان داد که علاوه بر غلظت رسوب، تنش برشی جریان نیز بر سرعت سقوط ذرات تاثیر قابل ملاحظه دارد. لذا بر اساس نتایج این تحقیق رابطه رگرسیون برای محاسبه سرعت سقوط رسوبات چسبنده ارائه شد.

مدیریت پایدار منابع آب زیرزمینی در مناطق در حال توسعه، به ویژه زمانی که تقاضا برای آب آشامیدنی سالم با توجه به رشد سریع این جوامع در حال افزایش است، از اهداف ضروری محسوب می شود. گسترش کنترل نشده صنایع، اراضی کشاورزی، سکونت گاه ها و هم چنین مدیریت ناکافی اعمال شده بر منابع آب زیرزمینی، لزوم اتخاذ شیوه های صحیح مدیریتی را بیش از پیش اشکار می سازد. امروزه بر اساس قابلیت تطابق زیاد مدل های پیشرفته شبیه سازی آب زیرزمینی با سیستم هیدرولیکی آبخوان و امکان استفاده از این مدل ها برای پیش بینی وضعیت آینده، شرایط مناسبی را به منظور مدیریت و استفاده بهینه از این منابع فراهم آورده است. بر این اساس هدف از تحقیق حاضر پیش بینی سطح ایستایی برای 10، 30 و 50 سال آتی (1387 تا 1437) با استفاده از مدل MODFLOW جهت ارائه شیوه ای صحیح در مدیریت منابع آب زیرزمینی آبخوان گربایگان به عنوان منطقه ای با اهمیت استراتژیک از نظر کشاورزی می باشد. در این تحقیق پس از تهیه لایه های ورودی به مدل در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، شرایط مرزی و شبکه بندی آبخوان تعیین شد، سپس با استفاده از اطلاعات موجود اقدام به واسنجی مدل در شرایط پایدار و ناپایدار نموده و برای کسب اطمینان از نتایج شبیه سازی، آزمون صخت سنجی انجام شد. سپس هیدروگراف واحد و تراز سطح ایستابی آبخوان برای 50 سال آینده پیش بینی شد. نتایج حاکی از آن است که شیب افت هیدروگراف واحد آبخوان برای 10، 30 و 50 سال آینده، به ترتیب به میزان 0.331، 0.298 و 0.27 متر بر سال بوده که می توان دریافت با افزایش دوره پیش بینی شیب افت کاهش می یابد که نشان از افت قابل توجه سطح ایستابی با گذشت زمان می باشد.

استفاده از پرتابه های جامی شکل در سدها، به علت نیروهایی که جریان جت خروجی از آنها در محل برخورد به بستر پایین دست وارد می کند و منحصر به آبشستگی و یا شکستگی دال کف می شود که در مقایسه با سازه های دیگر، نیاز به بررسی و مطالعه بیشتری دارند. تعیین مشخصات فشارهای دینامیکی محل برخورد در شرایط مختلف، این امکان را به ما خواهد داد که در صورت وقوع چنین شرایطی در سازه های اجرایی احتمال وقوع آبشستگی و میزان دقیق آن را مشخص نماییم و همچنین می توان ب طور دقیق احتمال ترک خوردگی دال کف پایان دست و یا مرحله جدا شدن ذرات از بستر را تعیین کرد که در طراحی حوضچه های استغراق اهمیت دارد. در این مطالعه با فراهم آوردن شرایط اندازه گیری فشارهای دینامیکی ایجاد شده بر کف در اثر برخورد جت خروجی از پرتابه جامی شکل سعی در استخراج داده هایی در شرایط مختلف برخورد از نظر دبی جت خروجی و عمق پایاب شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که حوضچه های استغراق پایین دست پرتابه های جامی شکل زمانی موثر خواهد بود که نسبت عمق آب حوضچه به ضخامت جت در حال برخورد (y/B1) بزرگتر از سه باشد.

در این تحقیق الگوی جریان در تلافی 90 درجه دو کانال مستطیلی، به صورت سه بعدی و با استفاده از Fluent6.3 مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور شبیه سازی جریان آشفته از مدل آشفتگی تنش رینولدز استفاده و جریان به صورت ماندگار تحلیل شده است. برای صحت سنجی نتایج حاصله، از نتایج آزمایشگاهی شیومیت استفاده گردیده است. مقایسه نتایج حاصل از مدل عددی با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که مدل مزبور الگوی کلی جریان در محل تلافی کانال ها را در حد مناسبی شبیه سازی کرده و متوسط خطای پیش بینی سرعت در طول کانال اصلی بین 3.5 تا 10 درصد می باشد. همچنین تاثیر نسبت دبی بر ابعاد ناحیه جدایی جریان ایجاد شده در کانال اصلی پایین دست تلافی و توزیع تنش برشی بستر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که در اثر افزایش نسبت دبی، طول و عرض ناحیه جدایی کاهش می یابد. شاخص شکل ناحیه جدایی محاسبه شده در این تحقیق دارای مقدار میانگین 0.18 بوده که در محدوده مقادیر آزمایشگاهی قرار دارد. از سوی دیگر با افزایش نسبت دبی حداکثر تنش برشی بستر کاهش می یابد.

آبشویی نیترات از مزارع کشاورزی و وارد شدن آنها به آب های سطحی یکی از بزرگترین معایب سیستم های زهکشی زیرزمینی می باشد. تلفات چنین نیتراتی باعث آلودگی آب های سطحی و آلودگی آب های زیرزمینی می شود و در نتیجه آن تخریب محیط زیست و از بین رفتن محیط زیست آبی، گیاهان، حیوانات و انسان ها می شود. روش های مختلفی از قبیل فرآیند بیولوژیکی، فرآیند شیمایی و فیزیکی به منظور حذف نیترات وجود دارد. در سال های اخیر نشان داده شده است که فرآیند حذف بیولوژیکی نیترات از نظر اقتصادی، قابلیت کاربرد و راندمان، مناسب ترین روش می باشد. به علاوه، این روش یکی از مناسب ترین روش ها جهت حذف آلودگی نیترات در محیط های اشباع می باشد. از آنجائیکه بیشتر خاک های زیر سطحی با کمبود مواد کربنی مواجه می باشند، لذا بیشتر فرآیندهای میکروبی دنیتریفیکاسیون به منابع کربنی بیشتری جهت حذف نیترات نیاز دارند. در این مطالعه به منظور افزایش فرآیند بیولوژیکی در خاک از پوشال جو به عنوان ماده کربنی استفاده شد و تاثیر آن بر نیترات خروجی و آمونیوم مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه دو حالت قرارگیری این فیلتر زیستی در کنار لوله زهکش در آزمایشگاه شبیه سازی شد و عملکرد آنها در حذف نیترات مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این دو حالت توانستند 60 درصد از نیترات ورودی را حذف نمایند. همچنین این فیلترها پس از گذشت هشت هفته از شروع آزمایش توانستند بیش از 85 درصد از نیترات ورودی به سیستم را حذف نمایند. همچنین نتایج نشان داد که افزودن این ماده کربنی به خاک باعث شد غلظت نیترات در پایان دوره مطالعه به کمتر از حد استاندارد سازمان بهداشت جهانی برای نیترات موجود در آب شرب که برابر با 45 میلی گرم در لیتر است برسد.

مفهوم هیدروگراف واحد لحظه ای (IUH) به طور گسترده در تخمین سیلاب حوضه هایی با داده های محدود به کار می رود. در این مقاله مدل هیدروگراف های واحد ژنومورفولوژی مخزن (GUHR) برای حوضه آبریز لیقوان در استان آذربایجان شرقی ارائه شده است. این مدل بر پایه مفهوم مخازن خطی آبشاری می باشد. هرمخزن نسبتی از مساحت حوضه را که آبراهه در آن جریان دارد به عنوان یک زیر حوضه در بر می گیرد. بدین ترتیب زیر حوضه ها با یکسری مخازن خطی متوالی که با توجه به ژنومورفولوژی حوضه توزیع شده اند جایگزین می شوند. در واقع مدل GUHR، روندیابی جریان در این مخازن و تعیین هیدروگراف واحد در خروجی حوضه می باشد. نتایج نشان می دهد که مدل ارائه شده با وجود داشتن یک پارامتر، به دلیل بکارگیری خصوصیات ژنومورفولوژی حوضه، توانایی مناسبی در شبیه سازی بارش- رواناب دارد. آنالیز حساسیت مدل بر مبنای تغییرات پارامتر انجام شد و نتایج نشان داد که با کاهش مقدار K، میزان دبی اوج افزایش و زمان رسیدن به دبی اوج کاهش می یابد و بالعکس.

انتخاب صحیح سیستم آبیاری گام مهمی در بهره برداری بهینه از منابع آب و خاک است. عوامل متعدد تاثیرگذار در انتخاب سیستم آبیاری تحت فشار مناسب، این امر را به مساله نسبتا پیچیده ای مبدل کرده است. در این تحقیق با تهیه اطلاعات مربوط به آب، خاک و پارامترهای اقلیمی 20 مزرعه نمونه و مطالعه میدانی عوامل اقتصادی- اجتماعی کشاورزان، به مطالعه انتخاب مناسب ترین سیستم آبیاری تحت فشار با استفاده از روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی در منطقه دشت دهگلان پرداخته شده است. دراین راستا عوامل مهم و تاثیرگذار به دو گروه فیزیک مزرعه و اقتصادی- اجتماعی تقسیم شده اند. در نتیجه این تحقیق، سیستم آبیاری بارانی بارانی کلاسیک ثابت با آبپاش متحرک به عنوان بهترین سیستم برای شرایط موجود مزارع مورد نظر قابل انتخاب می باشد. نتایج نشان می دهد که فرآیند تحلیل سلسله مراتبی، می تواند در بررسی موضوعات مربوط به انتخاب سیستم های آبیاری، کاربرد مطلوبی داشته باشد.