حفاظت منابع آب و خاک
سال:1393 | دوره:4 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

مدیریت بهینه و حفاظت از منابع آب و خاک امروزه بیش از پیش ضروری به نظر می رسد. این موضوع در مورد سیستم های آبیاری سطحی بعنوان مصرف کننده عمده آب در کشور بسیار مهم است. تخمین دقیق فاز پیشروی، برای طراحی و ارزیابی این سیستم ها اهمیت فراوان دارد. هدف از انجام این تحقیق بررسی دقت روش های حل مدل بیلان حجمی در تخمین پیشروی آب در آبیاری جویچه ای است. در این تحقیق از روش های حل میشل، فیلیپ، توابع نمایی و توابع بازگشتی استفاده شده و روش های جدیدی نیز پیشنهاد، و برای هر کدام از روش ها، برنامه رایانه ای در محیط Matlab کدنویسی شده است. برای تعیین دقت روش های حل ذکر شده، از داده های هفت مزرعه که در دو نوبت آبیاری (اول و ششم) در استان چهارمحال و بختیاری برداشت شده، استفاده گردید. آماره جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب جرم مانده (CRM) و ضریب کارآیی روش های مخلف حل مدل (EF) محاسبه شد. نتایج نشان داد که روش میشل در بین روش های حل مدل بیلان حجمی، کمترین مقدار RMSE (به ترتیب مقادیر 27.6 و 57.6 متر برای دو نوبت آبیاری) و CRM (مقدار 0.06) و همچنین بیشترین مقدار EF (مقدار -1.07) را به خود اختصاص داده است. دیگر روش ها، نتایجی نزدیک به هم برای RMSE (مقادیر 33.3 و 61.4 متر برای دو نوبت آبیاری)،CRM  (مقدار 0.21) و EF (مقدار -2.65) را به دست داده اند و در نتیجه بهترین روش پیشنهادی برای حل مدل بیلان حجمی، روش میشل است. تعیین صحیح ضرایب نفوذ و انتخاب معادله نفوذ از جمله عواملی است که به شدت در دقت مدل تاثیر دارد. با توجه به تاثیر ضریب شکل پروفیل زیرسطحی، در این تحقیق بهترین پیشنهاد برای این ضریب، معادله کیفر است.

سامانه های منابع آب، مجموعه ای از سازه ها و تجهیزات می باشند که با هدف تامین آب برای رسیدن به یک حالت مطلوب و حفاظت و استفاده بهینه از منابع آب احداث می شوند و نیازمند یک برنامه ریزی مناسب هستند. سامانه مخازن به عنوان پرکاربردترین سامانه های منابع آب در تامین نیازهای جوامع مطرح می باشند که عدم مدیریت صحیح و کاربردی آنها می تواند منجر به عدم حفاظت از منابع آب و ایجاد خسارات مالی فراوانی شود. تقریبا در تمام مسائلی که در زمینه طراحی، بهره برداری و مدیریت این سامانه ها وجود دارند، نمونه های واقعی از سامانه مخازن مورد مطالعه قرار گرفته و به ازای شرایط و اهداف مورد نظر تحلیل شده اند. در حالی که تعریف یک سامانه مخازن نمونه به گونه ای که به ازای تمام حالات و برای تمام اهداف متداول قابل بررسی باشد، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در تحقیق حاضر، برای اولین بار یک سامانه سه مخزنه نمونه با در نظر گرفتن تمام اطلاعات فیزیکی و هیدرولوژیکی و لحاظ کردن سه هدف کلی تولید انرژی برق آبی، تامین تقاضاهای پایین دست (کشاورزی، شهری و صنعتی) و کنترل سیلاب ارائه شده است. نتایج نشان داده اند که اطلاعات تعیین شده برای این سامانه، کاملا به صورت منطقی و با روند واقعی تعریف شده اند و می توانند عملکرد سامانه مخازن را در حالت های مختلف تک مخزنه یا چندمخزنه و تک هدفه یا چندهدفه به خوبی نمایان سازند. به این ترتیب می توان از سامانه مخازن تعریف شده به عنوان یک سامانه نمونه در ارائه و توسعه روش های مختلف و اثبات مبانی آنها در حل مسائل سامانه مخازن استفاده کرد.

بهسازی مکانیکی خاک های مشکل ساز در محل احداث شبکه های آبیاری و زهکشی جهت جلوگیری از تخریب ساز ه های هیدرولیکی و در نتیجه تلفات آب همواره یکی از مهم ترین مسائل مربوط به حفاظت منابع آب و خاک است. خاک های رسی متورم شونده منطقه وسیعی از جهان را پوشش داده و همواره موجب بروز خسارات جدی به سازه های (بخصوص سازه های هیدرولیکی) ساخته شده بر روی آنها می گردد. در این کار تحقیقاتی نتایج آزمایشگاهی اعمال چرخه های مرطوب و خشک شدن بر روی یک نمونه خاک رسی متورم شونده حاوی آب منفذی شور (سدیم کلرید با غلظت 50 گرم بر لیتر) برای بهسازی آن ارائه می گردد. اعمال چرخه های مرطوب و خشک شدن بر روی نمونه های تراکم یافته و تهیه شده از روش تراکم استاتیکی با آب منفذی سدیم کلرید در دستگاه تحکیم اصلاح شده و تحکیم معمولی صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که درصد تغییر شکل های محوری ناشی از اعمال چرخه های مرطوب و خشک متوالی با تکرار چرخه ها به مقادیر ثابتی می رسد و مقدار تورم ناشی از مرطوب شدن با مقدار انقباض ناشی خشک شدن تقریبا یکسان می گردد. همچنین نتایج تغییرات نسبت تخلخل در مقابل درصد رطوبت (مسیرهای تورمی - انقباضی) طی چرخه های متوالی مرطوب و خشک شدن نشان داد که شکل عمومی مسیرهای تورمی و انقباضی تقریبا S شکل بوده و پدیده پسماند رطوبت (هیسترسیس) ایجاد شده در خاک با افزایش تعداد چرخه های متوالی به تعادل می رسد، به طوری که مسیر تورمی و انقباضی در چرخه نهایی (چرخه تعادل) برای خاک مورد آزمایش تقریبا یکسان و بر هم منطبق می گردند.

حوضچه های آرامش با واگرایی ناگهانی از جمله سازه های مستهلک کننده انرژی هستند که در پایین دست سرریزها، دریچه ها و تنداب ها کاربرد فراوانی دارد. استهلاک انرژی در پرش هیدرولیکی در نتیجه گرداب های تلاطمی بزرگ مقیاس (macro-scale turbulence) می باشد که با نوسانات شدید فشار همراه است و باید در طراحی حوضچه مورد توجه قرار گیرد. از طرفی وجود زبری در بستر حوضچه می تواند سبب تغییر رفتار خطوط جریان و تشکیل گرداب ها در طول پرش گردد و تاکنون اثر آن بر میزان مشخصات هیدرودینامیکی پرش مورد مطالعه قرار نگرفته است. در این مطالعه آزمایش ها در یک فلوم نسبتا بزرگ به عرض 0.8 و طول 12 متر، در حوضچه واگرای ناگهانی با نسبت واگرایی (B1/B2) برابر با 0.33 و در محدوده اعداد فرود بین 4 تا 9.5 مورد بررسی قرار گرفت. فشارهای هیدرودینامیکی در بستر فلوم توسط دستگاه ترانسدیوسر ثبت شده است. نتایج نشان داد که وجود زبری در بستر حوضچه باعث کاهش شدت نوسانات تلاطمی پرش شده است. ماکزیمم ضریب شدت نوسانات فشار(CPmax)  در پرش واگرای زبر تا مقدار 0.023 به دست آمده که تقریبا 53 درصد نسبت به پرش واگرای صاف و 70 درصد نسبت به پرش کلاسیک کاهش یافته است. حداکثر ضرایب نوسانات فشار در ابتدای پرش و در فاصله 15 الی 30 درصد از طول پرش رخ می دهد. حداکثر مقدار ضریب CP+ و CP+ تا 0.08 به دست آمده است. علاوه بر ضرایب بدون بعد نوسانات فشار، توزیع طولی فشار و نوسانات فشار تعیین شده و مقادیر بحرانی در طول پرش به دست آمده است.

تحقیقاتی که تاکنون انجام شده نشان می دهد که استفاده از اکسیژن - آبیاری به دلیل تامین اکسیژن کافی در محیط ریشه، می تواند به نحو موثری موجب افزایش عملکرد گیاهان شود. با این حال، غیریکنواختی شدید در توزیع بده هوای خروجی از قطره چکان ها در امتداد لوله های آبده نقص مهمی به شمار می رود. در این پژوهش، تاثیر مستقل و یا هم زمان افزودن سرفکتنت با غلظت نهایی 32 ppm و نصب عوامل آشفته گر موضعی جریان قبل از بست های ابتدایی، بر یکنواختی بده هوای قطره چکان ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در بست های 9.5 میلی متری نامتقارن و متقارن، افزودن سرفکتنت به آب آبیاری باعث افزایش ضریب یکنواختی توزیع کریستیانسن (CUC) بده هوای قطره چکان ها به ترتیب از -%82 به 37% و از 1% به 23% در مقایسه با تیمار شاهد (یعنی آب تهویه شده فاقد سرفکتنت) می گردد. همچنین، اضافه نمودن سرفکتنت در آب سامانه های اکسیژن - آبیاری با بست های متقارن 9.5 و 7 میلی متری منجر به افرایش CUC به ترتیب از 1% به 23% و از 41%- به 39% می شود. نتایج همچنین نشان داد که کاربرد همزمان سرفکتنت و عوامل آشفته گر موضعی در یک سامانه اکسیژن - آبیاری با بست های ابتدایی به طول 9.5 میلی متر از نوع متقارن و نامتقارن، با افزایش CUC به ترتیب از 82%- به 48% و از 1% به 53% نسبت به شرایط شاهد (یعنی آب تهویه شده بدون سرفکتنت و عوامل آشفته گر جریان) بهبود پیدا می کند.

پیش بینی و تصمیم گیری صحیح در مدیریت و حفاظت از منابع آب نیازمند در دست داشتن برآوردهای درست و مطمئن از بارندگی است. لذا بررسی صحت داده های سری های زمانی قبل از آغاز تحقیق، یک بخش معمول و اجتناب ناپذیر در مطالعات هیدرولوژی و منابع آب است. برای این منظور، سری زمانی داده ها با استفاده از آزمون های آماری مورد ارزیابی قرار گرفته و در صورت نیاز، ناهمگنی ها و نوسانات نامحتمل داده ها اصلاح و یا حذف می شوند. هر چند معمولا گذر موفق سری های زمانی از آزمون های آماری از لحاظ علمی صحت داده ها را تایید می کند ولی بررسی های دقیق تر سری های زمانی ممکن است شواهد متفاوتی را عیان سازند. لذا در این تحقیق با انتخاب داده های بارندگی حوضه آبریز دریاچه ارومیه، پاسخ های بدست آمده از برخی آزمون های آماری بررسی صحت داده ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. مطالعه عمیق و دقیق داده ها و مقایسه با ایستگاه های مجاور نشان می دهد که اعتماد و اتکای کامل به نتایج آزمون های آماری به تنهایی برای صحت سنجی داده ها کافی نبوده و گاهی نتایج بدست آمده ممکن است محقق را نسبت به شرایط و درستی واقعی داده های سری های زمانی مورد مطالعه، بسیار گمراه سازد. بر طبق نتایج آزمون های همگنی مورد استفاده در این تحقیق، تنها 2.4 درصد از ایستگاه های حوضه نیازمند اصلاحات و یا حذف بوده اند و این در حالیست که مطالعه عمیق داده ها نشان از غیرقابل اعتماد بودن 12.6 درصد از ایستگاه های حوضه و لزوم حذف آنها دارد.