مهندسی و مدیریت آبخیز
سال:1396 | دوره:9 | شماره:3 |تعداد مقالات:10

رودخانه های کوهستانی، دارای خصوصیاتی مانند شیب تند، زبری بستر ناشی از وجود سنگ بستر و مصالح درشت دانه، پوشش گیاهی بستر و حاشیه ای و همچنین جابه جایی مکانی شدید و سریع در مورفولوژی سطح بستر می باشند. نقش پوشش گیاهی در حفاظت و تثبیت دیواره و ساحل رودخانه به عنوان یک گزینه اقتصادی و زیست محیطی شناخته شده و از طرف دیگر قدرت آبگذری رودخانه را به دلیل افزایش زبری کاهش داده، باعث بالا آمدن سطح آب می شود. این تحقیق با هدف تخمین مقاومت جریان و ضریب زبری متاثر از عوامل فیزیکی، هیدرولیکی و بیوفیزیکی بستر در سه بازه انتخابی از رودخانه شهرچای آذربایجان غربی انجام شد. نتایج نشان داد ضریب زبری در حالت کلی بستگی به درجه استغراق دارد. درختان حاشیه ای با افزایش نیروهای فشاری و اصطکاکی و همچنین افزایش عمق هیدرولیکی ولی کمتر از عمق بحرانی، بر عدد فرود تاثیرگذار هستند. رابطه برآورد ضریب زبری برای دو حالت با درختان و بدون درختان حاشیه ای دارای ضرایب متفاوت است و امکان پیش بینی مقدار ضریب زبری در یک رودخانه کوهستانی با شرایط ذکر شده را فراهم می آورد. مقایسه روابط به دست آمده برای دو حالت با درختان حاشیه و بدون آن نشان داد که وجود درختان حاشیه ای موجب افزایش عمق جریان و افزایش ضریب زبری می شود. ضریب تبیین کلیه روابط ریاضی به دست آمده 0. 99 و خطای نسبی نیز بین 0. 001 تا 0. 0082 محاسبه شد که نشان از مناسب بودن مدل های برآورد ضریب زبری در این تحقیق است.

تبخیر یکی از مؤلفه های مهم و تاثیرگذار در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب در مناطق خشک و نیمه خشک می باشد و برآورد آن در اقلیم های مختلف، به عنوان یکی از مهمترین عوامل اثرگذار جوی، از اهمیت ویژه ای در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب در بخش کشاورزی، تعیین الگوی کشت و مدیریت صحیح مخازن آبی برخوردار است. یکی از روش های بررسی تغییرات تبخیر و پیش بینی آن، مدل های سری زمانی با نام عمومی مدل های ARIMA می باشد. بدین منظور، جهت تعیین بهترین مدل پیش بینی تبخیر از تشت در استان هرمزگان، پس از تعیین اقلیم با روش دومارتن اصلاح شده، در هر نمونه اقلیمی یک ایستگاه تبخیرسنجی انتخاب و مقادیر نرمال استاندارد شده تبخیر از تشت (SPEI) محاسبه و عملکرد هریک از مدل های استوکاستیک در برآورد و تخمین مقادیر آتی سری زمانی ماهانه SPEI در دوره آماری 1354-1353 تا 1389-1388 طی 12 ماه آتی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در نمونه های اقلیمی استان هرمزگان مدل اتورگرسیو میانگین متحرک (ARMA) و اتورگرسیو (AR) بهترین عملکرد را داشته اند، به طوری که به ترتیب در اقلیم گرم و خشک، فراگرم خشک و فراگرم فراخشک به ترتیب در یک ماه آینده دارای معیار ضریب تبیین (R) 0. 83، 0. 71 و 0. 70 و میزان ضرایب خطا (RMSE) به ترتیب 0. 59، 0. 8 و 0. 88 است، به طوری که مدل AR در اقلیم گرم و خشک قادر است تا 11 ماه بعد را به خوبی پیش بینی نماید. نتایج نشان دهنده کارایی مناسب تر مدل اتورگرسیو نسبت به مدل اتورگرسیو میانگین متحرک در برآورد ماهانه ی تبخیر از تشت در اقالیم مختلف در مناطق بیابانی ساحلی گرم و خشک است.

پیش بینی صحیح سیلاب همواره یکی از چالش های اساسی محققین و مهندسین بوده و به همین خاطر در طول دهه های اخیر مدل های ریاضی متعددی برای این منظور توسعه داده شده است. برای مدل سازی مناسب سیلاب و رواناب در یک حوضه، تخمین صحیح میزان نفوذ آب در خاک عاملی مهم بشمار می آید. تاکنون مدل های ریاضی و تجربی زیادی برای محاسبه میزان نفوذ آب در خاک و بارش خالص (بارش منجربه تولید رواناب) ارائه شده که هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود می باشند. در پژوهش حاضر به جای ارزیابی منفرد روش های محاسبه نفوذ به ارزیابی چهار روش مختلف برآورد نفوذ یعنی شاخص Ø ، هورتون، گرین-امپت و SCS بر عملکرد مدل ژئومورفولوژیکی مبتنی بر موج سینماتیک KW-GIUH پرداخته شده است. همچنین، تحلیل حساسیت عملکرد مدل KW-GIUH نسبت به روش های مختلف برآورد نفوذ و ضرایب زبری جریان دامنه ای و آبراهه ای از دیگر اهداف این پژوهش می باشد. نتایج حاصل از ارزیابی هیدروگراف سیلاب شبیه-سازی شده با استفاده از هر روش و داده های مشاهداتی در حوضه کسیلیان، حاکی از عملکرد بالای روش های هورتون و شاخص Ø نسبت به دو روش دیگر دارد. شاخص کارائی نش-ساتکلیف به دست آمده از روش های هورتون و شاخص Ø به ترتیب معادل 94. 9 و 90. 3 بوده و این در حالیست که برای روش های گرین-امپت و SCS مقدار این شاخص به ترتیب معادل 77. 7 و 76. 3 می باشد. تحلیل حساسیت نتایج به دست آمده از روش های مختلف نفوذ نیز حاکی از آن است که عملکرد مدل KW-GIUH نسبت به روش های گرین-امپت و شاخص Ø به ترتیب بیشترین و کمترین حساسیت را دارا می باشد. نتایج حاصل از بررسی اثر مقادیر مختلف ضرایب زبری جریان دامنه ای و آبراهه ای بر دبی اوج سیلاب نیز نشان می دهد که ضریب زبری دامنه ای تاثیر به مراتب بالاتری از ضریب زبری آبراهه ای دارد. حداکثر تغییر مقدار دبی اوج به دست آمده از مقادیر مختلف ضریب زبری دامنه ای و آبراهه ای به ترتیب برابر 64 و 25 درصد می باشد. در یک جمع بندی کلی می توان چنین نتیجه گرفت که عملکرد مدل KW-GIUH نسبت به روش برآورد نفوذ و ضریب زبری جریان دامنه ای از حساسیت بالایی برخوردار می باشد و به همین خاطر توصیه می شود، در انتخاب این دو پارامتر به ویژه در حوضه های فاقد آمار و یا آمار کم دقت کافی به عمل آید.

آب گرفتگی شهری یک چالش جدی است که به طور فزاینده ای ساکنین بسیاری از شهرها و همچنین سیاست گذاران با آن مواجه هستند. از این رو، ارزیابی آب گرفتگی به مساله بسیار مهمی در سراسر جهان تبدیل شده است. این ارزیابی جامع شامل شاخص های متعددی در حوضه های شهری می شود، اما بعدهای زیاد و رابطه غیرخطی بین شاخص ها و خطر آب گرفتگی، یک چالش بزرگ برای ارزیابی دقیق می باشد. در این پژوهش، یک رویکرد برای ارزیابی کمی و کیفی خطر آب گرفتگی در سیستم های زهکشی شهری بخشی از غرب شهر کرمان بر اساس مدل SWMM، روش پیگیری پروژه، روش کریجینگ معمولی و خوشه بندی K-means به کار گرفته شد. خطر آب گرفتگی در سیستم زهکشی منطقه مورد مطالعه، تحت سناریوهای مختلف بارش ارزیابی و پارامترهای مورد نیاز مدل با استفاده از نقشه کاربری اراضی، DEM منطقه و بازدیدهای میدانی محاسبه شد. برای واسنجی و ارزیابی مدل، رواناب متناظر در سه نقطه مشاهداتی مختلف اندازه گیری شد و با رواناب شبیه سازی شده به وسیله مدل مقایسه شد. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی، می تواند عوامل محرکه اصلی مدت زمان سیلاب، بزرگ ترین جریان آب و میزان سیلاب کلی در منطقه مورد بررسی را شناسایی کند. همچنین، خطر آب گرفتگی هر گره مورد تجزیه و تحلیل کمی قرار گرفت، به طوری که به ترتیب سه، 10، 13، 23، 30 و 33 گره در دوره بازگشت های دو، پنج، 10، 25، 50 و 100 سال در معرض خطر آب گرفتگی قرار داشتند. این پژوهش، یک رویکرد جدید و موفق برای ارزیابی خطر آب گرفتگی در سیستم های زهکشی شهری پیشنهاد می کند و رهنمود هایی را برای بهبود سیستم های زهکشی شهری و آمادگی برای مقابله با آب گرفتگی ارائه می دهد.

پتانسیل تورمی خاک های ریزدانه از جمله عوامل موثر بر فرسایش و رفتار مکانیکی آن ها و همچنین از داده های ضروری در مراحل مطالعه، طراحی، اجرای و انتخاب مصالح اغلب سازه های مهندسی به خصوص سازه های هیدرولیکی هستند. در این پژوهش به منظور پیش بینی پتانسیل تورمی خاک های ریزدانه مارنی از مدل شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چند لایه و الگوریتم آموزش لونبرگ-مارکوارت استفاده شده است. به منظور مشخص نمودن بهترین مدل پیش بینی پتانسیل تورمی خاک های مارنی، چند عامل مختلف از جمله ساختار شبکه و ترکیب پارامتر های ورودی، به طور هم زمان و در ارتباط با یکدیگر به روش سعی و خطا مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق از نتایج آزمایش های فیزیکو شیمیایی و مکانیکی انجام شده بر روی 60 نمونه خاک ریزدانه مارنی با سنگ مادری مارن های نئوژن، سازندهای قم و قرمز بالایی که از حوضه دریاچه نمک و در نواحی تهران، قم و ساوه برداشت شده، استفاده شده است. در این تحقیق از پارامتر شیمیایی قابلیت هدایت الکتریکی اشباع خاک EC، به عنوان یک پارامتر جدید همراه با پارامترهای شاخص و فیزیکی نظیر، حدود اتربرگ، دانه بندی، عدد فعالیت خاک، درصد پوکی و دانسیته اولیه خاک در پیش بینی پتانسیل تورمی خاک استفاده شد. مقادیر معیارهای ارزیابی R2، RMSE و ضریب کارایی مدل MCE مربوط به بهترین مدل با پارامترهای فیزیکی Yd0، C، M، A، PI و LL به ترتیب برابر 0. 89، 2. 3 و 0. 84 و برای بهترین مدل با پارامترهای فیزیکی Yd0، C، M، PI، LL به همراه پارامتر EC به ترتیب برابر 0. 92، 1. 7 و 0. 91 می باشد. به این ترتیب نتایج معیارهای ارزیابی مدل های شبکه عصبی نشان داد که استفاده از پارامتر هدایت الکتریکی اشباع خاک به همراه دیگر پارامتر های خاک، باعث افزایش دقت و کارایی مدل شبکه عصبی در پیش بینی پتانسیل تورمی خاک های ریزدانه مارنی می شود.

هدف از اجرای این پژوهش مقایسه خصوصیات فیزیکی-شیمیایی خاک و مورفولوژی دو نوع خندق ذوزنقه ای و V شکل با دو کاربری متفاوت در منطقه خشک چابهار می باشد. در این تحقیق مکان های فرسایش خندقی در دو منطقه شناسایی شد. سپس دو خندق معرف ذوزنقه ای و V شکل بر اساس خصوصیات منطقه به منظور اندازه گیری مشخصات مورفومتریک و فیزیکی-شیمیایی خاک انتخاب شد. در هر منطقه، ابتدا طول خندق با متر اندازه گیری و سپس پیشانی آن ها و مقاطع 25، 50 و 75 درصد آن ها معین شد. وسعت، عمق متوسط، عرض متوسط، عمق خاک، پلان راس، پلانعمومی، درصد شیب و شکلمقطع و همچنین، علل ایجاد خندق ها مورد بررسی قرار گرفت. از مقاطع 25، 50 و 75 درصد و انتهای خندق ها نمونه های خاک برداشت و اندازه گیری شد. داده ها با استفاده از برنامه آماری SPSS موردتجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج مقایسه آماری ویژگی های خاک دو خندق نشان داد که بین ویژگی های شوری، رس، ظرفیت تبادل کاتیونی، سدیم قابل جذب، درصد سدیم قابل تبادل، Ca++Mg++، So4--، در سطح پنج درصد (P<0. 05) و همچنین درصد اشباع در سطح یک درصد (P<0. 01) اختلاف معنی دار وجود دارد. ولی بین میانگین داده های Na+، Cl-و Hco3-، کربن آلی، اسیدیته، ازت کل، مقدار سیلت و شن در دو خندق اختلاف معنی داری وجود ندارد.

بسیاری از طوفان ها، با استفاده از تصاویر و داده های اقلیمی و محیطی بررسی می شوند. بیشتر تحلیل ها به روش تولید دمای درخشایی، شاخص ها و تصاویر رنگی کاذب محدود می شود. در موارد زیادی نیز برای منشاء یابی طوفان ها از تفسیر چشمی استفاده می شود. با توجه کارایی متفاوت شاخص ها و روش ها، در این تحقیق، پهنه های گرد و غباری با استفاده از روش طبقه بندی مکانی تهیه و مرز پلی گون های مربوطه به روش تصویر چشمی تدقیق شدند. منشاء های تولید گرد و غبار نیز به روش تفسیر چشمی بر اساس معیارها شناخته شده، به نقشه در آمده اند. برای شناخت طوفان های گرد و غبار سال های 1384 الی 1387، تصاویر رنگی مرکب سنجنده MODIS منطقه تهیه و به نوارهای اولیه تشکیل دهنده آن ها تجزیه شده و با استفاده از روش های مختلف پردازش و تفسیر آن ها مورد پردازش و تفسیر قرار گرفتند. مقایسه پراکنش مکانی مناطقی که قبلا به عنوان منشاء طوفان ها معرفی شده اند و آنچه که بر اساس نتایج این تحقیق به عمل آمده است، نشان از افزایش چشمگیر منشاءها و بحرانی بودن شرایط در منطقه دارد. تهیه نقشه های روزانه مناطق تحت تاثیر گرد و غبار در طول سال و وضعیت سالانه اسقرار طوفان های شدید و بسیار شدید حامل گرد و غبار در دوره بررسی و معرفی مناطق اصلی تولید گرد و غبار ها در بین النحرین و تاثیرگذاری آن ها بر طوفان هایی که به سمت جنوب و جنوب غرب ایران وارد می شوند از دیگر نتایج این تحقیق به شمار می روند. بررسی ها نشان می دهد که نتایج به دست آمده از به کارگیری روش طبقه بندی، با نتایج حاصل از مدل سازی به روش محاسبه اختلاف دمای درخشایی هم خوانی دارد. بنابراین، این روش ساده را می توان در مواقعی که به داده های اصلی دسترسی وجود ندارد، برای تشخیص منشاء، کشند و مناطق تحت تاثیر طوفان های گرد و غبار پیشنهاد نمود.

امروزه ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر منابع هیدرولوژیکی یک منطقه، مهمترین پارامتر مورد بررسی قبل از هر گونه برنامه ریزی در بهره برداری منابع آب می باشد. آنالیز روند دبی جریان رودخانه با استفاده از آزمون ناپارامتری مان-کندال برای حوزه آبخیز استان مازندران در دوره های 30، 40، 50 و 60 ساله در سه مقیاس زمانی ماهانه، فصلی و سالانه و همچنین دبی اوج انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که اثر افزایش گازهای گلخانه ای و در نتیجه تغییر اقلیم، روی رواناب رودخانه حوزه های آبخیز منطقه اثر شدیدی گذاشته که باعث کاهش دبی رودخانه ها به ویژه در قسمت شرقی حوزه های آبخیز استان شده است. نتایج آنالیز روند در مقیاس ماهانه نشان داد که در اکثر ماه ها به ویژه فصل تابستان، عمده ایستگاه های هیدرومتری روند نزولی معنی داری را تجربه کردند. تنها در فصل زمستان برای ایستگاه های هیدرومتری روند مثبتی را در طول چند دهه شاهد بودیم. به نظر می رسد روند افزایشی در فصل زمستان به دلیل افزایش دما و در نتیجه ذوب شدن برف می باشد که باعث افزایش دبی آب پایه و به تبع آن افزایش دبی رودخانه در طول زمان باشد. همچنین نتایج آنالیز روند دبی اوج نشان داد که در طول چهار دهه اخیر، دبی اوج روند مثبتی را تجربه کرده که به دلیل تغییرات در الگوی بارش می باشد. دستاورد این پژوهش می تواند در پیش بینی خشکسالی های آتی، برنامه ریزی آبیاری و مدیریت منابع آب منطقه کمک شایانی باشد.

فرایند آبگیری از رودخانه ها به وسیله سازه آبگیر همواره با انحراف رسوبات با اندازه های متفاوت همراه می باشد. انحراف رسوبات به صورت بار بستر به کانال آبگیر، تأسیسات انتقال آب پایین دست آبگیر و طرح آبرسانی را با مشکلاتی روبرو می نماید. اصلاح ساختار جریان با استفاده از سازه های حفاظتی از روش های افزایش آبگیری و کاهش رسوب ورودی به آبگیر می باشد. در تحقیق حاضر تأثیر سازه آبشکن در اصلاح الگوی جریان انحرافی به آبگیرهای واقع در قوس ارزیابی شده است. آزمایشات تحقیق در 10 گروه اصلی در کانالی با قوس 180 درجه و آبگیری واقع در مقطع 118 درجه از قوس خارجی آن شکل گرفت. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که نسبت انحراف رسوب به شدت تحت تأثیر نسبت آبگیری بوده و با افزایش میزان آن به شدت افزایش می یابد. حضور سازه آبشکن در بالادست آبگیر با اصلاح الگوی جریان در اطراف آبگیر میزان نسبت انحراف رسوب را کاهش می دهد. به طوری که در آزمایش C2 مقدار نسبت بی بعد انحراف رسوب در نسبت های آبگیری 0. 05، 0. 15، 0. 25 و 0. 35 به ترتیب تا 86. 6، 73. 3، 64. 7 و 46. 7 درصد تقلیل می یابد. اما دامنه این تأثیرگذاری تا نسبت آبگیری 0. 4 محدود می شود زیرا قدرت جریان ثانویه به علت افزایش انحراف جریان در این ناحیه مستهلک می شود. همچنین مطالعه اثر سازه آبشکن بر روی حجم رسوب ته نشین شده در کانال انحراف نشان می دهد که کاهش فاصله آبشکن تا محور مرکزی آبگیر میزان بیشینه حجم رسوب ته نشین شده را از 0. 4 در آزمایش نوع A به 0. 18 در آزمایش نوع C3 تقلیل می دهد. بر طبق آزمایشات، قرارگیری آبشکن در بالادست آبگیر ابعاد لوله جریان را تغییر داده و میزان آبگیری در ترازهای پر رسوب تحتانی و ترازهای کم رسوب بالایی جریان را به ترتیب کاهش و افزایش می دهد. ابعاد ناحیه جدایی جریان نیز به دلیل حضور آبشکن و افزایش نسبت آبگیری تحت تأثیر قرار گرفته و در آزمایشات نوع D با کاهش چشم گیری روبرو می شود.

شبیه سازی جریان از مباحث اصلی هیدرولوژی است و برای مطالعه آن به طور معمول از مدل های بارش-رواناب استفاده می شود. مدل های هیدرولوژی نمایش ساده شده ای از سامانه هیدرولوژی واقعی هستند که به مطالعه کارکرد حوضه در واکنش به ورودی های گوناگون و فهم بهتر از فرایند های هیدرولوژی کمک می کنند. با توجه به تنوع مدل های بارش-رواناب در دسترس، انتخاب یک مدل مناسب برای حوضه به منظور بهره وری و مدیریت منابع آب ضروری می باشد. بنابراین انتخاب مدل نیاز به تشخیص قابلیت و محدودیت مدل های هیدرولوژی حوضه دارد. در این مقاله کارایی دو مدل بارش– رواناب GR4J و GR2M در شبیه سازی جریان حوضه دره تخت در استان لرستان در بازه زمانی 1392-1379 مورد ارزیابی قرارگرفته است. برای ارزیابی کارایی این دو مدل از ضریب نش ساتکلیف استفاده شد که مقدار آن به ترتیب 0. 427 و 0. 665 به دست آمد. نتایج نشان داد دو مدل جریان را با دقت متوسط تا خوب شبیه سازی می کنند، ولی با توجه به معیار نش، کارایی مدل GR2M در شبیه سازی جریان از مدل GR4J بیشتر است.