مهندسی آبیاری و آب ایران
سال:1395 | دوره:6 | شماره:26 |تعداد مقالات:12

جریان گذرا با کاهش آنی دبی جریان ناشی از بسته شدن سریع شیر یا از کار افتادن پمپ در شبکه های آبرسانی ایجاد می شود. جریان گذرا با ایجاد کردن موج های فشاری زیاد و کم، ممکن است به خطوط لوله آسیب برساند. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی در مطالعات پیشین نشان می دهد که مدل های اصطکاک شبه ماندگار با فرض یکنواخت و یک بعدی بودن پروفیل سرعت، قادر به پیش بینی صحیح فرآیند اتلاف انرژی امواج فشاری نیستند. بنابراین، هدف از این تحقیق، بررسی پروفیل سرعت در مقطع انتهایی لوله برای رسیدن به درک صحیح از جریان گذرا می باشد. به علاوه، این پژوهش با استفاده از روش خطوط مشخصه، توانایی مدل های اصطکاک غیرماندگار بر پایه ای شتاب لحظه ای در پیش بینی نمودن تاریخچه فشاری حاصل از جریان گذرا را ارزیابی می کند. به منظور رسیدن به این اهداف، از یک خط لوله PVC با قطر داخلی 63 میلیمتر در دو طول مختلف 40 و 80 متر استفاده شده است. همچنین، یک شیر توپی برای ایجاد جریان گذرا در انتهای خط لوله نصب شده است. در مدت زمان عبور جریان گذرا از خط لوله، داد ه های پروفیل سرعت و نوسانات فشار دینامیکی توسط دستگاه سرعت سنج الکتروسونیک داپلر و ترانسدیوسرهای فشار جمع آوری می شدند. نتایج آزمایش ها نشان از وجود جریان برگشتی در پروفیل سرعت و گرادیان بزرگ سرعت در نزدیکی جدار لوله میباشد. به علاوه، نتایج نشان داد که مدل های تجربی با دو ضریب اصلاحی، تطابق بهتری با نتایج آزمایشگاهی ایجاد می کند. ترم ¶V / ¶t در مدل های اصطکاک غیرماندگار بر فاز زمانی امواج فشاری و ترم ¶V / ¶x بر میزان افت امواج موثر می باشد. بعلاوه، ضریب ترم شتاب زمانی kt در محدوده 0.0037 تا 0.006 متغیر بوده درحالیکه مقدار ضریب ترم شتاب مکانی kx در محدوده 0.0325 تا 0.052 تغییر می کند.

عملکرد ضعیف کانال های آبیاری از یک طرف و تاثیر آن در کاهش بهره وری آب کشاورزی از طرف دیگر ضرورت ارائه روش های موثر در بهره برداری بهینه از کانال های آبیاری را ایجاب نموده است. در این تحقیق، بهره گیری از سامانه اتوماسیون به منظور بهبود وضعیت حال حاضر بهره برداری کانال اصلی چپ شاخه شمالی شبکه آبیاری رودشت که با مشکل نوسانات شدید جریان ورودی رو به رو است، مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور سامانه کنترل خودکار سراسری پیشبین برای مدل ریاضی کانال مورد مطالعه طراحی گردید. مدل ریاضی بهره برداری حال حاضر کانال و نیز مدل ریاضی سامانه اتوماسیون طراحی شده تحت سناریوهای بهره برداری جریان ورودی با الگوی نوسانی زیاد مورد آزمون قرار گرفت. با استفاده از شاخص های ارزیابی عملکرد میزان بهبود فرآیند بهره برداری کانال اصلی قبل و بعد از به کارگیری اتوماسیون بررسی گردید. نتایج نشان داد بر اساس شاخص های ارزیابی عملکرد MAE (حداکثر خطای مطلق) و IAE (خطای مطلق تجعی) محاسبه شده، بهره گیری از استراتژی مذکور باعث بهبود بهره برداری کانال اصلی بوده است.، به طوری که مقدار حداکثر این شاخصها قبل از به کارگیری سامانه اتوماسیون به ترتیب از مقادیر 21.49 و 12.63 درصد به 5.32 و 3.21 درصد بهبود یافته است. نتایج این تحقیق حاکی از آن هستند که استفاده از فن آوری اتوماسیون، که بدون هر گونه تغییر در شرایط فیزیکی کانال قابل پیاده سازی است، یک گزینه مطمئن و قابل اعتماد در پروژه های به سازی و مدرنسازی کانال آبیاری می باشد.

پارامترهای هیدرولیکی خاک (منحنی مشخصه آب خاک) برای تعیین حرکت آب و املاح در خاک از پایه های اساسی است که اندازه گیری مستقیم این ویژگی ها زمانبر و هزینه بر است. برای حل این مشکل روش های غیر مستقیم ارائه شده است که یکی از این روش ها تحلیل فراکتالی است. مدل (Pore- Solid Fractal (PSF توسط پژوهشگران زیادی برای مدل سازی ساختار خاک و تابع نگهداری آب- خاک بکار برده شده است. مدل PSF یک بیان عمومی برای تابع نگهداری آب- خاک است که بصورت های خاص دیگری هم توسط پژوهشگران دیگر ارائه شده است. هدف این تحقیق ارزیابی تابع عمومی PSF بر اساس بعد فراکتالی با داده های مکش- آب خاک و مقایسه آن با مدل های بروکس – کوری و تایلر – ویت کرافت می باشد. در این تحقیق با استفاده از داد ه های آزمایشگاهی اندازه گیری شده که از منابع منتشر شده بدست آمد، منحنی مشخصه آب خاک برای خاک های مورد بررسی با تابع PSF، حالت های خاص آن (بروکس – کوری و تیلر – ویت کرافت) بدست آمد. برای درک صحت نتایج بدست آمده، مقایسه ای بین رطوبت های پیش بینی شده از مدل های مورد بررسی و رطوبت های اندازه گیری شده برای خاک هایی از بانک UNSODA صورت گرفت. نتایج نشان داد که برای خاک های مورد بررسی تابع تیلر- ویت کرافت در مقایسه با تابع PSF و تابع بروکس-کوری تطابق بهتری را نشان می دهد. برای محاسبه مکش ورود هوا (h min) و رطوبت اشباع خاک (qs) نیز استفاده از هر کدام از معادلات PSF، و تیلر - ویت کرافت، و بروکس - کوری تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند. اما برای محاسبه بعد فراکتال (D) استفاده از معادله تیلر - ویت کرافت توصیه می شود. با استفاده از پارامترهای زود یافت خاک مدل های ساده تجربی به صورت رابطه ای میان میانگین هندسی (dg) و انحراف معیار هندسی (sg) ذرات خاک با و h min qs D و بدست آمد. سپس به کمک آن برای خاک هایی از بانک UNSODA، معادله منحنی مشخصه تخمین زده شد. بدون توجه به بافت خاک تمامی رطوبت های حجمی پیش بینی و اندازه گیری شده با خط یک به یک مقایسه شدند. نتایج نشان داد که تفاوت معنی داری بین رطوبت پیش بینی شده (qp) و اندازه گیری شده (qm) با خط یک به یک وجود ندارد. بنابراین بنظر می رسد که مدل های ساده تجربی ارائه شده قادر است منحنی مشخصه آب خاک را با دقت قابل قبولی تخمین بزند.

مدل SCS یکی از مهم ترین مدل های برآورد هیدروگراف سیلاب در حوضه های فاقد آمار است و نیازمند داده های پوشش گیاهی، کاربری اراضی، ویژگی های فیزیوگرافی و آگاهی از وضعیت رطوبت پیشین سطح حوضه می باشد اما در حوضه هایی که دارای این داده ها نیستند استفاده از این مدل با محدودیت مواجه است. در تحقیق حاضر تلاش شده است تا رابطه پیشنهادی بین زمان تاخیر و زمان تز و برآورد زمان تمرکز بر مبنای برآورد سرعت سیلاب در زمان اوج به عنوان راه حلی برای غلبه بر این محدودیت مورد بررسی قرار گیرد. نتایج مدل پیشنهادی با نتایج مدل متداول SCS با در نظر گرفتن چهار رویداد بارش-رواناب در حوضه آبریز امامه با استفاده از معیارهای درصد خطا در برآورد حجم رواناب (PEV)، درصد خطا در برآورد دبی اوج رواناب (PEP)، درصد خطا در برآورد زمان رسیدن به دبی اوج رواناب (PETP) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) مقایسه گردید. نتایج نشان می دهد مقادیر میانگین PEV، PEP، PETP و RMSE برای مدل SCS - مدل پیشنهادی به ترتیب (6.35-) - (6.45-)، (0.97) - (48.38-)، (27.38) - (46.08)، و (1.4) - (2.55) می باشد. هر دو مدل تمایل به بیش برآوردی حجم رواناب و کم برآوردی زمان رسیدن به اوج دارند در حالیکه مدل متداول SCS میل به کم برآوردی و مدل پیشنهادی میل به بیش برآوردی دبی اوج دارند. همچنین مقایسه RMSE در کنار سایر معیارها نشان می دهد در صورت عدم دسترسی به داد ه های مورد نیاز مدل متداول SCS، مدل پیشنهادی می تواند به طور نسبی تخمین قابل پذیرشی از هیدروگراف رواناب ارایه دهد.

هجوم امواج به ساحل دریا عامل عمده تخریب سواحل بوده و خسارات جبران ناپذیر بسیاری را به بار می آورد. سیر تکامل حفاظت سواحل طی دوران مختلف تغییر از رویکردهای سازهای به تقویت بیولوژیکی سواحل بوده است. از جمله روش های نوین مقابله با خطرات ناشی از امواجی همچون سونامی، احداث جنگل های ساحلی می باشد. از این رو در این مطالعه امکان استفاده از کمربند سبز و همچنین اثر تراکم آن بر میزان تغییر نیروی امواج ناشکنا و ضریب درگ کمربند سبز با ارتفاع های متفاوت موج بررسی شده است. به همین منظور آزمایشات در فلومی به طول 8.3 متر، عرض 0.8 متر و ارتفاع 0.55 متر که مدل های ساحل با چهار شیب و چهار تراکم مختلف در آن تعبیه شده، با 110 ارتفاع موج ورودی و در دو تکرار انجام شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش ارتفاع موج ورودی نیروی اعمال شده بر روی پوشش افزایش می یابد. همچنین با افزایش تراکم پوشش گیاهی، نیروی مخرب موج کاهش بیشتری داشته به طوری که در بیشینه حالت به طور متوسط 75 درصد کاهش در نیروی مخرب نسبتبه شرایط بدون پوشش مشاهده شد.

خاک نه تنها محیطی برای رشد گیاه، بلکه انتقال دهنده بسیاری از آلاینده ها به اتمسفر و آب های سطحی و زیرزمینی است و لذا مطالعه حرکت مواد در خاک اهمیت زیادی دارد. در این مطالعه تاثیر شیب خاک و شدت بارندگی بر انتقال محلول در خاک در شرایط آزمایشگاهی بررسی شد. آزمایش ها در دو توده خاک شیبدار و بدون شیب انجام گرفت و شامل تزریق یک محلول غیرواکنش دهنده (سدیم کلرید) با دو شدت مختلف بود. نتایج نشان دادند که شیب خاک موجب افزایش انتقال محلول در جهت عرضی می شود. همچنین افزایش شدت تزریق باعث تسریع حرکت محلول به سمت عمق خاک شده و با افزایش مقدار محلول در اعماق خاک موجب افزایش غلظت بیشینه در آنجا میگردد. در ادامه از مدل HYDRUS-2D برای شبیه سازی انتقال محلول استفاده شد. عملکرد مدل بعد از بهینه سازی پارامترهای ورودی بهبود یافت و مقادیر غلظت محلول با ضریب تبیین (R2) بین 0.848-0.907 و ضریب بازدهی نش-ساتکلیف (EF) بین 0.805-0.907 و همچنین مقادیر پایین جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) به خوبی شبیه سازی شدند.

گوجه فرنگی با سطحی بالغ بر 20000 هکتار یکی از مهمترین تولیدات کشاورزی استان فارس می باشد. تحقیقات قبلی نشان می دهد که میزان آب مصرفی گوجه فرنگی در سیستم های آبیاری سطحی با مدیریت سنتی، بسیار زیاد و با بهره وری کم است. در این تحقیق تاثیر تنش آبی بر عملکرد و بهره وری مصرف آب گوجه فرنگی بررسی گردید. آزمایش در یکی از مزارع شهرستان مرودشت که بافت خاک آن نسبتا سنگین بود انجام شد. آب آبیاری بر اساس مقادیر 60، 80، 100 و 120 درصد نیاز آبی گوجه فرنگی به روش پنمن مانتیث محاسبه و توسط سیستم آبیاری قطره ای نواری به مزرعه داده شد. یک تیمار آبیاری با مدیریت کشاورز نیز در نظر گرفته شد. شاخص های مختلف تنش اندازه گیری مانند رطوبت خاک و تفاوت دمای برگ و هوا قبل از آبیاری اندازه گیری و برای مقایسه میانگین ها از آزمون های آماری t و دانکن استفاده گردید. نتایج نشان داد که با افزایش میزان آب آبیاری میزان عملکرد افزایش و بهره وری مصرف آب کاهش می یابد که این تغییرات فقط بین تیمارهای 60 و 120 درصد نیاز آبی از نظر آماری معنی دار گردید. حجم آب آبیاری مورد استفاده در تیمارهای مختلف حدود 3900 تا 7800 مترمکعب در هکتار بود. در بیشتر حالات تفاوت تیمارهای آبیاری 80 و 100 درصد نیاز آبی، با مقادیر بحرانی تعریف شده برای تنش معنی دار نبود. شاخص های تنش آبی نشان داد که در مقادیر آبیاری بالاتر از نیاز آبی 80% تنش آبی اتفاق نمی افتد یا اثر آن بر گیاه منفی نیست. میزان آب مصرفی گیاه در تیمار 80 درصد نیاز آبی تحت سیستم آبیاری قطره ای و در سیستم های سطحی با مدیریت سنتی منطقه بترتیب حدود 5200 و 23000 مترمکعب در هکتار بوده که بیش از 75 کاهش در مصرف آب را نشان می دهد.

با توجه به محدود بودن منابع آب و خشکسالی های اخیر و برداشت های بی رویه و غیر اصولی از منابع آب های زیرزمینی، اهمیت استفاده از پساب به عنوان منبعی دائمی، قابل اطمینان و به صرفه جهت تامین آب و حفظ محیط زیست و منابع آبی موجود، بیش از پیش آشکار می گردد. در این راستا استفاده از فیلترها و جاذب های طبیعی نظیر زئولیت ها، پرلیت و رزین های آنیونی برای بهبود ویژگی های پساب مورد بررسی قرار گرفت. این پژوهش در 18 ستون PVC به منظور بررسی اثر فیلترهای ترکیبی، شامل زئولیت اصلاح شده، پرلیت و رزین های آنیونی در کاهش آلودگی پساب خروجی انجام شد. آزمایش ها شامل دو فاکتور روش کاربرد فیلتر ترکیبی (لایه ای و مخلوط) و درصد وزنی ذرات به کار رفته در فیلتر و در مجموع 9 تیمار با دو تکرار انجام گردید. تزریق پساب به داخل خاک به طریق غرقابی و 10 مرتبه با تناوب هفتگی تکرار گردید. اندازه گیری های نیترات و فسفات زه آب خروجی از ستون های آزمایش در آزمایشگاه صورت گرفت. نتایج نشان داد کاربرد فیلتر ترکیبی لایه ای بیشترین تاثیر را در کاهش نیترات و به طور میانگین تا 48 درصد دارد و بعد از آن فیلتر مخلوط تا 41 درصد سبب کاهش نیترات می شود. همچنین فیلتر ترکیبی لایه ای و مخلوط به طور میانگین تا 46 درصد سبب کاهش فسفات می گردند.

طراحی و اجرای صحیح آبیاری قطرهای نقش بسزایی در ارتقاء بهره وری اراضی کشاورزی و کاربرد آب هایی با کیفیت پایین دارد. توجه به مساله شوری خاک، تعیین الگوی توزیع املاح خاک راهکاری موثر در مدیریت صحیح خاک است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی دو سیستم آبیاری قطرهای سطحی و زیرسطحی در درختان زیتون منطقه طارم انجام گردید. در این راستا به بررسی الگوی توزیع املاح خاک به ویژه میزان شوری و نسبت جذب سدیم در عمق های مختلف خاک پرداخته شد. همچنین نحوه توزیع املاح خاک در سه سطح 50، 75 و 100 درصد آبیاری در تیمارهای مختلف مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج بیانگر تجمع نمک و افزایش سدیم خاک در هر دو سیستم آبیاری در دوره مورد نظر بود. با این حال به طور کلی میزان تجمع شوری و سدیم خاک در کل عمق مورد مطالعه در تیمارهای آبیاری قطرهای زیر سطحی کمتر از آبیاری قطرهای سطحی بدست آمد. تجمع شوری و سدیم در آبیاری زیر سطحی در لایه سطحی خاک که بالای قطره چکان قرار داشت بیشتر از حالت قطرهای زیر سطحی بود. بررسی سطوح مختلف آبیاری نشان داد که علارغم کاهش املاح و آبشویی بیشتر در حالت سطح آبیاری 100 درصد، تفاوت معنیداری بین سطح آبیاری 100 درصد و دو سطح 50 و 75 درصد از لحاظ الگوی توزیع شوری و سدیمی وجود ندارد.

با توجه به کاهش کمیت و کیفیت منابع آب در استان کرمان لزوم استفاده از سیستم های آبیاری قطره ای که راندمان بالایی دارند اجتناب ناپذیر است. محدودیت این روش ها در استفاده از آب های نامتعارف می باشد. بطور مثال در آبیاری قطره ای سطحی بدلیل تبخیر آب و باقی ماندن املاح در قطره چکان ها به مرور سبب گرفتگی آن ها می گردد. در صورتیکه در سیستم آبیاری قطره ای زیر سطحی به علت زیر خاک قرار گرفتن قطره چکان ها تبخیر از آن ها صورت نمی گیرد و گرفتگی به حداقل ممکن می رسد. در روش آبیاری زیر سطحی با توجه به کاهش تبخیر از سطح خاک نیز می توان نیاز آبی گیاهان را کاهش داد. به منظور بررسی سیستم آبیاری زیر سطحی در باغات پسته، باغ پسته ای در کشکوئیه رفسنجان انتخاب و نقشه طرح که شامل دو عمق کارگذاری لوله (50 و 70 سانتی متر) و سه سطح آب مصرفی (50%I1=، 75% = I2و 100% = I3 نیاز آبی) با سه تکرار بود پیاده گردید. به منظور تغذیه درختان پسته همزمان با نصب لوله های آبیاری زیر سطحی کود دهی انجام پذیرفت. نوع و میزان کودهای مورد نیاز طبق آزمون خاک محاسبه و به همراه ماد ه آلی به روش چالکود در عمق کارگزاری لوله ها به هر تیمار اضافه شد. نتایج 4 سال اجرای این پژوهش نشان داد کاربرد متوسط آب آبیاری در تیمارهای I1، I2 و I3 به ترتیب به میزان های 2050، 3065 و 4010 متر مکعب در هر هکتار در سال بود. در طول آزمایش هر ساله میزان عملکرد تیمارها به با استفاده از ترازوی با دقت kg 1 اندازه گیری شد. در ساله های مورد آزمایش از برگ درختان نمونه برداری و میزان عناصر غذایی ازت، فسفر و پتاسیم آنها تعیین گردید. در هیچ یک از سال های انجام طرح، اختلاف معنی داری بین عملکرد درختان تحت تاثیر تیمارها وجود نداشت. بررسی غلظت عناصر غذایی در برگ درختان پسته نشان داد انجام طرح موجب تغییر معنی داری در غلظت عناصر غذایی در نمونه های برگ ایجاد نکرده است.

حوزه آبخیز بابلرود در استان مازندران در سالیان اخیر حوادث اقلیمی متفاوتی را تجربه نمود. بر این اساس لزوم بررسی هر چه بیشتر تاثیر تغییر اقلیم بر رواناب این حوزه آبخیز مورد تاکید قرار می گیرد. این کار از طریق مدل های تغییر اقلیم که قادر به شبیه سازی متغیرهای اقلیمی هستند، انجام می پذیرد. به دلیل عدم پیش بینی پارامترهای آب و هواشناسی در مقیاس نقطه ای توسط مدل های تغییر اقلیم، ابزار واسطی به نام مولد هواشناسی ابداع گردید که توسط آن می توان تغییر اقلیم را در مقیاس نقطه ای و ایستگاه موردنظر ارزیابی کرد. در این تحقیق با استفاده از این روش، داد ه های مدل گردش عمومی جو HadCM3 با به کارگیری نرم افزار LARS-WG طبق سه سناریوی A2، B1 و A1B برای دور ه های زمانی اول (2065-2046) و دوم (2099-2080) ریزمقیاس شدند. نتایج حاصل از ارزیابی تغییراقلیم، تغییر میزان بارش در حوضه مورد مطالعه را از 43- تا 32+ درصد بیان نمود. این حدود تغییرات با افزایش بارش در ما ه های پربارش و کاهش شدید بارندگی در ما ه های کم بارش تابستان همراه بود. همچنین افزایش دمای سالانه به طور میانگین حدود 1.4 سانتیگراد تا 3.6 سانتیگراد، به ویژه در ما ه های گرم سال نمود بیشتری خواهد داشت. پس از این مرحله مقادیر پیش بینی شده دما و بارش توسط مدل اقلیمی HadCM3، به مدل بارش-رواناب IHACRES داده شد و تغییرات دبی در دو دوره اول و دوم مشخص گردید. میانگین دبی ماهانه دوره پایه (17.42 متر مکعب) نسبت به میانگین دوره اول (14.82 متر مکعب) و میانگین دوره دوم (14.20 متر مکعب) بیشتر بود که این موضوع به کاهش 15 تا 18.5 درصدی در میزان میانگین رواناب ماهانه اشاره دارد. بر اساس یافته های این پژوهش افزایش دما و کاهش میزان بارش در طی سال های آینده منجر به کاهش رواناب و منابع آبی موجود به واسطه فرآیند تبخیر و خشکی بیشتر حوزه آبخیز خواهد شد که به تبع آن با تاثیر بر اقلیم منطقه در آیندهای نه چندان دور، تعداد و شدت وقایع سیل و خشک سالی افزایش خواهد یافت.

خشکسالی یک پدیده آب و هوایی است که احتمال وقوع این پدیده در همه نقاط کره زمین و با هر شرایط اقلیمی وجود دارد. طراحی و توسعه سیستم های منابع آب، توزیع و انتقال آب و بخش های مختلف کشاورزی تا حد زیادی با نحوه مدیریت خشکسالی و تعیین را ه های مقابله با این پدیده ارتباط دارد. در این تحقیق به منظور بررسی خشکسالی در حوضه آبریز دز از داد ه های بارندگی سالانه ایستگاه های تنگ پنج و تله زنگ سد دز طی یک دوره آماری مشترک 17ساله (1389-1373) استفاده گردید. وضعیت خشکسالی بر اساس داد ه های مذکور با استفاده شاخص های درصد نرمال (PNI)، دهک (DI)، استاندارد بارش SPI))، Z چینی CZI))، Z چینی اصلاح شده (MCZI)، نمره (Z (ZSI مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین وقوع خشکسالی شدید.بر اساس شاخص های PNI، MCZI، ZSI مربوط به ایستگاه تله زنگ (1مورد که سال های آن به ترتیب عبارتند از: 1386-1387، 1374-1375 و 1386-1387) و بر اساس شاخص DI یک مورد مربوط به ایستگاه تله زنگ (1386-1387) و بر اساس شاخص SPI یک مورد مربوط به ایستگاه تنگ پنج (1378-1379) میباشد. همچنین بر اساس شاخص CZI هر دو ایستگاه مشکلی ندارند. بر اساس شاخص RAI سه مورد خشکسالی بسیار شدید در ایستگاه تنگ پنج (1378، 1387 و 1390) و چهارمورد خشکسالی بسیار شدید در ایستگاه تله زنگ (1373، 1378، 1387 و 1390) مشاهده شده است. بر اساس شاخص های متعدد فراگیرترین سال های خشکسالی مربوط به سال های 1386 تا 1388بوده است.