مهندسی آبیاری و آب ایران
سال:1395 | دوره:6 | شماره:25 |تعداد مقالات:11

رشد سریع تقاضای آب و انرژی و محدودیت این منابع، ضرورت استفاده مطلوب از آن ها را می طلبد. مدیریت مناسب استفاده از این منابع بدون اطلاع از میزان و راندمان مصرف این نهاده ها مقدور نیست. از این رو این پژوهش به منظور بررسی میزان مصرف آب و انرژی، تلفات و راندمان انرژی در ایستگاه های پمپاژ برقی طی سالهای 1388 تا 1390 در شهرستان همدان انجام شد. برای مقایسه عملکرد ایستگاه های پمپاژ آبیاری، معیار پمپاژ نبراسکا به کار برده شد. میزان توان ورودی، توان خروجی، راندمان کل انرژی و کارایی مصرف آب در ایستگاه های پمپاژ آبیاری محاسبه شد. نتایج نشان داد که میزان راندمان کل از 16.7 تا 65.8 درصد متغیر بود. متوسط راندمان کل و انرژی تلف شده در ایستگاه های پمپاژ برقی به ترتیب 49.8 درصد و 8.7 کیلو وات در ساعت محاسبه شد. میانگین کارایی مصرف آب در مزارع سیب زمینی در دو سیستم نشتی و بارانی به ترتیب ترتیب 3.1 و 6.2 کیلوگرم محصول خشک بر متر مکعب محاسبه شد. سیستم آبیاری بارانی با کاهش 24.3 درصدی در مصرف آب باعث افزایش 100 درصدی در کارایی مصرف آب نسبت به سیستم آبیاری نشتی شده بود. عواملی نظیر انتخاب پمپ و موتور متناسب با ظرفیت و فشار سیستم، تعمیر و نگهداری صحیح پمپ ها و موتورها، اجرای فونداسیون مناسب و صلب می تواند باعث بهبود راندمان انرژی شود.

نواحی مختلف یک منطقه با توجه به خصوصیات مورفولوژیکی، زمین شناسی، اقلیم و نوع کاربری، عکس العمل های متفاوتی در برابر نیروهای فرساینده (آب و باد) از خود نشان می دهند. با افزایش غلظت مواد معلق در اثر فرسایش خاک، اکوسیستم رودخانه و موجودات داخل آن به خطر می افتد. در نهایت پائین دست رودخانه با بجای گذاشتن رسوبات ریزدانه با تغییر مورفولوژی ساحل، منشاء شن های روان خواهد شد. اولین قدم در مبارزه با فرسایش و رسوب شناخت مقدار آن در مناطق موردنظر است. هدف از این تحقیق، شناخت وضعیت رودخانه های استان هرمزگان از نظر روند رسوب دهی است. بدین منظور ابتداء داده های ایستگاه های هیدرومتری رودخانه های منتهی به خلیج فارس و دریای عمان در محدوده استان هرمزگان، بررسی و با استفاده از منحنی سنجه رسوب مقدار آن در محل ایستگاه محاسبه شد. از روش آنالیز منطقه ای برای محاسبه رسوب رودخانه ها در محل ورود به دریا استفاده شد. عوامل مختلف زمین شناسی، کاربری، بارش و توپوگرافی در آنالیز منطقه ای به کار گرفته شدند. در نهایت نقشه رسوب دهی حوضه ها به دست آمد. مقایسه آنالیز آماری (رسوب برآورد شده) با مقادیر رسوب مشاهده ای نشان داد که چهار عامل طول کلی آبراهه، مساحت سازند، بارندگی سالانه و دید کارشناسی در سطح 9% و ضریب تعیین 0.79 از همبستگی بالایی برخوردار بودند. این نتیجه بیانگر این است که منطقه هرمزگان با توجه به رخنمون های حساس به فرسایش و بارش های با شدت بالا، توان فرسایش و رسوب دهی بالایی دارند. شرق استان به خصوص رودخانه های گابریک و سدیج، از رسوبزایی بالایی برخوردار می باشند. غرب استان نیز در درجه دوم اهمیت واقع شده و برخی نواحی مرکزی استان، رسوب دهی متوسطی داشتند.

با افزایش شهرنشینی، شرایط سطح زمین و آب و هوا توسط فعالیت های انسانی تغییر کرده است. این امر منتج به جاری شدن سیلاب و مشکلات آبگرفتگی مکرر در مناطق شهری می شود. مدل های رگبار-آبگرفتگی مبتنی بر هیدرولوژی و هیدرودینامیک به تعداد زیادی داده ورودی (جزئیات زمین، سیستم فاضلاب و داده کاربری اراضی) نیازمند است. در این مقاله به منظور تعیین سریع وضعیت آبگرفتگی تنها با چند داده ورودی و معمولا در دسترس، یک روش شبیه سازی رگبار- آبگرفتگی شهری (USISM) مبتنی بر سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) ارائه شده است. روش USISM یک نوع مدل هیدرولوژیکی توزیعی ساده شده بر اساس مدل ارتفاع رقومی می باشد. در این روش، فرورفتگی ها در زمین به عنوان سطوح اصلی آبگرفتگی در نظر گرفته می شوند. مقدار آبی که می تواند در هر فرورفتگی ذخیره شود توزیع نهایی آبگرفتگی را نشان می دهد. سطح رواناب حوضه و حداکثر حجم ذخیره برای هر فرورفتگی و جهت جریان بین این فرورفتگی ها همه در شبیه سازی نهایی آبگرفتگی در نظر گرفته شده اند. روش سازمان حفاظت خاک امریکا برای محاسبه رواناب رگبار، و یک معادله بیلان آبی برای محاسبه ذخیره آب در هر فرورفتگی استفاده شده است. نتیجه نشان می دهد که روش USISM میتواند مکان های نهایی آبگرفتگی در منطقه شهری را پیدا و عمق و سطح آبگرفتگی را به سرعت محاسبه نماید. روش USISM برای شبیه سازی رگبارهای با مدت زمان کوتاه در یک منطقه شهری با داده های ورودی محدود و معمولا در دسترس، ارزشمند است.

جمع آوری آب باران میتواند کمک زیادی به تامین بخشی از نیازهای آبی مناطق خشک مانند ایران کند. در این تحقیق، پتانسیل شهر بناب برای استفاده از سیستم های استحصال آب باران بررسی شد. بدین منظور مساحت بخش های مختلف شهر تعیین و با استفاده از میانگین 13 ساله (91-1379) بارندگی در ماه های مختلف، حجم روانابی که می تواند در این ماه ها در سطوح مختلف شهر ایجاد گردد، محاسبه شد. نتایج نشان دادند که در صورت جمع آوری رواناب کل سطوح شهر در هر ماه، %100 نیاز آبی مراکز عمومی، تجاری و صنعتی در ماه های فروردین و اردیبهشت تامین می شود. همچنین مقداری از رواناب در این دو ماه قابل ذخیره است که می توان از آن برای جبران کمبود ماه های خرداد تا مهر استفاده نمود. در حدود %100 نیاز آبی ماه های آبان تا اسفند از طریق رواناب جمع آوری شده در همین ماه ها قابل تامین است. با جمع آوری رواناب از سطوح حیاط و پشت بام های مناطق مسکونی در ماه های فروردین تا اسفند، درصدی از نیاز آبی بخش خانگی قابل تامین است. ماه های مرداد و آبان نسبت به ماه های دیگر به ترتیب کمترین (%0.59) و بیشترین (%43.25) مقدار این نیاز را می توانند تامین کنند. در صورت تامین نیاز آبی هر ماه از طریق بارندگی مربوط به همان ماه در کل سطوح شهر، %100 نیاز آبی فضای سبز شهر در تمام ماه ها به جز تیر و مرداد تامین می شود. با استفاده از بارندگی ماه های فروردین تا خرداد علاوه بر تامین کل نیاز فضای سبز این ماه ها، می توان کمبود ماه های تیر و مرداد را نیز به طور کامل تامین نمود.

برنامه ریزی آبیاری در شرایط وجود تنش آبی و شوری، بسیار مشکل تر از برنامه ریزی آبیاری کامل است. استفاده از دمای پوشش سبز برای برنامه ریزی آبیاری گیاهان یکی از روش هایی است که مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این روش شاخص های متعددی ارائه شده است که ازبین آن ها می توان به شاخص تنش آبی گیاه (CWSI) به روش ایدسو اشاره کرد. به منظور برنامه ریزی آبیاری ذرت تابستانه در شرایط اقلیمی اهواز با استفاده از دمای پوشش سبز، در سال زراعی 93-1392 تحقیقی در مزرعه تحقیقاتی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز تحت آبیاری سطحی (جویچه ای) با دوتیمار کیفی آب شور (S1=/5ds/m و S5=5ds/m) در سه تکرار انجام گرفت. براین اساس مقدار شاخص تنش آبی گیاه در شهریورماه برای دوتیمار S1 (حداقل شوری) و S5 (حداکثر شوری) به ترتیب 0.14 و 0.26 و در مهرماه 0.15 و 0.22 برآورد شد. به ازای افزایش شوری آب آبیاری از 2.5 دسی زیمنس بر متر به 5 دسی زیمنس بر متر اختلاف دمای پوشش سبز نسبت به دمای هوا حدود دو درجه افزایش پیدا نمود. معادله های خط مبنای بالایی برای تیمار S1، در شهریور ومهرماه به ترتیب (Tc-Ta)=0.05 و (Tc-Ta)ul=4.975 برای تیمار S5 در شهریور و مهر ماه به ترتیب (Tc-Ta)ul=2.85 و (Tc-Ta)ul=2.6 محاسبه شد. معادله خط مبنای پایینی تنش محاسبه شده در تیمار S1 و S5 گویای تنش آبی کمتر در تیمار S1 به علت پایین بودن خط مبنای پایینی آن نسبت به تیمار S5 بود. با استفاده از داده های اندازه گیری شده، برای برنامه ریزی آبیاری سطحی گیاه ذرت تحت دو تیما S1 و S5 در شهریور و مهرماه روابطی تعیین و با استفاده از آنها و مقایسه (Tc-Ta)m (اندازه گیری شده) با (Tc-Ta)a (مقدار مجازمحاسبه شده) می توان زمان آبیاری را در هر دو تیمار تشخیص داد.

در این مقاله جهت مدیریت سیلاب در حوزه گرگانرود، از مدل تصمیم گیری چندمعیاره ویکور استفاده شده است. گزینه های مدیریت سیلاب شامل حفظ شرایط طبیعی، بهره برداری از سد گلستان، احداث گوره، احداث کانال انحراف، سامانه پیش بینی و هشدار سیل، استفاده از بیمه سیل و سامانه پیش بینی و هشدار سیل توام با بیمه سیل رتبه بندی شده اند. سپس نتایج آن با مدل و زنده ساده و مقایسه شده است. به منظور ارزیابی گزینه ها از 11 معیار شامل تلفات جانی مورد انتظار، نرخبازیابی، نرخ تدریج، خسارت مورد انتظار سالانه، احساس امنیت مردم، نرخ اشتغال زائی، مشارکت مردمی، حفظ و بهبود مناظر طبیعی، حفاظت از زیستگاه حیات وحش، حفاظت از کیفیت آب و امکان پذیری فنی و سرعت اجراء استفاده شده است. نتایج رتبه بندی نشان داده که در صورت کاهش میزان پارامتر ویکور، مدل به معیارهای اجتماعی، اقتصادی و فنی اهمیت بیشتری داده است. با افزایش میزان پارامتر ویکور، حساسیت مدل نسبت به تغییر پارامتر ویکور افزایش یافته است. مدل ویکور بر خلاف مدل و زنده ساده حساسیت کمتری نسبت به تغییر وزن معیارها داشته ولی به معیارهای اقتصادی و فنی حساسیت بالایی داشته است. در این تحقیق به دلیل اهمیت بالای معیارهای اجتماعی مدل ویکور توصیه شده است.

این پژوهش بر روی سه مزرعه واقع در واحد عمرانی چهار شبکه آبیاری و زهکشی زرینه رود انجام شد. مزارع به طور تصادفی و در سه موقعیت متفاوت و به روش آبیاری نواری انتها بسته آبیاری می شدند و زیر کشت محصول یونجه بودند. در دو مزرعه سه آبیاری متوالی و در یک مزرعه دو آبیاری متوالی اواخر فصل در ماه های شهریور و مهر سال 1391 ارزیابی شد. همچنین در هر مزرعه سه نوار آزمایشی به طور تصادفی انتخاب شد و مورد ارزیابی قرار گرفت. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مزارع، وضعیت رطوبتی خاک، میزان دبی ورودی به نوارهای آزمایشی و همچنین آمار پیشروی و پسروی جریان در روزهای قبل از آبیاری، روز آبیاری و یا 48 ساعت بعد از آبیاری مورد اندازه گیری و ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که میزان راندمان کاربرد در مزارع A و B، به ترتیب 88.61 و 95.07 درصد و راندمان نیاز آبی 90.21 و 92.82 درصد با سطح کفایت به ترتیب 59.59 و 65.87 درصد بود و در مزرعهC راندمان کاربرد 51.59 درصد با راندمان نیاز آبی 100 درصد در سطح کفایت 100 درصد بوده است. راندمان های به دست آمده قابل قبول و وضعیت آبیاری مزارع در دوره مورد ارزیابی، علیرغم اعمال کم آبیاری در مزارع A و B، با توجه به مقادیر راندمان نیاز آبی در آن ها مطلوب ارزیابی می شود. نتایج این ارزیابی همچنین نشان داد در صورتیکه متولیان شبکه های آبیاری از برنامه علمی و عملیاتی خوبی در تحویل و توزیع آب به کشاورزان برخوردار باشند و آب در دسترس کشاورزان در حد مورد نیاز باشد کشاورزان غالبا قادر به اعمال یک مدیریت مطلوب آبیاری در محدوده زراعی خود هستند.

پایداری کشاورزی در گرو مدیریت صحیح منابع آب و کنترل مصرف بی رویه آن است. لازمه این مدیریت، وجود داده ها و اطلاعات دقیق و قابل استناد است که می تواند فرصت مناسبی برای تحلیل وضعیت منابع آبی به عنوان یک نهاده اصلی در کشاورزی پایدار فراهم نماید. وجود اطلاعات پایه و اقلیمی مناسب، داده های هیدروژئولوژی، 5 چاه اکتشافی و 20 چاه مشاهده ای سبب انتخاب دشت اسلام آباد گردید. از طریق پیمایش صحرایی کلیه چاه های بهره برداری و چشمه های منطقه ثبت و اطلاعات آبدهی و میزان تخلیه از آبخوان دشت محاسبه گردید. تبخیر و تعرق پتانسیل به روش پنمن- مانتیث تعیین و نیاز آبی محصولات زراعی و باغی از طریق نرم افزار CROPWAT به دست آمد. محاسبات ارتفاع سطح آب زیرزمینی چاه های مشاهده ای برای هر سال انجام شده و ارتفاع پیزومتری آن ها محاسبه گردید. سطح اثر هر چاه از طریق پلی گون بندی تیسن محاسبه و با میانگین گیری وزنی، ارتفاع پیزومتری دشت در سال های مختلف محاسبه و نمودار تغییرات آن ترسیم گردید. حجم جریان ورودی و خروجی دشت بر پایه معادله دارسی محاسبه و بر اساس اطلاعات پیش گفته معادله بیلان تکمیل و بیلان دشت تحلیل گردید. نتایج این بررسی در دشت اسلام آباد نشان می دهد 60 درصد تغذیه آبخوان از طریق نفوذ مستقیم از ریزش های جوی و رواناب های منطقه صورت می گیرد. 93 درصد از سطح اراضی کشاورزی آبی این دشت به چهار محصول با نیاز آبی بالا شامل گندم، ذرت، چغندر و سیب زمینی اختصاص دارد که در حدود 66 درصد از آب مصرفی آبخوان را به خود اختصاص می دهند. شدت افت سطح تراز آبخوان با افزایش تعداد چاه های بهره برداری در دهه 1385-1375 و در نتیجه تشدید بهره برداری از آبخوان همخوانی کامل دارد. این میزان بهره برداری با ذخایر سالانه آبخوان تناسب نداشته و سطح آب زیرزمینی دشت روندی کاملا نزولی و تشدید شونده را نشان می دهد به طوری که در 6 سال منتهی به سال آبی 93-92 سطح آبخوان 6.61 متر افت داشته است و آبخوان با کسری 3.83 میلیون متر مکعبی در ذخیره سالانه مواجه بوده و بیلان منفی است. روند تغییرات سطح آب زیرزمینی در منطقه، بیانگر شدت این وضعیت در آینده است. لذا مدیریت تخصیص منابع آب، کنترل سطح زیرکشت محصولات با نیاز آبی بالا و بهینه سازی تولید پایدار مبتنی بر وضعیت منابع آب راهکارهای برونرفت از این وضعیت و دستیابی به پایداری نسبی در کشاورزی است.

امروزه منابع آب به شدت تحت تاثیر چرخه هیدرولوژیکی هستند و برآورد تبخیر و تعرق که جزء اصلی از چرخهی هیدرولوژیکی است، در مدیریت منابع آب نقش بسزایی دارد. این پدیده، غیرخطی و از این لحاظ که پارامترهای بسیاری در برآورد آن دخیل هستند، کاری بسیار مشکل است. روش های زیادی برای برآورد تبخیر و تعرق وجود دارد که هر کدام با مشکلی مواجه می باشند. بعضی از این روش ها مثل لایسیمتر هزینه بر و زمان بر می باشند و برخی دیگر مثل روش های تجربی اعتبار محلی دارند. استفاده از روشی که بتواند با توجه به ماهیت و استفاده حداقل از داده های اقلیمی تبخیر و تعرق را مدل کند، ضروری به نظر می رسد. امروزه شبکه های عصبی که شاخه ای از هوش محاسباتی می باشند، در علوم مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. در این تحقیق از داده های روزانه دو ایستگاه فرخ شهر و فرودگاه شهرکرد در بازه زمانی 2013- 2004 شامل دمای حداقل، دمای حداکثر، رطوبت نسبی میانگین، ساعات آفتابی و سرعت باد در ارتفاع دو متری تحت سناریوهای مختلف استفاده شد. ابتدا به محاسبه ی چند روش تجربی در برآورد تبخیر و تعرق مرجع پرداخته شد. روش های تجربی مورد استفاده این تحقیق هارگریوز، بلانی کریدل، پریستلی تیلور و جنسن هیز بودند. مدل شبکه عصبی مصنوعی تحت سناریوهای مختلف داده ورودی به کمک نرم افزار R2012b)) MATLAB طراحی گردید. در این قسمت با انجام تست های مختلف با توجه به حساسیت و میزان دقت مورد انتظار از دو تابع تانژانت سیگموئید و لوگ سیگموئید در لایه پنهان، تابع خطی در لایه خروجی و قاعده ی آموزش لونبرگ مارکوات استفاده شد. برای ارزیابی مدل ها از مدل پنمن مونتیث فائو 56 استفاده شد. شاخص های آماری RMSE و MAE و R محاسبه گردید. نتایج نشان داد که از بین ده سناریوی مورد بررسی، سناریوی یک با هر پنج متغیر ورودی، کمترین خطا را نسبت به روش فائو 56 و عملکرد بسیار بهتری نسبت به روش های تجربی داشت. از بین روش های تجربی نیز مدل پریستلی تیلور و هارگریوز عملکرد بهتری داشتند. همچنین نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که دمای ماکزیمم و سرعت باد بیشترین تاثیر را بر تبخیر و تعرق مرجع در این منطقه داشتند.

دما یکی از مهم ترین پارامترهای هواشناسی است که در بسیاری از مطالعات مورد استفاده قرار می گیرد. این پارامتر در بررسی های تغییر اقلیم و کشاورزی از اهمیت ویژه ای برخوردار است، بطوری که افزایش درجه حرارت یکی از مسائل مهم زیست محیطی بشر به حساب می آید. بنابراین بررسی و پیش بینی تغییرات آن در دوره دراز مدت می تواند بر مدیریت صحیح منابع آب و خاک و تامین نیاز آبی گیاهان موثر باشد. در این مطالعه با استفاده از داده های 47 ساله (7196-2014) ایستگاه فسا و همچنین مدل ARAR اقدام به پیش بینی متوسط دمای ماهانه برای 6 سال آینده (تا سال 2020) در نرم افزار ITSM گردید. بر اساس نتایج بدست آمده بهترین مدل فیت شده بر داده ها مدل(,1 AR (26 بر گرفته از روش Burg با شاخص آکاییکی برابر با 2609.91 بود. بر اساس این مدل ضرایب (Z (t-1 در تاخیر های 21، 22 و 23 معنی دار نیستند که در مدل صفر در نظر گرفته شدند. با توجه به P-value آزمون Turning points در تاخیر های مختلف که بزرگ تر از 0.05 بود می توان قابل اطمینان بودن پیش بینی انجام شده را استنباط نمود.

در این پژوهش، اثرات بلندمدت تغییراقلیم بر تغییرات مکانی و زمانی بارش در سطح کشور تحت سناریوهای A1B، A2 و B1 تا سال 2100 بررسی شد. با استفاده از داده های بارش روزانه در دورهی پایه (2010-1980) در 52 ایستگاه سینوپتیک، مدل LARS-WG واسنجی شده و جهت ریزمقیاس سازی داده های مدل گردش عمومی جو HADCM3 تحت سناریوهای مذکور تا سال 2100 استفاده شد. نقشه های پراکنش مکانی تغییرات بارش در محیط GIS تهیه شد. مقادیر اندک جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده و ضریب کارآیی بالا در مقایسه مقادیر مشاهده ای و شبیه سازی شده بارش حاکی از عملکرد مطلوب مدل LARS-WG برای شبیه سازی بارش بود. نتایج شبیه سازی نشان داد که تغییراقلیم باعث افزایش غیریکنواخت بارش در دو مقیاس مکانی و زمانی در بخش اعظم کشور خواهد شد. افزایش بارش در کرانه های دریاهای خزر، عمان و خلیج فارس، دامنه های غربی رشته کوه های زاگرس و دامنه های شمالی رشته کوه های البرز بیشتر از نواحی مرکزی، شرقی و شمال شرقی ایران بود. علیرغم افزایش میانگین بارش در تمام دوره های زمانی، میانگین بارش در دوره های زمانی 2070-2041 و 2100-2071 کمتر از مقدار آن در دوره زمانی 2040-2011 بود. این مساله، لزوم برنامه ریزی در استفاده بهینه از بارش موثر در کشور را به اثبات می رساند.