علوم و مهندسی آبیاری
سال:1401 | دوره:45 | شماره:3 |تعداد مقالات:10

رشد روز‏افزون تقاضای آب در شرایط خاص اقلیمی کشور، استان همدان را در آستانه کمبود شدید و به دنبال آن تنش­های اجتماعی و سیاسی زیادی قرار خواهد داد که بهبود این شرایط نیازمند رویکردهایی برای تخصیص و استفاده بهینه از منابع آبی موجود است. قیمت­گذاری آب و تعیین تعرفه­های مناسب، ابزاری قوی برای مدیریت تقاضا و بهترین رویکرد برای تخصیص و تشویق به حفاظت از منابع آبی است. برای رسیدن به این هدف در این پژوهش برای تعیین ارزش اقتصادی آب به بررسی تمایل به پرداخت آب شرب با استفاده از رهیافت ارزش­گذاری مشروط دوگانه پرداخته شده است. برای این تحقیق به‏منظور بررسی رفتار خانوارها در تمایل به پرداخت آب شرب از الگوی هکمن و نیز از داده­های مقطع زمانی سال 1396 مربوط به 329 خانواده از شهرستان­های همدان، کبودرآهنگ و نهاوند استفاده شد. نتایج حاصل از برآورد مدل هکمن نشان داد که در شهرستان همدان، کبودرآهنگ و نهاوند به‏ترتیب 6/45 ، 4/57 و 5/6 درصد از خانوارها، حاضر به پرداخت مبلغی بیش از تعرفه فعلی برای بهبود کیفیت آب آشامیدنی هستند. بدین ترتیب میانگین تمایل به پرداخت برای آب آشامیدنی سالم در شهرستان همدان، کبودرآهنگ و نهاوند به‏ترتیب 5830، 7400 و 5250 ریال برای هر خانوار برآورد شد. هم­چنین نتایج نشان داد که عوامل متغیرهای بارتکفل، سطح زیر بنا و درآمد از جمله عوامل تأثیرگذار بر تصمیم خانوارها بر پرداخت بیشتر آب بهاء برای استفاده از آب شرب با کیفیت بالاتر است و عوامل تعیین کننده در میزان تمایل به پرداخت خانوارها شامل متغیرهای، سن، تعداد اعضاء خانواده و مساحت خانه است. با توجه به تمایل به پرداخت بالای خانوارها نسبت به قیمت آب بها، ضروری است برنامه‏ریزی مناسبی برای بهبود آب آشامیدنی سالم صورت گیرد.

تحقیقات زیادی نشان داده­است که عملکردمحصول در کم­آبیاری معمولی(DI) کمتر از کم­آبیاری بخشی ریشه(PRD) است، به­طوری­که میزان کاهش عملکرد در PRD نسبت به آبیاری­کامل معنی­دار نیست. نیاز است در مدل­های شبیه­ساز عملکرد محصول، این موضوع لحاظ شود. با توجه به اینکه مدل Daisy تنها مدلی است که قادر است شرایط PRD را شبیه­سازی نماید، هدف از این تحقیق واسنجی دو پارامتر عامل شیب­روزنه­ای(m) و تابع اصلاح­کننده وزن ­مخصوص برگ طی مرحله رشد(LeafAIMod) برای گیاه آفتاب­گردان تحت آبیاری PRD در مدل Daisy بود. برای این­منظور مدل براساس اطلاعات دو تیمارPRD  در دو سطح 75درصد (PRD75) و 55درصد (PRD55) در سال 1392 تحت کشت آفتاب­گردان واسنجی و سپس براساس اطلاعات شش تیمار PRD75 و PRD55 با دورهای مختلف آبیاری در سال 1395 اعتبارسنجی شد. مقادیر اندازه­گیری و شبیه­سازی­شده پارامترهای خروجی شاخص ­سطح­­ برگ(LAI)، ارتفاع گیاه(H) و مقدار ماده­خشک(DM) براساس شاخص­های آماری RMSE، NRMSE، R2 و EF با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج حاصل از اعتبارسنجی نشان داد که دو پارامتر واسنجی شده مذکور، با میانگین RMSE برابر با 465/0 cm2/cm2، 4/5 cm و 286/0Ton/ha به­ترتیب برای پارامترهای LAI، H و DM در محدوده­ی قابل قبول بوده­ است و­ اختلاف معنی­داری بین مقادیر شبیه­سازی­شده و اندازه­گیری­شده وجود ندارد. پراکندگی نقاط شبیه­سازی­شده و اندازه­گیری­شده نسبت به خط یک­به­یک نشان داد که مدلDaisy، شاخص­های فیزیولوژیکی گیاه را در روش PRD تحت تنش آبی کمتر، بهتر برآورد نموده­است. هم­چنین هر دو عامل دور آبیاری و میزان تنش آبی در شبیه­سازی با مدلDaisy تأثیرگذار هستند. پیشنهاد می­شود از این روش، برای شبیه­سازی گیاهان تحت آبیاری PRD استفاده شود.

تلفات تبخیر از سطح آزاد آب در سدهای مخزنی، یکی از فرایندهای مهم در هواشناسی و هیدرولوژی می­باشد. هریک از روابط تجربی برآورد تبخیر با توجه به شرایط آب و هوایی هر منطقه مورد تأیید قرارگرفته است. به­همین­ دلیل واسنجی روابط برآورد تبخیر در مناطق مختلف لازم است. سطح وسیع مخزن سد چغاخور واقع در استان چهارمحال و بختیاری (16 کیلومترمربع در رقوم نرمال) باعث شده تبخیر از سطح آزاد آب پارامتری تاثیرگذار در برنامه­ریزی منابع آب حوضه محسوب گردد. در این تحقیق از روش­های تجربی مه­یر، مارسیانو، شاهتین، هنفر، ایوانف و سازمان عمران اراضی آمریکا (USBR) برای بررسی تبخیر از سطح آزاد آب سد چغاخور استفاده شد و نتایج آن­ها با مقادیر واقعی تبخیر از سطح آزاد آب مقایسه گردید. روش میانگین ایوانف و USBR در محاسبه تبخیر ماهانه با ضریب تعیین 89/0، RMSE 6/21 و MBE 4/0- و روش میانگین مه­یر و شاهتین در محاسبه تبخیر روزانه با ضریب تعیین 67/0،RMSE  01/1 و  MBE0.16 به­عنوان بهترین روش برآورد تبخیر از سطح دریاچه چغاخور، انتخاب گردیدند. نتایج تحلیل حساسیت روش­های مورد استفاده در این تحقیق، حساسیت کم مدل­های برآورد تبخیر روزانه به پارامتر سرعت باد را نشان می­دهد، به­عبارت دیگر روشی که برای سرعت باد سهم کمتری را در نظر گیرد نتایج بهتری را در برآورد تبخیر به­همراه دارد.

با توجه به رشد روز افزون مصرف آب، تخصیص بهینه منابع آب نیاز به توجه بیشتری دارد. در کشور ایران به­علت کمبود بارندگی در اکثر حوضه­های آبریز و محدود بودن منابع آب، برنامه­ریزی به­منظور شناخت امکانات و محدودیت­های منابع آب با هدف بهره­برداری بهینه بسیار ضروری و اجتناب ناپذیر است. مقدار آب تخصیص داده شده به شبکه آبیاری قزوین از سد طالقان از گذشته در حدود 255 میلیون مترمکعب بوده است که امروزه، مقدار تخصیص به حدود 120 میلیون مترمکعب در سال کاهش یافته است. بررسی الگوی کشت طی ده سال اخیر نشان می دهد ترکیب الگوی کشت، علی رغم کاهش آب تخصیص یافته، ثابت بوده است. ازاین رو کشاورزان برای جبران اقدام به برداشت غیرمجاز از چاه­ها نموده اند که این موضوع باعث افت شدید سفره­ آب­ زیرزمینی شده است. لذا در این مطالعه با هدف حفظ هم زمان منابع آب زیرزمینی و افزایش درآمد کشاورزان، به ارائه الگو بهینه توزیع آب و الگوی کشت با استفاده از الگوریتم ژنتیک در قالب دو مدل بهینه­سازی الف- توزیع آب و ب- توزیع آب و الگوی کشت پرداخته شده است. نتایج نشان داد در صورت تخصیص 255 میلیون متر­مکعب در سال، درآمد شبکه حدود 165 میلیارد تومان بوده که با کاهش تخصیص، درآمد شبکه به حدود 85 میلیارد تومان رسیده است که با بهینه­سازی توزیع آب در میان بهره­برداران در وضعیت فعلی درآمد شبکه به حدود 110 میلیارد تومان و با بهینه­سازی توزیع آب و الگوی کشت درآمد به 156 میلیارد تومان خواهد رسید.

در این مطالعه آزمایشگاهی به­منظور افزایش میزان رسوب­گذاری در پشت سازه باندال لایک، سازه جدیدی تحت عنوان باندال لایک گوه ای پیشنهاد و معرفی شده و توپوگرافی بستر در اطراف سازه های باندال لایک گوه­ای، باندال لایک و آبشکن نفوذ­ناپذیر در یک مدل فیزیکی با قوس 180 درجه در شرایط غیر مستغرق و آب زلال بررسی شده است. نتایج نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی نسبی در سازه باندال لایک و سازه باندال لایک گوه­ای با نفوذ­پذیری 50 درصد و در عدد فرود 24/0 نسبت به آبشکن نفوذ­ناپذیر به­ترتیب 59 و 18 درصد کاهش و حداکثر ارتفاع رسوب­گذاری نسبی در سازه باندال لایک گوه ای نسبت به آبشکن نفوذ­ناپذیر و باندال لایک به­ترتیب 56 و 107 درصد افزایش دارد. همچنین حداکثر عمق آبشستگی در سازه باندال لایک گوه ای در فاصله دورتری از ساحل بیرونی و سازه رخ داد و پشته رسوبی نیز در پشت سازه و در امتداد و نزدیک به ساحل بیرونی و با طول بیشتر و فرم بهتر ایجاد گردید.

اندازه گیری جریان در آبراهه های روباز همواره یکی از مهم ترین موضوعات مد نظر متخصصین علم هیدرولیک بوده است. به منظور اندازه گیری دبی در آبراهه ها به روش سرعت-مساحت اندازه گیری سرعت متوسط جریان ضرورت دارد. اما به­کارگیری روش­های تماسی مثل استفاده از مولینه برای اندازه گیری سرعت همیشه میسر نیست و در مواقع سیلاب و هم چنین برای جریان های کم عمق استفاده از این روش ها امکان­پذیر نمی باشد. رویکردی که اخیراً به عنوان یک گزینه غیرتماسی برای اندازه گیری جریان در مجاری روباز مورد توجه قرار گرفته است استفاده از روش های سرعت سنجی مبتنی بر تصویربرداری از سطح جریان می باشد. از جمله این روش­ها گونه­ای از روش PIV  موسوم به LSPIV است که به دلیل حذف ضرورت استفاده از لیزر طرفداران زیادی پیدا کرده است. در این مطالعه برای اندازه گیری میدان دو بعدی سرعت روی سطح جریان فوق بحرانی پر شیب و توربولنت از LSPIV بهره گیری شد. از داده های سرعت حاصله برای محاسبه شاخص سرعت (VI) که برای تبدیل سرعت سطحی به سرعت متوسط مقطع و اندازه گیری دبی جریان به کار می رود استفاده گردید و تأثیر تغییرات استغراق نسبی در سه شیب مختلف روی این شاخص بررسی شد. هم چنین میدان سرعت سطحی متوسط زمانی برای استغراق های مختلف به صورت کمی مقایسه شد. مقادیر شاخص سرعت به دست آمده در این تحقیق در محدوده 612/0 تا 784/0 با مقدار متوسط 701/0 هستند که این مقدار متوسط با مقدار متداول 85/0 حدود 17 درصد اختلاف دارد. در پایان نیز روابطی برای برآورد مقدار شاخص سرعت و متعاقباً دبی جریان با استفاده از استغراق نسبی پیشنهاد و ملاحظه گردید که روش پیشنهادی منجر به برآورد قابل قبول مقادیر دبی می شود.

شهر ملایر یکی از قطب­های کشاورزی استان همدان و  به­عنوان شهر جهانی انگور شناخته شده است، بر این اساس مطالعه کیفیت آب در این منطقه بسیار مهم است. در مطالعه حاضر 93 نمونه آب که شامل 61 چاه، 9 چشمه، 16 رودخانه و هفت آبگیر بود مورد نمونه­برداری قرار گرفت و پارامترهای NO3، pH، EC،Na  و K اندازه­گیری و کیفیت آب به کمک شاخص WQI و ویلکاکس برآورد شد. به­منظور مقایسه کیفیت منابع آب آنالیز واریانس یک­طرفه و برای مقایسه با استاندارد ملی ایران و WHO آزمون تی تک­نمونه به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که منابع مختلف آب از نظر کیفیت دارای اختلاف آماری معنی­دار و مقدار EC، NO3 و Na در آب چاه بالاتر از سایر منابع است، بنابراین کیفیت آب چاه پایین­تر از سایر منابع برآورد شد. بر اساس شاخص ویلکاکس بیش از 10 درصد نمونه­های آب چاه، چشمه و رودخانه دارای شوری بالا و در مورد چاه، چشمه و روخانه 2/85، 8/88 و 8/68 درصد نمونه­ها دارای شوری متوسط بودند. مقادیر EC در آب چاه، چشمه و رودخانه بالاتر و در مورد آبگیر پایین تر از استاندارد WHO برآورد شد. به نظر می­رسد بالاتر بودن نیترات در آب چاه به دلیل مصرف کودهای کشاورزی در منطقه اتفاق افتاده است و به دلیل مشکلات ناشی از نیترات بر سلامت انسان استفاده از آب چاه برای شرب در بلند مدت توصیه نمی­شود. به­طور کلی در استفاده از آب چاه پایش­های دوره­ای ضروری است و با بررسی کیفیت خاک شاید نیاز به روش­های اصلاح نیز باشد.

در این پژوهش، الگوریتم کفتار خالدار(SHO) به عنوان الگوریتمی مبتنی بر رفتار کفتارهای نوع خالدار برای اولین بار در بهینه‏سازی پارامترهای مدل غیرخطی ماسکینگام برای روندیابی سیلاب استفاده شده است. برای بررسی کارایی این الگوریتم، در مدل های ماسکینگام غیرخطی NL3 و مدل توسعه یافته NL5، مطالعۀ موردی سیل ویلسون برای صحت­سنجی و هم­چنین یک سیل تاریخی از منطقۀ کارده به عنوان مطالعه موردی به منظور روندیابی سیلاب و محاسبۀ پارامترهای مدل ماسکینگام انتخاب شد. برای ارزیابی مقدار خطای آماری بین دبی‏های روندیابی­شده و مشاهداتی از شاخص های آماری SSQ و MSE به عنوان تابع هدف استفاده شده است. براساس نتایج به‏دست‏آمده از روندیابی سیل ویلسون با استفاده از الگوریتم SHO، برای مدل NL3 مقادیر توابع هدف به­ترتیب برابر 778/128و 852/5 مترمکعب بر ثانیه و برای  مدل NL5 مقادیر توابع هدف به­ترتیب 776/21و262/0 است. نتایج روندیابی مطالعه موردی، سیل کارده با الگوریتم مذکور نیز نشان داد مجموع مربعات انحرافات روندیابی­شده برای مدل NL3 به­ترتیب برابر 552/4 و برای مدل  NL5 برابر 261/1 می باشد. در تحقیق حاضر، ابتدا در مدل NL3 عملکرد الگوریتم کفتار خالدار با الگوریتم فرا کاوشی دیگر نظیر الگوریتم ژنتیک و الگوریتم چرخه آب مقایسه و با توجه به عملکرد بهتر این الگوریتم، در مدل NL5 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شاخص های آماری بیان کنندۀ برتری مدل NL5 نسبت به مدل NL3 و برتری الگوریتم SHO نسبت به الگوریتم های مقایسه­شده دیگر برای محاسبۀ پارامترهای غیرخطی مدل ماسکینگام و پیش‏بینی دقیق سیلاب دارد. بنابراین، از دستاوردهای پژوهش حاضر می‏توان به معرفی مدل ماسکینگام غیرخطی NL5 بر مبنای الگوریتم SHO برای حل مسائل روندیابی سیلاب اشاره داشت.

عبور جاده و یا خط راه آهن از روی رودخانه ها محدود به بازه های خاصی از رودخانه هاست که توسط مسیر کلی راه مشخص می گردد، علاوه بر آن مسیر کلی راه راستای قرارگیری پل روی رودخانه را نیز تعیین می نماید، انتخاب راستای پل نسبت به مسیر جریان در رودخانه بسیار مهم است. گاهی به دلیل شرایط جغرافیایی منطقه و مسیر کلی راه، امکان عبور پل به صورت مستقیم و عمود بر مسیر جریان در رودخانه میسر نمی باشد، در این صورت عرشه پل، به صورت مورب عرض رودخانه را طی می کند و راستای گروه پایه های پل که عمود بر راستای عرشه هستند با جهت جریان زاویه دار می شوند. در این حالت فاصله بین پایه ها، زاویه برخورد جریان به گروه پایه ها و همچنین میزان مستغرق بودن پایه ها، از مهم ترین عواملی هستند که عمق آبشستگی را تحت تأثیر قرار می دهند. از این رو در مطالعه کنونی با شبیه سازی فیزیکی آبشستگی، به بررسی اثر زاویه گروه پایه های استوانه ای پل نسبت به جهت جریان بر حداکثر عمق آبشستگی گروه پایه ها در زاویه های صفر، 18π/، 9π/، 6π/ رادیان در شرایط آب زلال با اعداد فرود 13/0، 15/0 و 17/0 پرداخته شده است. نتایج حاکی از آن بود که با افزایش زاویه گروه پایه های پل نسبت به جهت جریان از صفر تا 6π/ رادیان حداکثر عمق آبشستگی افزایش می یابد، به طوری که بیشینه درصد افزایش عمق آبشستگی برابر است با 36 درصد که با تغییر زاویه از صفر به 6π/ رادیان در عدد فرود 13/0 مشاهده گردید.

گرفتگی یکی از مشکلات اصلی پوشش­های زهکشی در زمان اجرا و بهره­برداری می­باشد. این تحقیق با هدف بررسی گرفتگی شیمیایی فیلترهای مصنوعی حاصل از رسوب­گذاری کربنات کلسیم با سه تیمار و سه تکرار با استفاده از مدل فیزیکی در شرایط آزمایشگاهی اجرا شد. نمونه­برداری از عمق یک و نیم  متری نصب زهکش­ها از منطقه سلطان آباد (در محدوده اراضی طرح فجر رامهرمز) انجام شد. مدل شامل یک استوانه از جنس پلی­اتیلن شامل توری، شن، پوشش مصنوعی، خاک و آب بود. با استفاده از ورودی و خروجی تعبیه شده در بالای استوانه ها، ارتفاع آبی ثابت ایجاد شد که بر­اساس قانون دارسی دبی و هدایت هیدرولیکی اندازه­گیری شد. تیمار اول در شرایط بهره­بردای مداوم، تیمار دوم در شرایط قطع و وصل جریان و تیمار سوم پیوسته و تحت حرارت بود. داده­های دبی و هدایت هیدرولیکی به­منظور بررسی معنادار بودن به وسیله نرم­افزار SPSS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان داد دبی و هدایت هیدرولیکی تا رسیدن به نقطه اوج افزایش، سپس کاهش و تا رسیدن به روند ثابت ادامه یافتند. میزان کاهش دبی و هدایت هیدرولیکی در تیمار منقطع 56/19 درصد و در تیمار تحت گرما 77/29 درصد نسبت به تیمار پیوسته بود. همچنین احتمال رسوب­گذاری کربنات­کلسیم بر اساس سه شاخص لانژلیر، ریزنار و استیف دیویس محاسبه شد. نتایج حاصل از تیمار اول نشان داد که احتمال رسوب­گذاری در شرایط ماندگاری آب در خاک زیاد بوده است اما در صورت حرکت آب و عبور آن از فیلتر احتمال رسوب­گذاری به حداقل ممکن رسیده و گرفتگی در دراز­مدت اتفاق خواهد افتاد. این مدت بیشتر از عمر مفید شبکه زهکشی خواهد بود. عکس­برداری الکترونیکی نیز صحت نتایج مبنی بر عدم رسوب و گرفتگی را نشان داد.