مجله پژوهش آب ایران
سال:1402 | دوره:17 | شماره:4 |تعداد مقالات:10

از مشکلات پیش رو روش های تغذیه مصنوعی مناطق کویری می توان به بارش کم، منابع آبی محدود، دمای بالا و تبخیر زیاد، آورد رسوب بالا به علت پوشش گیاهی فقیر و غیره اشاره نمود. روش های تغذیه مصنوعی در این مناطق باید به گونه ای طراحی گردد که حداکثر بهره وری را از منابع آب موجود داشته باشد. در این پژوهش سعی شده است با ارائه یک روش جدید تغذیه مصنوعی متناسب با مناطق کویری، مشکلات فوق الذکر کاهش یابد. برای طراحی یک روش مناسب تغذیه مصنوعی نیاز به اطلاعات کافی از نحوه توزیع جریان آب در خاک می باشد. از طرفی پژوهش در مورد نحوه توزیع جریان آب در محیط متخلخل بدون مدل سازی شرایط میدانی، وقت گیر و هزینه بر است. در پژوهش حاضر به موضوع تعیین ظرفیت نفوذ در محیط غیراشباع با استفاده از تلفیق ترانشه نفوذ و لوله تراوا در محیط آزمایشگاهی پرداخته شد. برای این منظور مدل فیزیکی ساخته شد که در آن آب از طریق لوله تراوا و ترانشه به محیط غیراشباع تزریق گردید. دبی ورودی به مدل فیزیکی شامل 5 دبی 1، 5/1، 2، 5/2 و 3 لیتر در دقیقه تنظیم گردید. با شروع آزمایش که با دبی های ذکرشده وارد مدل فیزیکی شد، هر 5 دقیقه مقدار پیشرفت جبهه رطوبتی مشخص گردید. این عمل تا زمان رسیدن جبهه رطوبتی به سطح ایستابی ادامه یافت. همزمان با خارج شدن آب از مدل فیزیکی، دبی های خروجی هر 5 دقیقه اندازه گیری شد. بیشترین میزان ظرفیت نفوذ مدل فیزیکی، 049/2 لیتر در دقیقه تعیین شد. عملکرد مدل فیزیکی بر اساسV_out در مدت زمان مدت آزمایش در دو حالت مورد بررسی گرفت. بهترین عملکرد مدل فیزیکی به دبی 2 لیتر در دقیقه مربوط شد که نزدیک ترین دبی به دبی متناسب با ظرفیت نفوذ مدل فیزیکی است. نتایج نشان داد عملکرد در دبی 2 لیتر در دقیقه در حالتی که V_out نسبت به V_(out max)سنجیده شد (آب ورودی به مدل فیزیکی کمتر از ظرفیت نفوذ مدل فیزیکی)، 96 درصد و در حالتی که V_out نسبت به V_in مدنظر قرار گرفت (دبی آب ورودی به مدل فیزیکی بیشتر از ظرفیت نفوذ مدل فیزیکی)، عملکرد آن 98 درصد تعیین گردید. در روش تغذیه مصنوعی ارائه شده نیز بایستی دبی ورودی از طریق لوله تراوا متناسب با ظرفیت نفوذ ترانشه طراحی شود تا از بیشینه ظرفیت ترانشه استفاده شده و هدررفت آب به کمینه برسد.

تعیین بهترین تابع تولید آب- شوری- عملکرد می تواند مدیریت مصرف آب کشاورزی را در مناطقی که با کمبود منابع آبی مواجه هستند، بهبود بخشد. به این منظور پژوهشی گلخانه ای به صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی با دو عامل شوری و سطح آبیاری در سه تکرار در محل گلخانه تحقیقاتی مرکز آموزش عالی کاشمر انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل چهار سطح شوری آب آبیاری: (آب غیر شور) 7/0= S1، 4= S2، 8= S3 و 12= S4 دسی زیمنس بر متر و سه سطح میزان آب آبیاری: آبیاری کامل (تأمین 100% نیاز آبی گیاه)= W1، W1 75/0= W2 و W1 5/0= W3 در یک خاک شنی لومی با جرم مخصوص ظاهری 41/1 گرم بر سانتی مترمکعب اعمال شدند. به منظور تعیین بهترین تابع تولید آب- شوری- عملکرد دانه کاملینا از توابع خطی، درجه دوم، کاب داگلاس و نمایی استفاده گردید. نتایج نشان داد که بهترین تابع تولید برای پیش بینی عملکرد دانه کاملینا در گلخانه و در شرایط کاشت گلدانی، تابع درجه دوم بود. شاخص های تولید نهایی (MP) و نسبت نهایی نرخ فنی (MRTS) عملکرد دانه نسبت به دو عامل کمیت و کیفیت آب آبیاری نشان دادند که با افزایش یک سانتی متر عمق آب و با فرض ثابت ماندن شوری آب آبیاری، عملکرد دانه کاملینا به اندازه 8/56 کیلوگرم در هکتار افزایش می یابد. هم چنین با توجه به شاخص تولید نهایی کاملینا نسبت به شوری آب آبیاری (MPECw) مشخص می شود که به ازای یک واحد افزایش شوری آب آبیاری با فرض ثابت ماندن عمق آب آبیاری، میزان عملکرد دانه کاملینا به اندازه 7/38 کیلوگرم در هکتار کاهش می یابد. با توجه به یافته-های این پژوهش می توان گفت که اعمال 70 میلی متر عمق آب آبیاری در آب های با شوری کم تر از چهار دسی زیمنس بر متر امکان رسیدن به عملکرد دانه مطلوب کاملینا در گلخانه و در شرایط کاشت گلدانی را در شهرستان کاشمر فراهم می نماید. البته در شرایط مزرعه با توجه به مصرف آب بیش تر گیاه (حدود 300 میلی متر) و طولانی تر بودن طول دوره ی رشد گیاه نسبت به شرایط کاشت گلدانی و گلخانه، ضرایب توابع تولید پیشنهادی در این مطالعه قابل استفاده نخواهند بود و لازم است که مطالعات تکمیلی در زمینه ی تعیین بهترین تابع تولید آب-شوری-عملکرد کاملینا در شرایط مزرعه نیز انجام پذیرد.

مطابق رتبه بندی انستیتوی جهانی منابع، ایران با رتبه 14 استرس آبی در جهان، در بین 20 کشوری که بالاترین استرس منابع آبی را در جهان دارند، قرار دارد. روند فعلی برداشت از منابع آب زیرزمینی در ایران یک روند ناپایدار است و ادامه آن آسیب های جبران ناپذیر جدی بر کمیت و کیفیت آبخوان ها خواهد زد. در میان رویکردهای مدیریت پایدار منابع آب، همبست آب-غذا-انرژی مقدمات لازم جهت مدیریت پایدار منابع محدود موجود را به صورت یکپارچه فراهم می آورد. پژوهش حاضر به تحلیل دینامیکی سیاست های مدیریت پایدار منابع آب زیرزمینی بر مبنای همبست آب-غذا-انرژی پرداخته و راهکارهای مدیریت پایدار منابع آب زیرمینی را با توجه به روند تغییرات جمعیت، رشد اقتصادی و توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر، مورد تجزیه و تحلیل قرار داده است. برای این منظور مدل پویایی سیستم با استفاده از داده های استان البرز طراحی شد. با توجه به نتایج تحلیل حساسیت، سناریوهای بهبود امنیت منابع آب زیرزمینی شامل: سناریو بهره برداری بهینه منابع تامین آب شامل سیاست تغذیه مصنوعی آبخوان ها: سیاست مسدود کردن چاه های غیرمجاز و کنترل برداشت های غیرمجاز و سیاست احداث و بهره برداری سامانه های ذخیره سازی و استحصال آب باران و پساب فاضلاب خاکستری و استفاده مجدد، سناریو مدیریت تقاضای آب کشاورزی شامل سیاست های سیاست توسعه سیستم های آبیاری، سیاست ترویج الگوی کشت مناسب با شرایط اقلیمی و توان اکولوژیکی و سیاست کاهش ضایعات کشاورزی در طول دوره تولید و سیاست توسعه عملکرد محصولات کشاورزی و توسعه کشت مکانیزه و سناریو مدیریت تقاضای انرژی الکتریکی شامل سیاست های سیاست بهینه سازی مصرف و کاهش اتلاف انرژی الکتریکی، سیاست احداث نیروگاه بازیافت حرارت از فرآیندهای صنعتی، سیاست بهره برداری از پتانسیل انرژی تجدیدپذیر خورشیدی طراحی نتایج ارزیابی گردید. یافته های مدل دینامیکی نشان داد سیاست ترکیبی به عنوان بهترین راهکارهای امنیت منابع آب زیرزمینی در راستای مدیریت پایدار منابع آب خواد بود.

حرکت اولیه رسوبات بستر یک مؤلفه مهم برای تحقیقات مختلف از قبیل طراحی آبراهه های پایدار، مدیریت رودخانه، انتقال رسوب و جلوگیری از رسوب گذاری می باشد. شروع حرکت ذرات رسوبی را اصطلاحاً آستانه حرکت و شرایطی که در آن ذرات در آستانه حرکت قرار می گیرند را شرایط آستانه یا بحرانی گویند. در جریان های با سرعت پایین، ذرات بستر هیچ گونه حرکتی نداشته و در محل خود ثابت هستند ولی با افزایش سرعت جریان ذرات بستر شروع به حرکت می کنند این حرکت ابتدا به صورت بالا و پایین آمدن ذره بدون انتقال است ولی به تدریج حرکت ذرات به طرف پایین دست شروع می شود. به نظر می‏ رسد که نمودار شیلدز نقطه مرجع تمامی تحقیقات انجام شده در زمینه انتقال رسوب باشد. به دلیل آن که در زمینه تأثیر دما بر روی نمودار شیلدز تحقیقاتی انجام نگرفته است، پژوهش حاضر با هدف بررسی آزمایشگاهی آستانه حرکت رسوب با استفاده از تأثیر دما بر پارامتر شیلدز و تنش برشی در یک مدل آزمایشگاهی با سه شیب 005/0، 01/0 و 05/0، در چهار دمای 8، 12، 20، 40 درجه سانتی گراد و سه دبی انجام گرفت. در این پژوهش با استفاده از مدل فیزیکی و تجزیه و تحلیل آنالیز ابعادی شرایط آستانه حرکت در کانال های روباز با مقطع مستطیلی بررسی گردید. نتایج نشان داد با افزایش زبری نسبی (ds/y) بدون درنظر گرفتن متغیر دما، عدد پایداری ذره در آستانه حرکت (SN) کاهش می یابد و اثرگذاری شیب بر این دو پارامتر محسوس نیست. همچنین در شرایط شیب و زبری نسبی (ds/y) ثابت، با افزایش دما، از مقدار پایداری ذره در آستانه حرکت (SN) کاسته می شود. تغییرات عدد پایداری ذره در آستانه حرکت (SN) نسبت به دما، روند صعودی دارد و با افزایش دما، به عدد پایداری ذره در آستانه حرکت (SN) افزوده می شود. علاوه بر این، تغییرات پارامتر زبری نسبی (ds/y) نسبت به دما، با روندی نزولی همراه است و با افزایش دما، پارامتر زبری نسبی (ds/y) کاهش می یابد. افزون بر این با افزایش شیب، پارامتر پایداری ذره کاهش می یابد.

بررسی آزمایشگاهی انتقال و سرنوشت مواد درون خاک به جهت اثرگذاری مستقیم بر چرخه حیات و شبیه سازی رفتار آن ها به منظور آینده نگری در خصوص عواقب آن ها، ثبات محیط زیست و سلامت محصولات کشاورزی و منابع آب ضروری است. هدف مطالعه حاضر شبیه سازی انتقال ماده واکنشی سدیم در خاک طبیعی و خاک دارای ورمی کمپوست تحت شرایط اشباع و نزدیک به اشباع با سه مدل تعادلی، جذب تک مکانی و جذب دو مکانی است. جهت انجام آزمایش، دو نمونه خاک طبیعی و خاک دارای ورمی کمپوست به میزان 45/1 درصد وزنی در ستون هایی به طول و قطر 10 و 95/5 سانتی متر ریخته شده و بعد از آبشویی جریانی حاوی 1 میلی مول پتاسیم نیترات و 435/0 میلی مول سدیم کلراید بر لیتر به مدت 270 دقیقه در شرایط اشباع و نزدیک اشباع تزریق و سپس با آب مقطر مجددا در همان شرایط رطوبتی آبشویی گردید. سپس منحنی های رخنه سدیم با مدل های تعادلی، جذب تک مکانی و دو مکانی در محیط Hydrus-1D شبیه سازی شده تا ضرایب جذب سدیم برآورد گردد. نتایج شبیه سازی نشان داد که متوسط مقادیر RMSE برای مدل های تعادلی، جذب تک مکانی و جذب دو مکانی به ترتیب 125/0، 021/0 و 015/0 بوده که مبین دقت بالاتر مدل جذب دو مکانی و دقت پایین مدل تعادلی است. مقادیر کسر مکان های جذبی در کلیه آزمایش ها کمتر از 5/0 بوده که مبین جنبشی بودن فرآیند جذب سدیم درون ماتریکس خاک است. غیراشباع شدن خاک و کاربرد ورمی کمپوست مقادیر کسر F را به ترتیب 5/85 و 5/66 درصد کاهش داده و موجب وابستگی بیشتر آزمایش به زمان شد. همچنین، ضرایب توزیع سدیم (KD) با کاربرد ورمی کمپوست و غیراشباع شدن خاک به ترتیب 4/3 و 6/12 درصد افزایش یافت که نشان دهنده افزایش توان هیدرولیکی و فیزیکی خاک در نگهداشت مواد محلول درون خاک است. نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که ضرایب KD و α به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را در شبیه سازی منحنی رخنه داشتند.

ارزیابی عملکرد بخش جدایی ناپذیر طرح های آبیاری است. در این تحقیق عملکرد شبکه آبیاری پایاب سد گاوشان در منطقه کامیاران استان کردستان با استفاده از برخی شاخص های مقایسه ای ارائه شده توسط موسسه بین المللی مدیریت آب (IWMI) ارزیابی گردید. این شاخص ها نیاز به داده هایی دارند که در دسترس بوده و به راحتی نیز تحلیل می شوند. داده های مورد نیاز شامل عملکرد محصول، سطح آبیاری شده گیاه در فصل زراعی، نیاز آبی گیاهان، الگوی کشت و اطلاعات مربوط به میزان آب تحویلی به شبکه می باشد. نتایج عملکرد شبکه مورد مطالعه با توجه به بهره وری از آب و زمین نشان می دهد که به طور کلی عملکرد وضعیت فعلی شبکه مطلوب می باشد. تجزیه و تحلیل عملکرد مصرف آب نشان داد که مقادیر تامین آب نسبی گیاه و تامین آب آبیاری نسبی گیاه به ترتیب 1.3 و 0.94محاسبه شد که بیان گر آن است که آب مورد نیاز شبکه به میزان 0.06 کمتر تامین می گردد. عملکرد فیزیکی، از نظر شدت کشت و نسبت آبیاری خوب ارزیابی شد. ظرفیت آبرسانی کانال اصلی شبکه گاوشان برابر 0.97 بوده که می توان گفت نیاز آبی گیاه برای الگوی کشت فعلی به صورت تقریبی تامین می گردد اما در صورت تغییر الگوی کشت می بایست جهت جلوگیری از هر گونه تنش آبی، ابتدا ظرفیت کانال آبرسانی برای تامین نیاز آبی الگوی کشت جدید در ماه حداکثر نیاز آبی گیاه بررسی گردد.

به منظور بررسی اثر تعداد دور آبیاری و نیترات آمونیوم بر عملکرد و شاخص های بهره وری فیزیکی و اقتصادی آب گیاه داروئی مامیران (Chelidonium majus L.)، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار در گلخانه ی تحقیقاتی دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان در سال 1396 اجرا گردید. فاکتورها شامل دور آبیاری در سه سطح ( 4، 8 و 12 روز) به ترتیب به صورت I2، I1 و I3 و کود نیتروژن بر پایه نیترات آمونیوم در پنج سطح (0، 45، 60، 75 و 95 کیلوگرم در هکتار) به ترتیب به صورت N0، N45، N60، N75 و N95 بودند. نتایج نشان داد که بیشترین وزن تر بوته با 92/92 گرم در بوته در دور آبیاری 8 روز با سطح کود 95 کیلوگرم بر هکتار بدست آمد. همچنین بیشترین شاخص های بهره وری فیزیکی و اقتصادی آب مبتنی بر سود ناخالص و سود خالص بر پایه وزن تر کل بوته به ترتیب با 65/8 کیلوگرم بر مترمکعب و 34639329 و 17319665 ریال بر مترمکعب در تیمار دور آبیاری 8 روز با سطح کود 95 کیلوگرم بر هکتار بدست آمد. بنابراین تیمار دور آبیاری I2 با سطح کود N95 مناسب ترین گزینه از نظر عملکرد و شاخص های بهره وری آب برای تولید گیاه داروئی مامیران کبیر در شرایط گلخانه می باشد.

بهبود شرایط زیستمحیطی رودخانه ها یکی از جنبه های اصلی مهندسی رودخانه در دهه های گذشته بوده است. سازه های زیست محیطی عموما با هدف کنترل بستر رودخانه ها، تثبیت سواحل و بهبود شرایط اکوسیستم رودخانه ها طراحی و اجرا می شوند. صفحات متصل به ساحل یکی از انواع سازه های زیست محیطی می باشند که در تحقیق حاضر تاثیر حالت های مختلف هندسی و نفوذپذیری این سازه ها بر الگوی جریان متلاطم مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از نرم افزار فلوئنت و مدل گرداب های بزرگ، میدان جریان حول صفحات متصل به ساحل در یک کانال مستقیم شبیه سازی شده است. دقت و قابلیت مدل گرداب های بزرگ، با مقایسه مقادیر پروفیل سطح آب به دست آمده از مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی، مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج برآیند سرعت حول صفحات متصل به ساحل، نشان دهنده وجود دو ناحیه در اطراف این سازه ها می باشد که ناشی از اثرات موضعی صفحات متصل به ساحل و تنگ شدگی کانال تشکیل شده اند. پارامترهایی هم چون سرعت دماغه، سرعت بیشینه و زاویه انحراف جریان تحت تاثیر اندرکنش گردابه های مختلف، شرایط هندسی و ساختاری صفحات متصل به ساحل دچار تغییر می شوند. به طور کلی با افزایش نفوذپذیری، صفحات متصل به ساحل تاثیر قابل توجهی بر الگوی جریان ندارند. هم چنین با افزایش نفوذپذیری، بیشینه تنش برشی بستر به محور مرکزی کانال منتقل می شود.

پوشش گیاهی از جمله زبری های طبیعی موجود در بستر رودخانه ها و کانال ها به شمار می روند که تاثیر زیادی بر روی مشخصات هیدرولیکی جریان دارند و برای انجام بهتر اقدامات مدیریتی رودخانه ها باید این تاثیر شناخته شود. در مطالعه حاضر، تاثیر وجود پوشش گیاهی سخت مستغرق بر روی سرعت جریان، به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. در تحقیق حاضر، برخلاف بسیاری از مطالعات پیشین، توزیع ارتفاعی گیاهان در بستر کانال یکنواخت نبوده و به صورت کاملا تصادفی می باشد. جریان در شرایط مورد مطالعه دارای سه لایه است: لایه فوقانی بدون پوشش گیاهی، لایه میانی دارای پوشش گیاهی و لایه پایین دارای پوشش گیاهی. لایه فوقانی که از تاج بلندترین گیاه شروع شده و تا سطح آزاد جریان امتداد می یابد دارای توزیع سرعت لگاریتمی است که رابطه مربوطه استخراج شده است. برای دو لایه میانی و پایینی که درون پوشش گیاهی هستند، با استفاده از معادله مومنتم، روابط سرعت ارائه شده است. پروفیل سرعت دارای دو نقطه عطف است که موقعیت آن ها به تراکم پوشش گیاهی بستگی دارد. بررسی تأثیر پارامترهای بی بعد مختلف بر سرعت جریان نشان می دهد که افزایش دبی جریان که باعث افزایش عدد رینولدز و عدد فرود می گردد، تأثیری بر موقعیت نقاط عطف موجود در پروفیل های سرعت ندارد. با افزایش تراکم پوشش گیاهی، سرعت جریان در لایه های گیاهی و لایه بالایی به ترتیب کاهش و افزایش می یابد و در نتیجه انحنای منحنی افزایش می یابد و موقعیت نقاط عطف کمی به پایین جابجا شده است. پارامتر دیگر مورد مطالعه، استغراق پوشش گیاهی است که با رشد میزان استغراق گیاهان، سرعت در هر سه لایه جریان کاهش می یابد. افزایش 30 درصدی میزان استغراق، سرعت جریان را در لایه پوشش گیاهی 10 درصد و در لایه بدون پوشش 25 درصد کاهش می دهد. برای تعیین ضریب درگ گیاهی (CD)، عدد رینولدز گیاهی ویژه (〖Re〗^*) معرفی شده و یک رابطه تجربی با دقت قابل قبول پیشنهاد شده است.

پرش هیدرولیکی پدیده ای است که هنگام وقوع، انرژی بسیار زیاد و مخرب جریان آب آزاد می شود و اثرات بسیار مخربی بر بستر رودخانه ها و سازه های هیدرولیکی از خود به جا می گذارد به گونه ای که سبب تخریب بستر و دیواره های مجرای انتقال جریان در محدوده وقوع پرش می گردد. به منظور کنترل و کاهش اثرات مخرب پرش هیدرولیکی، حوضچه های آرامش در سازه های آبی طراحی و اجرا می گردند. در این پژوهش 27 آزمایش در کانال آزمایشگاهی با استفاده از صفحات مستغرق با زاویه حمله 30 درجه که به منظور کنترل پرش هیدرولیکی در بستر کانال چسبانده شده اند انجام شده است تا با قراگیری مقابل جریان فوق بحرانی آب از آثار مخرب آن بکاهند. صفحات مستغرق به صورت گروه صفحات سه تایی و با دو آرایش قرارگیری متفاوت نسبت به یکدیگر، به منظور کاهش عمق ثانویه و طول نسبی پرش هیدرولیکی بر بستر حوضچه آرامش قرار داده شدند. فاصله هر یک از گروه صفحات مستغرق در این پژوهش نسبت به یکدیگر 0.2 و 0.3 متر در بازه عدد فرود اولیه(4.58،9.14) در نظر گرفته شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد استفاده از صفحات مستغرق در بستر، می تواند موجب کاهش طول نسبی و عمق ثانویه پرش هیدرولیکی به ترتیب تا مقدار 15.5 و 4.9 درصد نسبت به پرش کلاسیک شود. همچنین بکارگیری صفحات مستغرق در بستر کانال موجب افزایش3.9 درصدی افت انرژی نسبت به پرش هیدرولیکی کلاسیک گردید.