محیط زیست و مهندسی آب
سال:1398 | دوره:5 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

پیکره آبی دریاچه ارومیه در سال های اخیر به دلایل مختلف از قبیل خشک سالی های متوالی با کاهش شدید سطح و حجم روبرو شده است. بنابراین، در این پژوهش وضعیت خشک سالی در ایستگاه سینوپتیک تبریز به عنوان یکی از ایستگاه های مهم حوزه آبخیز دریاچه ارومیه در مقیاس های زمانی مختلف با استفاده از شاخص بارش-تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI) و مدل برنامه ریزی بیان ژن (GEP) مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور از شاخص SPEI در مقیاس های زمانی 1، 3، 6، 12، 24 و 48 ماهه طی دوره ی آماری 53 ساله برای پایش وضعیت خشک سالی در این ایستگاه استفاده شد. نتایج نشان داد سه دوره طولانی مدت خشک سالی مربوط به سال های 1963-1961، 1992-1986 و 2009-1997 در طول دوره آماری وجود دارد. سپس با استفاده از سری زمانی مقادیر SPEI در 5 مدل ورودی با تأخیرهای یک تا 5 ماهه و مدل GEP نسبت به پیش بینی خشک سالی اقدام گردید. نتایج نشان داد که دقت پیش بینی مدل GEP با افزایش مقیاس محاسبه SPEI رابطه مستقیم دارد و با افزایش مقیاس زمانی SPEI، دقت پیش بینی افزایش پیدا می کند به نحوی که ضریب همبستگی در مرحله آزمون در مقیاس یک ماهه (SPEI1) از 203/0 به 988/0 در مقیاس 48 ماهه (SPEI48) و دقت کلی مدل نیز در SPEI1 از 1/57 درصد به 2/94 درصد در SPEI48 رسید.

بررسی تغییرات مکانی پارامترهای کیفی آب زیرزمینی در شناخت وضعیت کیفی آبخوان، منابع آلوده کننده و تعیین مناسب ترین راهکارهای مدیریتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش های زمین آماری و GIS می توانند در این راستا ابزار مفیدی باشند. هدف از این پژوهش ارزیابی روش های زمین آمار به منظور بررسی و تحلیل مکانی میزان شوری، نیترات و کل مواد جامد محلول آب های زیرسطحی دشت سیستان در شمال استان سیستان و بلوچستان می باشد. برای این منظور از روش های زمین آماری کریجینگ معمولی (OK) و کریجینگ ساده (SK) و روش های معین مانند عکس فاصله (IDW)، تخمین گر موضعی (LPI)، تخمین گر عام (GPI) و تابع شعاعی (RBF) استفاده گردید. در ابتدا نرمال بودن داده ها مورد بررسی قرار گرفت و داده های غیر نرمال به روش لگاریتمی نرمال شد. سپس تجزیه و تحلیل واریوگرام ها انجام گرفت. ارزیابی نتایج با استفاده از روش ارزیابی متقابل صورت گرفت. نتایج برازش مدل ها نشان داد شاخص EC و TDS از مدل گوسی و شاخص نیترات از مدل کروی پیروی می کند و روش کریجینگ ساده جهت تهیه نقشه پهنه بندی شوری و نیترات و کریجینگ معمولی جهت تهیه نقشه پهنه بندی تغییرات کل مواد جامد محلول در منطقه مناسب می باشد. همچنین نتایج نشان داد که از نظر کل جامدات محلول، آب های زیرسطحی منطقه بر اساس دیاگرام شولر در دسته خوب تا قابل قبول و از نظر کیفیت شوری جهت استفاده در کشاورزی در گروه دارای مشکل متوسط تا شدید قرار می گیرند.

سیل به عنوان یکی از رویدادهایی محسوب می شود که خساراتی را به جوامع انسانی تحمیل می کند. ازاین رو، اهمیت برآورد خسارات ناشی از سیل و تعیین گستره آن در برنامه ریزی برای کاهش این خسارات و تعیین نقاط با خطر بالا اهمیت زیادی دارد. هدف از این پژوهش تعیین گستره سیل با استفاده از داده های ماهواره ای OLI بود. برای این منظور پنجره ای از تصاویر سنجنده OLI ماهواره لندست 8، پیش و پس از سیل 25 فروردین 1395 دزفول مورد استفاده قرار گرفت. ابتدا عملیات پیش پردازش شامل تصحیحات رادیومتریک و اتمسفریک بر روی تصاویر انجام شده، سپس جهت کاهش همبستگی داده ها و به دست آوردن داده هایی با تفکیک پذیری بالا، از آنالیز مؤلفه اصلی استفاده گردید. پردازش داده ها با استفاده از الگوریتم ماشین بردار پشتیبان و با کرنل های خطی و چندجمله ای انجام شد. جهت آموزش الگوریتم ماشین بردار پشتیبان نمونه های آموزشی برای هر کاربری از جمله زمین های کشاورزی، گستره سیل، منابع آبی، مناطق مسکونی و مناطق گردشگری و تفریحی حاشیه رودخانه به صورت پراکنده در سطح کاربری ها برداشت شد. به منظور ارزیابی تشابه کلاس ها و میزان تفکیک پذیری و تباین نمونه های برداشت شده، از روش ارزیابی کمی تفکیک پذیری استفاده و تفکیک پذیری کلاس ها با استفاده از شاخص جفریس ماتوسیتا مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که گستره سیل ha26/11593 بود که بیشترین میزان گستره سیل مربوط به زمین های کشاورزی با گسترش ha45/8467 و مناطق تفریحی و گردشگری حاشیه رودخانه با گسترش ha14/2659 بوده است.

فضای سبز شهری به دلیل تنوع گونه های مختلف گیاهی موجود، پراکندگی محل قرارگیری آن ها و همچنین تراکم های متفاوت این واحدها، همواره با چالش هایی برای برآورد نیاز آبی واقعی گیاهان روبه رو بوده است. در این پژوهش، نیاز آبی در سایت دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران با وسعت ha 4/109 برآورد شد. نخست تعداد 77 گونه گیاهی در سایت علوم و تحقیقات شناسایی گردید که از میان آنها گیاه ترون دارای بیش ترین فراوانی بود. با توجه به غیرزراعی بودن گونه ها و تنوع آن ها در دسته گیاهان فضای سبز، از نشریه کالیفرنیا برای محاسبه ضریب گیاهی استفاده شد. سپس آمار هواشناسی مورد نیاز از ایستگاه هواشناسی تهران شمال از سال 1988 تا 2014 توسط سازمان هواشناسی کل کشور استعلام و به وسیله برنامه CROPWAT پردازش و در نهایت تبخیر و تعرق پتانسیل به روش پنمن مانتیث محاسبه و نیاز آبی گیاهان فضای سبز دانشگاه واحد علوم و تحقیقات به روش کالیفرنیا تعیین شد. نتایج این مطالعه نشان داد که نیاز آبی بیشینه، در ماه جولای با حجم m3 7/246033 بود. همچنین در ماه های ژانویه، فوریه، نوامبر و دسامبر با توجه به میانگین بلندمدت بارش، این مقدار تأمین کننده نیاز آبی فضای سبز موجود بوده و نیازی به عملیات آبیاری در این دوره نمی باشد.

در این پژوهش از نانوذرات مغناطیسی پوشش داده شده با کیتوزان به منظور حذف رنگ زای آزوی Red 120 Reactive از محلول آبی استفاده شد. کیتوزان از معروف ترین پلیمرهای زیستی است که می تواند به عنوان جاذب در حذف آلاینده های رنگی به کار رود. نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 از ترکیب همزمان FeCl3. 6H2O و FeCl2. 4H2O، سنتز و با پلیمر کیتوزان با جرم مولکولی پایین، پوشش داده شدند. نانوذرات مغناطیسی پوشش داده شده با کیتوزان سپس با کمک آنالیز های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، تابش مادون قرمز (FTIR)، پراش پرتو ایکس (XRD) و مغناطیس سنجی ارتعاشی (VSM) مشخصه یابی شدند. در ادامه اثر سه پارامتر pH، غلظت رنگ زا و دوز جاذب بر روی میزان جذب مورد بررسی قرار گرفت. تحت این شرایط مقادیر بهینه جذب در pH برابر 4، غلظت اولیه رنگ زای آزو برابر mg/l150 و مقدار جاذب برابر g/l2 به دست آمد. داده های جذب سطحی با مدل های هم دمای لانگمویر و فروندلیچ تطبیق داده شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که داده های حاصل از جذب رنگ زای مورد نظر بر روی نانوذرات مغناطیسی کیتوزان با مدل لانگمویر تطبیق بیشتری دارد.

فرسایش بستر و سواحل رودخانه و انتقال رسوب یکی از دلایل تغییرات ریخت شناسی رودخانه ای است که باعث تغییرات کیفی و کمی جریان می شود. آبشکن ها از جمله سازه های ساماندهی رودخانه ها می باشند که از ساحل به سمت محور رودخانه امتداد می یابند. از جمله مسائل مهم در طراحی آن ها، پدیده آبشستگی موضعی در دماغه آن است که در اثر تغییر در الگوی جریان و وجود گردابه های قوی ایجاد می شود. در سال های اخیر، اکثر تحقیقات انجام شده بر روی آبشکن های باز تک ردیفه و بسته استوار بوده و اغلب به صورت آزمایشگاهی انجام شده است. در این پژوهش، آبشستگی و الگوی جریان سه بعدی در اطراف آبشکن های باز دو ردیفه با دو آرایش زیگزاگی و در امتداد هم و آبشکن توری سنگی با مدل عددی Flow-3D و استفاده از مدل آشفتگی RNG شبیه سازی شده و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. همچنین تأثیر پارامترهایی همچون درصد بازشدگی و فاصله محور به محور ردیف های موانع باز دو ردیفه بر آبشستگی و الگوی جریان بررسی شد. نتایج نشان داد که نرم افزار Flow-3D، توانایی خوبی در به دست آوردن نتایج در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی دارد؛ اگر چه این موضوع به شدت وابسته به نحوه مش بندی دقیق، استفاده از یک CPU قوی و همچنین درجه بندی دقیق مدل است. به طوری که حداکثر عمق آبشستگی را با خطای کمتر از 10 درصد نسبت به نتایج آزمایشگاهی برآورد نمود. همچنین نتایج نشان داد که با کاهش فاصله محور به محور آبشکن های باز دو ردیفه، توانایی و دقت مدل عددی در برآورد مقدار حداکثر عمق آبشستگی کاهش می یابد. در نهایت با مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی در پروفیل های سرعت طول، مشخص شد که انطباق نسبتاً مناسبی بین این نتایج وجود دارد.

تعیین هرکدام از مؤلفه های بیلان آبی از جمله کارهای پژوهشی می باشد که در سالیان اخیر، توسط مدل سازی های هیدرولوژیکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در اکثر حوزه های آبریز امکان اندازه گیری تمام کمیت های مورد نیاز برای شبیه سازی های دقیق هیدرولوژیکی میسر نمی باشد. از این رو، انتخاب مدلی که بتواند فرآیندهای هیدرولوژیکی را در عین سادگی ساختار و با استفاده از حداقل عوامل، به خوبی شبیه سازی کند امری ضروری می باشد که در این راستا در پژوهش حاضر رواناب ماهانه حوضه روانسر سنجابی استان کرمانشاه به وسیله دو مدل AWBM و SWAT شبیه سازی شد. مدل AWBM یک مدل یکپارچه می باشد که شبیه سازی رواناب در حوزه های آبریز را با استفاده از دو متغیر بارندگی و تبخیر انجام می دهد و از طرف دیگر مدل SWAT یک مدل پیوسته و نیمه توزیعی است که شبیه سازی فرآیندهای هیدرولوژیکی را با استفاده از مشخصات فیزیکی حوضه (خاک، کاربری اراضی، شیب) و همچنین اطلاعات آب و هواشناسی متعددی همچون بارندگی، درجه حرارت، باد، رطوبت نسبی و تابش خورشیدی انجام می دهد. نتایج شبیه سازی رواناب در دوره های واسنجی و اعتبارسنجی با استفاده از دو شاخص آماری ناش ساتکلیف (NSE) و ضریب تعیین R2مورد ارزیابی قرار گرفت. با مقایسه نتایج شاخص های آماری مورد استفاده در مطالعه مشخص شد که مدل SWAT دارای نتایج بهتری در شبیه سازی رواناب ماهانه در دوره های واسنجی و اعتبارسنجی است. طوری که مقدار ضریب NSE برای این مدل در این دو دوره به ترتیب 7/0 و 81/0 و برای مدل AWBM به ترتیب 63/0 و 5/0 تعیین شد.

مطالعات زیادی افزایش درجه حرارت همراه با کاهش میزان بارش ها را برای دهه های آتی در مناطق مختلف ایران پیش بینی نموده اند. اما تاکنون مطالعات اندکی به بررسی اثر تغییر اقلیم بر دینامیک منابع کربن آلی خاک پرداخته اند. یکی از موانع موجود عدم شناخت مدل های کربن و نبود اطلاعات کافی در ارتباط با داده های موردنیاز و نحوه تأمین داده ها می باشد. هدف مطالعه حاضر بررسی ساختاری و کاربردی مدل روتامستد (Rothamsted) در ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر منابع کربن خاک است. بدن منظور نحوه کارکرد مدل برای محاسبه کربن خاک و همچنین عوامل مؤثر در تجزیه کربن آلی خاک شامل ضریب تصحیح دما، ضریب تصحیح رطوبت و ضریب تصحیح پوشش گیاهی بررسی شد. سپس در بخش کاربردی مدل به داده های مورد نیاز و نحوه تأمین آنها در شرایط ایران و نهایتاً اعتبارسنجی و نحوه اجرای مدل برای شرایط اقلیمی آینده پرداخته شد. نتایج نشان داد که مدل روتامستد به دلیل سادگی و در دسترس بودن داده های مورد نیاز برای اجرای آن در حال حاضر بهترین مدل کربن برای شرایط ایران می باشد. مطالعه حاضر اطلاعات مفیدی که در اجرا و اعتبارسنجی مدل روتامستد برای ایجاد شبیه سازی و پیش بینی اثرات تغییر اقلیم بر دینامیک منابع کربن خاک مورد نیاز است، را فراهم نمود.