دانش آب و هیدرولیک
سال:1403 | دوره:34 | شماره:4 |تعداد مقالات:6

شبیه سازی جریان رودخانه به با دقت بالا لازمه علم مدیریت رودخانه می باشد. در مواجه با چالش قدیمیِ مدلسازی روزانه جریان رودخانه، آموزش عمیق به عنوان ابزاری نوین مطرح شده است. در مطالعه حاضر، با تمرکز بر انتخاب سناریوی مناسب از ورودی هایِ مدل آموزشِ عمیق، شبیه سازی جریان روزانه رودخانه کشکان در چندین نوبت به روش آموزش عمیق LSTM و  GRUانجام شده است. پیش از این، مدلسازی آموزش عمیق به­روش GRU و با استفاده از داده های بومی اندازه گیری جریان رودخانه انجام نشده است. منطقه، مستعد سیل و کوهستانی بوده و ایستگاه هیدرومتری با سابقه وقوع سیل، واقع بر روی رودخانه کشکان انتخاب شده است. با استفاده از 4 رویکرد از روش های حذف داده های پرت، ورودی به دو مدل LSTM وGRU انتخاب شده و هشت مدل تولید شده است. ورودی های ممکنه، عبارت بوده است از میانگین بارش منطقه، شاخص پوشش گیاهی نرمال شده، رطوبت خاک سطحی، جریانات آب زیرزمینی و همچنین خود جریان رودخانه کشکان در ایستگاه هیدرومتری. نتایج نشان داد بهترین عملکرد را به ترتیب، مدل GRU با ورودی های اصلاح شده به روش حذف Z-Score، ماهالانوبیس با مقادیر RMSE میانگین و KGE و 41/5 و 99/0 و 23/6 و 7/0 در آموزش و 17/8 و79/0و 21/4 و 81/0در اعتبارسنجی و 01/5 و 68/0 و21/7 و 52/0و در مرحله تست می باشند. نتایج، روش LSTM را در شبیه سازی جریان رد نمی کند، اما سناریوهای برشمرده شده در روش GRU قدرت بالاتری در تشخیص الگوی پیچیده جریان روزانه رودخانه نشان دادند.

ناهماهنگی بین وقوع زمان بارندگی حدی و جاری شدن سیلاب، از مظاهر شایان توجه تغییرات در کاربری ­اراضی می باشد. در تحقیق حاضر، از 21 ایستگاه ­باران­سنجی و 17  ایستگاه هیدرومتری در حوضه تالاب ­گاوخونی از داده­های حدی استفاده شده تا علل خشک­ شدگی تالاب مورد ارزیابی قرار گیرد. متوسط وقوع زمانی هر پدیده حدی، باند اطمینان، واریانس، انحراف معیار و انحراف معیاراستاندارد برای ایستگاه­ها از آمار جهت­دار و آزمون ریلیه برای تفسیر نتایج استفاده شده است. از آزمون ریلیه برای بررسی اینکه آیا جمعیت به طور یکنواخت در اطراف دایره توزیع شده است یا خیر استفاده شد. متوسط­ شاخص­ فصلی بودن (R، پراکندگی) وقوع زمان بارش در کل ایستگاه­های­ باران­سنجی بیشتر از 6/0 (60 درصد) محاسبه شد. محدوده­ی بارش­های ­حدی در تمام ایستگا­ها در بازه 83 روز (80⁰/81-) تا 20 روز (65⁰/19) قبل از سال جدید شمسی اتفاق می­افتد. متوسط­ شاخص ­فصلی بودن برای ایستگاه­های ­هیدرومتری وقوع زمان سیلاب حدی از 27/0 تا 87/0 متغیر می­باشد. از میان 17 ایستگاه هیدرومتری، خروجی 9 ایستگاه تحت تاثیر سد مخزنی یا انحرافی موجود در بالادست نبوده که ضریب ­شاخص ­فصلی بودن آن­ها بیشتر از 6/0 محاسبه شده است. نتایج آزمون ریلیه نشان داد که توزیع بارش و رواناب این حوضه یکنواخت نیست و دارای خاصیت فصلی است.

در این پژوهش به بررسی عملکرد شیرهای خودکار کنترل دبی برای تنظیم آب تحویلی در سطح مزرعه پرداخته شد. در این راستا، شیرهای خودکار با ظرفیت دبی عبوری 5 و 10 لیتر بر ثانیه در یک مزرعه مجهز به سامانه آبیاری نواری نصب و اثر استفاده از این شیرها به صورت میدانی بررسی شد. همچنین، هیدرولیک سامانه آبیاری قطره ای نواری با استفاده از داده های بدست آمده در حالت قبل و بعد از نصب شیرهای کنترل دبی، با نرم­فزار EPANET مدل سازی شدند. مدل ریاضی با استفاده از داده های میدانی واسنجی شد. سپس، دو سناریوی اثر تغییرات رقوم سطح آب در استخر و پارگی نوارهای آبیاری مورد بررسی قرار گرفت. در بررسی تأثیر عملکرد تغییر ارتفاع آب استخر، بدون استفاده از شیرهای خودکار، با افزایش رقوم آب در استخر، مقدار آب ورودی به سامانه آبیاری افزایش می یابد. این در حالی است که با استفاده از شیر خودکار کنترل دبی، با تغییر ارتفاع آب در استخر، مقدار آب ورودی به سامانه آبیاری تغییر نکرده و ثابت باقی می ماند. با بررسی عملکرد شیر در هنگام پارگی و یا در رفتگی نوارهای آبیاری در شرایط بدون استفاده از شیرهای خودکار با ایجاد پارگی در نوارهای آبیاری، مقدار دبی کل سامانه آبیاری افزایش می یابد. این در حالی است که با استفاده از شیرهای کنترل، مقدار دبی در سامانه تقریباً ثابت می ماند. بنابراین شیرهای کنترل دبی در برابر نوسانات فشار ناشی از تغییر ارتفاع آب در استخر و یا پارگی نوارهای آبیاری، مقدار دبی ثابتی عبور داده و سبب افزایش توزیع یکنواختی زیر واحدهای آبیاری می شوند.

دمای نقطه شبنم یکی از کاربردی­ترین پارامترهای هواشناسی است که در علم مکانیک (بخش تهویه و مطبوع) و کشاورزی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش، توانمندی مدل های رگرسیون بردار پشتیبان، مدل درختی، مدل تولید قوانین از مدل درختی، مدل فرآیند گاوسی، مدل رگرسیون خطی، مدل جنگل تصادفی و مدل درخت تصادفی در تخمین دمای نقطه شبنم مورد ارزیابی قرار گرفته است. داده های هواشناسی روزانه دو ایستگاه گرگان و شهرکرد، برای بازه زمانی سال های 1990 تا 2021 استفاده شده است. همچنین، پارامترهای هواشناسی دمای میانگین، دمای حداکثر، دمای حداقل، میانگین سرعت باد، ساعات آفتابی، میانگین رطوبت نسبی، حداکثر رطوبت نسبی، حداقل رطوبت نسبی نسبت به هم ارزیابی و 8 سناریوی مختلف به عنوان پارامتر ورودی برای هر مدل در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که مدل رگرسیون بردار پشتیبان، برای سناریوی 8، با جذر میانگین مربعات خطا 222/0، معیار انحراف خطا 092/0، میانگین خطای مطلق 147/0، شاخص توافق ویلموت 1 در ایستگاه گرگان و مدل رگرسیون بردار پشتیبان برای سناریوی 7، با جذر میانگین مربعات خطا 55/0، معیار انحراف خطا 285/0، میانگین خطای مطلق 346/0، شاخص توافق ویلموت 997/0 در ایستگاه شهرکرد، به عنوان مدل های برتر برای تخمین دمای نقطه شبنم روزانه هستند. در نهایت، روش رگرسیون بردار پشتیبان، به عنوان روشی توانمند در پیش بینی دمای نقطه شبنم برای استفاده در مقاصد کشاورزی معرفی گردید.

سرریزها از مهم ترین سازه های اندازه گیری و تنظیم دبی جریان هستند. از سرریزها، برای کنترل سطح آب و اندازه­گیری دبی جریان در کانال ها استفاده می­شود. سرریزهای جانبی گاه باعنوان سرریز کناری هم شناخته می شوند. سرریزهای جانبی معمولاً به شکل­های هندسی مختلف از جمله مستطیلی، قوسی، ذوزنقه ای و مثلثی ساخته می شوند. در سرریزهای جانبی ذوزنقه ای شکل، ارتفاع سرریز، بار آبی و زاویه دیواره سرریز بر ضریب دبی جریان تأثیر دارد. در این تحقیق، به صورت عددی با استفاده از نرم افزار فلوئنت، تأثیر پارامترهای زاویه رأس دیواره ی سرریز، ارتفاع سرریز و بار آبی بر روی ضریب دبی سرریز جانبی ذوزنقه ای مورد بررسی قرار گرفت و نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از داده های آزمایشگاهی مقایسه گردید. نتایج حاصل از شبیه سازی، بسیار نزدیک به نتایج آزمایشگاهی به دست آمد. مقادیر خطای نسبی در بازه 5 تا 7 درصد به دست امد.  با توجه به این نتایج، مقادیر ضریب دبی آزمایشگاهی با مقادیر شبیه سازی شده تطابق خوبی دارد. ضریب دبی (Cm) وابسته به یک پارامتر هیدرولیکی و یا هندسی نبوده بلکه پارامترهای ارتفاع نسبی سرریز، بار آبی، زاویه رأس دیواره سرریز بر آن تأثیر گذار هستند. نتایج به دست آمده نشان داد که، سرریز جانبی با شیب دیواره 45 درجه (z=1) نتایج بهتری در مقایسه با دو زاویه مورد بررسی دیگر دارد، چون دارای بیشترین مقدار ضریب دبی در بین سرریزهای مختلف است. همچنین می­توان نتیجه گرفت مقادیر سرعت در نزدیک سرریز جانبی با شیب بیش تری  کاهش می یابد و به طرف پایین­دست در کانال اصلی،  تغییرات سرعت کاهش می­یابد.

یکی از مهم ترین فاکتورهای مدیریتی در دوران بهره برداری مخازن سدها، تعیین پارامترهای بهینه بهره برداری می­باشد. با توجه به اینکه حجم رهاسازی در ارتباط با حجم ذخیره مخازن سدها بوده و بایستی تواماً و باهم بهینه سازی گردند، لذا در این تحقیق تلاش می گردد، پس از معرفی الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ازدحام ذرات، عملکرد این الگوریتم ها به تنهایی و در حالت ترکیب با هم، در بهره برداری بهینه از مخزن سد علویان با نتایج مدل سازی برنامه­ریزی غیرخطی مقایسه و منحنی های فرمان بهره برداری ترسیم گردند. برای ارزیابی عملکرد الگوریتم های مورد بررسی در بهره برداری بهینه از مخزن، از شاخص های عملکرد مخزن استفاده شده است. جواب بهینه مدل های الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ازدحام ذرات به ترتیب با 08/1 و 87/0 و الگوریتم ترکیب آن ها با مقدار 62/0 و روش برنامه ریزی غیرخطی جواب بهینه محلی 91/0 می باشند. با توجه به شاخص های عملکرد مخزن، الگوریتم ترکیبی توانسته است 85 درصد از نیاز آبی کشاورزی پایاب سد علویان را تأمین کند. جواب های بهینه نشان دادند که مدل الگوریتم ترکیبی در مورد سیاست بهره برداری از مخزن، نتیجه مطلوب تری داشته و نتایج حاکی از عملکرد بالای الگوریتم ترکیبی در مقایسه با دیگر روش های مورد بررسی در بهره برداری بهینه از سیستم تک مخزنه سد علویان بود. بر این اساس، پارامترهای بهینه بهره برداری از مخزن سد علویان با استفاده از الگوریتم ترکیبی به دست آمد.