راهبردهای فنی در سامانه های آبی
سال:1404 | دوره:3 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

با توجه به افزایش جمعیت جهانی، توسعه صنعتی و تغییرات اقلیمی، منابع آب شیرین در بسیاری از مناطق جهان با کاهش چشمگیری مواجه شده‌اند. منابع آب نامتعارف (UWRs) به عنوان راهکاری استراتژیک برای مقابله با کمبود آب مورد توجه قرار گرفته‌اند. این مطالعه با استفاده از روش مرور نظام‌مند و تحلیل محتوای کیفی، به بررسی 12 منبع آب نامتعارف در چهار گروه اصلی (آب جوی، آب پردازش‌شده، آب انتقال‌یافته و آب زیرزمینی نامتعارف) و مطالعات کلیدی در این زمینه پرداخته است. یافته‌ها نشان داد که انتخاب مناسب‌ترین منبع آب نامتعارف به عواملی مانند پایداری، هزینه، ملاحظات محیط‌زیستی و شرایط جغرافیایی بستگی دارد. منابعی مانند آب باران، آب خاکستری و آب شبنم به دلیل تجدیدپذیری و هزینه پایین، گزینه‌های پایدارتری هستند، درحالی‌که فناوری‌های پیشرفته‌تر مانند نمک‌زدایی و استخراج آب‌های فسیلی نیازمند سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی می‌باشند. چالش‌های اصلی شامل محدودیت‌های فنی، هزینه‌های بالا، مقاومت اجتماعی و موانع مدیریتی است، اما پیشرفت‌های فناورانه، سیاست‌گذاری هوشمند و مشارکت محلی می‌توانند به غلبه بر این چالش‌ها کمک کنند. در ایران، تجربیات موفق در استفاده از پساب تصفیه‌شده، استحصال رطوبت هوا و پرورش آبزیان با آب‌های شور، نشان‌دهنده پتانسیل بالای این منابع است. نتیجه‌گیری کلی این مطالعه تأکید بر لزوم مدیریت یکپارچه منابع آب نامتعارف در کنار منابع متعارف، با رویکردی تطبیقی و مبتنی بر شرایط محلی دارد تا امنیت آبی پایدار در آینده تضمین شود.

رودخانه‌ها سیستم‌هایی بسیار پویا و فعال هستند، تغییر و تحول در آن‌ها به‌‌دلیل برخورد دو محیط دینامیک خشکی و آبی، نسبتاً سریع رخ می‌دهد. داده‌های سنجش ‌از دور و تصاویر ماهواره‌ای در دوره‌های مختلف به‌عنوان یکی از منابع معتبر و نسبتاً دقیق برای بررسی و تفسیر تغییرات خطوط کناره رودخانه‌ها محسوب می‌شوند. این پژوهش با هدف بررسی تغییرات مورفولوژیکی خط ساحلی رودخانه کارون در محدوده شهر اهواز طی دوره 2006 تا  2016 انجام شد. با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای IKONOS،GeoEye ، Sentinel-2A  و بکارگیری روش‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، تغییرات خط ساحلی مورد تحلیل قرار گرفت. پس از انجام تصحیحات رادیومتریک و اتمسفری، تصاویر با روش طبقه‌بندی حداکثر احتمال در دو کلاس پهنه‌های آبی و غیرآبی طبقه‌بندی شدند. دقت طبقه‌بندی با شاخص‌های دقت کلی (97/93% تا 32/96%) و ضریب کاپا (89/0 تا 95/0) مورد ارزیابی قرار گرفت که نشان‌دهنده قابلیت بالای روش مورد استفاده بود. نتایج نشان داد که بیشترین تغییرات خط ساحلی در بخش شمالی رودخانه (تا 8/255 متر) و در ساحل شرقی رخ داده است. روند کلی تغییرات در تمامی دوره‌ها به صورت پسروی خط ساحلی بوده که در دوره ده ساله به حداکثر 232 متر در بخش شمالی و 180 متر در بخش جنوبی رسیده است. این تغییرات که ناشی از ترکیب عوامل طبیعی (اقلیمی و هیدرولوژیکی) و فعالیت‌های انسانی است، تأثیرات قابل توجهی بر ساختارهای زیست‌محیطی و اکولوژیک رودخانه داشته است. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که تلفیق داده‌های سنجش از دور با روش‌های تحلیلی سیستم اطلاعات جغرافیایی می‌تواند ابزاری کارآمد برای پایش تغییرات رودخانه‌ها و برنامه‌ریزی مدیریت پایدار این منابع ارزشمند فراهم آورد. نتایج این تحقیق می‌تواند مبنای علمی برای تصمیم‌گیری‌های مدیریتی در راستای کاهش اثرات منفی تغییرات مورفولوژیکی رودخانه کارون قرار گیرد.

در مطالعه حاضر، ضریب دبی و الگوی جریان بر روی یک سرریز کرامپ با هندسه‌های مختلف در شرایط هیدرولیکی متنوع در حالت جریان دائمی و در شرایط جریان آزاد و مستغرق به‌صورت عددی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفـت.  از آنجایی که سرریزهای کرامپ، سازه‌های ساده و مقرون به‌صرفه‌ای هستند و لذا بررسی اتلاف انرژی در سرریزهای کرامـپ و کاهش آبشستگی در آن‌ها حائز اهمیت است. در این مطالعه سه سرریز با ارتفاع 15/0 متر و یک سرریز بـا ارتفاع 2/0 متر مورد بررسی قرار گرفتند. این چهار سرریز دارای شیب‌های متفاوت در بالادست و پایین‌دست هستند. همچنین از پنج دبی 03/0، 035/0، 04/0، 045/0 و 05/0 متر مکعب بر ثانیه استفاده شد. به‌منظور شبیه‌سازی عددی جریان عبوری از سرریز کرامپ از مدلFlow 3D  استفاده شد. ضریب آبگذری سرریز کرامپ با افزایش نسبت بی بعد کـل بـار هیـدرولیکی بـه ارتفاع سرریز و عدد فرود کاهش یافت. بیشترین ضریب آبگذری در سرریز کرامپ با ارتفاع 2/0 متر و زاویه 45 درجه نسبت به افق در شرایط جریان آزاد و مستغرق مشاهده شد. همچنین کمترین ضریب دبی توسط سرریز کرامپ با ارتفاع 15/0 متر و زوایای پایین‌دست و بالادست به‌ترتیب 60 و 30 درجه نسبت به افق در هر دو شرایط ایجاد شد. نتـایج نشـان داد ضـریب آبگذری سرریزها با زوایای شیب یکسان بالادست و پایین‌دست نسبت به زمانی که شیب بالادست بیشتر از شـیب پـایین‌دسـت بود، تقریباً 16 درصد افزایش یافت. مقدار هد هیدرولیکی بالادست سرریز، ضریب آبگذری و عدد فـرود در جریـان مسـتغرق نسبت به شرایط جریان آزاد 3/7 درصد افزایش و 3/3 و 24/5 درصد کاهش یافت.

پایه­­ های پل و جریان اطراف آن‌ها به‌دلیل اهمیت فراوانشان در سازه­ های هیدرولیکی همواره توجه ویژه بوده ­اند. درمطالعه حاضر با استفاده از مدلسازی عددی با استفاده از مدل آشفتگی RNG به بررسی جریان‌های آشفته در اطراف پایه استوانه­ ای پل با سطح آزاد (Free-surface) و بدون سطح آزاد (Rigid-lid) پرداخته می­ شود. هدف اصلی، مدلسازی عددی جریان در اعداد فرود زیر بحرانی 10/0، 15/0، 20/0، 25/0 و 30/0 در هر دو حالت سطح آزاد و بدون سطح آزاد است. با توجه به نتایج به‌دست آمده و مقایسه آن‌ها، در مدلسازی با عدد فرود 25/0 و 30/0 تغییرات دو حالت با و بدون سطح آزاد در مقایسه با یکدیگر نمایان­تر است. تفاوت سرعت جریان رو به پایین در جلوی پایه به‌ازای عدد فرود 30/0 برای جریان با سطح آزاد در مقایسه با جریان بدون سطح آزاد 10 درصد است. اختلاف مقدار حداکثر سرعت در صفحه افقی در اطراف پایه در صفحه افقی به‌ازای عدد فرود 30/0 در دو مدلسازی 20 درصد است. با افزایش عدد فرود جریان طول جدایش در بالادست جریان به مقدار جزئی افزایش می­یابد. همچنین مقدار طول جدایش در پایین‌دست، برای دو مدلسازی با و بدون سطح آزاد در تمامی اعداد فرود با یکدیگر تفاوت دارد و مقدار آن برای اعداد مختلف فرود، حدود 11 درصد است.

مطالعه حاضر به بررسی و شبیه‌سازی انتشار آلاینده‌های نقطه‌ای در رودخانه زاینده‌رود، یکی از مهم‌ترین منابع آبی فلات مرکزی ایران که به شدت تحت تأثیر فعالیت‌های انسانی و تخلیه پساب‌های صنعتی و شهری قرار گرفته، می‌پردازد. هدف این پژوهش، ارزیابی قابلیت مدل SIAQUA-IPH در محیط GIS برای شبیه‌سازی تغییرات کیفی آب شامل پارامترهای BOD، DO، نیترات و فسفات ناشی از منابع آلاینده نقطه‌ای نظیر صنایع ذوب‌آهن، فولاد مبارکه و پلی‌اکریل واقع در حوضه آبریز زاینده‌رود است. در این راستا، با استفاده از نرم‌افزارهای GIS و مدلSIAQUA-IPH، شبکه زهکشی رودخانه زاینده‌رود به 411 زیرشاخه تقسیم و خصوصیات هیدرولوژیکی آن با استفاده از نرم‌افزار SMADA استخراج شد. داده‌های مربوط به غلظت آلاینده‌ها از هفت ایستگاه نمونه‌برداری در طول رودخانه جمع‌آوری و در مدل به کار گرفته شد. بنابر نتایج شبیه‌سازی، ضریب همبستگی بین مقادیر اندازه‌گیری شده و مستخرج از مدل برای BOD، DO، نیترات و فسفات به ترتیب برابر 94/0، 98/0، 60/0 و 66/0 بدست آمد که نشانگر دقت بالای مدل SIAQUA-IPH در پیش‌بینی مقادیر BOD وDO است، در حالی که عملکرد آن در شبیه‌سازی نیترات و فسفات در حد متوسط ارزیابی شد. با این وجود، تطابق نسبتاً خوب بین داده‌های اندازه‌گیری شده و مقادیر شبیه‌سازی شده، قابلیت اطمینان این مدل را برای ارزیابی آلودگی نقطه‌ای در زاینده‌رود تأیید کرد. تحلیل نتایج همچنین نشان داد که سه مجموعه صنعتی مورد مطالعه نقش مؤثری در افزایش BOD و کاهش DO در طول رودخانه دارند، به گونه‌ای که میزان BOD حدود 58 درصد افزایش و DO حدود 50 درصد کاهش می‌یابد. در نهایت، این پژوهش بر اهمیت استفاده از ابزارهای GIS و مدل‌های شبیه‌سازی در درک و پیش‌بینی اثرات آلودگی‌های نقطه‌ای بر کیفیت آب رودخانه‌ها تأکید کرده و ضرورت اتخاذ تدابیر مؤثر برای کنترل و کاهش تخلیه آلاینده‌ها به زاینده‌رود را مورد توجه قرار می‌دهد.

در هر سیستم مهندسی، مانند کانال‌های آبرسانی، مهم‌ترین مسئله در بخش طراحی، حداقل‌رسانی هزینه‌ها و نیز افزایش بازده است. از طرفی، کاهش احتمال سرریز به‌عنوان یک نکته ضروری در طراحی کانال‌ها بسیار حائز اهمیت است. کانال‌های آبی روباز به دو صورت مقاطع عرضی ساده یا مرکب هستند. مقاطع مرکب، دارای شیب‌های جانبی متفاوت در دو طرف یا ضرایب زبری متفاوت در وجوه مختلف هستند. در تحقیق حاضر، هدف کاهش هزینه‌های ساخت شامل هزینه‌های خاکبرداری و پوشش و نیز به حداقل‌رساندن احتمال سرریز با در نظر گرفتن ارتفاع آزاد برای کانال با مقطع مرکب دارای شیب‌های جانبی یکسان و ضرایب زبری متفاوت در وجوه مختلف است. فرمول‌بندی مسئله با توجه به وجود قید معادله مانینگ، منجربه یک بهینه‌سازی غیرخطی می‌شود که با استفاده از نرم‌افزار ولفرام متمتیکا ((Wolfram Mathematica حل شده است. نتایج حاصل نشان داده است که با ضرایب زبری متفاوت در دیواره‌ها و کف کانال، زمانی که هزینه پوشش کانال نیز در دیواره‌ها و کف، متفاوت در نظر گرفته شود، نسبت به هزینه پوشش یکسان، شیب‌های جانبی بهینه تغییر می‌یابند ولی مقادیر بهینه سایر پارامترهای هیدرولیکی مانند حالت مقطع ساده است.