علوم و مهندسی آبیاری
سال:1399 | دوره:43 | شماره:2 |تعداد مقالات:15

خشک سالی به عنوان یک بلای طبیعی نا محسوس تقریباً در تمامی اقلیم ها رخ می دهد و مشخصات آن از یک منطقه به منطقه دیگر متفاوت است. با توجه به نوسانات بیشتر در مقادیر بارندگی دربخش های جنوبی، شرقی و مرکزی ایران و در نتیجه آسیب پذیریبیشتر آن ها نسبت به پدیده خشک سالی، هدف اصلی این تحقیق یافتن مناسب ترین روش برای پیش بینی خشک سالی شهر سمنان می باشد. در پژوهش حاضر، با استفاده از روش های سری های زمانی، شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی (ANFIS) سعی شده تا مدل های مناسب برای پیش بینی خشک سالی شهر سمنان ارائه گردد. در این مدل سازی ها از داده های میانگین ماهانه شامل بارندگی، دما، حداکثر و حداقل دما، رطوبت نسبی، حداکثر و حداقل رطوبت نسبی و شاخص خشک سالی SPI طی دوره آماری 1966 تا 2013 استفاده شده است. بر اساس نتایج، SPI و مقادیر پیشین آن نسبت به بارش عملکرد مناسب تری را داشت. با بررسی تمامی مدل ها، مدل 6(1، 0، 1)(0، 0، 1)ARIMA با برازش مناسب داده های SPIبا کمترین مقدار جذر میانگین مربعات خطا (RMSEبرابر 442/0 در مرحله آموزش و 521/0 در مرحله آزمون) و مناسب ترین ضریب همبستگی (R) برابر 889/0 در مرحله آموزش و 846/0 در مرحله آزمون) به عنوان مدل برتر انتخاب شد. با استفاده از این مدل، مقادیر SPI برای 12 گام زمانی بعدی پیش بینی گردید. مدل ANFIS با مقادیر 513/0=RMSE، 377/0=MAE، و ضریب همبستگی (R) برابر 861/0 در مرحله آموزش و 518/0=RMSE، 41/0=MAE، و 841/0=R در مرحله آزمون و ANNبا مقادیر 534/0=RMSE، 393/0=MAE و 85/0=R در مرحله آموزش و 532/0=RMSE، 402/0=MAE، و 837/0=R در مرحله آزمون به ترتیب در رتبه های بعدی قرار گرفتند.

مدیریت مصرف نیتروژن در شرایط کمبود آب یکی از عوامل مهم در بهبود عملکرد ذرت می باشد.به منظور بررسی اثر مدیریت آبیاری و مقادیر مختلف کود نیتروژن بر عملکرد، اجزای عملکرد دانه و بهره وری آب ذرت، این آزمایش در سال زراعی 94-1393 به صورت کرت های خرد شده در قالب بلوک های کامل تصادفی و با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز انجام گرفت. عامل اصلی شامل دو شیوه مدیریت آبیاری جویچه ای (با دبی پیوسته و کاهش دبی) بود. مقادیر نیتروژن در چهار سطح صفر، 50، 75 و 100 درصد تامین نیاز نیتروژن به عنوان تیمار فرعی طرح گردید. بررسی عملکرد و اجزای عملکرد تیمارهای معرفی شده نشان داد که کاهش مصرف کود نیتروژن به صورت معنی دار سبب کاهش عملکرد و اجزای عملکرد گیاه ذرت می شود. در این تحقیق برای عملکرد دانه ذرت مقادیری بین 5/5 تا 6/10 تن در هکتار و برای عملکرد بیولوژیکی ارقامی در بازه 2/12 تا 9/34 تن در هکتار به دست آمد. بیشترین بهره وری آب دانه برابر 25/1 کیلوگرم در متر مکعب و بیشترین بهره وری آب بیولوژیکی برابر 15/4 کیلوگرم در مترمکعب مربوط به آبیاری با کاهش دبی با دریافت 100 درصد نیاز نیتروژن بدست آمد. از طرفی مصرف کامل کود نیتروژن سبب تولید حداکثر محصول ذرت شده است. بر اساس نتایج این مطالعه توصیه می شود ضمن توجه به افزایش بهره وری آب (با کاهش مصرف آب)، در راستای افزایش عملکرد محصول نیز اقداماتی صورت گیرد.

عدم لحاظ شدن اثر توأم متغیرهای وابسته در تحلیل فراوانی یک رویداد منجر به کم تخمینی یا بیش تخمینی خطر ناشی از رویداد می گردد. بنابراین باید در طراحی سازه های هیدرولیکی و مدیریت کنترل سیلاب، تحلیل به صورت چندمتغیره صورت گیرد. در این تحقیق به منظور انجام تحلیل فراوانی سیل، دو سری زمانی حداکثر سالانه یکی بر مبنای دبی و دیگری بر مبنای حجم به عنوان معیارهای حدی بودن در مقیاس زمانی روزانه استخراج گردید. بدین منظور یک سری 40 ساله از داده های رواناب ثبت شده در ایستگاه هیدرومتری تمر در بالادست سد بوستان مورد استفاده قرار گرفت. هم چنین از توابع مفصل به عنوان بهترین ابزار در تحلیل فراوانی چندمتغیره استفاده شد. نتایج نشان داد که مفصل فرانک و t-EV برازش بهتری به ترتیب برای سری های دبی و حجم داشتند. سپس براساس تابع مفصل منتخب، برای هر دو سری دبی و حجم، دوره بازگشت های دومتغیره، محاسبه گردید و مقادیر دوره بازگشت به دست آمده از توابع مفصل منتخب با دوره بازگشت یک متغیره مورد مقایسه قرار گرفت. برای رویدادی با مقادیر دبی و حجم به ترتیب برابر m3/s 272 و MCM38 در دوره بازگشت 100 سال در سری معیار حدی دبی، دوره بازگشت برای حالت توأم «و» 635 سال و برای حالت توأم «یا» 54 سال به دست آمد. در نتیجه می توان گفت تحلیل چندمتغیره با استفاده از توابع مفصل به واسطه در نظر گرفتن وابستگی بین متغیرها، نسبت به تحلیل یک متغیره جامع تر بوده و عملکرد بهتری دارد.

در این مطالعه خشکسالی کشاورزی در دشت شهرکرد در نیم قرن اخیر با روش (ETDI) اصلاح شده ارزیابی شد و با شاخص بارش استاندارد در مقیاس های زمانی مختلف مقایسه گردید. همچنین شدت و تداوم خشکسالی های کشاورزی نیم قرن اخیر با روش لوکاس مشخص گردید. نتایج بیانگر آن است که شاخص SPI3 برآورد نسبتا خوبی از ETDI ارائه می نماید. بررسی تاریخی خشکسالی های کشاورزی موٌید وجود خشکسالی های مداوم با شدت های مختلف در منطقه است. حدودا در 50% از دوران سپری شده نیم قرن اخیر منطقه دارای شدت خشکسالی های کشاورزی نسبتاً آزاردهنده بوده و مابقی دوران ملایم تر شده است. دشت یک خشکسالی کشاورزی مداوم بیست وهشت ساله (1987-1960) را پشت سر گذارده که احتمالا اثرات مخربی بر وضعیت کشاورزی و مراتع منطقه داشته است. از آن به بعد حدود دوازده سال (1999-1988) شدت خشکسالی های کشاورزی ملایم تر شده ولی مجددا از سال 2000 به مدت چهارسال روبه افزایش نهاده و سپس روند کاهشی به خود گرفته است. ضروری است سازمان ها و ادارات ذیربط با همکاری ثمنهای (NGO) فعال نسبت به برنامه ریزی مداوم برای اجرای سیاست های مقابله با خشکسالی ها اقدامات لازم را به عمل آورند.

آگاهی از میزان آب مصرفی گیاه در دوره های مختلف رشد نقش مهمی در مدیریت منابع آب و برنامه ریزی آبیاری دارد. هدف از این پژوهش تعیین ضریب گیاهی یک جزیی و دو جزیی فلفل و میزان نیاز آبی آن در شرایط پوشش سطح خاک بادرصدهای مختلف زایکوسیل می باشد. تیمارهای آزمایشی شامل پوشش 25، 50 و 75 درصد از سطح خاک توسط ماده زایکوسیل (ZY25، ZY50 و ZY75) بود که با تیمار شاهد (Ctrl-بدون پوشش) مقایسه شدند. بر اساس نتایج به دست آمده بیشترین نیاز آبی در تیمار شاهد 68/985 میلی متر و پس از آن در تیمار ZY25 و ZY50 به ترتیب 1/909 و 1/781 میلی متر به دست آمد. تیمارZY75 کمترین نیاز آبی (4/681 میلی متر) را در طول دوره به خود اختصاص داد. مقایسه ضرایب گیاهی نشان داد تیمار بدون پوشش، بیشترین و تیمار ZY75 کمترین مقدار ضریب گیاهی منفرد و دو جزیی را در تمامی مراحل رشد داشت. ضریب گیاهی پایه (Kcb) به ترتیب در تیمار شاهد، ZY25، ZY50 و ZY75 از مقدار حداقل 15/0، 135/0، 12/0 و 105/0 در ابتدای دوره به 43/1، 3/1، 15/1 و 01/1 در دوره میانی تغییر یافت. بیشترین تفاوت بین Kc و Kcb در مرحله ابتدایی رشد مشاهده شد. در مرحله میانی مقدار Kc و Kcb به یک دیگر نزدیک می شود. مقدار نوسانات ضریب تبخیر (Ke) در طول دروه رشد در تیمار شاهد بیشتر و در تیمار ZY75 کمتر (منحنی هموارتر) بود. زیرا افزودن زایکوسیل تا حد زیادی تبخیر از خاک را کنترل و آن را کاهش می دهد. بر عکس نوسانات ضریب گیاهی دو جزیی (Kcb+Ke) در تیمار شاهد کمتر و در تیمار ZY75 بیشتر بود.

ساختمان خاک به عنوان یکی از شاخص های اصلی کیفیت خاک نقش بسیار مهمی در خصوصیات هیدرولیکی دارد. این مطالعه با هدف اندازه گیری خصوصیات هیدرولیکیدر ساختمان های مختلف خاکدر استان لرستان صورت گرفت. مطالعه در شرایط آزمایشگاهی بر روی نه ستون دست نخورده با سه نوع ساختمان مختلف دانه ای، مکعبی و فشرده انجام شد. پارامترهای هیدرولیکی از نظیر شدت جریان پایدار (Q)، هدایت هیدرولیکی اشباع(Ks) و غیراشباع ((h)K)، طول ماکروسکوپی مویینگی (λ c) و تعداد منافذ فعال هدایت-کننده آب ( ) با استفاده از دستگاه نفوذسنج مکشی و در مکش های مرز ورودی یک، چهار، ده و 14 سانتی متر اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که ساختمان خاک به طور معنی داری بر پارامترهای هیدرولیکی تأثیر داشت. خاک های با ساختمان دانه ای و خاک-های با ساختمان فشرده به ترتیب دارای بیشترین و کمترین تعداد منافذ درشت و متوسط بودند. متوسط تعداد منافذ درشت و متوسط در خاک های با ساختمان دانه ای به ترتیب 93 درصد و 89 درصد بیشتر از خاک های با ساختمان فشرده بود. در همه ساختمان ها شدت جریان پایدار، هدایت هیدرولیکی اشباع و غیراشباع با کاهش مکش (از 14 به یک سانتی متر) افزایش یافتند. هدایت هیدرولیکی اشباع نسبت به هدایت هیدرولیکی غیراشباع در مکش های دیگر، دارای تغییرپذیری بیشتری بود. میزان اختلاف هدایت هیدرولیکی اشباع بین خاک های با ساختمان دانه ای و خاک های با ساختمان فشرده به طور متوسط 91 درصد محاسبه شد. خاک های با ساختمان فشرده با بیشترین میزان طول ماکروسکوپی مویینگی کمترین پتانسیل وقوع جریان ترجیجی آب در خاک را داشتند. به طور میانگین طول ماکروسکوپی مویینگی در خاک های با ساختمان فشرده نسبت به خاک های با ساختمان دانه ای و مکعبی به ترتیب 20 درصد و 14 درصد بیشتر بود.

یکی از مؤلفه های مهم در برنامه ریزی و بهره برداری از مخازن آب و طراحی سامانه های آبیاری، تبخیر می باشد. تخمین دقیق تبخیر از یک سو و پیچیدگی رابطه علت و معلولی این پدیده از سوی دیگر، استفاده از روش های جدید داده کاوی را اجتناب ناپذیر می سازد. تخمین دقیق تبخیر در هرمنطقه به ویژه در نواحی خشک و نیمه خشک از اهمیت به سزایی برخورداراست. در این مطالعه امکان شبیه سازی تبخیر از تشت در شش ایستگاه سینوپتیک آذربایجان شرقی (تبریز، جلفا، مراغه، میانه، مرند و اهر) با استفاده از مدل شبکه بیزین بررسی شد. داده های هواشناسی مورد استفاده شامل حداکثر و حداقل دمای هوا، دمای نقطه شبنم، حداکثر و حداقل رطوبت نسبی، تعداد ساعات آفتابی و سرعت روزانه باد در خلال سال های 1391-1371 بودند. مدل ها برای یکایک ایستگاه های مذکور بسط داده شدند. آماره های R2، RMSE، MAE و D برای ارزیابی عملکرد مدل ها به کار برده شد. نتایج نشان داد که در مرحله آزمون میانه مقادیرR2معادل 75/0 و میانه نظیر RMSEمعادل 4/2بوده است. هم چنین میانه مقادیر MAEو D به ترتیب 91/1 و 57/1 بود. در حالت کلی نتایج نشان دهنده ی قابل قبول بودن کاربرد مدل های بسط داده شده برای تبخیر از تشت در منطقه مورد مطالعه می باشد.

سامانه های آبیاری تحت فشار با استفاده از پارامترهای آب، خاک و گیاه طراحی می شوند. طراحی موفق این سامانه ها به عوامل زیادی از قبیل شرایط اقلیمی، کیفیت آب، وضعیت توپوگرافی، مشخصات خاک، نوع محصول و شرایط اجتماعی-فرهنگی بستگی دارد. این تحقیق در دشت اردبیل با مساحت تقریبی121000 هکتار برای پتانسیل یابیاراضیمستعد برایاجرایسامانه های مختلف آبیاری انجام شد. در این تحقیق جهت پتانسیل یابی اراضی در ابتدا میزان تاثیر عوامل مختلف با استفاده از اعداد صحیح (3+) تا (3-) در 7 درجه امتیاز دهی شد. در ادامه با استفاده از فرایند تحلیل سلسله مراتبی و در محیط نرم افزاری Expert Choice وزن دهی انجام گرفت. وزن های به دست آمده برای هر پارامتر، در محیط ArcGIS با روش توابع هم پوشانی وزنی به نقشه تبدیل شدند. با استفاده از روش برهم نهی نقشه های مختلف در هر روش آبیاری، پتانسیل آن روش آبیاری برای دشت محاسبه و پهنه بندیگردید. نتایج نشان دادحدود 72 درصد از اراضی دشت قابلیت اجرای سامانه آبیاری سطحی، 59 درصد مناسب برای آبیاری بارانی، 45درصد قابلیت اجرای آبیاری قطره ای و 5/32 درصد برای آبیاری عقربه ای مناسب است. همچنین نتایج نشان داد که مهم ترین عوامل محدود کننده برای استفاده از سامانه های آبیاری شامل توپوگرافی، کیفیت آب و کل آب قابل دسترس بودند. از طرفی بر اساس نتایج این تحقیق در شمال و شمال غرب دشت اردبیل، یون های کلر و سدیم عوامل محدود کننده اجرای آبیاری بارانی و شوری عامل محدود کننده سامانه آبیاری قطره ای است.

هدف از تحقیق حاضر تهیه نقشه پتانسیل منابع آب زیرزمینی در مناطق کمآب (دشت سرو استان آذربایجان غربی) با استفاده از مدل آنتروپی شانون و نسبت فراوانی می باشد. بدین منظور، داده آبدهی چاه های بهره برداری محدوده جمع آوری و پس از آن، آبدهی چاه های مذکور به آبدهی بالا ( بیشتر از 11 مترمکعب بر ساعت) و پایین (کمتر از 11 مترمکعب بر ساعت) تقسیم شد. در نهایت داده های با آبدهی بالاتر نیز به دو دسته جهت ساخت مدل یا مرحله واسنجی (داده های آموزش) و صحتسنجی یا اعتبارسنجی (داده های آزمایش) تقسیم گردید. سپس عوامل مؤثر بر پتانسیل آب زیرزمینی شامل شیب زمین، جهت شیب، ارتفاع، بارش، انحنای کلی زمین، زمینشناسی (سن)، کاربری اراضی، فاصله تا رودخانه، فاصله تا گسل و نقشه خاک تهیه شد. در نهایت پس از تهیه نقشه پتانسیل آب زیرزمینی توسط مدل های مذکور، اقدام به صحتسنجی آن ها شد. نتایج صحتسنجی با داده های آموزش (نرخ موفقیت) نشان داد که سطح زیر منحنی (AUC) در مدل نسبت فراوانی 88 درصد و در مدل آنتروپی شانون برابر 84 درصد است. نتایج صحتسنجی با داده های آزمایش ( نرخ پیشبینی) نشان داد که سطح زیر منحنی در مدل نسبت فراوانی 84 درصد و در مدل آنتروپی شانون برابر 81 درصد است. بنابراین، مقایسه دو مدل نشان داد که هر دو مدل دارای صحت قابل قبولی هستند، اما با توجه به نتایج صحتسنجی، مدل نسبت فراوانی دارای عملکرد نسبتا بهتری می باشد. مهمترین فاکتورهای مؤثر در پتانسیلیابی آب زیرزمینی در دشت سرو، کاربری اراضی، خاک، زمینشناسی و طبقات ارتفاعی می باشند.

تحلیل خشک سالی با توجه به تأثیرات قابل ملاحظه بر کشاورزی و منابع آب، از اهمیت زیادی برخوردار است. با توجه به همبستگی معنی دارمشخصه های خشک سالی هواشناسی با یک دیگر و وجود مناطق فاقد آمار، در این تحقیق یک تحلیل فراوانی منطقه ای دو متغیره در محدوده نیمه خشک استان فارس ارایه شده است. هدف اصلی این تحلیل آشکارسازی تاثیر وابستگی مشخصه های خشک سالی بر فراوانی وقوع و دوره بازگشت آن ها است. به منظور تحلیل فراوانی منطقه ای از روش خشک سالی شاخص در ترکیب با روش گشتاورهای خطی استفاده گردیده و توزیع دو متغیره خصوصیات خشک سالی برای مناطق همگن از طریق توابع مفصل تخمین زده شده است. نتایج نشان داد تابع گامبل مناسب ترین مفصل به منظور نشان دادن توزیع دو متغیره خشک سالی در این منطقه می باشد. مقایسه دوره بازگشتیک متغیره و دو متغیرهمشخصه های منطقه ای خشک سالی نیز نشان می دهد، مقادیر شدت و مدت بدون بعد برای دوره بازگشت 100 ساله در حالت یک متغیره معادل 95/8 و 42/5 بوده و بر اساس توزیع دو متغیره، همین مقادیر در حالت (D ≥ 5/42 and S ≥ 8/95) دارای دوره بازگشت 195 سال و در شرایط (D ≥ 5/42 or S ≥ 8/95) دوره بازگشتی معادل 67 سال دارند.

حفظ و نگه داری رودخانه ها در حالت تعادل (رژیم) از اهمیت بالایی برخوردار بوده و تعیین هندسه هیدرولیکی پایدار در رودخانه ها، از مهم ترین مواردی است که طراحی و ساماندهی رودخانه براساس آن پایه گذاری می شود. در این تحقیق، در ابتدا یک مدل تحلیلی با به-کارگیری تئوری های حدی ارایه شده و روابط هندسه هیدرولیکی چند متغیره قابل کاربرد در رودخانه هایی که بار بستر بر ریخت شناسی آن ها غالب است، استخراج شد. سپس با مطالعه صحرایی روی تعدادی از رودخانه های کشور در دو استان خوزستان و چهارمحال و بختیاری، در مجموع از بستر 24 ایستگاه آب سنجی در بازه های شنی 17 رودخانه، به منظور شناخت نحوه دانه بندی ذرات رسوبی بستر، نمونه برداری شد. با توجه به ساختار بسترهای شنی، با استفاده از روش های سطحی و حجمی و با تفکیک رسوبات در دو بخش ذرات سطح بستر و لایه مسلح نمونه برداری ها انجام شد. سپس روابط رژیم با استفاده از رگرسیون غیرخطی به دست آمده و تأثیر دانه بندی ذرات در ساختار بستر در این روابط بررسی گشت. مقایسه توان های هندسه هیدرولیکی توسعه یافته حاصل از مدل تحلیلی با نتایج حاصل از مطالعه صحرایی و نیز مقایسه با روابط هندسه هیدرولیکی موجود، هم خوانی مناسبی را نشان می دهد. در انتهامدل تخمین ابعاد پایدار با داده های صحرایی کشور ایران مورد واسنجی قرار گرفته و به طور متوسط خطای نسبی محاسبه عرض و عمق مقطع پر به ترتیب 26 درصد و 24 درصد به دست آمده است.

انتقال رسوبات چسبنده توسط جریان، پدیده پیچیده ای است که برای مدیریت رسوب در کانال های انتقال اهمیت اساسی دارد. در این تحقیق با استفاده از فلوم دایره ای به بررسی فرآیند فرسایش رسوبات چسبنده پرداخته شد. بر اساس نتایج استوانه ته نشینی، زمان تحکیم رسوبات 1، 3، 14 و 28 روز در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که فرسایش رسوبات تابعی از زمان تحکیم و تنش برشی بستر است. هم چنین مشاهده شد با افزایش تنش برشی، با زمان تحکیم یک روز نوع فرسایش از نوع سطحی به توده ای تبدیل می شود در حالی که در دوره های تحکیم دیگر در تمام تنش ها، نوع فرسایش سطحی است. تنش برشی آستانه فرسایش رسوبات چسبنده بستر برای زمان های تحکیم انتخابی 1، 3، 14 و 28 روز بترتیب 15/0، 62/0، 83/0 و 11/1 نیوتن بر متر مربع بدست آمد. در همین راستا نتایج حاکی از آن است که در تنش برشی یکسان، افزایش دوره تحکیم، موجب کاهش نرخ فرسایش گردیده است.

برخلاف سرریزهای معمولی نفوذ ناپذیر، مواد فیزیکی و شیمیایی از درون سرریزهای گابیونی به پایین دست عبور می کنند. بنابراین سرریزهای گابیونی سازه هایی با حداقل اثرات منفی بر محیط زیست بوده و به سازه های دوست-دار محیط زیست معروف هستند. در این تحقیق تأثیر اندازه مصالح، شیب بالادست و شیب پایین دست بر فاکتور کاهش دبی جریان در سرریزهای گابیونی با شرایط جریان مستغرق بررسی شد. در ابتدا پس از شناسایی پارامترهای مؤثر، رابطه عمومی بدون بعد توسعه داده شده است. برایانجام آزمایش ها 16 مدل مختلف سرریز گابیونی در یک فلوم آزمایشگاهی افقی به طول، عرض و ارتفاع به تر تیب برابر 15، 3/0 و 5/0 متر مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها برای دامنه وسیعی از دبی، عمق بالادست، عمق پایین دست، اندازه مصالح، شیب بالادست و شیبپایین دست انجام شد. نتایج نشان داد در تمامی مدل های گابیونی با افزایش نسبت عمق پایین دست به عمق بالادست سرریز (Y2/Y1) فاکتور کاهش دبی، کاهش می یابد. به ازایمقدار ثابت نسبت (Y2/Y1)، افزایش شیب بالادست و یا پایین دست سرریز لبه پهن گابیونی، فاکتور کاهش دبی رو به افزایش می گذارد. هم-چنین اندازه مصالح تأثیر معنی داری بر فاکتور کاهش دبی ندارد. در این تحقیق با استفاده از رگرسیون غیر خطی رابطه ای با ضریب تعیین بین 12/0 تا 91/0 جهت محاسبه میزان فاکتور کاهش دبی ارایه شده است.

نظر به اهمیت نوع، میزان و خصوصیات ابرناکی، همچنین نقش رطوبت و شرایط ناپایداری در فرایند بارش، تحقیق زیر برای واکاوی مشخصات ابرها در فصول مختلف سال و بررسی برخی شاخص های فیزیکی تأَثیرگذار بر بارش، انجام شد. به این منظور در ابتدا، اطلاعاتابرناکیشهر مشهد در دوره زمانی 2010-1986 از بانک اطلاعاتی اداره کل هواشناسی خراسان رضوی استخراج گردید. مقدار ابرناکی، فراوانی رخداد ابرهای پایین، متوسط و فراوانی رخداد ابرهای با رشد قایم شامل ابرهای کومولوس نوع2 و کومولونیمبوس، در ماه های مختلف سال مشخص شد. در بررسی خصوصیات فیزیکی ابرها، با توجه به نقش دمای ابر درفرایند بارش، با استفاده از نمودارهای جوبالای ایستگاه مشهد، در بازه زمانی 1992 تا 2011، دمای پایه ابر در ماه های مختلف مشخص گردید. سپس با توجه به اهمیت و نقش شرایط ناپایداری و رطوبت جو، در ایجاد بارش به بررسی رابطه بین برخی شاخص های ناپایداری، شامل شاخصCAPE، شاخص K، شاخصshowalter و شاخص آب قابل بارش، با میزان بارش پرداخته شد، در انتها با ایجاد یک معادله رگرسیونی، سهم هر کدام از این شاخص ها در میزان بارش مشخص گردید. بررسی ها نشان داد که ارتباط برخی از شاخص ها و لگاریتم بارش، بهصورت خطی نمی باشد. اما، نتایج حاصل از تحلیل واریانس رگرسیون، نشان از معنی دار بودن رگرسیون در سطح 99درصد داشت یعنی حداقل یکی از شاخص های ناپایداری دارای رابطه خطی با لگاریتم طبیعی بارش شش ساعته است. مشخص شد که تنها ارتباط متغیرهای K و SI با لگاریتم طبیعی بارش در سطح اطمینان 95 درصد معنی دار هستند.

حل عددی معادله های دوبعدی جریان نیازمند گسسته سازی ترم های مکانی و زمانی است و با انتگرال گیری عددی از ترم های زمانی، به روزرسانی معادله ها انجام می شود. در راستای افزایش دقت و پایداری حل، بیش تر از روش های با دقت مرتبه دو برای انتگرال گیری زمانی ترم های معادله ها استفاده می شود. در این مطالعه دو روش متداول در انتگرال گیری زمانی شامل روش Runge-Kuttaمرتبه 3و روش تجزیه عملگر Strang، که دارای دقت مرتبه دو هستند موردبررسی قرارگرفته اند. برای داشتن قضاوتی صحیح از عملکرد این دو روش نسبت به هم، شیوه های عددی کاملاً یکسانی در برخورد با ترم های مکانی و ترم منبع های معادله به کار گرفته شد. سپس با استفاده از دو مدل به دست آمده که تنها روش برخورد با ترم های زمانی در آن ها متفاوت است، مسائل یک بعدی و دوبعدی دارای نتایج آزمایشگاهی یا حل تحلیلی اجرا شد. نتایج نشان می دهد که در مسائل یک بعدی با نوسان زیاد، روش رانگ کوتا مرتبه3 در ابتدا خطای کم تری داشته، اما با کاهش میزان نوسان، هر دو روش به دقت مشابهی خواهند رسید. در مسائل دوبعدی، پارامتر خطا در روش Strangبرای تکرارهای مختلف روند یکنواختی خواهد داشت. اما مقدار خطای روش رانگ کوتا مرتبه3 کم است که با تکرار محاسباتاندکی افزایش می یابد. بااین وجود هر دو مدل، مسائل جریان یک و دوبعدی را به درستی مدلسازی کرده که به خوبی بیانگر چینش صحیح روش های به کاررفته در آن ها در برخورد با ترم های مکانی، زمانی و ترم منبع ها است.