تحقیقات منابع آب ایران
سال:1392 | دوره:9 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

شکل دامنه یکی از عوامل مهمی است که در مقدار رواناب حوضه آبخیز دخالت دارد. تعیین تاثیر این عامل در برنامه ریزی مدیریتی در عرصه های منابع طبیعی و عملیات کنترل رواناب بسیار موثر است. بسیاری از سازه های کنترل رواناب و فرسایش احداث شده به دلیل نبودن اطلاعات و آمار، متناسب با حجم رواناب و رسوب طراحی نمی شود و عموما برای جلوگیری از خطرات احتمالی، سازه به صورت دست بالا طراحی می گردد که این عمل باعث تحمیل هزینه های زیادی به اجرای این گونه پروژه ها خواهد شد. در این تحقیق با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی، رابطه بین شکل دامنه شامل پلان دامنه (همگرا، واگرا و موازی) و پروفیل طولی دامنه در سه حالت (صاف، محدب و مقعر) مورد بررسی قرار گرفت. جهت انجام این امر با استفاده از مدل Evens مدل ژئومتری دامنه در آزمایشگاه ساخته شد که اثر توپوگرافی دامنه را از طریق شکل پلان و انحنای پروفیل طولی دامنه در بر می گیرد. با در نظر گرفتن سه حالت همگرا، واگرا و موازی برای شکل پلان دامنه و سه حالت (صاف، محدب و مقعر) برای پروفیل طولی دامنه، 9 شکل مختلف جهت بررسی رواناب دامنه ایجاد می شود. تغییر شکل پلان و پروفیل طولی دامنه، در میزان و حالت جریان های سطحی اثر می گذارد و باعث ایجاد آستانه شروع رواناب، پیک جریان و زمان تمرکز متفاوتی در دامنه های با شرایط یکسان می گردد. بر اساس نتایج بدست آمده، مشخص گردید اثر پلان دامنه بر زمان تمرکز بیشتر از اثر پروفیل طولی دامنه است، بطوریکه زمان تمرکز دامنه های همگرا بیشتر از دامنه های واگرا می باشد.

آبشکن ها سازه های هیدرولیکی هستند که برای حفاظت از سواحل رودخانه بکار می روند. استقرار آبشکن ها باعث ایجاد تغییرات در میدان جریان، الگوی آبشستگی و توپوگرافی بستر می شود. در این مقاله به بررسی توپوگرافی بستر اطراف آبشکن T شکل مستغرق واقع در مسیر مستقیم پرداخته شده است. برای این منظور از یک فلوم مستطیلی به عمق 70 سانتیمتر و عرض 60 سانتیمتر استفاده گردیده است. در این آزمایشات تاثیر پارامترهای طول آبشکن، طول بال آبشکن، عمق استغراق و همچنین عدد فرود جریان برتغییرات ابعاد چاله آبشستگی حول آبشکن T شکل و تغییرات توپوگرافی بستر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد با افزایش عدد فرود (Fr) و طول آبشکن میزان عمق و ابعاد چاله آبشستگی افزایش می یابد. همچنین با افزایش عمق استغراق در یک ناحیه محدود، ابتدا میزان آبشستگی و گسترش پشته ها افزایش و سپس کاهش می یابد. تجزیه و تحلیل نتایج مربوط به آبشستگی در مقاطع عرضی، طولی و پلان های مختلف از دیگر موارد مطرح شده در این مقاله می باشد.

در اکثر مطالعات تغییر اقلیم، معمولا اولین سوال پیش روی محققین، آشکارسازی تغییر اقلیم منطقه مطالعاتی در دوره های گذشته و نسبت دهی آن به گازهای گلخانه ای می باشد. در این تحقیق در نظر است آشکار سازی و نسبت دهی تغییر اقلیم به جهت تفکیک تغییر اقلیم ناشی از گازهای گلخانه ای نسبت به نوسانات درونی در حوضه کارون بزرگ انجام گیرد. بدین منظور در ابتدا لازم بود تا محدوده تغییرات متغیرهای اقلیمی منطقه، ناشی از اندرکنش بین سیستم های اقلیم کره زمین (اتمسفر، بیوسفر، و....) محاسبه شود. برای این کار از آمار درازمدت (1000 ساله) دما و بارش حاصل از اجرای کنترلی (ثابت ماندن گازهای گلخانه ای) مدل های AOGCM (HadCM3 و CGCM3) برای حوضه کارون بزرگ استفاده شد. سپس بر اساس توزیع نرمال دو متغیره، محدوده نوسانات درونی سالانه اقلیم منطقه مورد مطالعه به صورت نمودارهای دو بعدی دما- بارندگی ترسیم گردید. در ادامه به منظور آشکارسازی تغییر اقلیم در دوره های گذشته در حوضه کارون بزرگ و نسبت دهی آن به گازهای گلخانه ای، مقادیر آنومالی سالانه دما و بارندگی مشاهداتی ایستگاه-های مختلف حوضه با محدوده نوسانات درونی اقلیم منطقه مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج روند دو بعدی آنومالی دما و بارندگی برای نیم قرن اخیر نسبت به دوره پایه هر یک از قسمت های حوزه آبریز کارون بزرگ، نشان از روند افزایشی دما و کاهش بارندگی دارد. از طرف دیگر به احتمال 95 درصد، مقادیر آنومالی نوسانات درونی توام دما - بارندگی در حوضه کارون بزرگ به ترتیب کمتر از 1.5 درجه سانتی گراد و کمتر از 70 درصد می باشد. که در تمامی قسمت های حوضه کارون بزرگ تقریبا سال های انتهائی این دوره در خارج از محدوده نوسانات درونی اقلیم قرار گرفته و نشان دهنده معنی دار بودن تغییر اقلیم در این سال ها می باشد.

حریم حفاظتی چاه، ناحیه سطحی و یا زیر سطحی پیرامون چاه است که در هنگام پمپاژ، آب چاه را تامین نموده و مواد آلاینده از طریق آن وارد سیستم آب زیرزمینی شده و نهایتا به داخل چاه راه پیدا خواهند کرد. در این تحقیق ضمن معرفی روش شعاع ثابت محاسبه ای، روش های تحلیلی KLF و Wyssling و روش مدل عددی به عنوان متداول ترین روش ها جهت تعیین حریم حفاظتی چاه، به منظور مقایسه روش های مذکور از داده های نه حلقه از چاه های شرب شهر همدان استفاده گردید. نتایج تحقیق نشان می دهد که با افزایش زمان حرکت (افزایش فاصله از چاه)، از دقت و تطابق روش های شعاع ثابت و تحلیلی نسبت به مدل عددی کاسته می شود. حریم ترسیمی توسط روش شعاع ثابت محاسبه ای بخش قابل ملاحظه ای از حریم حفاظتی ترسیم شده توسط مدل عددی در بخش بالادست چاه را در برنمی گیرد. درحالیکه بخش های غیرضروری در پائین دست چاه را که جزء حریم حفاظتی واقعی چاه نمی باشد را شامل می شود. همچنین حریم های ترسیمی توسط روش های تحلیلی KLF و Wyssling علیرغم اینکه در مقایسه با روش شعاع ثابت، مساحت بیشتری از حریم حفاظتی مدل عددی را پوشش می دهند، ولی از نظر شکل ظاهری باریک و کشیده بوده و بخش قابل ملاحظه ای از فواصل جانبی حریم حفاظتی عددی را دربرنمی گیرند. بطور کلی مدل عددی دقیق ترین روش جهت ترسیم حریم حفاظتی چاه می باشد ولی در صورت عدم وجود داده، زمان، سرمایه و تخصص کافی استفاده از روشهای ساده تری مانند روش های شعاع ثابت و تحلیلی نیز از دقت قابل قبول برخوردار خواهد بود.

با افت سطح آب زیرزمینی، تنش موثر عمودی وارده بر لوله های جدار چاه (s”v) افزایش یافته و به همراه آن تنش موثر افقی (s”h) نیز افزایش می یابد که این افزایش تنش به لوله های جدار چاه های آب و اسکرین ها نیرو وارد نموده و می تواند موجب تخریب و گسیختگی لوله های جدار شود. در این تحقیق به بررسی نقش افت سطح ایستابی در افزایش تنش های وارده بر لوله های جدار و اسکرین های چاه های آب پرداخته شده است. در بررسی مقاومت تسلیم لوله های جدار و اسکرین ها و تلفیق محاسبات با مقادیر تنش های وارده از سفره به لوله ها، مشخص گردید که با افزایش افت سطح ایستابی به تدریج تنش های وارده بیشتر شده و در افت های بحرانی می تواند موجب تخریب لوله های جدار و اسکرین ها گردد. همچنین در این تحقیق نقش قطر، ضخامت و تعداد شکافها بر مقاومت اسکرین ها ارزیابی شده است. با توجه به نتایج این تحقیق، پیشنهاد می گردد که در دشت های مساله دار که آمار تخریب ها بالا بوده و افت سطح ایستابی زیادی دارند، برای افزایش مقاومت لوله ها، تا حد ممکن از لوله های جدار با قطر کمتر، ضخامت بیشتر ولی تعداد شکاف اسکرین های بیشتر و ضخامت فیلترپک بزرگتر استفاده گردد.

بارندگی از ورودی های اصلی در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب محسوب می شود. شبکه کارآمد ایستگاه های باران سنجی شبکه ای است که علاوه بر دقت اندازه گیری مناسب از تراکم مطلوبی نیز برخوردار باشد، به طوری که بتوان در نقاط فاقد ایستگاه در یک حوضه آبریز برآورد مناسبی از بارندگی بدست آورد. در این مطالعه روشی مبتنی بر مدل زمین آماری کریجینگ و تابع توزیع احتمال نرمال برای ارزیابی عملکرد شبکه ایستگاه های باران سنجی در حوضه گرگان رود به مساحت 114 هزار کیلومتر مربع استفاده شده است که مفهوم آن بر اساس معیار درصدی از مساحت منطقه با دقت پذیرش (Ap) می باشد. ابتدا با تحلیل تغییرات مکانی بارندگی سالانه در حوضه توسط نیم تغییرنما بدون بعد، ساختار مکانی بارندگی حوضه استخراج گردید و سپس توسط الگوریتم ارائه شده شبکه ایستگاه های باران سنجی حوضه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که از 33 ایستگاه مورد تحلیل، 21 ایستگاه به عنوان ایستگاه های شبکه مبنا شناخته شدند و 12 ایستگاه باقی مانده تاثیر بسیار کمی در برآورد تغییرات مکانی بارندگی حوضه داشتند. در روند بهینه یابی، ایستگاه-های غیرمبنا به 7 ایستگاه جدید در سایر نقاط حوضه کاهش یافتند که موجب افزایش دقت در تخمین بارندگی در حوضه می شوند. همچنین با ساده سازی های انجام شده در روش مذکور و انجام محاسبات در محیط نرم افزار GIS به صورت توسعه یک ابزار، نتایج نشان داد که از روش ارائه شده می توان به صورت موثرتری در ارزیابی شبکه ایستگاه های باران سنجی استفاده نمود.

نشت یکی از مهمترین مشکلات شبکه های توزیع آب است که همه ساله هزینه های هنگفتی را به مسوولین شهری تحمیل می نماید. نشت یابی با روش های کنونی زمانبر و پر هزینه است. بدین منظور روش های نشت یابی سراسری مبتنی بر کالیبراسیون فشارهای گره ای اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. یکی از این روش ها، نشت یابی بر اساس واسنجی شبکه با کمینه سازی اختلاف مقادیر مشاهداتی و محاسباتی فشار و دبی از طریق مدل سازی و بهینه یابی به روش الگوریتم ژنتیک است. متاسفانه این روش ها هنوز به دقت مناسب برای کاربرد در سطح شبکه های واقعی نرسیده اند. در این پژوهش روشی جدید مبتنی بر حذف مرحله ای گزینه های وجود نشت در شبکه مورد بررسی قرار گرفته است. این روش با کالیبراسیون عادی شبکه آغاز شده و پس از اتمام واسنجی با حذف برخی از گره ها از بین پارامترهای تنظیمی و کاهش دامنه جستجو، مجددا واسنجی شبکه را به انجام می رساند. بررسی ها انجام شده کارایی بسیار مناسب این روش را برای بهبود نشت یابی در شبکه نشان داده است.

فعالیت های انسانی و تغییرات اقلیمی در نیم قرن اخیر به طور چشمگیر بر رژیم آبدهی و رسوبدهی رودخانه ها اثر گذاشته است. شفاف سازی این تغییرات در سری های زمانی معمولا با انجام آزمون روند صورت می گیرد. با توجه به اینکه در تحقیقات داخلی به موضوع بررسی روند رسوبدهی رودخانه های کشور کمتر پرداخته شده است، در این تحقیق روند رسوبدهی سرشاخه های اصلی رودخانه تیره لرستان و ارتباط احتمالی آن با روند مقادیر بارش و دبی جریان در سری زمانی سالانه در دوره آماری 1354 تا 1382 مورد ارزیابی قرار گرفت. برای انجام این تحقیق از آزمون پارامتریک رگرسیون خطی ساده و آزمون ناپارامتریک من- کندال در محیط نرم افزار آماری R 2.6.0 استفاده شد. نتایج هر دو آزمون، روند منفی را در سری های میانگین سالانه رواناب و رسوب ایستگاه های هیدرومتری رودخانه تیره نشان داد، اما این روند منفی فقط در خروجی حوضه معنی دار بود. از طرفی مقادیر میانگین بارش سالانه در طی دوره مطالعاتی روند منفی داشت که معنی دار نبود. بنابراین می توان نتیجه گرفت که میانگین مقادیر آبدهی و رسوبدهی سالانه در خروجی حوضه رودخانه تیره در طول دوره مطالعاتی رو به کاهش بوده است، هر چند که مقادیر بارش سالانه روند نزولی معنی داری را نشان نمی دهد. به احتمال قوی عوامل درون حوضه ای همانند افزایش سطح زیر کشت، بالا رفتن جذب و ربایش متناسب با تغییرات کاربری اراضی، افت سفره های آب زیرزمینی و عملیات بیو- مکانیکی حفاظت آب و خاک در دامنه ها و آبراهه ها از جمله مواردی هستند که روند کاهش آبدهی و رسوبدهی رودخانه تیره را به دنبال داشته اند.

در این تحقیق مدل HEC-HMS به همراه مدل محاسبه تلفات SMA در شبیه سازی جریان روزانه رودخانه کارون در محل ایستگاه هیدرومتری پل شالو مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای واسنجی مدل از داده های دبی روزانه پنج سال آبی 1371-1370 تا 1375-1374 و برای اعتبار-سنجی مدل از داده های سه سال آبی 1376-1375 تا 1378-1377 استفاده شده است. نتایج نشان دهنده تطابق مناسب (R2=0.82) بین داده های جریان مشاهده ای و مدل سازی شده در دوره اعتبار سنجی می-باشد. همچنین درصد خطای حجم کل، ضریب راندمان Nash-Sutcliffe و جذر میانگین مربعات خطای مدل به ترتیب برابر با 11.3%، 0.82 و 151 cms می باشد. مقایسه نتایج این تحقیق با تحقیقات مشابه، بیانگر قابلیت مناسب مدل HEC-HMS به همراه مدل محاسبه تلفات SMA برای مدل سازی پیوسته جریان روزانه در دوره های خشک و تر در حوضه کارون می باشد.

خشکسالی یک حادثه غیر مترقبه طبیعی است که در نواحی خشک و نیمه خشک کشور اثرات بیشتری به جا می گذارد، اولین و مهمترین تهدید خشکسالی در منابع آبی ظاهر می شود. لذا تحقیق در این زمینه و بررسی و کشف ارتباط بین تاخیرخشکسالی اقلیمی و هیدرولوژی به منظور مدیریت هرچه بهتر و بیشتر منابع آب سطحی و زیرزمینی به منظور کاهش خسارات خشکسالی و یا به عبارت دیگر مدیریت ریسک خشکسالی حائز اهمیت می باشد. در این پژوهش ضمن بررسی دوره های متوالی خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی با استفاده از دو شاخص خشکسالی SPI و GRI در دشت یزد-اردکان، تاخیر زمانی بین رخداد خشکسالی هواشناسی و به دنبال آن خشکسالی هیدرولوژیک نیز شناسایی شد. برای بررسی خصوصیات خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی از آمار بلند مدت بارندگی (89-1359) ایستگاه های باران-سنجی و آمار آبدهی قنوات دشتی، کوهپایه ای، کوهستانی و چشمه های مهم موجود در محدوده مورد مطالعه در دهه اخیر (89-1380) استفاده شد. نتایج نشان دهنده افزایش شدت و تداوم خشکسالی های اقلیمی و هیدرولوژی بویژه در دهه اخیر می باشد به گونه ای که تکرار خشکسالی اقلیمی در دهه اخیر نسبت به چهار دهه گذشته، 4 برابر شده است. همچنین نتایج حاکی از وجود تاخیر زمانی متفاوت بین وقوع خشکسالی اقلیمی و تاثیر آن بر آبدهی قنوات دشتی، کوهپایه ای، کوهستانی و چشمه ها می باشد. بطوری که این تاخیر در قنوات کوهپایه ای مورد مطالعه، بسته به شدت خشکسالی و نوع قنات، معمولا کمتر از 1 سال و در قنوات دشتی در حدود 2 سال می باشد. نتایج این تحقیق مدیریت بحران 2 ساله پس از هر دوره خشکسالی را در دشت یزد گوشزد می نماید.