پژوهش آب ایران

چکیده در این مطالعه برای بهینه‌سازی و کمینه‌کردن نقاط نمونه‌برداری در سفره‌ آب زیرزمینی دشت هشتگرد از الگوریتم بهینه‌سازی کلنی مورچگان استفاده شده است. روش کلنی مورچگان بر مبنای کوتاه‌ترین فاصله بین لانه و منابع غذا ابداع شده است. در دشت هشتگرد با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی کلنی مورچگان حدود 30% از تعداد نقاط اضافی نمونه‌‌برداری مشخص و حذف شد. در این دشت تعداد نقاط نمونه‌برداری آب برای مطالعات آلودگی 25 عدد می‌باشد که در نهایت بر اساس نتایج این پژوهش تعداد 7 نقطه نمونه‌برداری مازاد بوده که هزینه اضافی ایجاد می‌کند. نتایج به دست آمده از نقشه‏های ترسیم شده مقدار نیترات با تعداد 25 نمونه و نقشه‏های ترسیم شده بعد از حذف 7 نقطه دارای تغییرات بسیار ناچیز بوده و مقدار بیشینه RMSE برای حذف 7 چاه 0.3198 به دست آمده است که نشان‌دهنده حداقل خطا در سیستم است.

چکیده در طراحی ساز‌ه‌های هیدرولیکی دارای جریان سریع،‏ معمولاً احتمال رخداد پدیده کاویتاسیون وجود دارد. برای جلوگیری از وقوع پدیده کاویتاسیون،‏ باید موقعیت نقاطی که در آن‌ها ممکن است با افزایش سرعت جریان،‏ فشار تا حد فشار بخار مایع کاهش یابد را شناسایی کرد. در این راستا برای دست‌یابی به یک معیار کمی،‏ از شاخص کاویتاسیون استفاده می‌شود. در این پژوهش ابتدا با روش عددی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)‎،‏ دو گزینه برای جریان بر روی سرریز سد ونیار طرح و شبیه‌سازی شد،‏ سپس شاخص کاویتاسیون برای هر یک از گزینه‌ها محاسبه و در‌نهایت برای صحت‌سنجی نتایج،‏ از نتایج مدل آزمایشگاهی استفاده شد. برای حل عددی معادلات سه بعدی ناویر- استوکس بر روی سرریز از نرم‌افزار Fluent و برای شبکه‌بندی سه‌بعدی سرریز از نرم‌افزار Gambit استفاده می‌شد. برای تعیین پارامترهای آشفتگی میدان جریان،‏ تعیین سطح آزاد جریان و مجزا‌سازی معادلات ممنتم،‏ به‌ترتیب از مدل آشفتگی (RNG)ε – k،‏ روش VOF و روش بالادست مرتبه دوم استفاده شد. در انتها با بررسی نتایج حاصل از پژوهش،‏ هماهنگی مناسبی بین نتایج حاصل از Fluent و مدل آزمایشگاهی به دست آمد. همچنین مشخص شد که در هیچیک از گزینه‌های مطالعه شده کاویتاسیون رخ نداده و سرریز احداث شده در مقابل این پدیده ایمن است.

چکیده برای ایمنی سد در برابر آبشستگی زیر پی و نیروی بالا برنده می‌توان از روش‌هایی مانند تعبیه دیواره سپری در بالادست و پایین‌دست سازه،‏ افزایش طول کف‌بند بتنی سازه و یا احداث سوراخ‌آب در حوضچه آرامش استفاده کرد. در این پژوهش که بر روی سد انحرافی یوسف کند مهاباد انجام شده،‏ با شبیه‌سازی سد در نرم‌افزارSeep/W تأثیر تعداد سوراخ‌ها،‏ موقعیت سوراخ آن‌ها در طول حوضچه آرامش و همچنین طول پرده‌های آب‌بند بر روی زیرفشار و گرادیان هیدرولیکی خروجی در نقاط کلیدی پی زیر سد انحرافی بررسی و پایداری کلی سد بررسی شده است. در بررسی انجام شده دیده شد که احداث دیوار آب‌بند ابتدایی به عمق 8 متر موجب کاهش 63 درصد از نیروی بالا برنده و کاهش 79 درصد از گرادیان خروجی نسبت به حالت بدون آب‌بند می‌شود. همچنین احداث سوراخ‌آب در حوضچه آرامش سبب کاهش 8 درصد از نیروی بالا برنده و کاهش 74 درصد از گرادیان خروجی نسبت به حالت بدون سوراخ‌آب می‌شود.

چکیده مطالعه سیستم‌های رودخانه‌ای از جنبه‌های مختلف محیط طبیعی شامل هیدرولوژی،‏ هیدرولیک،‏ فرآیندهای فرسایش و رسوب‌گذاری و همچنین شکل کانال‌های رودخانه‌ای است. بین تغییرات ایجاد شده در متغیرهای مستقل و واکنش متغیرهای وابسته همواره تأخیر زمانی وجود دارد که با مقادیر و حدود تغییرات در متغیرهای مستقل و قابلیت تغییرپذیری متغیرهای وابسته کنترل می‌شود. در این پژوهش،‏ برای بررسی خصوصیات هندسی و هیدرولیکی مقاطع عرضی رودخانه فیروزه- شاهجوب در استان خراسان شمالی بعد از تحلیل نتایج خروجی از مدل هیدرولیکیHEC-RAS ،‏ برای دبی با دوره بازگشت 10 ساله برای 37 بازه که در طول رودخانه انتخاب شده بود،‏ اقدام شد. بهترین معادله از بین رابطه‌های رگرسیونی که دارای کمترین خطای استاندارد،‏ کمترین مقدار P-value و ضریب تشخیص بالاتر بود،‏ انتخاب شد. نتایج پژوهش نشان داد که معادله نمایی به‌عنوان معادله مناسب‌تر برای رابطه‌های ژئومتری - کانال برای رودخانه مورد مطالعه است که دارای خطای استاندارد 0.010،‏ ضریب تشخیص 0.88 و P-value 0.002 نسبت به سایر مدل‌ها بود.

چکیده از جمله روش‌های جلوگیری از نهشته شدن رسوب این است که شرایط جریان عبوری از سازه طوری تعیین شود که از نهشته شدن رسوب جلوگیری کند و یا سازه شرایط خودتنظیفی را داشته باشد. در این پژوهش ابتدا با استفاده از تحلیل ابعادی یک رابطه کلی برای شرایط خودتنظیفی کانال روباز و سیفون معکوس ایجاد شد. سپس با استفاده از دو مدل آزمایشگاهی و 14 نمونه رسوب غیرچسبنده با ابعاد 0.2 تا 4.4 میلی‌متر در سه شیب 0.5،‏ 1 و 1.5 درصد کانال و چهار شیب 0،‏ 8،‏ 16 و 24 درجه برای مجاری افقی و خروجی سیفون معکوس آزمایش‌های لازم انجام شد. با بکاربردن داده‌های آزمایشگاهی،‏ منحنی‌هایی برای شرایط خودتنظیفی در کانال و مجاری افقی و خروجی سیفون معکوس ایجاد گردید. سپس با استفاده از این منحنی‌ها و خصوصیات دانه‌بندی مواد معلق رودخانه کرخه در محل ایستگاه پای‌پل،‏ سرعت خودتنظیفی یا همان حداقل سرعت برای عدم ته‌نشینی ذره‌ای به قطر 2 میلی‌متر که بزرگ‌ترین ذره رسوب ورودی به کانال اصلی پای‌پل و سیفون‌های معکوس آن است،‏ به دست آمد.

چکیده مسئله نشت از نظر اثرات آن بر پایداری سد و هدررفت آب از مخزن یکی از مسائل مهم در طراحی،‏ اجرا و بهره‌برداری سدهای خاکی است. امروزه نرم‌افزارهای بسیاری ارائه شده که سعی در حل معادله نشت با روش‌های عددی دارند. در این مقاله سعی شده تا توانایی دو نرم‌افزار PLAXIS و MSEEP که در حل مسئله نشت در سدهای خاکی مورد کاربرد هستند،‏ ارزیابی و مقایسه شود. بدین منظور سد خاکی کرخه به عنوان مطالعه موردی انتخاب شد. نتایج کاربرد دو نرم‌افزار بالا نشان داد که قابلیت هر دو نرم‌افزار در شبیه‌سازی و برآورد میزان نشت بدنه سدهای همگن،‏ بالا بوده و خطای آن‌ها اختلاف معنی‌دار ندارد ولی در مورد سد کرخه که غیر‌همگن بوده و دارای پی چندلایه است،‏ خطای دو نرم‌افزار PLAXIS و MSEEP در شبیه‌سازی و برآورد نشت به‌ترتیب 3 و 50 درصد بوده است. این نتیجه قابلیت بالاتر مدل PLAXISرا برای حل مسائل پیچیده نشت نشان می‌دهد.

چکیده شبیه‌سازی جریان از مباحث اصلی هیدرولوژی است و برای مطالعه آن به طور معمول از مدل‌های بارش- رواناب استفاده می‌شود. در این پژوهش برای شبیه‌سازی جریان روزانه و ماهانه حوزه آبخیز معرف ناورود در استان گیلان از مدل IHACRES استفاده و کارآیی آن براساس معیارهای مختلف ارزیابی شد. نتایج نشان داد که مدل جریان روزانه و ماهانه را با دقت خوبی شبیه‌سازی می‌کند. در ضمن،‏ در مقایسه بین جریان روزانه و ماهانه،‏ نتایج شبیه‌سازی جریان ماهانه نسبت به روزانه دقیق‌تر بوده است. در مجموع با توجه به مقادیر خطا در حجم جریان،‏ مدل در مرحله واسنجی در دوره‌های روزانه و ماهانه جریان را کمتر از جریان مشاهداتی (به طور متوسط mm/y 20.2)،‏ شبیه‌سازی کرده ولی در مرحله اعتبارسنجی جریان را بیش از جریان مشاهداتی (به طور متوسط mm/y 77.5) شبیه‌سازی کرده است. طبق نتایج پژوهش،‏ در کل دوره آماری،‏ میزان بارش مؤثر به طور متوسط حدود دو سوم کل بارش حوزه آبخیز بوده است.

چکیده طراحی هیدرولیکی صحیح و دقیق سرریزها به‌عنوان یکی از اجزای اصلی سدها،‏ اهمیت زیادی در پایداری و ایمنی سدها دارد. تعیین مشخصه‌های هیدرولیکی جریان با مدل‌های فیزیکی،‏ نیاز به هزینه‌ و وقت زیاد دارد. در این پژوهش با حل عددی توابع پواسون جریان و فشار به روش المان محدود و با تحلیل مدل آشفتگی k-ε و مدل حجم سیال با استفاده از تکنیک حجم محدود،‏ جریان روی سرریز اوجی در حالت دو بعدی شبیه‌سازی شد. هم‌چنین نتایج حاصل از مدل‌های مذکور و مقادیر اندازه‌گیری شده با هم مقایسه شده و دقت مدل‌ها در تعیین پروفیل سطح آب و سرعت جریان بررسی شد. میانگین خطای نسبی محاسبه سرعت به ازای روش‌های المان محدود و حجم محدود به‌ترتیب 2.09% و 0.93% و میانگین خطای نسبی محاسبه پروفیل سطح آزاد آب به‌ترتیب 1.25% و 0.72% به دست آمد. نتایج نشان داد که روش حجم محدود در شبیه‌سازی هیدرولیک جریان عملکرد بهتری داشته است.

چکیده برآورد مقدار فشار در قسمت‌های مختلف پی سدها و کنترل نشت و نیروی بالابرنده از مهم‌ترین مسایلی است که در طراحی سدها مورد توجه متخصصین است. در این پژوهش رفتار هیدرولیکی پرده آب‌بند با عمق‌های نفوذ مختلف برای خاک با سه نوع ضریب آبگذری و دو لایه‌بندی به صورت آزمایشگاهی بررسی شد. مقادیر نشت و فشار پیزومتری در 28 نقطه از مدل فیزیکی به دست آمد. سپس جریان آب در همان شرایط خاک با مدل عددی seep/w شبیه‌سازی و مقادیر نشت و فشار برآورد شد. مقدار خطای مدل عددی در شبیه‌سازی فشار و نشت به‌ترتیب به طور متوسط 0.28 و 1.4 درصد بوده که نشان از هماهنگی خوب نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی است.

چکیده بهینه‌سازی بهره‌برداری تلفیقی از سیستم‌های آبی با در نظر گرفتن محدودیت‌های کیفی،‏ به واسطه پیچیدگی حل مسأله غیرخطی حاصله،‏ توسط پژوهشگران بیشتر در افق زمانی کوتاه‌مدت،‏ فرمول‌بندی و حل شده است. در این پژوهش،‏ یک مدل بهینه‌سازی بلند‌مدت بهره‌برداری تلفیقی در سطح حوضه آبریز،‏ با هدف حداکثرسازی قابلیت اطمینان بهره‌برداری از سیستم آبی و با در نظر گرفتن غلظت املاح محلول به‌‌عنوان شاخص کیفیت آب،‏ تدوین شده است. در مدل پیشنهادی،‏ با استفاده از تجزیه و هماهنگی بین بخش‌های مختلف مدل و با توسعه یک الگوریتم خطی‌سازی،‏ امکان مدل‌سازی و تحلیل سیستم‌های واقعی آبی بزرگ‌مقیاس (در مقیاس حوضه آبریز) در یک افق بلند‌مدت،‏ با هدف حداقل‌سازی کمبودهای مربوط به تخصیص کمیت و کیفیت آب فراهم شده است. نتایج کاربرد مدل بهینه‌سازی پیشنهادی در حوضه آبریز زاینده‌رود در یک دوره آماری 30 ساله (1380-1409)،‏ نشان‌دهنده امکان بهبود کیفیت آب در محل باتلاق گاوخونی تا 50% در ماه‌های کم‌آب و پرمصرف است. قواعد بهره‌برداری تجویزی مدل،‏ امکان تأمین آب با قابلیت اطمینان 68% در امتداد رودخانه زاینده‌رود را فراهم کرده‌اند. کاربرد مدل نشان‌‌دهنده بهبود معنی‌دار در تأمین آب با کیفیت مطلوب برای بخش‌های کشاورزی و محیط‌زیست است. البته ابعاد دقیق‌تر این مسأله باید در پژوهش‌های بعدی،‏ توسط مدل‌های ریزمقیاس‌تر مکانی و زمانی و با آرمان قرار‌دادن نتایج مدل بهینه‌سازی بلند‌مدت پیشنهاد‌شده در این پژوهش،‏ تعیین شوند.

چکیده در این پژوهش قسمتی از شبکه توزیع آب شهر لار به‌عنوان محدوده مطالعاتی برای محاسبه مقادیر حجم هدر رفت آب و شاخص‌های عملکرد نشت در شبکه انتخاب شد. با نصب کنتور مغناطیسی و دیتالاگر در ورودی شبکه مورد نظر و نصب فشارسنج‌های دیجیتال فشار و دبی در فواصل زمانی 15 دقیقه‌ای ثبت شد و شاخص‌های عملکرد نشت شامل ILI,UBRL,TIRL تعیین شدند. بر اساس نتایج این پژوهش هدررفت واقعی آب بین 18.7%-12.1% با میانگین 15.5%،‏ TIRL بین 188.5-97.2 با میانگین 147.5 لیتر در روز به ازای هر انشعاب،‏ UBRL بین 44.6-34.2 با میانگین 40 لیتر در روز به ازای هر انشعاب و ILI بین 4.2-2.8 با میانگین 3.6 است که بیانگر وضعیت نامطلوب شبکه آب است. مقدار متوسط نشت قابل بازیافت برای هر انشعاب 107.5 لیتر در روز به ازای هر انشعاب است که با توجه به تعداد انشعاب سرویس (18100)،‏ نشت قابل بازیافت در کل شبکه 710199 مترمکعب در سال است.

چکیده مدل ماسکینگام از جمله روش‌های روندیابی هیدرولوژیک است که دقت در تخمین پارامترهای آن بر هیدروگراف روندیابی شده،‏ به خصوص بر حداکثر مقدار سیلاب،‏ تأثیرگذار است. الگوریتم‌های فراکاوشی گزینه‌های مناسبی برای تعیین پارامترهای بهینه یا نزدیک به بهینه در مدل ماسکینگام هستند. در این مقاله،‏ الگوریتم بهینه‌سازی جهش قورباغه در دو مورد مطالعاتی آزمایشی و واقعی به کار رفته و مجموع مربعات و قدر مطلق انحرافات دبی روندیابی شده مشاهداتی و محاسباتی به عنوان تابع هدف و میزان انحراف دبی اوج مشاهداتی و محاسباتی به عنوان پارامتر مهم دخیل در هیدروگراف روندیابی شده سیلاب در نظر گرفته شده است. نتایج حاکی از آن است که استفاده از الگوریتم‌ بهینه‌سازی جهش قورباغه به ‌ترتیب سبب کاهش 0.03 و 0.40 درصدی در مجموع مربعات و قدر مطلق انحرافات دبی روندیابی شده مشاهداتی و محاسباتی نسبت به بهترین مقادیر موجود در مورد مطالعاتی آزمایشی و 3.67 و 0.27 درصدی در مورد مطالعاتی واقعی شده است. همچنین الگوریتم‌ بهینه‌سازی جهش قورباغه مقدار میزان انحراف دبی اوج مشاهداتی و محاسباتی محاسبه شده را به ترتیب در مورد مطالعاتی آزمایشی و واقعی به ترتیب 3.67 و 17.65 درصد نسبت به بهترین (کمترین) جواب گزارش شده بهبود داده است.

چکیده استخراج هیدروگراف سیل حوضه یکی از مهمترین موارد مطالعات هیدرولوژی درطراحی سازه‌‍‍‍‌های آبی در حوضه است. یکی از پرکاربردترین مدل‌های تجربی ارایه شده در این زمینه هیدروگراف واحد بدون بعد SCS است. همچنین مدل معروف دیگری توسط رو‍‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دریگوئز- ایتورب و همکاران در سال 1979 بنام هیدروگراف واحد ژئومورفولوژی (GIUH)‎ ارایه شد. این مدل با استفاده از عوامل کمی ژئومورفولوژی حوضه‌ها،‏ هیدروگراف سیل را بر اساس بارش طرح برآورد می‌کند. مطالعه حاضر برای مقایسه کارایی این دو روش در حوضه جونقان از زیرحوضه‌های کارون واقع در استان چهارمحال و بختیاری انجام شده است. با تهیه نقشه‌های DEM،‏ داده‌های ژئومورفولوژی حوضه استخراج و پس از شبیه‌سازی مدل‌ها،‏ کارایی نسبی آن‌ها مقایسه شد. میانگین خطای نسبی در برآورد دبی اوج در مدل SCS،‏ 22 و در مدل GIUH،‏ 11 درصد محاسبه شد. نتایج نشان می‌دهد مدل GIUH در برآورد دبی اوج سیلاب و همچنین زمان تا اوج سیلاب موفق‌تر از مدل SCS عمل کرده است.

چکیده شوری خاک یکی از مسایل مهم در کشاورزی است که در مناطق خشک و نیمه‌خشک،‏ حاصل‌خیزی خاک و تولید محصول را با مشکل روبرو می‌سازد. از این‌رو مطالعه شوری خاک اهمیت زیادی دارد و نیاز به استفاده از روش‌های مناسب برای پیش‌بینی و شبیه‌سازی شوری خاک برای کنترل و جلوگیری از توسعه آن ضروری است. در این پژوهش شبیه‌سازی زمانی و مکانی شوری خاک با استفاده از تلفیق زمین آمار و مدل کامپیوتری SaltMod انجام گرفت. به این منظور برای پیش‌بینی شوری خاک در دوره‌های زمانی 5 و 10 ساله از SaltMod استفاده شد و مقادیر شوری در 98 نقطه در اراضی پایاب سد حاجیلرچای خروانق واقع در شمال غرب ایران تعیین شدند. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان داد که در منطقه ریشه مقادیر شوری کمتر از dS/m ‎6.3  در دوره‌های 5 و 10 ساله روند افزایشی و مقادیر بیشتر از آن روند کاهشی دارند. از آنجاییکه مدل SaltMod توانایی بررسی مکانی داده‌ها را ندارد،‏ پس برای ارزیابی و تحقیق تغییرات مکانی شوری خاک در زمآن‌های موردنظر،‏ از نرم افزار GS+که دربردارنده روش‌های مختلف زمین آماری است استفاده شد. مقادیر شوری در نقاط نمونه‌برداری نشده تخمین و نقشه‌های مربوطه ترسیم شدند. روش‌های زمین آماری مورد استفاده شامل کریجینگ،‏ کوکریجینگ و فاصله وزنی معکوس بودند که برای ارزیابی روش‌ها،‏ روش ارزیابی تقاطعی با پارامترهای میانگین خطای مطلق (MAE)‎،‏ میانگین خطای انحراف (MBE)‎ و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)‎ استفاده شد.