پژوهش آب ایران

چکیده در شروع عملیات اجرایی پروژه انتقال آب از رودخانه کوهرنگ به چشمه مروارید به صورت پمپاژ یک مرحله‌ای،‏ کارفرما با مشکل زمان و هزینه زیاد برای سفارش و تهیه اجزاء اصلی طرح مانند پمپ‌های فشار قوی،‏ لوله های فولادی با فشار کار 40 اتمسفر و همچنین مخازن ضربه‌گیر روبرو شده بود. بنابراین در مراحل بازنگری طرح دو گزینه مطرح شد که از مهندسی ارزش برای مقایسه زمان ساخت و اجرا،‏ هزینه و میزان ضربه قوچ و مسائل مربوطه هر دو گزینه استفاده شد. در این مقاله،‏ ایستگاه پمپاژ و خط انتقال آن در شرایط پایدار و ناپایدار هیدرولیکی برای دو گزینه‌ پیشنهادی در نرم‌افزار Hammer مدل‌سازی شد. نتایج به دست‌ آمده نشان داد که اعمال مهندسی‌ارزش می‌تواند موجب حذف مخازن ضربه‌گیر و کاهش خطر ناشی از پدیده ضربه قوچ و همچنین کاهش حدود 20 تا 30 درصدی زمان و هزینه‌های تهیه و اجرای اجزاء مختلف طرح گردد.

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 برآورد دقیق بار معلق رودخانه‌ها در طراحی و بهره‌برداری پروژه‌های آبی مهم است. تخمین میزان رسوبات با روش‌های مرسوم مانند منحنی سنجه نتایج دقیقی را دربر ندارد. در این پژوهش مدل برنامه‌ریزی بیان ژن که شکل توسعه یافته برنامه‌ریزی ژنتیک است،‏ برای تخمین میزان رسوبات معلق به کار گرفته شد. از نتایج حاصل از این مدل با نتایج مدل‌های فازی- عصبی،‏ شبکه‌های عصبی و منحنی سنجه مقایسه شد. در این راستا،‏ داده‌های جریان رودخانه و رسوبات معلق در ایستگاه ونیار واقع بر روی رودخانه آجی‌چای در استان آذربایجان شرقی استفاده شد. پارامترهای آماری ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)‎ و ضریب تعیین (R²) برای ارزیابی دقت مدل‌ها استفاده شدند. نتایج حاصله نشان از عملکرد بهتر مدل برنامه‌ریزی بیان ژن در مقایسه با سایر مدل‌های مورد استفاده بود. برای داده‌های دوره آزمون اختلاف نسبی بین RMSE مدل برنامه‌ریزی بیان ژن با مدل‌های فازی- عصبی از نوع افراز شبکه،‏ فازی- عصبی از نوع دسته‌بندی تفریقی،‏ شبکه‌های عصبی و منحنی سنجه به‌ترتیب برابر 8،‏ 10،‏ 13 و 21 درصد بود. همچنین به ازای بهترین الگوی مورد استفاده در مدل،‏ مقدار R2 برای مدل برنامه‌ریزی بیان ژن،‏ فازی- عصبی از نوع افراز شبکه،‏ فازی- عصبی از نوع دسته‌بندی تفریقی،‏ شبکه‌های عصبی و منحنی سنجه به‌ترتیب برابر 0.93،‏ 0.84،‏ 0.88،‏ 0.86 و 0.81 به دست آمد.

چکیده در این پژوهش شرایط هیدروژئولوژی و زمین‏شناختی مکان‏های مخزن‌های ذخیره آب زیرزمینی و در نهایت نقطه‌های مناسب لایه‏های آبدار با تفسیر اندازه‏گیری‏های ژئوفیزیک در حاشیه رودخانه قره‏چای در شهرستان ساوه بررسی شد. سفره آب زیرزمینی در حاشیه و امتداد رودخانه قره‏چای عمیق و نیمه‌عمیق بوده و با پیشروی به سمت شمال و دور شدن از حاشیه رودخانه،‏ قطر عناصر رسوبی ‏ریزتر شده و املاح هادی نیز افزایش می‏یابد. با عنایت به نتایج مطالعات ژئوالکتریک و نقشه‏های تهیه شده،‏ منطقه‏های مناسب از نظر تشکیل مخزن آب‏زیرزمینی با ضخامت آبرفت 50 تا بیش از 60 متر و به‌خصوص خط‌القعر حوضه رسوبی با بیش‌ترین پتانسیل آب زیرزمینی مشخص شد. همچنین با پیشروی از منطقه مذکور به سمت ارتفاعات شمالی و جنوبی از عمق حوضه رسوبی کاسته شده و منطقه‌های با ضخامت رسوبات آبرفتی 20 متر و کمتر از آن پدیدار می‌شود.

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 در این پژوهش بر اهمیت شناخت دقیق پارامترهای جریان در مهندسی رودخانه برای پیش‌بینی و تحلیل فرایند‌های حاکم بر جریان بحث شده است. بدین منظور و با توجه به اهمیت سرعت جریان آب و تنش‌های برشی ناشی از آن بر فرسایش کناره ها و کف رودخانه،‏ از یک مدل عددی دو بعدی تحت عنوان CCHE2D برای شبیه‌‌سازی الگوی جریان در بازه‏ای از پیچانرود طبیعی (رودخانه خشکه‏رود فارسان در 30 کیلومتری غرب شهرکرد) استفاده شد. در این بررسی با استفاده از نقشه‌های توپوگرافی محدوده مورد مطالعه،‏ ابتدا هندسه مدل و شبکه محاسباتی با ابعاد مختلف،‏ تهیه و سپس بر اساس مشخصات اندازه‌گیری شده جریان،‏ مدل هیدرودینامیک دو بعدی متوسط عمق،‏ اجرا و نتایجی هم‌چون توزیع عمق و سرعت جریان در خم رودخانه استخراج شد. بر طبق نتایج به دست آمده،‏ داده‌های سرعت جریان آب محاسباتی و مشاهداتی در سه مقطع به‌ترتیب 0.9،‏ 0.914؛ 0.978،‏ 1.01 و 1.02،‏1.174 و داده‌های عمق آب محاسباتی و مشاهداتی در سه مقطع به‌ترتیب 0.937،‏ 1.016؛ 0.892،‏ 0.947 و 0.839،‏ 0.89 هستند که می‌توان نتیجه گرفت،‏ داده‌های شبیه‏سازی شده در مقایسه با داده‌های مشاهداتی شباهت زیادی دارند.

چکیده دانستن بهترین مقدار ضریب‌های جریان برگشتی از مصارف،‏ برای مدیریت بهینه تخصیص و بهره‌برداری از منابع آب در سطح حوضه آبریز ضروری است. هدف این پژوهش تخمین ضرایب جریان برگشتی از نیازهای شرب،‏ صنعت و کشاورزی سهم جریان سطحی از این جریان‌های برگشتی است. این کار به کمک فن واسنجی و استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام می‌شود. MODSIM یک مدل پشتیبان تصمیم مدیریت حوضه آبریز است که به‌عنوان مدل شبیه‌سازی استفاده شده است. در این پژوهش،‏ با استفاده از قابلیت سفارشی‌سازی مدل MODSIM،‏ یعنی کدنویسی به زبان ویژوال بیسیک (VB)‎ در درون مدل،‏ امکان واسنجی ضریب‌های مورد نظر فراهم شده است. واسنجی برای سه ترکیب مختلف تابع هدف انجام شد. نتایج نشان داد که مناسب‌ترین و منطقی‌ترین نتایج در حالت سوم واسنجی،‏ یعنی واسنجی با تابع هدف شامل RMSE جریان سطحی خروجی حوضه و RMSE تراز آبخوان حوضه حاصل شده است. ضریب‌های جریان برگشتی از نیازهای شرب،‏ صنعت و کشاورزی برای زیرحوضه شیان در غرب کشور به‌ترتیب 87،‏ 76 و 18 درصد به دست آمده 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 مدل‌های ماهانه بیلان آب (مدل‌های بارش- رواناب در مقیاس ماهانه) از ابزارهای اصلی در ارزیابی و برنامه‌ریزی بلند‌مدت منابع آب هستند. ساختار اصلی این مدل‌ها شامل معادلات پیوستگی ذخیره رطوبتی خاک،‏ آب زیرسطحی و در برخی مواقع آب زیرزمینی است. متغیرهای مورد توجه در مدل‌سازی حوضه‌های آبریز که به‌عنوان ورودی این مدل‌ها در نظر گرفته می‌شوند شامل رواناب سطحی،‏ بارش،‏ تبخیر و در برخی موارد،‏ دمای متوسط ماهانه حوضه هستند. با توجه به تعدد مجهو‌ل‌های معادلات مورد استفاده برای مدل‌سازی فرآیند ماهانه بیلان آبی،‏ استفاده از روابط کمکی اجتناب‌ناپذیر است. این معادلات به طور معمول تجربی بوده و به‌صورت پیش فرض در مدل‌های مختلف توصیه و استفاده شده‌اند. در این مقاله به بهینه‌سازی نوع رابطه‌های موجود در ساختار مدل بودیکو (Budyko)‎ که برای مدل‌سازی میزان مشارکت آب زیرزمینی در دبی پایه،‏ رطوبت خاک و میزان تبخیر استفاده شده‌اند،‏ اقدام شده است. مدل جدید همراه با ساختار معمول از مدل بودیکو مورد ارزیابی عدم قطعیت با روش GLUE قرار گرفته است. نتایج گویای بهبود نسبی شاخص‌های عملکردی مدل بهبود یافته در سه حوضه آبریز مختلف در مقایسه با روش‌های معمول بوده و از نظر عدم قطعیت نیز نتایج تا حدود زیادی برتری داشته است.

چکیده کمبود آب در مناطق خشک و نیمه‌خشک،‏ ارایه شیوه‌های تأمین آب از منابع در دسترس که تاکنون کم‌تر بدان توجه شده است را مهم‌تر کرده است. بهره‌برداری از جریان‌های زیر‌سطحی رودخانه‌ها با استفاده از سدهای زیرزمینی و آبگیر زیرسطحی از جمله مواردی است که در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. نمونه‌هایی از آن در عمل مورد استفاده قرار گرفته است،‏ ولی عملکرد این نوع آبگیر در آبدهی‌های مختلف رودخانه و محیط‌های متخلخل متفاوت ارزیابی نشده است. از این‌رو برای بررسی این عوامل بر میزان جریان انحرافی از بستر رودخانه،‏ یک مدل آزمایشگاهی ساخته شده و آزمایش‌های لازم انجام شد. نتایج نشان می‌دهد با افزایش دبی ورودی میزان جریان انحرافی از محیط متخلخل در ابتدا افزایش و به تدریج به یک مقدار ثابتی می‌رسد. اندازه ذرات محیط متخلخل بر میزان جریان انحرافی تأثیر زیادی داشته به طوری که با افزایش اندازه ذرات،‏ جریان انحرافی روند افزایشی نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد بدون حضور دیوار آب‌بند راندمان آبگیری 40 درصد کاهش می‌یابد. هم‌چنین با استفاده از نتایج آنالیز ابعادی و آزمایشگاهی رابطه‌ای برای تعیین میزان جریان انحرافی ارایه شد.

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 با توجه به محدودیت منابع آب و آگاهی از اینکه،‏ در حدود 40% از زمین‌های جهان،‏ به‌صورت دیم اداره می‌شوند،‏ بهبود مدیریت زراعت دیم،‏ جایگاه خاصی دارد. هدف اصلی این پژوهش،‏ بررسی اثرات و تغییرات بارش بر میزان عملکرد سالانه گندم دیم می‌باشد. برای این کار،‏ تمامی ترکیبات زمانی محتمل بارش در نظر گرفته شده و میزان تأثیر هر یک از دوره‌های مختلف بارش در سه فصل اصلی زراعی (پاییز،‏ زمستان،‏ بهار) بر میزان عملکرد سالانه محصولات گندم دیم بررسی شد،‏ مؤثرترین دوره بارش بر عملکرد سالانه گندم دیم مشخص و بر مبنای آن رابطه رگرسیونی بارش مؤثر- عملکرد سالانه تعریف و محاسبه شد و برای ارزیابی،‏ مقادیر عملکرد سالانه محصول گندم با استفاده از روش توابع توزیع منطبق بر عملکرد سالانه محاسبه شده و با نتایج عملکرد سالانه روش رگرسیون بارش مؤثر- عملکرد سالانه مقایسه شد. نتایج نشان داد،‏ مؤثرترین دوره بارش بر عملکرد سالانه گندم دیم در تمامی حالت‌ها،‏ مربوط به بازه زمانی 10 فروردین تا 17 اردیبهشت است و نیز روش رگرسیون بارش مؤثر- عملکرد سالانه در تخمین عملکرد سالانه دیم،‏ نتایجی مشابه با روش توابع توزیع عملکرد سالانه محصول (ضریب همبستگی دو روش 99%) ارایه می‌دهد.

چکیده مفهوم بهره‌وری آب کشاورزی برای سیاست‌گذاران بخش آب و غذا در سطوح وسیع و حوضه آبریز دشت اهمیت دارد. همین امر لزوم استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور را گوشزد می‌کند که طی دهه‌های گذشته به شدت در مطالعات به کار برده می‌شوند. این تحقیق در پایین‌دست شبکه دشت قزوین انجام شده است،‏ با استفاده از تصاویر MODIS و AVHRR مقادیر تبخیر- تعرق و ماده خشک تولیدی واقعی با استفاده از الگوریتم سبال محاسبه شد. در انجام این تحقیق از چهار تصویر بدون ابر AVHRR و MODIS که تطابق زمانی با داده‌های لایسی‌متری دارد،‏ استفاده شد. در اجرای الگوریتم سبال در تصاویر به طور همزمان نرم‌افزارهای ENVI و ILWIS به کار گرفته شد. نتایج حاصل از الگوریتم در هر چهار تصویر با یکدیگر و با داده‌های لایسی‌متر زهکش‌دار موجود در منطقه در هر چهار روز به طور جداگانه ارزیابی شد. مقایسه مقادیر تبخیر- تعرق به دست آمده از تصاویر با داده‌های لایسی‌متر،‏ دقت نتایج به دست آمده از تصاویر بدون ابر MODIS و AVHRR را به ترتیب R²=0.92 و R²=0.81 برآورد کرده‌ است. پس دقت تصاویر MODIS در برآورد تبخیر- تعرق و بهره‌وری آب با استفاده از الگوریتم سبال بیشتر است. متوسط بهره‌وری آب کشاورزی برای گندم در دشت قزوین از تصاویر MODIS دارای مقدار 0.76 و در تصاویر AVHRR دارای مقدار 1.03 کیلوگرم در متر مکعب و از داده‌های لایسی‌متر 0.9 کیلوگرم بر متر مکعب به دست آمده‌اند.

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 در این مقاله،‏ برای تهیه نقشه پهنه‌بندی پتانسیل آسیب‌پذیری آبخوان دشت بروجن- فرادنبه،‏ روش دراستیک (DRASTIC)‎،‏ یکی از کاربردی‌ترین روش‌های همپوشانی،‏ به کار گرفته شده است. نقشه پایه پهنه‌بندی آسیب‌پذیری آبخوان دشت،‏ حاصل از تلفیق نقشه‌های رستری هفت‌گانه پارامترهای مدل دراستیک (عمق آب زیرزمینی،‏ تغذیه،‏ محیط آبخوان،‏ نوع خاک،‏ توپوگرافی،‏ اثر منطقه غیراشباع و هدایت هیدرولیکی) در محیط GIS،‏ نشان می‌دهد که شاخص دراستیک بین 98 تا 181 متغیر بوده و به ترتیب در حدود 53،‏ 15،‏ 7 و 25 درصد از سطح منطقه دارای آسیب‌پذیری ذاتی کم،‏ متوسط،‏ زیاد و خیلی ‌زیاد می‌باشد. در ادامه تحقیق رتبه‌بندی و وزن‌بندی پارامتر‌ها بر اساس غلظت نیترات در آب‌های زیرزمینی دشت،‏ اصلاح شد. نتایج نشان می‌دهد که مدل اصلاح شده دراستیک بهتر از روش استاندارد می‌تواند استفاده می‌شود. ضریب همبستگی پیرسون بین غلظت نیترات آب‌های زیرزمینی و شاخص آسیب‌پذیری بعد از اصلاح از 47 درصد به 80 درصد افزایش پیدا کرد. نقشه نهایی پهنه‌بندی آسیب‌پذیری نشان می‌دهد که حدود 32،‏ 38،‏ 12 و 18 درصد مساحت آبخوان دارای پتانسیل آسیب‌پذیری کم،‏ متوسط،‏ زیاد و خیلی زیاد است.