پژوهش آب ایران

چکیده خشکسالی یکی از رخدادهای طبیعی است که اثرات قابل توجهی بر زندگی انسان و اکوسیستم دارد. پیش‌بینی شاخص­های خشکسالی، نظیر شاخص بارش استاندارد شده (SPI) برای ارزیابی این پدیده یک موضوع مهم و کلیدی در مدیریت منابع آب است. مطالعة حاضر با ارائة نسخة جدیدی از مدل حافظة طولانی کوتاه‌مدت (LSTM) تحت عنوان LSTM همکارانه و همچنین توسعة الگوریتم ژنتیک باینری به پیش‌بینی شاخص بارش استاندارد شده می‌پردازد. نخست با استفاده از الگوریتم ژنتیک باینری پارامترهای مدل واسنجی می‌شوند. سپس این الگوریتم بهترین پارامترهای ورودی را از بین سیگنال­های بزرگ مقیاس اقلیمی با تأخیرهای مختلف انتخاب می‌نماید. پس از آن نسخه جدیدی از مدل LSTM ساخته می‌شود که دارای سه اتصال وزنی بیشتر نسبت به مدل LSTM اولیه می‌باشد. این اتصال‌های وزنی، اطلاعات را از حافظة مدل به دریچه‌های مدل انتقال می‌دهند. در مطالعة حاضر، مدل جدید LSTM با مدل­های شبکة عصبی چندلایه (MLP)، شبکة عصبی شعاعی (RBFNN) و رگرسیون چندگانه (MLR) مقایسه شد. نتایج بیانگر آن بود که مدل LSTM همکارانه مقدار شاخص تطابق ویلموت (Willmott) سایر مدل­ها را به میزان 1/2-1/6 درصد، 1/1-1/5 درصد و 1/1-2/5 درصد به‌ترتیب برای پیش­بینی خشکسالی‌های سه‌ماهه، شش‌ماهه و نه‌ماهه بهبود می‌بخشد. مدل LSTM همکارانه مقدار شاخص RMSE سایر مدل‌ها را 2/0درصد برای پیش‌بینی شاخص SPI-3 کاهش داده است. علاوه بر این، الگوریتم ژنتیک باینری پارامترهای مدل­های پیش‌بینی‌کننده را به طور دقیق تنظیم می‌نماید. مدل LSTM همکارانه همچنین خروجی‌هایی را تولید می‌نماید که عدم قطعیت کمتری نسبت به سایر مدل­های پیش‌بینی کننده دارند

چکیده کیفیت آب رودخانه‌ها و پایش آن از نظر محیط زیست و کشاورزی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش به‌منظور کاهش پارامترهای ارزیابی کیفیت آب رودخانه از تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) و برای شبیه‌سازی تاثیر کاربری اراضی و بارندگی بر برخی از خصوصیات آب رودخانه زاینده‌رود از شبکه عصبی مصنوعی (ANN) استفاده شد. برای این منظور برخی اطلاعات مربوط به کیفیت آب 12 ایستگاه در مسیر رودخانه جمع‌آوری شده و تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی برای کاهش آرایه‌های داده اصلی مؤثر بر کیفیت آب رودخانه زاینده‌رود اعمال شد. پس از استخراج کاربری اراضی و بارندگی در حوضه زاینده‌رود مدل‌سازی اثر این دو فاکتور روی برخی از خصوصیات آب رودخانه (۴۶۰۸ عدد) با استفاده از الگوریتم پس‌انتشار انجام و میانگین مربعات خطا محاسبه شد. نتایج آنالیز PCA نشان داد که شش مؤلفه اول 78/94 درصد کل واریانس را شامل می‌شود. در نتایج مدل ANN ضریب تعیین کل معادل ۷۹/۰ و مجذور متوسط مربعات خطا برابر ۲۰/۰ برآورد شد. نتایج نشان داد ضریب تعیین برای SAR، TDS، EC و Na به‌ترتیب ۸۸/۰، ۸۴/۰، ۸۳/۰ و ۸۳/۰ است که نشان‌دهنده دقت بالای پیش‌بینی‌های مدل است. نتایج ضریب نش-ساتکلیف نیز برای همه فاکتورهای اندازه‌گیری شده (به جز pH، CO3 و دبی) مناسب و بالای ۶/۰ بدست آمد. این مقدار نشان می‌دهد که مدل توانسته است به خوبی تغییرات مشاهده‌شده را توجیه کند و پیش‌بینی‌های نسبتاً دقیقی ارائه دهد

چکیده در سال‌های اخیر، استفاده از روش‌های نوین فوتواکسیداسیون پیشرفته برای گندزدایی آب و فاضلاب به منظور تأمین نیازهای روزافزون با کمترین ترکیبات مضر ثانویه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این پژوهش با هدف بررسی گندزدایی آب آلوده به باکتری E. coli با استفاده از سطوح (شامل بخش داخلی لوله استیل، ورق استیل خش‌دار و توری استیل) لایه‌نشانی شده با نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم (TiO₂) تحت فرآیندهای فوتوکاتالیستی انجام شد. تأثیر دوز مصرفی نانوذرات به مقدار 5، 10، 15 و 35 میلی‌گرم بر سانتی‌مترمربع بر راندمان حذف باکتری‌ها در شرایط آزمایشگاهی بررسی گردید. آب خالص آلوده به باکتری با غلظت اولیه تقریباً CFU/ml 10⁹ تحت تابش UV با توان 6 وات ارزیابی شد. نتایج نشان داد که روش لایه‌نشانی TiO₂ روی توری استیل با دوز 10 میلی‌گرم بر سانتی‌مترمربع همراه با تابش UV روش بهینه است ؛ به طوری که پس از 30 دقیقه، راندمان حذف 96/99% به‌دست آمد. تحلیل‌های آماری نشان داد که مدل سینتیک شبه‌درجه اول به خوبی با داده‌های اندازه‌گیری شده انطباق دارد. بیشترین مقدار k به ترتیب برای لایه‌نشانی درون لوله استیل و روی توری استیل به‌دست آمد. این نتایج نشان‌دهنده اثر قابل‌توجه دوز نانوذرات و شرایط لایه‌نشانی در راندمان گندزدایی است

چکیده محیط متخلخل از خلل و فرجی تشکیل شده است که می‌توانند مانند فیلتر در فرآیند جداسازی مواد عمل کنند. شبیه‌سازی رفتار جریان در محیط متخلخل موجب درک بهتری از فرآیند فیلتراسیون می‌شود. بنابراین هدف این پژوهش، بررسی عوامل مؤثر بر جریان عبوری سیال از لوله‌ای با دیواره متخلخل است. شبیه‌سازی این لوله متخلخل به صورت عددی با روش دینامیک سیال محاسباتی در نرم‌افزار Ansys Fluent انجام شده است. برای تحلیل نتایج از معادلات کوپل شده ناویر استوکس و دارسی در لوله متخلخل استفاده شد. نتایج نشان داد که عدد رینولدز تأثیر قابل‌توجهی بر عملکرد جریان در لوله متخلخل دارد. زمانی که عدد رینولدز مرتبط با تراوش سیال از دیواره متخلخل برابر با صفر بود، پروفیل سرعت جریان عبوری از لوله در شبیه‌سازی و داده‌های حاصل از منبع علمی دیگر تطابق خوبی داشتند. همچنین، در عدد رینولدز 1/0، اختلاف بین دو حالت تنها 03/0 درصد بود که نشان‌دهنده دقت بالای شبیه‌سازی و اعتبارسنجی مناسب نتایج است. همچنین بررسی اثر ضخامت‌های مختلف دیواره لوله، تخلخل و طول لوله بر پروفیل سرعت نشان داد ضخامت دیواره لوله و اعمال تخلخل‌های مختلف از 2/0 تا 8/0 برخلاف عدد رینولدز اثر معنی‌داری بر رفتار جریان سیال از لوله ندارد و با اعمال طول‌های مختلف لوله از 6/0 تا 4/2 متر مشخص شد با افزایش طول لوله اختلاف سرعت جریان بین نواحی نزدیک به دیواره و محور لوله کاهش یافته و در مجموع، سرعت جریان کاهش می‌یابد. در لوله‌ با دیواره نفوذناپذیر، کاهش سرعت در نزدیکی دیواره بیشتر است، در حالی که در لوله با دیواره متخلخل، جریان تراوشی از دیواره باعث ایجاد نیروی جبرانی شده و از افت شدید سرعت جلوگیری می‌کند .همچنین، برخلاف عدد رینولدز، ضخامت‌های مختلف دیواره لوله بر پروفیل سرعت و رفتار جریان سیال، تأثیر قابل‌توجهی ندارد.

چکیده مطالعه الگوهای جوی بزرگ مقیاس که تأثیر معنی‌داری بر شرایط اقلیمی کشور دارند می‌تواند به شناخت عوامل تغییرات آب و هوایی و پیش‌آگاهی از پدیده‎‌های زیانبخش جوی مانند ترسالی و خشکسالی‌ کمک کند. در این مطالعه به بررسی اثر پدیده‌های نوسان جنوبی (SO) و نوسان اطلس شمالی (NAO) بر فراوانی وقوع و شدت رودخانه­های جوی پرداخته شد. رودخانه­های جوی مسیرهای بلند و باریکی هستند که حدود 90 درصد رطوبت جو را در عرض­های میانی زمین با خود حمل می­کنند. در این پژوهش از کمیت شار بخار آب تجمعی (IVT) با استفاده از داده‌های بازتحلیل ERA5 در ماه‌های پربارش در کشور (نوامبر تا می) در بازه 1979 تا 2020 با گام­های زمانی 6 ساعته برای شناسایی رودخانه­های جوی استفاده شد. نتایج نشان داد که درصد وقوع رودخانه­های جوی در فازهای خنثیSO و NAO به­ترتیب 81/55 و 11/67 درصد می­باشد. فراوانی وقوع رودخانه‌های جوی در کشور در فاز منفی SO یا النینو، 26 درصد و در فاز مثبت NAO بسیار بیشتر (4 برابر) از فاز منفی این پدیده است. این نتیجه با مطالعات گذشته که این دو فاز را با ترسالی­های کشور مرتبط دانسته‌اند همخوانی دارد. بررسی شدت رودخانه‌های جوی که با شاخص IVT سنجیده شد نیز نشان داد که شدت این پدیده در فاز‌های منفی SO و مثبت NAO بیشتر است.

چکیده آب‌های زیرزمینی در مناطق خشک و نیمه‌خشک مانند آبخوان مشهد-چناران با چالش‌های مختلفی از جمله برداشت بی‌رویه، تغییرات اقلیمی و خشکسالی‌ مواجه‌اند. در این پژوهش، روند تغییرات عمق آب زیرزمینی این منطقه با استفاده از داده‌های سری زمانی ۳۶ پیزومتر بین سال‌های ۱۳۶۷ تا ۱۳۹۹ تحلیل شد. آزمون‌های من-کندال اصلاح‌شده و شیب سن و آزمون پتیت برای بررسی روند عمق آب و نقاط شکست سری زمانی به‌کار گرفته شدند. شاخص استاندارد سطح آب زیرزمینی (SGI) برای تحلیل خشکسالی آب زیرزمینی محاسبه و تأثیر تغییرات کاربری اراضی و خشکسالی هواشناسی با استفاده از شاخص خشکسالی پالمر (PDSI) بر تغییرات عمق آب‌زیرزمینی و خشکسالی آن بررسی شد. نتایج نشان داد بیشتر پیزومترها دارای روند افزایشی عمق آب زیرزمینی بوده و یک چهارم پیزومترها افزایش عمقی با مقدار شیب بالاتر از یک متر در سال را داشته‌اند. در شهر مشهد، به دلیل آب‌های انتقالی از خارج حوضه، برخی پیزومترها کاهش عمق را نشان دادند. شاخص SGI نشان داد که در تعداد قابل توجهی از پیزومترها خشکسالی آب زیرزمینی در بین سال‌های ۱۳۸۰ تا ۱۳۸۵ شروع و در طی سال‌های بعدی همچنان تشدید شده است. در طی ۲۰ سال، از سال ۱۳۷۸، کاربری شهری در محدوده آبخوان حدوداً دو برابر شده و به حدود ۷۴۵ کیلومتر مربع رسیده که تأثیر این موضوع در برخی پیزومترهای این مناطق مشخص است. تعدادی از پیزومترهایی که در مناطقی با تمرکز افزایش کاربری شهری قرار گرفته‌اند، شیب افزایش عمق نسبتاً بالایی (بالاتر از یک متر در سال) را داشته‌اند. کاربری کشاورزی، به عنوان کاربری غالب در این محدوده، حدود ۱۶۷ کیلومتر مربع افزایش داشته است، اما پراکندگی این افزایش باعث شده که تأثیر آن بر پیزومترها کمتر قابل مشاهده باشد. محاسبه همبستگی SGI و PDSI نشان داد که در بیشتر پیزومترها همبستگی بالایی وجود ندارد، که این امر نشان‌دهنده نقش پررنگ فعالیت‌های انسانی در افت سطح آب زیرزمینی منطقه است.

چکیده سرریزهای کنگره‌ای در بازه‌ای از رودخانه که دارای محدودیت عرض باشد برای افزایش ظرفیت عبور جریان استفاده می‌شوند. در این پژوهش فرسایش پایین‌دست سرریزهای کنگره‌ای و اثر تراکم بستر رسوبی و غیریکنواختی دانه‌بندی بر آب‌شستگی بررسی شد. آزمایش‌ها در یک فلوم شیشه‌ای به طول ۱۰ متر و عرض ۸۰ سانتی‌متر و در سه دبی 5، 10 و 15 لیتر بر ثانیه انجام گرفت. سرریز کنگره‌ای با L/W برابر با 2 و ارتفاع 35 سانتی‌متر ساخته شد. برای انجام آزمایش‌ها دو نوع رسوب یکنواخت (A) و غیریکنواخت (B) با قطر میانه 2 میلی‌متر درنظرگرفته شد. عمق پایاب در آزمایش‌ها 11 سانتی‌متر و زمان تعادل 6 ساعت در نظر گرفته شد. بررسی‌ها نشان داد که بیشینه عمق آب‌شستگی در نزدیکی محل اتصال سرریز به دیواره کانال رخ می‌دهد و با تغییر هد آب بالادست، مکان آب‌شستگی تغییر خاصی نمی‌کند. همچنین، بیشینه دوم آب‌شستگی در نزدیک دماغه سرریز رخ داد. با افزایش دبی، میزان آب‌شستگی بیشینه تا 68 درصد افزایش را در رسوب A و تراکم 80 درصد نشان داد. با افزایش تراکم از 80 به 90 درصد، تا حدودی عمق آب‌شستگی کاهش یافت، اما در دبی زیاد، تراکم اثرگذاری خود را از دست داد. همچنین بررسی‌ها نشان داد که غیریکنواخت بودن رسوب B سبب شده است که فرسایش کمتری نسبت به رسوب یکنواخت A داشته باشد، به‌طوری‌که در دبی بیشینه، رسوب B نسبت به رسوب A، 20 درصد کاهش آب‌شستگی را نشان داد.

چکیده پایداری پل‌ها در برابر عوامل هیدرولیکی مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از اجزای پل‌ها، پایه‌های آن‌ها هستند که در اندرکنش با جریان رودخانه، دچار آب‌شستگی می‌شوند. در حالتی‌که دبی رودخانه قابل توجه است و جریان به‌صورت تحت فشار از زیر عرشه پل عبور می­کند، آب‌شستگی ناشی از آن می‌تواند متفاوت از جریان با سطح آزاد باشد. این مطالعه به آب‌شستگی انقباضی پایه پل دوتایی در زمان سیلاب با و بدون حضور عرشه پل می‌پردازد. همچنین در پژوهش حاضر تأثیر چیدمان پایه­های دوتایی به صورت عمود بر جهت جریان و همچنین موازی با جریان بر مشخصات جریان و آب‌شستگی بررسی شده است. همچنین با استفاده از مدل‌سازی عددی به بررسی جریان و آب‌شستگی اطراف این پایه­ها پرداخته شد. برای این منظور از نرم­افزار FLOW-3D و مدل آشفتگی RNG استفاده شده است. نتایج نشان داد که وجود عرشه پل اثر قابل توجهی بر وضعیت جریان اطراف پایه­ها و مقدار آب‌شستگی در اطراف پایه­ها دارد. افزایش عمق آب‌شستگی در حالت حضور عرشه پل 2 برابر بیشتر از حالت جریان با سطح آزاد است. همچنین سرعت بیشینه جریان در حالت جریان تحت فشار با حضور عرشه پل 35/2 برابر حالت جریان با سطح آزاد است. علاوه بر این چیدمان پایه­ها نیز در الگوی جریان، مقدار آب‌شستگی، الگوی آب‌شستگی، مشخصات جریان و آشفتگی آن مؤثر است.