فهرست مطالب

پژوهش آب ایران - پیاپی 14 (بهار و تابستان1393)

مجله پژوهش آب ایران
پیاپی 14 (بهار و تابستان1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/07/27
  • تعداد عناوین: 26
|
  • امیر بهرامی، حسینعلی بهرامی*، شاهرخ زندپارسا، محمد محمودیان شوشتری، محمد بای بوردی صفحات 1-8
    سطح ویژه فاکتوری است که می تواند ویژگی های ریزمقیاس را به ویژگی های درشت مقیاس فیزیکی و شیمیایی در محیط های متخلخل ارتباط دهد. منحنی مشخصه رطوبتی خاک یکی از ویژگی های هیدرولیکی و بنیادی آن است که بیان کمی آن برای مدل سازی جریان آب، جذب آب با ریشه گیاهان و انتقال نمک ها در بخش غیراشباع خاک مهم است. در این مطالعه اثر سطح ویژه ذرات خاک بر منحنی مشخصه رطوبتی آن در 30 نمونه خاک بررسی شد. سطح ویژه ذرات خاک با روش BET اندازه گیری شد. برای مشخص کردن منحنی مشخصه رطوبتی خاک، از دستگاه صفحات فشاری استفاده شد. نتایج نشان داد که سطح ویژه ذرات خاک با مقادیر رطوبت های اندازه گیری شده متناظر با فشارهای اعمال شده به صفحات فشاری دارای همبستگی مثبت و معنی دار در سطح یک درصد بود. همچنین سطح ویژه ذرات با مقادیر رطوبت های اشباع و باقیمانده برآورد شده از رابطه ون گنوختن در سطح یک درصد همبستگی مثبت و معنی داری نشان داد، اما با مقادیر پارامترهای α و n رابطه ون گنوختن همبستگی معنی داری نشان نداد.
    کلیدواژگان: رطوبت خاک، ویژگی های هیدرولیکی، سطح ویژه، منحنی مشخصه
  • حجت الله اروانه، فریبرز عباسی* صفحات 9-17
    این پژوهش برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل AquaCrop برای کلزا رقم هایولا 401 در شرایط مزرعه ای انجام شد. آزمایش ها در یک خاک سیلتی لوم در منطقه دهلران استان ایلام با روش آبیاری جویچه ای و آرایش دو ردیف کاشت روی پشته تحت مدیریت کشاورزان در دو مزرعه چهار مزرعه A)) و یک هکتاری مزرعه B)) انجام شدند. بدین منظور در آذر ماه سال 1389 اقدام به کشت کلزا کرده و اندازه گیری های لازم از جمله اجزای بیلان آب، اندازه گیری مراحل رشد و توسعه گیاه تا زمان برداشت محصول انجام شد. از داده های اندازه گیری شده در مزرعه A برای واسنجی و از داده های مزرعه B برای اعتبار سنجی مدل استفاده شد. مقدار آب مصرفی (تبخیر و تعرق گیاه) و عملکرد دانه کلزا در فصل زراعی مربوطه برای مزرعه چهار هکتاری به ترتیب m3/ha 4269 و kg/ha1837، و برای مزرعه یک هکتاری، مقدار آب مصرفی m3/ha 3812 و عملکرد kg/ha 1509 با مدل برآورد شد. کارایی مصرف آب با مدل AquaCrop، در مزرعه های A و B به ترتیب 43 /0 و 39 /0 کیلوگرم بر مترمکعب برآورد شد که سازگاری خوبی با مقادیر اندازه گیری شده در مزرعه های مورد مطالعه داشت (0/44 و 0/43 kg/m3 به ترتیب در مزارع A و B). مدل عملکرد محصول، تغییرات رطوبت خاک، عمق توسعه ریشه و وزن اندام هوایی را به خوبی در مزرعه های مورد مطالعه پیش بینی کرد.
    کلیدواژگان: دهلران، کلزا، کارایی مصرف آب، AquaCrop
  • ایمان سبززاده*، سعید علیمحمدی، مجتبی شوریان صفحات 19-28
    دانستن بهترین مقدار ضریب های جریان برگشتی از مصارف، برای مدیریت بهینه تخصیص و بهره برداری 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 جریان های برگشتی است. این کار به کمک فن واسنجی و استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام می شود. MODSIM یک مدل پشتیبان تصمیم مدیریت حوضه آبریز است که به عنوان مدل شبیه سازی استفاده شده است. در این پژوهش، با استفاده از قابلیت سفارشی سازی مدل MODSIM، یعنی کدنویسی به زبان ویژوال بیسیک (VB) در درون مدل، امکان واسنجی ضریب های مورد نظر فراهم شده است. واسنجی برای سه ترکیب مختلف تابع هدف انجام شد. نتایج نشان داد که مناسب ترین و منطقی ترین نتایج در حالت سوم واسنجی، یعنی واسنجی با تابع هدف شامل RMSE جریان سطحی خروجی حوضه و RMSE تراز آبخوان حوضه حاصل شده است. ضریب های جریان برگشتی از نیازهای شرب، صنعت و کشاورزی برای زیرحوضه شیان در غرب کشور به ترتیب 87، 76 و 18 درصد به دست آمده است.
    کلیدواژگان: مدل MODSIM، ضریب جریان برگشتی
  • الهه فلاح مهدی پور، امید بزرگ حداد* صفحات 29-38
    منحنی های فرمان بهره برداری مخزن رابطه هایی هستند که می توانند با استفاده از تجربه های قبلی سامانه میان پارامترهای سامانه و نیاز در هر دوره نوعی تعادل برقرار کنند. این رابطه ها شامل متغیرهایی مانند جریان ورودی، ظرفیت ذخیره و مقدار رهاسازی از مخزن هستند که به طور معمول به وسیله ضریب های ثابت با الگوهای خطی و غیرخطی از پیش تعیین شده، با یکدیگر ارتباط دارند. در سال های اخیر، الگوریتم های تکاملی به شکل عام و الگوریتم ژنتیک به شکل خاص در توسعه منحنی های فرمان بهره برداری بهینه با الگوی از پیش تعیین شده به کار رفته اند. برنامه ریزی ژنتیک یک الگوریتم تکاملی بر پایه الگوریتم ژنتیک است که قادر به محاسبه منحنی های فرمان بهره برداری بدون استفاده از الگوی بهره برداری بهینه از پیش تعیین شده است. در این مقاله، ابتدا، منحنی های فرمان درجه یک و دو وابسته به جریان ورودی و حجم مخزن های کرج و بازفت به ترتیب با هدف های بهره برداری تامین نیازهای پایین دست و تولید انرژی برقابی استخراج شده است. سپس، منحنی های فرمان بهره برداری حاصل از برنامه ریزی ژنتیک بدون قالب از پیش تعیین شده، ریاضی به دست آمده و با نتایج قسمت قبل، مقایسه شده است. توابع هدف منحنی های حاصل از برنامه ریزی ژنتیک در مقایسه با منحنی های فرمان درجه یک و دو حاصل از الگوریتم ژنتیک در تامین نیازهای پایین دست به ترتیب 12/39 و 7/29 درصد بهبود داشته است. به طور مشابه، در تولید انرژی برقابی به ترتیب 51/62 و 47/76 درصد بهبود در توابع هدف منحنی های فرمان درجه یک و دو ایجاد شده است.
    کلیدواژگان: سامانه مخزن، رنامه ریزی ژنتیک، منحنی های فرمان، برنامه ریزی ژنتیک
  • محمد علی قربانی*، یوسف حسن زاده، حکیمه اسدی، پیمان یوسفی صفحات 39-45
    به دلیل اهمیت برآورد ابعاد هیدروگراف واحد در حوضه های آبریز، روش های مختلفی برای تخمین آن توسعه یافته است. مدل تابع انتقالTF)) به دلیل حذف مقادیر منفی، پایدارسازی نوسانات و تعداد کم پارامترهای لازم، به تازگی مورد توجه پژوهشگران است. با تخمین پارامترهای این مدل، مقادیر هیدروگراف واحد به دست آمده و سپس رواناب خروجی نیز برآورد می شود. برای ارزیابی قابلیت تابع انتقال، دو رویداد از حوضه آبریز لیقوان در ایران و دو رویداد از حوضه آبریز پوتوماک در آمریکای شمالی بررسی و نتایج به دست آمده با نتایج روش کلاسیک حداقل مربعات مقایسه شده است. نتایج نشان داد که مدل تابع انتقال در استخراج هیدروگراف واحد و هیدروگراف جریان ضمن کاهش نوسانات و پوشش مقادیر منفی تولید شده، مربعات با ضریب های تعیین0/99 برای رویدادهای حوضه لیقوان و 0/98 برای حوضه پوتوماک، دارای دقت خوبی بوده و می توان این روش نوین را در سایر حوضه ها به کار برد.
    کلیدواژگان: مدل تابع انتقال، حوضه آبریز لیقوان، حوضه آبریز پوتوماک، هیدروگراف واحد
  • عبدالرضا کبیری سامانی*، مسعود آقاجان عبدالله، سید رضا حجازی طاقانکی صفحات 47-54
    تخمین دقیق ضریب دبی جریان در سرریزهای جانبی برای طراحی هیدرولیکی صحیح و هم چنین اقتصادی این سازه ها مهم است. در این راستا در این پژوهش به مطالعه جامع ویژگی های هیدرولیکی سرریزهای جانبی لبه تیز منقاری در پلان با استفاده از مدل داده محور عصبی- فازی تطبیقی پرداخته شده است. خروجی مورد بررسی در این پژوهش ضریب دبی جریان است. تست های همبستگی در خصوص ارتباط پارامترهای مختلف موثر بر ضریب دبی نشان داد که استقلال مناسب بین پارامترهای موثر بر ضریب دبی جریان وجود دارد. نتایج نشان داد که در میان پارامترهای بی بعد موثر بر ضریب دبی جریان سرریزهای جانبی منقاری، تاثیر زاویه راس سرریز از سایر متغیرهای ورودی بیش تر است. آنالیز خطا نشان داد که در میان کلیه روش های ارایه شده برای تخمین ضریب دبی جریان در سرریزهای منقاری جانبی روش امیراقلو و همکاران بیش ترین میزان خطا و مدل عصبی- فازی تطبیقی ارایه شده در این پژوهش کم ترین میزان خطا را دارند. بنابراین مدل عصبی- فازی تطبیقی در مقایسه با رابطه های پیشنهاد شده توسط پژوهشگران دیگر، دارای اطمینان بالاتری است.
    کلیدواژگان: ضریب تخلیه جریان، _ مدل عصبی، فازی تطبیقی، سرریز جانبی منقاری، مدل عصبی فازی تطبیقی
  • محمدرضا نیک پور*، زینب سلمانی جلودار، علی حسین زاده دلیر، هادی ثانی خانی، فریناز شجاع صفحات 55-63
    طراحی هیدرولیکی صحیح و دقیق سرریزها به عنوان یکی از اجزای اصلی سدها، اهمیت زیادی در پایداری و ایمنی سدها دارد. تعیین مشخصه های هیدرولیکی جریان با مدل های 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 شبیه سازی شد. هم چنین نتایج حاصل از مدل های مذکور و مقادیر اندازه گیری شده با هم مقایسه شده و دقت مدل ها در تعیین پروفیل سطح آب و سرعت جریان بررسی شد. میانگین خطای نسبی محاسبه سرعت به ازای روش های المان محدود و حجم محدود به ترتیب 2/09% و 0/93% و میانگین خطای نسبی محاسبه پروفیل سطح آزاد آب به ترتیب 1/25% و 0/72% به دست آمد. نتایج نشان داد که روش حجم محدود در شبیه سازی هیدرولیک جریان عملکرد بهتری داشته است.
    کلیدواژگان: خطای نسبی، حل عددی، سرریز، هیدرولیک جریان، مدل آشفتگی
  • پیمان ورجاوند*، ساناز پوراسکندر، داود فرسادی زاده، اعظم مسعودی صفحات 65-75
    برآورد مقدار فشار در قسمت های مختلف پی سدها و کنترل نشت و نیروی بالابرنده از مهم ترین مسایلی است که در طراحی سدها مورد توجه متخصصین است. در این پژوهش رفتار هیدرولیکی پرده آب بند با عمق های نفوذ مختلف برای خاک با سه نوع ضریب آبگذری و دو لایه بندی 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 شبیه سازی و مقادیر نشت و فشار برآورد شد. مقدار خطای مدل عددی در شبیه سازی فشار و نشت به ترتیب به طور متوسط 0/28 و 1/4 درصد بوده که نشان از هماهنگی خوب نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی است.
    کلیدواژگان: پی مطبق، فشار پیزومتری، نشت، پرده آب بند، Seep، W
  • بهزاد رهنما*، محسن ناصری، بنفشه زهرایی صفحات 77-86
    مدل های ماهانه بیلان آب (مدل های بارش- رواناب در مقیاس ماهانه) از ابزارهای اصلی در ارزیابی و برنامه ریزی بلند مدت منابع آب هستند. ساختار اصلی این مدل ها شامل معادلات پیوستگی ذخیره رطوبتی خاک، آب زیرسطحی و در برخی مواقع آب زیرزمینی است. متغیرهای مورد توجه در مدل سازی حوضه های آبریز که به عنوان ورودی این مدل ها در نظر گرفته می شوند شامل رواناب سطحی، بارش، تبخیر و در برخی موارد، دمای متوسط ماهانه حوضه هستند. با توجه به تعدد مجهو ل های معادلات مورد استفاده برای مدل سازی فرآیند ماهانه بیلان آبی، استفاده از روابط کمکی اجتناب ناپذیر است. این معادلات به طور معمول تجربی بوده و به صورت پیش فرض در مدل های مختلف توصیه و استفاده شده اند. در این مقاله به بهینه سازی نوع رابطه های موجود در ساختار مدل بودیکو Budyko)) که برای مدل سازی میزان مشارکت آب زیرزمینی در دبی پایه، رطوبت خاک و میزان تبخیر استفاده شده اند، 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 شاخص های عملکردی مدل بهبود یافته در سه حوضه آبریز مختلف در مقایسه با روش های معمول بوده و از نظر عدم قطعیت نیز نتایج تا حدود زیادی برتری داشته است.
    کلیدواژگان: تحلیل عدم قطعیت، بودیکو (Budyko)، تشخیص ساختار بهینه، GLUE، _ مدل بیلان آبی ماهانه
  • رضا رستمی جونقانی*، علی نقی ضیایی، کاظم اسماعیلی، حسین انصاری، سعیدرضا خداشناس صفحات 87-96
    کمبود آب در مناطق خشک و نیمه خشک، ارایه شیوه های تامین آب از منابع در دسترس که تاکنون کم تر بدان توجه شده است را مهم تر کرده است. بهره برداری از جریان های زیر سطحی رودخانه ها با استفاده از سدهای زیرزمینی و آبگیر زیرسطحی از جمله مواردی است که در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. نمونه هایی از آن در عمل مورد استفاده قرار گرفته است، ولی عملکرد این نوع آبگیر در آبدهی های مختلف رودخانه و محیط های متخلخل متفاوت ارزیابی نشده است. از این رو برای بررسی این عوامل بر میزان جریان انحرافی از بستر رودخانه، یک مدل آزمایشگاهی ساخته شده و آزمایش های لازم انجام شد. نتایج نشان می دهد با افزایش دبی ورودی میزان جریان انحرافی از محیط متخلخل در ابتدا افزایش و به تدریج به یک مقدار ثابتی می رسد. اندازه ذرات محیط متخلخل بر میزان جریان انحرافی تاثیر زیادی داشته به طوری که با افزایش اندازه ذرات، جریان انحرافی روند افزایشی نشان می دهد. نتایج نشان می دهد بدون حضور دیوار آب بند راندمان آبگیری 40 درصد کاهش می یابد. هم چنین با استفاده از نتایج آنالیز ابعادی و آزمایشگاهی رابطه ای برای تعیین میزان جریان انحرافی ارایه شد.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، محیط متخلخل، _ سیستم زهکشی، آبگیر زیرسطحی
  • اکبر کریمی*، محمدرضا نیکو، رضا کراچیان، اکبر مختارپور صفحات 97-108
    بهینه سازی بهره برداری تلفیقی از سیستم های آبی با در نظر گرفتن محدودیت های کیفی، به واسطه پیچیدگی حل مساله غیرخطی حاصله، توسط پژوهشگران بیشتر در افق زمانی کوتاه مدت، فرمول بندی و حل شده است. در این پژوهش، یک مدل بهینه سازی بلند مدت بهره برداری تلفیقی در سطح حوضه آبریز، با هدف حداکثرسازی قابلیت اطمینان بهره برداری از سیستم آبی و با در نظر گرفتن غلظت املاح محلول به عنوان شاخص کیفیت آب، تدوین شده است. در مدل پیشنهادی، با استفاده از تجزیه و هماهنگی بین بخش های مختلف مدل و با توسعه یک الگوریتم خطی سازی، امکان مدل سازی و تحلیل سیستم های واقعی آبی بزرگ مقیاس (در مقیاس حوضه آبریز) در یک افق بلند مدت، با هدف حداقل سازی کمبودهای مربوط به تخصیص کمیت و کیفیت آب فراهم شده است. نتایج کاربرد مدل بهینه سازی پیشنهادی در حوضه آبریز زاینده رود در یک دوره آماری 30 ساله (1380-1409)، نشان دهنده امکان بهبود کیفیت آب در محل باتلاق گاوخونی تا 50% در ماه های کم آب و پرمصرف است. قواعد بهره برداری تجویزی مدل، امکان تامین آب با قابلیت اطمینان 68% در امتداد رودخانه زاینده رود را فراهم کرده اند. کاربرد مدل نشان دهنده بهبود معنی دار در تامین آب با کیفیت مطلوب برای بخش های کشاورزی و محیط زیست است. البته ابعاد دقیق تر این مساله باید در پژوهش های بعدی، توسط مدل های ریزمقیاس تر مکانی و زمانی و با آرمان قرار دادن نتایج مدل بهینه سازی بلند مدت پیشنهاد شده در این پژوهش، تعیین شوند.
    کلیدواژگان: حوضه آبریز زاینده رود، بهره برداری تلفیقی، مدیریت کمیت، کیفیت آب، _ بهینه سازی غیرخطی
  • یوسف رمضانی*، مهدی قمشی، سید حبیب موسوی جهرمی صفحات 109-117
    شکست پل ها ناشی از آب شستگی در تکیه گاه آن ها اهمیت مطالعه در مورد پیش بینی عمق آب شستگی را روشن می کند. بیش تر تکیه گاه پل ها در دشت سیلابی هستند. هم چنین، یکی از موارد متداول در یک دشت سیلابی وجود پوشش گیاهی است. در مقطع های مرکب توزیع سرعت و تنش برشی غیر یکنواخت است و نمی توان نتایج حاصل از کانال های مستطیلی را برای آن ها به کار برد. در این پژوهش، بر اساس داده های آزمایشگاهی، آنالیز ابعادی و رگرسیون غیر خطی چندمتغیره، یک رابطه بدون بعد برای پیش بینی عمق آب شستگی تکیه گاه پل با دیواره عمودی واقع در دشت سیلابی دارای پوشش گیاهی با مقطع مرکب ارایه شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد توافق خوبی بین عمق آب شستگی مشاهده شده و عمق آب شستگی پیش بینی شده با رابطه پیشنهادی وجود دارد. برای رابطه ارایه شده، ضریب همبستگی 0/94 و ریشه میانگین مربعات خطا 0/79 سانتی متر است.
    کلیدواژگان: دشت سیلابی، _ تکیه گاه پل، پوشش گیاهی، آب زلال، آب شستگی
  • سعیده رمضانی*، سید حسین هاشمی صفحات 119-126
    رودخانه های حله، شاپور و دالکی از مهم ترین رودخانه های استان های فارس و بوشهر در ایران هستند. در این پژوهش برای ارزیابی کیفیت آب رودخانه های حله، شاپور و دالکی، داده های پانزده پارامتر کیفیت آب در چهار فصل زمستان 1386 تا پاییز 1387 در 24 ایستگاه سازمان حفاظت محیط زیست با روش تحلیل عاملی چندمتغیره تحلیل شدند. مقادیر ویژه به دست آمده از تجزیه پارامترهای ارزیابی شده به عوامل اصلی نشان داد پنج عامل اول حدود 83 درصد تغییرات بین ایستگاه ها را توجیه می کنند. پارامترهای هدایت الکتریکی، سختی کل، استرانسیم، درصد اشباع اکسیژن محلول، درجه حرارت آب و نیترات مربوط به عامل اول با 26/167 درصد واریانس؛ آهن، منگنز و کدورت مربوط به عامل دوم با 16/133 درصد واریانس؛ و سزیم و لیتیم مربوط به عامل سوم با 15/276 درصد واریانس؛ مهم ترین پارامترهای اثرگذار بر تغییرات کیفیت آب به دست آمدند. شاخص ترکیبی محاسبه شده و نتیجه رتبه بندی ایستگاه ها نشان دادایستگاه های تنگ چوگان، سرخون و چشمه ساسان بهترین کیفیت و ایستگاه های شکستیان، بنه جابری و درگاهی که تحت تاثیر سازندهای تبخیری، گنبدهای نمکی، چشمه های شور، فعالیت های کشاورزی و چشمه های گوگردی هستند، بدترین کیفیت را دارند. نتایج نشان داد که تکنیک تحلیل عاملی می تواند به عنوان یک روش مناسب برای تعیین مهم ترین پارامترهای تاثیرگذار و هم چنین رتبه بندی کیفیت آب در ایستگاه های پایش استفاده شود.
    کلیدواژگان: شاخص ترکیبی، کیفیت آب، _ تحلیل عاملی، رتبه بندی کیفیت آب
  • محمدرضا بازرگان لاری*، فراز مدیری، محمدرضا نیکو صفحات 127-135
    امنیت آب از مسایل مهمی است که می تواند در پی تزریق یک آلاینده سمی در آب شرب یک شهر به عنوان نمونه در پی یک حمله تروریستی به خطر افتد. در صورتی که که شبکه فاقد یک مدیریت مناسب امنیت باشد، آسیب دیدگان چنین حادثه ای می تواند تمام جمعیت یک شهر باشند. در مطالعات پدافند غیرعامل، اولین گام در هر سامانه هشدار و کنترل آلودگی تشخیص سریع منبع آلودگی است. در این راستا، از مشاهده های پایش برای تشخیص منبع آلودگی استفاده می شود. تعیین تعداد بهینه نقطه های پایش لازم و بهترین چیدمان آن ها از مسایل پیچیده ای است که به نقطه های پتانسیل تزریق آلودگی عمدی، مقدار و خصوصیات آلاینده تزریقی وابسته است. بهترین سامانه پایش، سامانه ای است که در آن اول نقطه ها لازم برای پایش شبکه، دوم جمعیت تحت تاثیر در لحظه تشخیص و سوم تعداد حالت های عدم تشخیص، به طور همزمان کمینه شوند. در این پژوهش برای تعیین منحنی تبادل بین هدف ها متضاد مذکور، الگوریتم تکاملی چند هدفه سریع NSGA-II با مدل شبیه ساز EPANET تلفیق شده و از تحلیل مونت کارلو در لحاظ عدم قطعیت ها در تزریق آلودگی استفاده شده است. هم چنین در تعیین نقطه تعادل منحنی تبادل به دست آمده، از مدل رفع اختلاف نش به کار گرفته شده است. برای نشان دادن کارایی و توانایی روش پیشنهادی، شبکه آب شهر لامرد شبیه سازی شده و بهترین نقطه های پایش برای این شهر تعیین شده است.
    کلیدواژگان: NSGA، II، EPANET، پدافند غیرعامل، سامانه اعلام خطر، شبکه توزیع آب
  • عباس خاشعی سیوکی *، بیژن قهرمان، مهدی کوچک زاده صفحات 137-146
    دشت نیشابور دراستان خراسان رضوی با شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک و با تکیه بر منابع آبی زیرزمینی یکی از قطب های مهم تولیدات زراعی کشور محسوب می شود. در این پژوهش با مدل بیلان آب زیرزمینی معادلات لازم برای تخمین نوسانات سطح آب تعیین شد. در ادامه به دلیل زیاد بودن متغیرهای تابع هدف در بهینه سازی مصرف آب، با روش های فراکاوشی و هوشمند PSO که نیاز به محاسبات کم تر و کارآیی بیش تر نسبت به دیگر روش ها دارند الگو و تراکم کشت بهینه محصولات زراعی منطقه مطالعاتی تعیین شد. نتایج مدل بر مبنای یک سال نرمال نشان داد که برای به حداقل رساندن افت سطح آب، در صورت وقوع بارش برابر میانگین بارش سالانه منطقه، کشاورزان فقط مجاز به برداشت 359 میلیون مترمکعب از آبخوان دشت نیشابور در طول سال هستند که با این حجم آب باید 59706 هکتار از اراضی دشت را فاریاب کرد که 48789 هکتار کم تر از وضع موجود است. به طوری که 48802 هکتار از ارضی تحت کشت محصولات را کاهش داد و فقط 183 هکتار به اراضی گوجه فرنگی افزود.
    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، PSO، _ دشت نیشابور، الگو و تراکم کشت
  • سیدمحسن صفوی، ابراهیم امیری تکلدانی*، محمد جواد منعم، عاطفه پرورش ریزی صفحات 147-154
    از بین سازه های هیدرولیکی، سازه های کنترلی با تنظیم سطح آب تاثیرزیادی در بالابردن راندمان و کاهش مصرف آب دارند. به دلیل تنوع سازه های هیدرولیکی و روش های مختلف بهره برداری، مدل های مختلفی برای کنترل و تعیین رفتار جریان هنگام به کارگیری سازه های مختلف توسعه یافته اند. در این مطالعه مدل هیدرولیکی CanalMan، برای شبیه سازی عملکرد سازه های کنترل در شبکه آبیاری فومنات درغرب استان گیلان به کار برده شده است. برای انجام شبیه سازی، کانال 19BP در واحد عمرانی 2F شبکه فومنات انتخاب شده و برای بررسی وضعیت کانال، بازدیدهایی قبل از شروع فصل آبیاری انجام شد. هم چنین بازدیدهایی پس از شروع آبیاری برای مشاهده نحوه بهره برداری از کانال و سازه های موجود در آن و نیز انجام اندازه گیری های لازم برای کسب اطلاعات مورد نیاز برای اجرای شبیه سازی به عمل آمد. در ادامه عملکرد سازه های کنترلی آمیل، دریچه قطاعی و سرریز نوک اردکی در مدل شبیه سازی شدند تا مناسب ترین سازه از نظر هیدرولیکی برای کنترل سطح آب در کانال موردنظر انتخاب شود. با استفاده از شاخص های مولدن و گیتس مشاهده شد که سازه آمیل با کسب مقادیر متوسط 100، 82 و 27 درصد به ترتیب برای شاخص های راندمان، کفایت و عدالت تحویل، بهترین سازه تنظیم برای کنترل و تنظیم جریان در کانال مورد نظر است.
    کلیدواژگان: سازه های تنظیم، مدل هیدرولیکی CanalMan، شبکه آبیاری، شبکه فومنات
  • ناهید پورعبد الله *، تورج هنر، روح الله فتاحی صفحات 155-164
    پرش هیدرولیکی یکی از انواع جریان های متغیر سریع است که در آن جریان از حالت فوق بحرانی به زیر بحرانی تغییر می یابد و با استهلاک انرژی زیاد همراه است. در این پژوهش، خصوصیات پرش هیدرولیکی شامل طول پرش و طول غلتاب پرش در حوضچه آرامش با شیب کف منفی مختلف (صفر، 0/6-، 1/3- و 2- درصد) با سه نوع زبری متفاوت (1، 4 و 10 میلی متر) بررسی شد. نتایج نشان داد که مقادیر طول پرش و طول غلتاب پرش در یک حوضچه آرامش با شیب کف منفی و با بستر زبر نسبت به حالت افقی کاهش پیدا می کند. این زبری ها در شرایط متفاوتی با عددهای فرود در محدوده بین 4/9 تا 7/8 آزمایش شدند. در این پژوهش به طور متوسط کاهش طول پرش 39/6 درصد و طول غلتاب پرش 32/3درصد به دست آمد.
    کلیدواژگان: طول غلتاب پرش، پرش هیدرولیکی، کف شیب دار، _ زبری، طول پرش
  • اشکان شکری*، امید بزرگ حداد صفحات 165-173
    آلودگی های مخزن ها، می توانند به صورت ناگهانی با عوامل انسان ساخت عمدی و غیرعمدی یا عوامل طبیعی وارد مخزن ها شده و باعث ایجاد بحران شوند. اما با وجود آسیب های ناشی از ورود آلودگی ناگهانی، تاکنون توجه کمی به این گونه اتفاقات شده است. آسیب های ناشی از ورود آلودگی به مخزن ها، به دو صورت می تواند سامانه منابع آب را تحت تاثیر قراردهد: (1) آسیب هایی که به سبب عدم استفاده از آب به مصرف کنندگان وارد می شود و (2) آسیب هایی که به سبب استفاده از آب آلوده گریبان گیر مصرف کنندگان می شود. این دو آسیب در مقابل یکدیگر قرار گرفته اند. به همین دلیل انجام مدیریت صحیح ضروری است. پس در این پژوهش، راهکار های مدیریت بحران ایجاد شده از ورود 30 متر مکعب آلودگی MTBE به صورت ناگهانی به مخزن سد کرج بررسی می شود. بدین منظور مدل بسط داده شده بر مبنای مدل CE-QUAL-W2 به نحوی توسعه داده شده است که توانایی شبیه سازی MTBE را داشته باشد. هم چنین برای یافتن تصمیم های بهینه، از الگوریتم تلفیقی بهینه سازی دو هدفهNSGAII-ALANN، استفاده شده است. پس از حل مساله به عنوان مثال، اگر آلودگی در ابتدای تابستان وارد مخزن شود، با استفاده از یکی از سیاست های بهینه استخراج شده، با 36% کاهش میزان برآورده ساختن نیاز، در کل آلودگی خروجی60% و بیش ترین غلظت خروجی 76% کاهش ایجاد شد. هم چنین این نتایج برای فصل زمستان به ترتیب %38، %51 و %67 هستند. در فصل های دیگر نیز نتایج مشابه به دست آمده اند.
    کلیدواژگان: بحران کیفیت آب، بهره برداری از مخزن، بهینه سازی چندهدفه، الگوریتم تلفیقی NSGAII، ALANN، شبیه سازی MTBE
  • محسن نصرآبادی*، صالح ریاحی، حسین صمدی بروجنی صفحات 175-185
    آگاهی از نحوه توزیع رسوبات معلق برای محاسبه میزان دبی بار معلق در آبراهه ها مهم است، به این دلیل که در جریان های آبرفتی با عمق زیاد، به طور تقریبی80 درصد کل بار رسوبی را رسوبات معلق تشکیل می دهند. تاکنون رابطه های زیادی برای برآورد توزیع غلظت رسوبات معلق در مجاری باز توسط پژوهشگران مختلف توسعه یافته است. در این پژوهش، ضمن تحلیل و بررسی کامل این معادلات، با استفاده از مهم ترین شاخص های آماری ارایه شده، معادله بهینه از میان 9 معادله تجربی مورد بررسی انتخاب شده است. برای واسنجی عملکرد هر یک از این معادلات، از معتبرترین داده های آزمایشگاهی موجود استفاده شده است. نتایج این پژوهش بیانگر این است که معادله اینشتین و شن (1952) با RMSE=0.048، R2=0.988، EF=0.988، and ME=0.086 دارای دقت خوبی در تخمین توزیع غلظت رسوبات معلق است و بیش ترین تطابق را با داده های آزمایشگاهی دارد. در عوض، معادلات مک تیگو و ویلیس برای داده های مورد استفاده کم دقت ترین معادلات هستند و استفاده از آن ها توصیه نمی شود.
    کلیدواژگان: دبی بار معلق، تحلیل آماری، معادله راوس، _ توزیع غلظت رسوبات معلق
  • مهدی مردیان*، جواد وروانی، شیخ واحد بردی، علی نجفی نژاد صفحات 187-194
    به دلیل کمبود امکانات، نظارت و بازبینی پیوسته دبی رسوب در بیش تر رودخانه ها ممکن نیست و به طور معمول از معادله سنجه برای برآورد رسوب دهی استفاده می شود. در این میان، افزودن متغیرهای وابسته به زمان برای افزایش صحت و دقت برآورد معادله سنجه ضروری است. در این پژوهش، با استفاده از معادله 7 پارامتری کوهن و همکاران، انواع روابط دبی- رسوب چندمتغیره برای پنج ایستگاه هیدرومتری شامل قزاقلی، پونل، کشور، گلینک و بند شاه عباسی در محدوده سال های 1381-1347 تهیه شد و به کمک شاخص های صحت و دقت، معادله بهینه رسوب هر ایستگاه ارزیابی شد. هم چنین چگونگی ارتباط مقادیر شاخص های دقت و صحت با برخی از خصوصیات فیزیوگرافی حوضه بررسی شد. طبق نتایج، متوسط شاخص صحت و دقت ایستگاه های مطالعاتی به ترتیب برابر 1/958 و 3/488 است که نشان از کارایی خوب معادلات رسوب چندمتغیره دارد. هم چنین دبی متوسط سالانه بیش ترین همبستگی را با شاخص صحت و دقت نشان داد که این همبستگی را می توان به بالا بودن تعداد نمونه برداری ها ربط داد.
    کلیدواژگان: مدل رگرسیونی، شاخص دقت، بار رسوب، شاخص صحت، چندمتغیره
  • پیمان ورجاوند*، داود فرسادی زاده، علی حسین زاده دلیر، ناصر شکری، سید حسین حسینی، پیام خسروی نیا صفحات 195-204
    پایین افتادگی سطح آب در کانال یا بالارفتن سطح ایستابی باعث تغییر در رژیم رطوبتی خاک اطراف کانال شده و شیب های بدنه کانال را تخریب می کند. در این پژوهش با استفاده از مدل عددی و فیزیکی پایداری شیب جانبی کانال خاکی با دو شیب بدنه مختلف با وجود سطح ایستابی بررسی شد. سپس نصب پرده آب بند به عنوان روش کنترل، تحلیل شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که سطح نشت و فشار پیزومتریک نزدیک سطح خاک دو عامل مهم در پایداری شیب جانبی کانال خاکی است. برای کنترل تخریب در شیب تندتر خاک پرده آب بند باید تا زیر تراز کف کانال پیش رود ولی در مورد شیب های ملایم تر دیوار جانبی کانال عمق نفوذ آن تا تراز کف کانال کافی است. هم چنین مدل عددی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی با دقت خوبی پارامترهای فشار کل، دبی و خط فریاتیک را شبیه سازی کرد، به طوری که متوسط خطا در برآورد دبی و فشار کل در مدل عددی نسبت به نتایج آزمایشگاهی به ترتیب 5/66% و 2/08% به دست آمد.
    کلیدواژگان: پرده آب بند، سطح نشت، فشار پیزومتریک، _ سطح ایستابی، خط فریاتیک
  • حمیده افخمی*، محمدتقی دستورانی صفحات 205-209
    امروزه مدل های مختلف هوش محاسباتی توانایی بالایی را در پیش بینی سری های زمانی از خود نشان داده اند. هدف اصلی این مقاله ارزیابی کارایی شش مدل شبکه عصبی مصنوعی در شبیه سازی بارش و به دنبال آن خشکسالی در ایستگاه یزد است تا مدل با بالاترین کارایی شناسایی شود. برای ارزیابی کارایی مدل نیز از دو پارامتر ریشه مربعات خطا و ضریب اطمینان استفاده شد. نتایج نشان دادند ساختارهای دینامیک شبکه عصبی شامل دو شبکه برگشتی و برگشتی با تاخیر زمانی به ترتیب با ضریب کارایی 0/77 و 0/78 در پیش بینی ها، کارایی بهتری را از خود نشان داده اند و در نهایت مدل برگشتی با تاخیر زمانی به عنوان مدل برتر شناسایی شد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، ایستگاه هواشناسی یزد، پیش بینی خشکسالی، شبکه عصبی مصنوعی
  • حامد تقی زاده*، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری صفحات 211-215
    سرریز های سه جانبی از جمله مجرا های تخلیه کننده سد ها بوده که با وجود محدودیت های هیدرولیکی، در شرایط خاص توپوگرافی به عنوان بهترین انتخاب مطرح می شوند. تلفات زیاد انرژی، تلاطم و آشفتگی جریان و اعمال ضربه های نوسانی شدید آب بر کف و دیواره های کانال جانبی از جمله شرایط نامناسب هیدرولیکی در این سرریز ها هستند. در این نوشتار نرم افزار FLOW-3D میدان جریان سه بعدی بر روی سرریز و آب پایه در انتهای کانال جانبی، به صورت عددی و با استفاده از مدل آشفتگی RNG(k-e) شبیه سازی و بررسی شده است. مقایسه نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که این مدل قابلیت پیش بینی الگوی سه بعدی جریان مزبور را دارد، اما در محل تشکیل گرده ماهی در داخل کانال جانبی که ناشی از برخورد سفره های جریان عمودی و جانبی است، مقادیر عددی کم تر از مقادیر آزمایشگاهی به دست آمده است. این موضوع را می توان به نوسانات و اغتشاشات بیش از اندازه جریان در این ناحیه ارتباط داد. هم چنین مقایسه نتایج عددی توزیع فشار در کف کانال جانبی با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که مدل عددی مقادیر فشار در کف کانال جانبی را کم تر از مقادیر آزمایشگاهی برآورد کرده است.
    کلیدواژگان: مدل سازی عددی، FLOW، 3D، _ سرریز سد جره، روش حجم محدود
  • حسن گلیج*، مهدی قمشی صفحات 217-222
    جریان های غلیظ در اثر اختلاط دو جریان با دانسیته متفاوت ایجاد می شوند. موقعی که جریان با دانسیته بالا به توده سیال ساکن برخورد می کند، جریان غلیظ به درون سیال ساکن نفوذ کرده و باعث ایجاد عمق غوطه وری می شود. در این پژوهش پارامترهای هیدرولیکی جریان غلیظ و هم چنین شیب بستر سیال ساکن که بر نقطه غوطه وری تاثیرگذار است، بررسی شده است. در تمامی آزمایش ها ارتفاع غوطه وری در دبی های مختلف از سیال غلیظ و تفاوت دانسیته 6، 9، 13 و 16 گیلوگرم بر مترمکعب برای سه شیب 8، 12 و 16 درصد اندازه گیری شد. به طور کلی نتایج نشان داد که شیب اثر چندانی بر روی ارتفاع نقطه غوطه وری ندارد. با افزایش دبی ورودی جریان غلیظ به درون مخزن با دانسیته مشخص، مقدار ارتفاع نقطه غوطه وری برای شیب های مختلف افزایش می یابد. سپس با استفاده از آنالیز ابعادی پارامترهای موثر بر ارتفاع نقطه غوطه وری، رابطه ای برای ارتفاع نقطه غوطه وری بر حسب پارامترهای موثر به دست آمد. بررسی مقایسه ای داده های حاصل از رابطه با داده های اندازه گیری شده، نشان داد که رابطه به دست آمده، داده های واقعی را با دقت خوبی برآورد می کند. اختلاف نسبی بین داده های به دست آمده از رابطه این پژوهش و داده های اندازه گیری شده0/91 درصد است. هم چنین داده های حاصل از رابطه به دست آمده، در مقایسه با داده های حاصل از رابطه های پژوهشگران دیگر، همگرایی بیشتری بین داده های واقعی ایجاد می کند.
    کلیدواژگان: نقطه غوطه وری، جریان غلیظ، آنالیز ابعادی، مدل آزمایشگاهی
  • سمانه سهرابی*، امید بزرگ حداد صفحات 223-228
    با توجه به محدودیت منابع آب و آگاهی از اینکه، در حدود 40% از زمین های جهان، به صورت دیم اداره می شوند، بهبود مدیریت زراعت دیم، جایگاه خاصی دارد. هدف اصلی این پژوهش، بررسی اثرات و تغییرات بارش بر میزان عملکرد سالانه گندم دیم می باشد. برای این کار، تمامی ترکیبات زمانی محتمل بارش در نظر گرفته شده و میزان تاثیر هر یک از دوره های مختلف بارش در سه فصل اصلی زراعی (پاییز، زمستان، بهار) بر میزان عملکرد سالانه محصولات گندم دیم بررسی شد، موثرترین دوره بارش بر عملکرد سالانه گندم دیم مشخص و بر مبنای آن رابطه رگرسیونی بارش موثر- 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 موثر- عملکرد سالانه مقایسه شد. نتایج نشان داد، موثرترین دوره بارش بر عملکرد سالانه گندم دیم در تمامی حالت ها، مربوط به بازه زمانی 10 فروردین تا 17 اردیبهشت است و نیز روش رگرسیون بارش موثر- عملکرد سالانه در تخمین عملکرد سالانه دیم، نتایجی مشابه با روش توابع توزیع عملکرد سالانه محصول (ضریب همبستگی دو روش 99%) ارایه می دهد.
    کلیدواژگان: رگرسیون، بارش موثر، دیم، تغییرات بارش، عملکرد سالانه
  • مسعود نوشادی، مسلم راستی صفحات 229-232
    در این پژوهش قسمتی از شبکه توزیع آب شهر لار به عنوان محدوده مطالعاتی برای محاسبه مقادیر حجم هدر رفت آب و شاخص های عملکرد نشت در شبکه انتخاب شد. با نصب کنتور مغناطیسی و دیتالاگر در ورودی شبکه مورد نظر و نصب فشارسنج های دیجیتال فشار و دبی در فواصل زمانی 15 دقیقه ای ثبت شد و شاخص های 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 40/0 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.
    کلیدواژگان: هدررفت، شبکه توزیع آب، شاخص های عملکرد نشت، شهر لار
|
  • A. Bahrami, H. A. Bahrami, Sh. Zandparsa, M. Mahmoudian Shoushtari, M. Baybordi Pages 1-8
    The total specific surface area is a factor that can relate micro-scale properties to macro-scale physical and chemical properties of a porous medium. Soil moisture characteristic curve (SMCC) is a fundamental and hydraulic feature of the soil; it is a very important quantitative expression in modeling water flow, water uptake by plants root, and transported salt at run off in the unsaturated soils. In this study, the effects of soil specific surface area (SSSA) on soil characteristic curve was evaluated in 30 soil samples. The SSSA was measured by using the BET method and also pressure plate apparatus was used to measure the soil moisture characteristic curve. Analysis of data showed positive significant correlation between SSSA with measured soil moisture values corresponding to pressures exerted by pressure plates (p<0.01). Also, it showed that this particles feature has been significantly correlated with saturation and residual moistures estimated by van Genuchten model; while a negative non significant correlation was found between SSSA with α and n amounts in the van Genuchten model.
    Keywords: Characteristic curve, Hydraulic properties, Soil moisture, Specific surface area
  • H. Arvaneh, F. Abbasi* Pages 9-17
    In this study, the AquaCrop model was calibrated and validated to estimate yield and water productivity of canola (cultivar Hyola 401) under farm conditions. The experiments were carried out in two farms with an area of one (field A) and four (field B) hectares with a silty loam soil under furrow irrigation in Dehloran, Ilam province. Seeds were planted in both fields during November 10 to 21, 2010. Field data including water balance components, plant growth and development stages, biomass and yield were measured during the growing season. The data collected from field A were used for model calibration and the data collected from field B were used for model validation. Amount of consumed water and grain yield for the four-hectare farm (field A), were 426.9 mm and 1900 kg/ha, respectively. They were 381.2 mm and 1650 kg/ha for one-hectare farm (field B). The model predicted the yield for the fourhectare and one-hectare farms 1837 and 1509 kg, respectively. The measured value of water use efficiency (WUE) for the fields A and B were 0.44 and 0.43 kg/m3 while the predicted values by AquaCrop model were 0.43 and 0.39 kg/m3, respectively. The obtained results showed a good agreement between measured and predicted values of soil water content, root depth and biomass in the studied fields.
    Keywords: AquaCrop, Canola, Dehloran, Water use efficiency
  • I. Sabzzadeh*, S. Alimohammadi, M. Shourian Pages 19-28
    Determining the accurate values of the return flow fraction from different uses is essential for optimal allocation, management and operation of water resources. The goal of this research was estimation of return flow coefficients from domestic, industrial and agricultural demands and also contribution of these return flows in surface flow. For this purpose, calibration technique and Genetic Algorithm were used. MODSIM is a river basin management decision support model that was used as a simulation model. In this research by Custom Run capability of MODSIM, i.e. coding in VB programming language into the model, the calibration of considered coefficients was provided. The calibration was done for 3 different objective function. Results showed that the most appropriate and logical coefficient was obtained in the 3rd calibration state, i.e. calibration with an objective function that included RMSE of surface flow discharge and RMSE of groundwater level. The return flow fractions of domestic, industrial and agricultural demands for Shian sub-basin in the western part of Iran are obtained 87, 76 and 18 percent, respectively.
    Keywords: Return Flow Fractions, MODSIM Model
  • E. Fallah Mehdipour*, O. Bozorg Haddad Pages 29-38
    Reservoir operational rule curves are equations that can balance reservoir system parameters in each period by considering previous experiences of the system. These equations include variables such as inflow, storage capacity, and released water from the reservoir that are commonly related to each other with some constant coefficients in a predefined linear and nonlinear pattern. In the recent years, evolutionary algorithms in general and genetic algorithm (GA) in particular have been applied to develop optimal operational rule curves with predefined pattern. Genetic programming (GP) is an evolutionary algorithm based on GA, which is capable to calculate optimal operational rule curves without using predefined operational patterns. In this paper, at first, first- and second-order rule curves which depend on the inflow and storage volume of Karaj and Bazoft reservoirs have been extracted for the meeting downstream water demands and hydropower energy generation objectives, respectively. In following, operational rule curves by the GP, without any predefined mathematical pattern have been extracted and compared with the GA results. The GP rules improved the objective functions of the first- and second-order rule curves by the GA in supplying downstream demand 12.39 and 7.29 percent, respectively.. Similarly, the hydropower energy generation has been improved by 47.76 and 51.62 percent in the first- and second-order rule curves, respectively.
    Keywords: Genetic programming, Reservoir system, Rule curves
  • M. A. Ghorbani*, Y. Hassanzadeh, H. Asadi, P. Yousefi Pages 39-45
    For accurate estimation of unit hydrograph ordinates is very important in watershed management, many different methods have been developed for this purpose. Recently, Transfer Function (TF) model has attracted the attention of researchers, because it requires a very small number of parameters, omits negative values and also is robust against oscillations. After estimating the model parameters, the values of unit hydrograph obtain and then runoff would be estimated. For evaluating the performance of the TF model, it has applied on two case studies, namely Lighvan (in Iran) and Potomac (In North America) basins with two events in each basin and the obtained results were compared with the results of the traditional Least Square method. Root mean square error (RMSE) and coefficient of determination (R2) were used to evaluate the model performance. The R2 values of the TF model for the estimated unit hydrograph of Lighvan basin and Potomac basin were 0.99 and 0.98, respectively. The results showed that the TF model with decreasing oscillations and omitting the produced negative values presented accurate results in estimating unit hydrograph and flood hydrograph ordinates and this method can be used in other watersheds.
    Keywords: Potomac watershed, Lighvan watershed, Transfer function model, Unit hydrograph
  • A. R. Kabiri Samani*, M. Aghajan Abdollah, S. R. Hejazi Taghanaki Pages 47-54
    Accurate estimation of side weirs’ discharge coefficient is an important issue in practical and economical design of these structures. In this study, the discharge capacity of labyrinth side weirs was estimated using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) model. The target output of the present study was the discharge coefficient of labyrinth side weirs. Correlation tests indicated that the governing dimensionless parameters are almost independent. Results also showed that the apex angle of labyrinth weir is the most effective parameter on discharge coefficient compared with the others. The results of error analysis indicated that among different methods developed for estimating the labyrinth weir discharge coefficient, the relations presented by Emiroglu et al. (2010) and the developed ANFIS model in this study had the maximum and minimum error values, respectively. It is observed that the developed ANFIS model, presented more accurate results compared with the relations suggested by the other researchers for estimating the discharge coefficient of triangular labyrinth side weirs.
    Keywords: Adaptive neuro, fuzzy inference system (ANFIS), Discharge coefficient, Labyrinth side weir
  • M. R. Nikpour*, Z. Salmani Jelodar, A. Hosseinzadeh Dalir, H. Sani, Khani, F. Shoja Pages 55-63
    Accurate design of Spillways as one of the main parts of dams is an important issue in the stability and safety of dams. Determining the characteristics of flow hydraulic by using physical models is too expensive and time-consuming. In this study, two-dimensional flow over ogee spillway was simulated by solving Poisson functions of stream and pressure using the Finite Element method and analyzing k-ε turbulence and volume of fluid models in Finite Volume technique. Also a comparison was made between the results of numerical models and measured values in order to investigate the accuracy of the models in calculation of water free surface profile and flow velocity. The average relative error in velocity calculation using Finite Element and Finite Volume approaches was obtained 2.09% and 0.93%, respectively. The corresponding values for free surface profile were obtained 1.25% and 0.72%, respectively. The results showed that the Finite Volume approach had better performance than the Finite Element method in modeling flow hydraulic over the ogee spillway.
    Keywords: Flow hydraulic, Numerical solution, Relative error, Spillway, Turbulence model
  • P. Varjavand*, S. Poreskandar, D. Farsadizadeh, A. Masoomi Pages 65-75
    Estimating the pressure on various parts of dams’ foundation and controlling the seepage and uplift force are one of the most important issues in designing of dams. In this research, the hydraulic behavior of cut-off with different penetration depths for two types of soil layering and three conductivity coefficients was studied experimentally. Seepage and piezometric pressure were measured at 28 points of physical model. Then, the water flow was simulated by Seep/W software in the same soil conditions and the values of seepage and pressure were estimated. Average relative errors for discharge and hydrostatic pressure estimation were obtained 0.28% and 1.4%, respectively, that shows good agreement between numerical and experimental results.
    Keywords: Cut, off, Layering foundation, Piezometric pressure, Seepage, Seep, W
  • B. Rahnama*, M. Nasseri, B. Zahraie Pages 77-86
    Monthly water balance models (monthly Rainfall-Runoff models) are considered as the main tools in the evaluation and long-term planning of water resources. The main structure of these models included continuity equations for soil moisture storage, subsurface water and sometimes groundwater. Variables considered in the modelling of water catchments consist of surface runoff, precipitation, evaporation, and in some of cases, monthly average temperatures. Since there are too many unknown parameters in the monthly water balance equation used in the modelling process, using auxiliary relations is inevitable. These equations are usually empirical and recommended as default in the models. In this paper, the used relations in the structure of the Budyko model for estimating the contribution of groundwater in base flow, soil moisture and evaporation were optimized. The uncertainty of the result in both traditional and optimized models was evaluated using GLUE method. The results indicated an improvement in the optimized model performance and uncertainty compared to the common traditional model in three different watersheds.
    Keywords: Budyko, GLUE, Monthly water balance model, Optimized structure identification, Uncertainty analysis
  • R. Rostami Joonaghani*, A. N. Ziaei, K. Esmaili, H. Ansari, S. R. Khodashenas Pages 87-96
    Water shortages in arid and semi-arid regions necessitate new methods for supplying water from available resources. Underground dams and subsurface intakes have recently attracted the attentions for water exploiting in these regions. A couple of this type of intake has been constructed in a few seasonal rivers, but their performances for different river discharges and porous media have not been evaluated. In this study, the effect of river subsurface flow rate and cut-off on subsurface water diversion was experimentally investigated. The results showed that with increasing the upstream flow rate, the diverted flow rate (through drains) increased at first and then tended to a constant value gradually. The particle size of the porous medium had a significant effect on the rate of flow through drains, so that the increase of particle size caused to increase diverted flow rate, significantly. It was also shown that without the cut-off, the water diversion efficiency decreased about 40%. Furthermore, an equation was developed for determining the diverted flow rate based on the experimental observations and dimensional analyses.
    Keywords: Drainage System, Porous Media, Subsurface Intake
  • A. Karimi*, M. R. Nikoo, R. Kerachian, A. Mokhtarpoor Pages 97-108
    Optimization of conjunctive water use in hydro-systems considering quality constraints, due to the complexity of the resulting nonlinear problem solution, are addressed within a shortterm horizon by researchers. In this research, an optimizing model was proposed for longterm conjunctive use of water at the basin that maximizes the hydro-system operation reliability and considers TDS as a water quality index. In the proposed model, by the use of model decomposition and aggregation among different parts of the model, and developing a linearizing algorithm, modeling and analysis of large hydro-systems (at the basin scale) within a long-term horizon is provided so that the water quantity and quality deficits are minimized. Results of model application to Zayandehrud watershed in a thirty year period (2001-2030) showed the improvement of water quality at the Gavkhuni wetland up to 50% in dry and high demand months. Model prescribed operational rules have supplied water demands with 68% reliability along the Zayandehrud River. Model application to Zayandehrud hydro-system shows a meaningful improvement in the water supply with suitable quality in the river for agricultural and environmental demands. However, more detail of this improvement must be determined by other models that operate in smaller spatial and temporal scale, based on the results of the presented long-term model in this study.
    Keywords: Conjunctive use, Nonlinear optimization, Water quantity, quality management, Zayandehrud watershed
  • Y. Ramezani*, M. Ghomeshi, S. H. Musavi Jahromi Pages 109-117
    Bridge failures due to scour at bridge abutments have clarified the importance of scour depth prediction. Most of bridge abutments are located in the floodplain. Also, one of the common cases in a floodplain is vegetation. Velocity and shear stress distribution in compound channels are not uniform and the obtained results from rectangular channels cannot be used for compound channels. In this study, based on experimental observations, dimensional analyses and multivariable non-linear regression, a dimensionless relationship for prediction of scour depth at vertical wall abutment terminating in the vegetated floodplain of a compound channel is suggested. The results indicated a good agreement between the experimental observations and predicted values by suggested relationship. For suggested relationship, coefficient of determination (R2) was 0.94 and root mean square error was obtained 0.79 centimeters.
    Keywords: Bridge abutment, Clear water, Scour, Floodplain, Vegetation
  • S. Ramezani, S. H. Hashemi* Pages 119-126
    Helleh, Shapur and Dalaki Rivers are the most important rivers in Fars and Bushehr provinces of Iran. In this study, water quality data of Helleh, Shapur and Dalaki Rivers includes 15 parameters at 24 stations in a seasonal base during the years 2007-2008 were analyzed by Multivariate Factor Analysis technique. The obtained eigenvalues from analysis of evaluated parameters to the main factors showed that the first five factors explain about 83% of variation between the stations. The most important parameters were found electrical conductivity, total hardness, Strontium, dissolved oxygen saturation percent, water temperature, and nitrate regarding to the first factor with 26.167% of the total variance. The second group was included total Iron, Manganese and turbidity related to the second factor with 16.133% of the total variance. Finally, Cesium and Lithium pertained to the third factor explained 15.276% of the total variance. The results of calculating the composite water quality index and ranking the stations showed that the water quality of the stations Tange Chogan, Sarkhon and Cheshmeh Sasan had the best quality and the stations Shekastian, Banejaberi and Dargahi, which are under the influence of evaporitic formations, salt domes, salt springs, and agricultural activities, had the worst water quality. The results showed that the Factor Analysis technique can properly use for finding the most influential parameters and ranking water quality of monitoring stations.
    Keywords: Composite index, Factor analysis, Water quality, Water quality ranking
  • M. R. Bazargan Lari*, F. Modiri, M. R. Nikoo Pages 127-135
    Water security is a vital issue that may threat by contaminating drinking water of a city, for example through a terrorist attack. In the absence of a proper managing safety in water distribution system, the number of victims of such terrorist attack can reach to whole of city population. In a passive defense approach, the first step for any integrated public alert system and contaminant controlling is rapid detection of contaminant source. Observations from a set of monitoring points are used to detect the contaminant source. The optimal number of required monitoring points and their pattern is a challenging task that closely depends on the potential injection points, the amount and characteristics of injected pollution. The best monitoring system corresponds to the pattern that minimizes (a) the required number of monitoring points, (b) the affected population at detection instant, and (c) the undetected cases. In this study, the fast multi-objective evolutionary algorithm, NSGA-II, is coupled with the simulation model, EPANET, to find a trade-off curve among the conflicting objectives. Monte Carlo simulation is used to incorporate uncertainties in injected pollution. The Nash bargaining solution is utilized to find the equilibrium point of the obtained trade-off curve. In order to demonstrate the efficiency and capabilities of the proposed methodology, the water distribution network of Lamerd City is modeled and the best monitoring points are determined.
    Keywords: Alert system, EPANET, NSGA, II, Passive defense, Water distribution network
  • A. Khashei Siuki*, B. Ghahraman, M. Kouchakzadeh Pages 137-146
    Nayshabour aquifer in Khorasan Razavi with arid and semi-arid climate, have an important role in agricultural production by using groundwater resources. In this study, the required equations for estimating water table variations are obtained using the groundwater balance model. Since there are too many variables in the objective function of water consumption, in this study, PSO optimization algorithm (Particle Swarm Optimization), a Meta heuristic method which requires less computation and is more efficient, was used to determine the optimized crop pattern and intensification. Model results based on a normal year (2008) showed that in order to minimize the drawdown in the water table, with rainfall equal to average annual rainfall of the region, farmers only permitted to exploit 359 million cubic meters from the Nishabour aquifer that this water volume can irrigate only 59 706 hectares that it is 48,789 hectares less than the current status. So that 48802 hectares of cropping land reduced and only 183 hectares of land were added for planting tomatoes.
    Keywords: Crop Pattern, intensification, Groundwater, PSO, Neishabour aquifer
  • M. Safavi, E. Amiri Tokaldany*, M. J. Monem, A. Parvaresh Rizi Pages 147-154
    Among hydraulic structures, water level control structures have a significant role in increasing water efficiency and decreasing the water consumption. Due to the diversity of hydraulic structures and operational methods, many different models have been developed for controlling and characterizing the behavior of various structures. In this research,CanalMan model is used to simulate the operation of control structures in Foomanat Irrigation Networks, located in the west of Guilan province. A canal in F2 unit, named as BP19, is chosen for field studies and simulations with the selected model. The canal has been visited before the irrigation season for considering its condition. More visits have been done after starting the irrigation season to see the status of the canal and operation hydraulic structures and the required data for the simulation were measured. Then the operation of different control structures such as Amil, Sector gate and Labyrinth weir were simulated and their behavior investigated to choose the best suitable water level control structure. Based on the Molden and Gates criteria, among the considered control structures, the Amil with average values of 100%, 82% and 27% for the indicators of delivery efficiency, adequacy and justice, respectively, had the best performance in control and regulation of flow in the considered canal.
    Keywords: CanalMan Hydraulic model, Foomanat network, Flow Regulation structure, Irrigation network
  • N. Pourabdollah*, T. Honar, R. Fatahi Pages 155-164
    Hydraulic jump is a kind of the rapidly varied flow that during this phenomenon the flow profile changes from supercritical to subcritical and causes substantial energy dissipation. In this research, hydraulic jump characteristics, including length of jump and roller length of jump within the stilling basin with different adverse slope (0, -0.6, -1.3 and -2%) and three different roughness (1, 4 and 10 mm) were investigated. Results showed that these characteristics on stilling basins with adverse slope and the rough bed were reduced respect to the classic jump situations. The experiments were performed on rough beds in different conditions where the Froude number varied between 4.9 and 7.8. In this research, the total length and the length of roller part of the hydraulic jump were decreased about 39.6 and 32.3 percent, respectively.
    Keywords: Adverse slope, Hydraulic jump, Length jump, Rough, Roller jump
  • A. Shokri*, O. Bozorg Haddad Pages 165-173
    Sometimes the pollution occurs as a sudden event, either intentionally or unintentionally and it may become a water quality crisis. Despite the damage that can occur due to the sudden pollution, little research has been done in this area. Damage caused by the entered pollution in reservoirs can affect the water resource system in two ways: (1) Damages that are caused due to lack of water allocation, and (2) damages that are caused due to consumption of polluted water. Those damages are in contrast with each other. Thus, the crisis should be managed in a way that the least damage occurs in the water resource system. This paper investigates the crisis management due to the sudden entrance of a 30 m3 MTBE load to the Karaj dam. To simulate MTBE advection, dispersion, and vaporization, the latest process is added to the CEQUAL- W2 model. After that, the multi-objective optimization hybrid algorithm, NSGAIIALANN, is used to extract the best set of decisions. According to the results, if pollution enters the reservoir in the summer, by using one of the driven policies, by a 36% reduction in demand meeting, allocated pollution decreases by 60% and also maximum concentration decreased by 76%. These results for winter are 38%, 51% and 67%, respectively. Similar results are extracted for other seasons.
    Keywords: MTBE simulation, Multi, Objective Optimization, NSGAII, ALANN Hybrid algorithm, Reservoir operation, Water quality crisis
  • M. Nasrabadi*, S. RiahiÆ H. Samadi Boroojeni Pages 175-185
    Knowledge of the suspended sediment distribution is important for calculating suspended load in streams and rivers, because in the large depth flows, the suspended load comprises up to about 80% of the total load. Until now, many equations have been proposed by researchers for estimating the suspended sediment distribution in open channels. In this study, these equations have been assessed and the best equation has been selected among 9 empirical equations by using statistical analysis. For this purpose, the most reliable experimental data have been used. The results showed that among considered equations, the Einstein and Chien’s equation (developed in 1952) had the most agreement with the experimental data (RMSE=0.048, R2=0.988, EF=0.988, and ME=0.086) and presented the most accurate estimation of suspended sediment distribution. Inversely, the results showed that the McTigue’s equation (developed in 1981) and Willis’s equation (developed in 1988) had the least accuracy and don’t recommend using them for estimating the suspended sediment distribution in open channels.
    Keywords: Concentration distribution of suspended sediment, Rouse Equation, Statistical Analysis, Suspended Load
  • M. Mardian*, J. Varvani, V. B. Sheykh, A. Najafinejad Pages 187-194
    Due to shortage of facilities and tools, continuous monitoring of sediment load is not possible in most rivers and therefore the rating curve is usually used to estimate the sediment discharge. It has been proven that adding some other time related variables are necessary to improve the precision and accuracy of the rating curves. In this study, using a 7-parameter equation proposed by Cohen et al., multivariate sediment models for five hydrometric stations of Qazzaqli, Pounel, Keshvar, Gelinak and Bande Shah Abbasi, have been developed based on the recorded data during 1968– 2002. Then, these models have been evaluated using precision and accuracy indices. Furthermore, the effects of different watershed physiographic factors on the precision and accuracy of the rating curves has been investigated. Results showed that the average values of precision and accuracy indices across five stations were 1.958 and 3.488, respectively. This indicates the satisfactory performance of multivariate models in comparison with original single variable sediment rating curves. Also the mean annual flow discharge had the highest correlation with accuracy and precision indices which can be related to high frequency of its recorded data.
    Keywords: Accuracy index, Multivariate regression model, Precision index, Sediment load
  • D. Farsadizadeh, P. Varjavand*, A. Hosseinzadeh Dalir, N. Shokri, S. H. Hosseini, P. Khosravinia Pages 195-204
    Fluctuation of water level leads to variation of soil moisture regime around canal and cause destruction of the canal side slopes. In this study, stability of side slope of the earthen canal with two different slopes in presence of water table level was studied by using numerical and physical models. Then cut off is considered as a method for controlling failure. The results showed that the seepage surface and piezometric pressure near the side slope are two important factors in stability of side slope of earthen canals. In order to control the destruction of the earthen canal with steeper slope the sheet pile should be installed below the level of the bottom of the canal, but for milder slope the penetration depth of cut off up to the level of the bottom of the canal is adequate. The results showed that the numerical model had good agreement with experimental results in simulation of total pressure, discharge and phreatic line as the average error in estimating the total flow and pressure in the numerical model in comparison with experimental model were, 5.66% and 2.08%, respectively.
    Keywords: Cut off, Phreatic line, Piezometric pressure, Seepage surface, Water table
  • H. Afkhami*, M. T. Dastorani Pages 205-209
    Nowadays, computational intelligence models have shown high ability on prediction of time series. The main purpose of this paper is to evaluate the performance of six artificial neural network based models for simulation of precipitation and subsequent drought condition in Yazd station and identifying the best one. In order to evaluate the performance of models two criteria: Root Mean Square Error (RMSE) and Correlation Coefficient (R) were used. The results showed that the dynamic structures of artificial neural network including recurrent network (RN) and Time Lag Recurrent Network (TLRN) showed better performance with R=0.77 and 0.78, respectively. Comparing the performance of RN and TLRN models indicated that, however both of the models had the similar performance, but the TLRN network was the best one.
    Keywords: Artificial neural network, Drought prediction, Simulation, Yazd meteorological station
  • H. Taghizadeh*, S. A. A. Salehi Neyshabouri Pages 211-215
    Three-side spillways are one type of dam outlets that despite of their hydraulic limitations and construction problems, under specific topographical conditions selected as one of the best options in storage dams. Considerable energy losses, great turbulence and hard stroking on bed and walls of lateral canal are some of undesirable hydraulic features of these spillways. Due to the complexities of fluid flow and the impact of scale, physical models do not provide a clear understanding of the physics governing the flow. In the complex flow and structures, is necessary to be considered, the laboratory studies, along with the numerical studies. In this study, Three-dimensional flow field in the three-side spillway and the end sill, have been investigated by using FLOW-3D software with finite volume method and RNG(k-e) turbulence model. Comparison of numerical results with experimental data showed that this model have a good ability to prediction three-dimensional flow pattern over this kind of spillways.
    Keywords: Finite volume method, FLOW, 3D, Jarreh dam spillway, Numerical modeling
  • H. Goleij*, M. Ghomeshi Pages 217-222
    Gravity current occurs due to entrainment of a fluid with bulk density (ρ±Δρ) in a fluid with specific density r. Impacting of dens flow mass with stagnant fluid, the gravity current penetrates into stagnant fluid and the plunge depth occurs. In this research, hydraulic parameters of density current and bed slope of the stagnant fluid, which affect on the plunge point, have been investigated. In all of the experiments, plunge depth was measured in the various discharges of density current and different of density 6, 9, 13 and 16 kg/m3 at three slopes 8, 12, and 16 percent. The results showed that the slope has a minor effect on the height of the plunge point. In a certain density, when the inflow of the density current is increased, the height of plunge point is also increases for different slopes. Based on experimental data and using dimensional analysis, an equation is presented for simulating the height of plunge point. Comparison between data obtained from the new equation with the measured data, showed that the new relationship can estimate actual data with good accuracy. The relative difference between the data obtained from the new equation and measured data was 0.91%. Comparisons are made between this new equation and the equations presented by other researchers using the whole data available in the literature. The results showed that the new equation had more agreement with actual data.
    Keywords: Density current, Dimensional analysis, Experimental model, Plunge point
  • S. Sohrabi*, O. Bozorg Haddad Pages 223-228
    As the water resources are limited and about 40% of world’s farmlands use dry farming systems, improving the management of dry farming has great importance. The main purpose of this research is to investigate the impact of precipitation variability on annual yields of dry farming Wheat. The area under consideration is the province of Hamadan. All the probable time periods of precipitation have been considered and the impact of different periods of precipitation in 3 main cropping seasons (Autumn, Winter and Spring) was assessed on annual yields of dry farming wheat. Then the most effective period of precipitation on annual yields of dry farming wheat specified and the annual yield-effective precipitation regression relationship has been defined and calculated for this period. The values of annual yields of dry farming wheat were calculated based on a distribution function fitted to annual yield data and compared with values obtained from regression relationship. The results showed that the most effective period of precipitation on annual yield of dry farming wheat in all conditions, is March 30th to May 7th. Also, the results of annual yield-effective precipitation regression method in estimating of annual yields of dry farming wheat were similar to results of the distribution functions method with a correlation coefficient of 99%.
    Keywords: Annual yield, effective precipitation regression, Dry farming Wheat, Effective Precipitation, Precipitation variation
  • M. Noshadi, M. Rasti Pages 229-232
    In this research, a part of the distribution network in Lar city was selected for the calculation of real loss volume and leakage indicators in the network. Magnetic flow meter, data logger, and digital Dickson pressure gauge were installed at the input of the network. The pressure and flow rate were recorded in 15 minutes time intervals. Then, on various stages of research real water loss and leakage performance indicators, including ILI, UBRL and TIRL were calculated. Based on the results, the real water loss was between 12.1-18.7% with an average of 15.5%. The Technical indicator for real losses (TIRL) during measured periods were in the range of 97.2-188.5 lit.d-1.con-1 with the mean of 147.5 lit.d-1.con-1. Unavoidable background real losses (UBRL) were between 34.2-44.6 with the mean of 40.0 lit.d-1.con-1 and infrastructure leakage index (ILI) was between 2.8-4.2 with the mean of 3.6, which indicate that the network condition is undesirable. The mean recyclable leakage for each connection is 107.5 lit. d-1. con-1, which considering the number of service connections (18100), the total recyclable leakage in water distribution network in Lar city is 710199 m3.year-1.
    Keywords: Lar City, Leakage performance indicators, Water loss, Water distribution network