فهرست مطالب

تحقیقات منابع آب ایران - پیاپی 3 (پاییز 1384)

مجله تحقیقات منابع آب ایران
پیاپی 3 (پاییز 1384)

  • 109 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1384/10/10
  • تعداد عناوین: 9
|
  • مقالات علمی - پژوهشی
  • علیرضا برهانی داریان، الهام افتخار جوادی صفحه 1
    در این مقاله انواع مدل های برنامه ریزی پویای استوکاستیک (SDP) و همچنین برنامه ریزی پویای قطعی (DP) برای سد مخزنی چند منظوره دز واقع در جنوب غربی ایران ارایه و مقایسه شده اند. ارزیابی نقش پیش بینی جریان ورودی در بهره برداری بهینه از مخازن، با استفاده از دو نوع مدل برنامه ریزی پویای استوکاستیک صورت گرفته است. مدل های SDP از نظر نوع متغیر حالت جریان ورودی و به کارگیری احتمال شرطی و یا غیرشرطی با هم تفاوت دارند. برای بررسی سیاست های بهینه به دست آمده از مدل های مختلف، از مدل شبیه سازی استفاده شده است. جهت این منظور و برای مقایسه نتایج حاصل از آن از میانگین پارامترهای مختلف بهره برداری و معیارهای ارزیابی از قبیل اعتمادپذیری، برگشت پذیری و آسیب پذیری استفاده شده است. در دو مدل SDP که متغیر حالت هیدرولوژیکی جریان ورودی دوره فعلی را به جای جریان ورودی دوره قبل به کار می برند، با استفاده از جریانهای پیش بینی شده و مشاهده شده، شبیه سازی به هنگام انجام شد و همچنین تاثیر دقت پیش بینی و انواع روش های مختلف پیش بینی جریان در بهره برداری از مخزن، مورد مطالعه قرار گرفته است. تابع هدف به صورت کلی، حداقل سازی مجموع مربعات انحراف دو طرفه از خروجی و ذخیره مطلوب در نظر گرفته شده است. این تحقیق نشان می دهد که عدم توجه به موضوع پیش بینی در مدل هایی که نیاز به پیش بینی جریان دارند و معلوم فرض کردن داده ها، نتایجی پرخطا و به دور از واقعیت داشته و فرد را در انتخاب نوع مدل دچار اشتباه می کند. از طرف دیگر دقت پیش بینی ها تاثیر بسزایی در بهره برداری بهینه از مخازن دارد.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی پویای استوکاستیک، خطای پیش بینی، بهینه سازی، شبیه سازی، پیش بینی جریان ورودی، بهره برداری مخزن، انرژی برقابی
  • کامران شکروند مقدم، عباس سیفی، سیدجمشید موسوی صفحات 16-28
    در این مطالعه یک مدل برنامه ریزی بلندمدت برای بهینه سازی بهره برداری از سیستم سدهای مخزنی کارون و دز با اهداف تولید انرژی برق - آبی، تامین تقاضای آب و زیست محیطی ارایه شده است. ساختار ماتریسی مدل بهینه سازی پیاده سازی شده و در ادامه حل مدل با استفاده از الگوریتم های اولیه - ثانویه نقاط داخلی و روش های برنامه ریزی چند هدفه انجام شده است. نتایج محاسباتی نشان می دهند که الگوریتم های مذکور، که در آنها از ساختار خالی یا تنک بودن ماتریس ضرایب مدل بهینه سازی استفاده می شود، می تواند ابزاری مناسب در بهینه سازی بهره برداری از سیستم های چند مخزنه با توابع خطی و مجذوری باشد. در این راستا مدل شش مخزنه غیرخطی توسعه یافته برای سیستم مخازن کارون و دز با استفاده از قابلیت الگوریتم های اولیه- ثانویه از روش های نقاط داخلی در زمانی کمتر از 45 دقیقه اجرا و جواب های بهینه حاصل گردید. با توجه به اینکه حل مدل فوق با استفاده از الگوریتم های معمول برنامه ریزی غیرخطی مانند الگوریتم های گرادیان کاهش یافته مقدور نیست و نیز عدم امکان حل مساله با روش برنامه ریزی پویا (DP) با شبکه بندی به اندازه کافی ریز از متغیرهای حالت، قابلیت روش های نقاط داخلی در بهینه سازی مسایل بزرگ مقیاس بهره برداری از مخازن سدها حایز اهمیت می باشد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، سیستم های چند مخزنه و روش های اولیه، ثانویه
  • تلفیق تئوری بیز با روش مونت کارلو جهت ارتقاء نتایج واسنجی مدلهای هیدرولوژیکی
    علی حیدری، بهرام ثقفیان، رضا مکنون صفحات 29-40
    در این مقاله عدم قطعیت پارامترهای یک مدل بارش- رواناب با استفاده از تلفیق روش مونت کارلو و تئوری بیز تحت عنوان GLUE مورد ارزیابی قرار می گیرد. برای شبیه سازی تبدیل بارش به رواناب از روش توزیعی- مفهومی مادکلارک استفاده گردید که در آن آبنمود رواناب حوزه از ترکیب رواناب سلول ها در یک شبکه مربعی بر مبنای روش زمان- مساحت شکل می گیرد. به کارگیری روش مونت کارلو برای تحلیل عدم قطعیت پارامترها، منجر به تعیین محدوده مناسب تغییرات پارامترها می گردد که این محدوده قابل اصلاح با اطلاعات جدید نیست. ولی در روش GLUE با تلفیق تئوری بیز، به هنگام سازی برای اصلاح عدم قطعیت پارامترها و همچنین محدوده پیش بینی ها و توزیع آنها با استفاده از اطلاعات جدید قابل انجام است. معیارهای نیکویی برازش برای تعیین عدم قطعیت پارامترها به نحوی انتخاب شد که وزن بیشتری به دبی های حداکثر در آبنمود نسبت به سایر بخش های آبنمود داده شود. در این مقاله شبیه سازی بارش- رواناب به همراه تحلیل عدم قطعیت پارامترها در حوزه قره سو واقع در حوزه کرخه مورد آزمون قرار گرفت. نتایج حاکی از برتری روش GLUE در تعیین محدوده بهینه پارامترهای مدل بارش - رواناب نسبت به روش مونت کارلو بود.
    کلیدواژگان: مدل بارش، رواناب، روش مونت کارلو، تئوری بیز، عدم قطعیت
  • شادی آشگر طوسی، امین علیزاده *، رضا شیرمحمدی صفحات 41-53

    با توجه به قرار گرفتن استان خراسان در ناحیه آب و هوایی خشک و نیمه خشک ایران و وقوع خشکسالی های مکرر در سال های اخیر، اهمیت پرداختن به مقوله پیش بینی خشکسالی بیش از پیش آشکار می شود. یکی از روش های دستیابی به این هدف مدل سازی بارندگی بر اساس الگوهای سری زمانی می باشد. در این تحقیق از آمار بارندگی سالانه یازده ایستگاه سینوپتیک استان خراسان طی سال های 1970-2002 استفاده گردید و با استفاده از الگوهای فصلی- ضربی باکس جنکینز SARIMA و نرم افزار MINITAB، بارندگی های فصلی این ایستگاه ها مدل سازی شد. همچنین براساس نمودارهای خودهمبستگی (ACF)، خودهمبستگی جزیی (PACF) و بررسی تمام الگوهای احتمالی به لحاظ نرمال بودن باقی مانده ها و ملاک کمترین مربعات خطا (MSE)، بهترین الگو برای بارندگی های فصلی به دست آمد. در نهایت با استفاده از مدل های بدست آمده در هر ایستگاه مقادیر بارندگی فصول بهار، پاییز و زمستان سال آتی پیش بینی و با مقایسه با میانگین درازمدت هر فصل، نقشه های آنومالی ترسیم گردید.

    کلیدواژگان: خشکسالی، سری زمانی، SARIMA، خود همبستگی، آنومالی
  • ابوذر حاتمی یزد، علی اصغر تقوایی ابریشمی، بیژن قهرمان صفحات 54-64
    تاثیر الگوی توزیع زمانی بارش در طراحی سدهای بزرگ، شبکه جمع آوری رواناب شهری، آبگذرها، زهکش ها و پتانسیل سیل خیزی و همچنین فرسایش خاک از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق، برای تعیین الگوی توزیع زمانی بارش در استان خراسان بزرگ از گراف های باران نگاری 18 ایستگاه باران سنجی ثبات استفاده شده است. عمق بارش در فواصل زمانی مشخص از گراف های باران نگاری به ازای هر پایه زمانی استخراج و بارش به چهار چارک تقسیم شد. با اعمال روش رتبه بندی، الگوی توزیع زمانی بارش ها در پایه های زمانی 1، 3، 6، 9، 12، 18 و 24 ساعته به دست آمد. سپس منحنی مقدار بارندگی در مدت زمان وقوع بی بعد شده، درصد بارش در چهار چارک زمانی محاسبه و به هر چارک رتبه ای اختصاص داده شد به طوری که بیشترین درصد بارش رتبه 1 گرفت. در نهایت، با میانگین گیری از رتبه های دریافتی توسط چارک ها و درصد عمق بارش اتفاق افتاده در هر رتبه، ضمن تعیین رتبه شاخص، الگوی نهایی هر تداوم (پایه زمانی) مشخص گردید. برای تعیین میزان دقت الگوهای به دست آمده و ارزیابی آماری آنها بعد از تشکیل جدول توافقی از آزمون کای اسکوئر استفاده شد. نتایج این بررسی نشان می دهد که در استان خراسان بزرگ: الف) در اغلب بارش های کوتاه مدت، شدت بارندگی در %25 اول بارش حداکثر می باشد، ب) در بارش های بلند مدت بیشترین عمق بارش در %25 دوم به وقوع می پیوندد ج) به طور کلی در استان های خراسان که از نظر اقلیمی خشک و نیمه خشک می باشند، در نیمه اول بارندگی بیش از 50 درصد بارش اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: بارندگی، توزیع زمانی بارش، بارش های گوتاه مدت، اقلیم خشک و نیمه خشک
  • اکبر صفرزاده، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری صفحات 65-77
    در این تحقیق، الگوی جریان آشفته در قوس 180 درجه رودخانه به صورت سه بعدی با به کار بردن معادلات کامل ناویر استوکس و استفاده از دو مدل آشفتگی k-? استاندارد و مدل k-? جهت مدل سازی تنش های رینولدز و بستن سیستم معادلات حاکم (معادلات رینولدز) با روش عددی استفاده شده است. حل معادلات به روش حجم محدود صورت گرفته است. برای صحت سنجی نتایج حاصله، از نتایج مدل آزمایشگاهی دانشگاه تربیت مدرس (MHL) استفاده شده است. مقایسه نتایج حاصله نشان می دهد که هر دو مدل مزبور، الگوی کلی میدان جریان در قوس رودخانه را بخوبی مدل نموده و نتایج انطباق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. دقت مدل k-? در پیش بینی میدان جریان نسبت به مدل قبلی بالاتر بوده و این مدل به خوبی الگوی جریان ثانویه را در کل طول میدان پیش بینی می کند، در حالیکه مدل اول در پیش بینی جریان ثانویه دوم در خروجی قوس ناتوان است. بررسی توزیع تنش برشی در مرزهای صلب فلوم مورد مطالعه نشان می دهد که به خاطر تاثیرات ناشی از جریان ثانویه، مدل k-? بازه های محتمل وقوع آبشستگی و رسوب گذاری را بهتر از مدل قبلی پیش بینی کرده و احتمال وقوع دو چاله فرسایشی در هر دو نیمه کانال در حالت بستر متحرک وجود دارد.
    کلیدواژگان: قوس رودخانه، جریان ثانویه، انتقال جانبی مومنتم، تنش برشی، مدل عددی
  • گزارش فنی
  • نورالدین آیرملو، احمد خاکی ترابی صفحات 78-80
    در این مقاله به منظور بررسی بیلان دریاچه ارومیه، با استفاده از آمار سی و نه ساله نوسانات سطح آب دریاچه و همچنین آمار جریان سطحی ورودی به دریاچه، بارندگی بر سطح دریاچه، تبخیر از سطح دریاچه و نقشه های ایزوپیز آب زیرزمینی، مقادیر عوامل بیلان آب دریاچه ارومیه اعم از ورودی و خروجی در دراز مدت، سال های آبی تر و خشک محاسبه گردیده اند. سپس مقادیر عوامل بیلان آب در سال های آبی تر و خشک با متوسط دراز مدت مورد مقایسه قرار گرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده حداکثر و حداقل تراز سطح آب دریاچه 1278.41 و 1273.23 متر از سطح دریای آزاد بوده که به ترتیب در سال های آبی (1373-74) و (1370-81) مشاهده شده است. حداکثر و حداقل تغییرات حجم مخزن به ترتیب در سال های آبی (1347-48) و (1377-78) بوده است که به عنوان سال های آبی تر و خشک معرفی گردیده اند. بهترین تراز برای دریاچه بین رقوم 1275 الی 1276 متر از سطح دریای آزاد بوده و متوسط تراز در طول آمار ثبت شده رقم 1275.6 متر از سطح دریای آزاد می باشد. برای رسیدن از تراز 1273.23 متر به تراز 1275.6 متر نیاز به ذخیره شدن 7.4 میلیارد متر مکعب آب بوده که این امر مستلزم بروز یک سال پرآبی در حد سال آبی (1347-48) و یا پنج سال متوالی در حد متوسط دراز مدت می باشد. همچنین با توجه به تغییرات عوامل ورودی و خروجی، ملاحظه می شود که دامنه تغییرات عوامل ورودی 343 درصد بیش از عوامل خروجی است. در نهایت پس از بررسی بیلان دریاچه، راهکارهای مدیریتی به منظور بهره برداری بهینه از پتانسیل منابع آب حوزه آبریز دریاچه ارومیه در راستای حفظ حیات دریاچه ارایه شده است.
    کلیدواژگان: بیلان، ورودی، خروجی، درازمدت، سال پرآبی و خشک
  • مقاله انگلیسی
  • محمدرضا کاویانپور، الهام رجبی صفحه 1
|
  • A. B. Dariane, E. Eftekhar Javadi Page 1
    In this paper, various types of stochastic dynamic programming models (SDP) and also a deterministic dynamic programming (DP) are presented and compared for multipurpose Dez reservoir dam located in southwest of Iran. The impact of inflow forecasting uncertainty in optimum reservoir operation is investigated through two types of stochastic dynamic programming models. SDP models are different based on hydrologic state variable and inflow conditional or non conditional probability assumptions. A simulation model is developed to investigate the achieved optimum policies in different models. So, average of different operation variables and also performance criteria such as reliability, resiliency and vulnerability are used to compare the results. In two SDP models which apply current inflow instead of previous time step inflow as hydrologic state variable, real time simulation is done with forecasted and observed inflows. The effect of forecasting accuracy and different forecasting methods in reservoir operation are also studied. In general, objective function is considered as minimizing the sum squared of two sided deviations from target release and storage. This research shows that lack of attention to inflow forecasting in models which need it and assuming known values could lead us to unreal and false results and mislead us in selecting type of model. On the other hand, it is noticed that forecasting accuracy plays an important role in optimum reservoir operation.
    Keywords: Stochastic dynamic programming, Forecasting error, Optimization, Simulation, Inflow forecasting, Reservoir operation, Hydropower energy
  • K. Moghaddam, A. Seifi, S. J. Mousavi Pages 16-28
    A long-term planning model is presented in this study for optimizing Karoon-Dez reservoir system operation in Iran with hydropower generation, water supply, and environmental objectives. The matrix implementation of the large-scale resulting optimization model has been solved using dual-primal interior-point methods (DPIPMs) and multiobjective programming. These algorithms have shown to be promising especially when they take the advantage of sparsity structure of associated matrix formulation of the optimization problem with linear and quadratic functions. The computational time required for solving the Karoon-Dez reservoir system studied was less than 45 minutes. This is promising especially knowing that handling such an optimization model is very difficult using other techniques such as generalized reduced gradient (GRG) algorithm of nonlinear programming and discrete dynamic programming with adequate fine representation of state variables of the model.
    Keywords: Optimization, Multi, reservoir systems, Interior, point methods
  • Improved Hydrologic Model Calibration based on Coupled Monte Calro and Bayesian Methods
    A. Heidari, B. Saghafian, R. Maknoon Pages 29-40
    In this paper, uncertainty of a rainfall – runoff (RR) model is analyzed based on combination of Monte Carlo (MC) procedure and Bayesian theory, which is known as GLUE framework. The rainfall–runoff transformation was performed by ModClark distributed – conceptual model. In this model, the basin’s hydrograph is determined by the superposition of runoff generated by individual cells in a raster – based discretization. Application of MC in uncertainty analysis introduces convenient parameter variation range, which is not adjustable based on new data. In GLUE method, however, Bayesian theory is applied to update prediction limits and distribution of parameter as new data becomes available. Goodness of fit criteria is selected such that higher discharges of hydrograph are given larger weights compared to other parts of the hydrograph. Uncertainty of RR model parameters was assessed in Gharasoo basin, a subbasin of the great Karkheh river basin. The results show that GLUE has a good performance in updating model parameters in comparison with MC method alone.
    Keywords: Rainfall – Runoff Model_Monte Calro Method_Bayesian Theory_Uncertainty
  • S. Ashgar Toosi, A.Alizadeh, R. Shirmohamadi Pages 41-53

    Khorasan province bieng located in an arid and semi-arid part of Iran, has often experienced drought during the recent years. Occurrence of consequent droughts during the last few years, has shown that drought prediction is a subject that deserve more attention. One way to achive such goal is modeling the rainfall. In this research, annual rainfall data of the eleven synoptic stations of Khorasan province from 1970 to 2002 have been used. Seasonal autoregressive integrated moving average method (SARMA) was used for modeling the seasonal rainfals of these stations. Based on this model, the amount of rainfall for spring, fall and winter was predicted. Anomally zoning was also prepared for Khorasan province.

    Keywords: Drought, Time series, SARIMA, Autocorrelation, Anomaly
  • A. Hatami, Yazd, A.A. Taghvaee, Abrishami, B. Ghahraman Pages 54-64
    Rainfall time pattern has a marked influence on design of dams, urban runoff collection systems, culverts, drainage systems and or determining, flood potential and soil erosion. In this research, data of 18 rainfall autographic stations of Khorasan province of Iran were used to implement the rainfall time pattern. Rainfall depths were extracted for each time interval from rainfall charts and were categorized to four quarters. A ranking method was used to arrive at rainfall time patterns corresponding to time intervals of 1, 3, 6, 9, 12, 18, and 24 hours. After normalizing the rainfall mass curves, every quarter of rainfall was ranked, where rank 1 was given to the highest. The final pattern was derived by averaging the quarter ranks and percentage of rainfalls corresponding to each duration. A contingency table was used to verify the independency of rainfall time patterns by a chi-square test. The results showed that in Khorasan province: a) most of short duration rainfalls are first quartile, b) most long-term rainfalls are second quartile, and c) on overall more than 50% of rainfall amounts for nearly all rainfalls in this arid and semi-arid region occurred in the first half of their period.
    Keywords: Rain, Rainfall time pattern, Arid, semi, arid region
  • A. Safarzadeh, S. A. A. Salehi Neyshabouri Pages 65-77
    In this research, using complete form of Navier-Stokes equations, the 3-D turbulent flow pattern in a 180-degree river bend is simulated. The k- and k- turbulence models are used to close the system of equations and modeling Reynolds stresses. Equations are solved numerically using FVM method as implemented in the commercial code FLUENT. Experimental results in a 180-degree bend in Tarbiat Modarres Hydraulic lab (MHL) are used to verify the numerical results. Simulation showed that both of turbulence models accurately predicted the flow pattern in this bend. The prediction accuracy of the k- model, especially in the outlet region of the bend, is however higher than the k- model. The results of first model showed that as the experimental model, there are two secondary flow cells in the =180° cross section but the k- model predicted only one cell. Distribution of bed and side wall shear stresses showed that there are two probable scouring regions in two halves of the bend. Previous experimental investigations with mobile bed models confirm these results.
    Keywords: River Bend, Secondary Flow, Momentum Lateral Transfer, Shear Stress, Numerical Model
  • N. Ayromloo, A. Khaki Torabi Pages 78-80
    In this paper, using the 39 years of water surface fluctuation data and surface inflows, precipitation on the lake, evaporation from the free surface and iso-potential groundwater maps, the main parameters for water balance in the lake are calculated. Then these parameters are compared for long-term, wet and dry periods. According to received results, the maximum and minimum values of the water surface level of the lake is 1278.41 and 1273.23 meter above sea level, respectively. These extremes are observed in water years of 1373-74 and 1380-81 correspondingly. The Maximum and minimum variations in volume has occurred in 1347-48 and 1377-78, that they are introduced as a wet and dry years, respectively. The suitable elevation for lake is between 1275 to 1246 meters above sea level. The mean elevation based on 39 years of recorded data is 1275.6 m above sea level. In order to increase the level from 1273.23 to 1275.6 meter, about 7.4 billion m3 of water should be reserved. For this condition to occur, a wet year (i.e. 1347-48) or a long-term average for five successive years should happen. Also the variation rate for inflows are about %343 grater than outflows factors. Finally, after the considerating of the lake balance, management actions are presented for better exploitation of water resources and environmental preservation of Orumieh lake basin.
    Keywords: Balance, Inflow, Outflow, Long, term, Wet, Dry year
  • Page 9