فصلنامه مهندسی منابع آب
پیاپی 22 (پاییز 1393)

خشکسالی پدیده ای است طبیعی که فراوانی آن در مناطق خشک و نیمه خشک ایران، بویژه و استان فارس بسیار زیاد است. ارزیابی و پایش خشکسالی از نیازهای اساسی برنامه ریزی های مدیریت کشاورزی و منابع آب برای کاهش اثرات آن به شمار می روند. بدین منظور، استفاده از شاخصهای خشکسالی پیشنهاد می شود. از جمله شاخصهای مزبور می توان به شاخصشناسایی خشکسالی (RDI) اشاره نمود. در این تحقیق، دوره ی بازگشت خشکسالی کشاورزی گندم در استان فارس بر مبنای شاخص RDI مورد ارزیابی قرار گرفت؛ و به این منظور، از داده های هواشناسی 12 ایستگاه سینوپتیک با حداقل 10 سال آمار در سطح استان مزبور استفاده شد. در این تحقیق روش پنمن- مانتیت برای محاسبه ی تبخیر- تعرق به کار رفت. سپس شدت خشکسالی RDI بهنجار و معیار شده برای هر سال زراعی به دست آمد. پس از طبقه بندی شدت خشکسالی گندم مشخص شد که در تمام ایستگاه های مورد مطالعه، خشکسالی بهنجار بیشترین تداوم را داشته است. همچنین نقشه های پهنه بندی خشکسالی گندم با دوره های بازگشت 2، 5، 10، 25 و 50 سال نیز تهیه گردید. نتایج حاکی از آنند خشکسالی کشاورزی گندم در دوره های بازگشت 2 و 5 سال، در کل استان فارس بهنجار می باشد، اما در دوره های بازگشت 10، 25 و 50 سال شرایط متفاوتند.

برقراری سازش و مصالحه بین ذینفعان بهره برداری سامانه ی مخازن، یکی از مهمترین مسائل مطرح در حوزه ی مدیریت منابع آب می باشد. انگاره بازی ها بطور عام، و شبیه حل اختلاف نش بطور خاص، از جمله روش هایی به شمار می روند که با توجه به اختلافات موجود، و با در نظر گرفتن میزان مطلوبیت هر یک از ذینفعان، به جستجوی راه حل بهینه در فضای تصمیم می پردازند. در این تحقیق، مساله ی بهره برداری بهینه از سامانه ی سه مخزنه با اهداف تولید کارمایه برق آبی، و تامین نیاز پایین دست، مد نظر قرار گرفته است. جهت مشخص نمودن تاثیر یکپارچه سازی اهداف بهره برداری، ابتدا ذینفعان هر مخزن به صورت همزمان، سپس در قالب معرفی توابع هدف مستقل، به صورت جداگانه، در نظر گرفته شده اند. نتایج حاکی از افزایش مطلوبیت ذینفعان هر مخزن در حالت معرفی توابع هدف به صورت مجزا بوده است. در گام بعدی، جهت برقراری سازش بین ذینفعان (تولید کارمایه برق آبی و تامین نیاز پایین دست)، توابع مطلوبیت در قالب تابع نش استفاده شده است. جواب حاصل از اجرای شبیه فوق، نقطه ای از فضای تصمیم است که بیشترین مطلوبیت همزمان را برای هر یک از ذینفعان فراهم می سازد. در این حالت، سامانه ی مخازن به دو گروه مخازن موازی بالادست، و مخزن پایین دست تقسیم شده است که ذینفعان آن در تلاش برای تولید کارمایه برق آبی و تامین نیاز پایین دست می باشند. نتایج حاکی از آنند که مجموع مطلوبیتهای سامانه در حالت مخازن موازی بالادست و مخزن پایین دست برابر با 5/872 واحد خواهد بود که 0/472 درصد بیش از مجموع مطلوبیتهای سامانه با در نظر گرفتن مخازن به صورت مجزا می باشد.

مطالعه ی حاضر به منظور بررسی اثر زبری جداره ی نهر مستطیلی بر فراسنجهای هیدرولیکی جریان در قوس 90 درجه تند با نسبت شعاع انحنای خط مرکزی به عرض 2 انجام شد. آزمایشها به ازای سه زبری جداره ی 0/5، 2 و5 میلی متر در عدد فرود ثابت 0/17 انجام گرفت. در هر آزمایش، و در طول قوس، مولفه های سه بعدی سرعت جریان با استفاده از سرعت سنج JFE ALEC در 480 نقطه اندازه گیری شد. ترسیم بردارهای سرعت و الگوی جریان با استفاده از نرم افزارهای Surfer و Ttecplot انجام گرفت. نتایج نشان دادند که در لایه ی نزدیک سطح آب، خطوط جریان به سمت جداره ی بیرونی، و در لایه ی نزدیک کف، خطوط جریان به سوی جداره ی داخلی کشیده شده اند، که با افزایش زبری جداره، انحراف خطوط جریان افزایش یافته است. ناحیه ی پر سرعت در محدوده ی 30 تا 60 درجه بیشتر به سمت جداره ی داخلی، و در امتداد عمق توزیع شده است، که از موقعیت 60 درجه به بعد به سمت جداره ی خارجی کشیده می شود. هسته ی اصلی جریان ثانویه نزدیک جداره ی داخلی دیده شد که به ازای هر سه زبری جداره در ناحیه ی 60 درجه ی قوس شکل گرفت. افزایش زبری باعث به تاخیر افتادن استهلاک هسته ی جریان ثانویه در انتهای قوس گردیده است. افزایش زبری جداره باعث افزایش تنش برشی بستر در نواحی پر تنش شده است. همچنین، محدوده ی 70 تا 80 درجه ی قوس به عنوان ناحیه ی با بیشترین قدرت جریان ثانویه تعیین گردید. در یک مقطع عرضی، با افزایش زبری جداره ی نهر، قدرت جریان ثانویه کاهش یافته است.

پیش بینی رواناب حوضه های فاقد آمار جهت طراحی سازه های هیدرولیکی بسیار اهمیت دارد. شبیه های بارندگی رواناب مانند کلارک و روش آب نگار زمان- مساحت نیازمند نمودار زمان- مساحت حوضه های آبخیز می باشند. در این تحقیق روشی جدید برای محاسبه ی نمودار زمان- مساحت حوضه ها با استفاده از شبیه های آب نگار واحد لحظه ای ارائه شده است. در این تحقیق از روش آب نگار واحد لحظه ای ناش استفاده گردید. روش زمان- مساحت ناش محاسبه شده با معادله ی زمان- مساحت ارائه شده به وسیله ی سازمان (USACE(1990 مقایسه شد و مقادیر n=4.7 و به عنوان فراسنجهای شبیه ناش برای حوضه های فاقد آمار پیشنهاد گردید. جهت صحت سنجی روش، اطلاعات مربوط به نمودار زمان- مساحت حوضه های کسیلیان و جعفرآباد در ایران، و آجای و گودآوری در هندوستان با نتایج به دست آمده در این تحقیق مقایسه گردیدند. نمودارهای زمان- مساحت محاسبه شده برای حوضه ی کسیلیان و آجای با استفاده از شبیه کلارک به آب نگار رواناب مستقیم تبدیل گردیده و نتایج آنها با رواناب مشاهداتی مقایسه شدند. مقادیر متوسط ضریب کارایی نمودار محاسباتی در حوضه های آجای و گود آوری 0.96، و برای حوضه های کسیلیان و جعفرآباد 0.78 به دست آمدند. خطای اوج رواناب برای حوضه ی کسیلیان بین 14 تا 22 درصد، و برای حوضه ی آجای 4 تا 17.5 درصد محاسبه گردید، که مقادیر قابل قبولی به شمار می روند.

بطور کلی، آبشکنها برای حفاظت از سواحل رودخانه ها به کار می روند. این سازه ها نیز اجرای اهداف مهمی مانند حفاظت از سواحل رودخانه ها، تغییرات خط القعر آنها، رسوبگذاری و فرسایش در طول رودخانه ها، مسائل زیست محیطی و غیره را بر عهده دارند. در این تحقیق به بررسی الگوی جریان پیرامون آبشکن T شکل در قوس 90 درجه با بستر صلب در شرایط تغییر شعاع انحنای قوس و هندسه ی ثابت آبشکن (l/L=1) و بده ی ثابت 25 لیتر بر ثانیه در موقعیت 45 درجه پرداخته شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش شعاع انحنایی قوس، ابعاد گردابه در پایین دست آبشکن کاهش می یابند؛ بطوری که با افزایش شعاع مرکزی قوس به 3 برابر عرض نهر، طول گردابه به اندازه ی 3 برابر طول آبشکن و عرض گردابه به میزان برابر با 9/0 برابر طول آبشکن، کاهش می یابد. بحث پیرامون نقش شعاع انحنا و تجزیه و تحلیل نتایج از موارد مطرح شده در این تحقیق می باشند.

تحلیل هیدرولیکی شبکه هایی آب شامل تعیین مقادیر بده توزیع شده در هر لوله و بار آبی در گره های شبکه می باشد. روش شیب با بهره گیری از جبر ماتریسها و بسط معادلات به کمک گروه تیلور، نتایج حل عددی معادلات پیوستگی جریان را در گره ها، و افت کارمایه را در حلقه ها بطور همزمان ارائه می نماید. هدف از انجام این تحقیق تحلیل هیدرولیکی شبکه ی توزیع آب براساس شکل ماتریسی روش شیب و مقایسه ی نتایج حاصل از آن براساس شاخصهای آماری: نش- ساتکلیف، ضریب مجموع باقی مانده، ضریب تعیین و مجذور میانگین مربع خطا با کاربرد روش های هاردی کراس، نیوتن- رافسون و نظریه ی خطی می باشد. مقادیر شاخصهای آماری به ترتیب برابر با NS=1، CRM=0، R2=1 و RMSE=0 و نزدیک به مقدار آرمانی آنها به دست آمدند. بر همین اساس، می توان کارایی روش شیب را در محاسبه ی بار آبی گره های مجهول، و نیز بده ی عبوری از لوله ها به خوبی اثبات کرد. این نتایج نشان دادند که روش شیب دارای خروجی های دقیق و قابل اطمینانی می باشد. این قابلیت امکان طراحی و تحلیل هیدرولیکی شبکه هایی گسترده را آسانتر می نماید.

سد 15 خرداد نخستین آبگیری که آبی لب شور را در ایران انبار می کند به وجود آورده است. این مخزن با حجم کل 200 میلیون مترمکعب در سال 1373 به پایان رسید. در آغاز بهره برداری، اندازه ی کل مواد جامد محلول در مخزن 600 میلی گرم بر لیتر بود؛ پس از گذشت 5 سال این مقدار به 2500 میلی گرم بر لیتر رسید. در این مقاله برای واسنجی دما و شوری در مخزن سد پانزده خرداد از شبیه دو بعدی متوسط گیری شده در عرض آبگیر با کاربرد CE-QUAL-W2 استفاده شد. پس از واسنجی شبیه، تاثیر محل برداشت آب بر کاهش شوری در مخزن مورد بررسی قرار گرفت. سپس با کاربرد شبیه واسنجی شده شده، تاثیر محل برداشت آب بر کاهش شوری در مخزن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که تاثیر آن بر کاهش شوری در مخزن ناچیز بود. در ادامه، تاثیر کاهش شوری ورودی به مخزن بر اثر اعمال روش های مدیریت در حوضه ی آبریز بررسی شد. نتایج نشان دادند که با کاهش 25 درصد شوری ورودی، افزایش شوری در آب مخزن رشد کمتری داشته و با کاستن 50 درصدی، می توان میزان شوری آب داخل مخزن را کاهش داد.

یکی از سازه هایی که در نهرها می تواند جایگزین سرریز و دریچه شود، سازه ی ترکیبی سرریز- دریچه می باشد. سرریز- دریچه ی نیم استوانه ای، به دلیل انحنای سطح سرریز، و در نتیجه ی آن چسبیدن تیغه ی جریان به بدنه ی سازه، دارای ضریب بده ی بیشتری نسبت به سرریز- دریچه ی لبه تیز است. در سازه ی سرریز- دریچه، نسبت بده ی عبوری از سرریز و دریچه بستگی به موقعیت سازه دارد. در این مطالعه، هیدرولیک جریان عبوری از نمونه ی فیزیکی سرریز- دریچه نیم استوانه ای، که پیرامون محوری خارج از مرکز نیم استوانه ی چرخیده، بطوری که ارتفاع بازشدگی دریچه ثابت باقی مانده، بررسی شده است. آزمایشها در نهری با مقطع مستطیلی و افقی به طول 5 متر، عرض 75 میلی متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری انجام گشته است. از لوله های PVC با پنج قطر 40، 50، 60، 70 و 85 میلی متر جهت ساختن نمونه های فیزیکی سازه ی ترکیبی سرریز- دریچه نیم استوانه ای بهره وری گردیده است. نتایج تحقیق حاضر حاکی از این می باشند که بیشترین و کمترین ضریب بده به ترتیب در زوایای 330 و 90 درجه، و بیشترین و کمترین میزان افت کارمایه به ترتیب در زوایای 90 و 180 درجه رخ می دهند. همچنین، نتایج نشان دادند که علاوه بر زاویه ی قرارگیری انحنای نیم استوانه نسبت به افق، قطر سازه نیز بر ضریب بده و میزان افت کارمایه ی عبوری از سازه ی ترکیبی نیم استوانه ای موثر می باشد؛ به علاوه، برازشی تجربی جهت برآورد بده ی عبوری ارائه شده است.

هدف از انجام این مطالعه بررسی الگوی کشت بهینه در دشت مرودشت- کربال، و تاثیر آن بر مدیریت منابع آبی منطقه می باشد. در این تحقیق از دو شبیه برنامه ریزی خطی فازی، خطی فازی ناموزون (چی بی شف) استفاده شده است. بر اساس نتایج به دست آمده در الگوی برنامه ریزی خطی فازی، سطح زیر کشت جو، چغندر قند نسبت به وضعیت موجود بایستی کاهش یابد. در مورد الگوی برنامه ریزی آرمانی فازی در مقایسه با وضعیت موجود، سطح زیر کشت گندم و جو افزایش، و سطح زیر کشت دیگر فراورده ها کاهش یابد. همچنین، بازده ی برنامه ای در دو الگو کاهش داشته اند، اما این کاهش در الگوی برنامه ریزی خطی فازی نسبت به الگوی دیگر کمتر بوده است. در پایان پیشنهادهایی برای کاهش مصرف منابع آبی ارائه گردیده اند.