فصلنامه مهندسی منابع آب
پیاپی 25 (تابستان 1394)

در این مطالعه، به منظور بررسی تاثیر افزایش قیمت آب بر میزان آب مصرفی و سایر نهاده های کشاورزی در منطقه ی جم در استان بوشهر، تغییرات تابع تقاضای آب، زمین، کود، سم و نیروی کار پس از افزایش قیمت آب با استفاده از روش تحلیل پوششی داده های معکوس (IDEA) تخمین زده شد. جهت بررسی نحوه ی تاثیرپذیری کشاورزان با کارایی و اندازه ی زمین متفاوت، کشاورزان نمونه را به گروه های مختلف تقسیم، و واکنش آنها به افزایش قیمت آب با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج این مطالعه نشان داند که افزایش قیمت آب اثر محدودی بر مصرف آب داشته و نمی تواند به عنوان ابزار مناسبی جهت حفظ منابع آبی در منطقه به کاربرده شود. مشخص گردید که کشاورزانی کارآتر و کشاورزانی با اندازه ی زمین بزرگتر، تابع تقاضای آب کم کشش تری دارند؛ در مقابل، بهره بردارانی که کارایی روشی پایینتر و اندازه ی زمین کوچکتر دارند، بیشتر تحت تاثیر افزایش قیمت آب قرار گرفته و قیمت بالاتر آن می تواند معیشت این گروه ها را تهدید نماید. زمین به عنوان نهاده ی جانشین برای آب، کود، و نیروی کار نیز به عنوان نهاده ی مکمل آب مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین، در خصوص سم نیز افزایش قیمت تا 4/3 برابر آب بهای محاسبه شده کنونی منجر به کاهش گردیده و پس از آن با بالا رفتن قیمت آب، میزان سم مصرفی نیز افزایش می یابد.

آبخوانهای کربناته در مقیاس جهانی از مهمترین منابع تامین کننده آب می باشند. ارزیابی آسیب پذیری و تهیه نقشه پهنه بندی خطر، راهکاری مهم در مدیریت منابع آب کارست به شمار می رود. گاهی به دلیل نازک بودن ضخامت خاک، جریان متمرکز در اپی کارست و تغذیه نقطه ای از طریق حفره های بلعنده نسبت به آلودگی ها آسیب پذیرتر هستند. هدف از این پژوهش، تهیه نقشه آسیب پذیری آبخوان حوضه بقیع نیشابور در برابر انتشار آلودگی با استفاده از دو شبیه COPو PaPRIKa و ارائه راهکارهای مدیریتی برای حفظ این منابع است. فراسنجهای مربوط به هر دو روش مذکور در محیط نرم افزار GIS تعیین و بعد از یکسان سازی مقیاس و ترکیب لایه ها فراسنجها بر طبق جداول یک و دو برای ارزش گذاری شدند و در نهایت نقشه آسیب پذیری برای هر دو روش بدست آمد. و در نهایت نتایج مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. برطبق نتایج بدست آمده از روش PaPRIKa منطقه مورد مطالعه از نظر میزان آسیب پذیری به سه رده خیلی زیاد، زیاد و متوسط پهنه بندی گردید که به ترتیب 8.9 درصد، 63.8 درصد و 27.2 درصد از مساحت منطقه را در برگرفته اند. نتایج نشان داد که شاخص COP برای منطقه مورد مطالعه بین 0.5 تا 12 متغیر می باشد. بنابراین محدوده مورد مطالعه از نظر آسیب پذیری به چهار رده مختلف پهنه بندی گردید که عبارتند از: آسیب پذیری زیاد، متوسط، کم و خیلی کم که به ترتیب 9.8 درصد،50درصد، 25.6 درصد و 14.6 درصد از مساحت منطقه را در بر گرفته اند.

نرم افزار Flow-3D یکی از ابزار پویایی سیالات محاسباتی می باشد که برای حل معادلات ناویراستوکس در حالات مختلف برای تعیین الگوی جریان طراحی شده است. یکی از انواع جریانهای پیچیده، که از گذشته تاکنون بسیار مورد توجه بوده، جریان پیرامون آبشکن می باشد. علاوه بر آن، اگر این سازه در قوس قرار گیرد، تعیین مولفه های سه بعدی سرعت جریان به مراتب پیچیده تر می گردد. با توجه به سختی انجام آزمایشها در حالات مختلف، و با در نظر گرفتن فراسنجهای متفاوت موثر در تعیین الگوی جریان، نقش نرم افزارهای عددی، از جمله Flow-3D، بیشتر نمایان می شود. در این مقاله، با توجه به داده های آزمایشگاهی موجود در مورد آبشکن T شکل مستقر در قوس 90 درجه با بستر صلب، به بررسی مولفه های سه بعدی سرعت خروجی از نرم افزار Flow-3D، و مقایسه ی آنها با نتایج آزمایشگاهی پرداخته شده است. مولفه های سه بعدی سرعت در مقاطع مختلف طولی، عرضی و مسطحه مقایسه، و مقدار متوسط خطای داده های عددی در حالات مختلف محاسبه شدند. بیشترین مقدار متوسط خطای مشاهده شده بین شبیه عددی و آزمایشگاهی مربوط به داده های سرعت عمقی جریان در مقطع عرضی بوده، که این خطا برابر با 17 درصد می باشد. همچنین، مقادیر متوسط خطای اندازه گیری شده مربوط به سرعتهای طولی و عرضی جریان نیز به ترتیب برابر با 6 و 10 درصد می باشد. بطور کلی، نتایج به دست آمده حاصل از مقایسه های صورت گرفته بیانگر تطابق مناسب بین شبیه عددی Flow-3D و داده های آزمایشگاهی می باشند و این به معنای توانایی بالای این نرم افزار در شبیه سازی الگوی جریان پیرامون سازه های آبی موجود در قوس رودخانه نظیر آبشکن است.

اخیرا روش های فراکاوشی به عنوان ابزاری کارآمد جهت حل مسائل پیچیده ی مهندسی مورد استفاده ی بسیار قرار گرفته است. یکی از این روش ها الگوریتم JPSO می باشد که در این تحقیق با اعمال تغییراتی ابتکاری در ماهیت پرش الگوریتمJPSO، امکان حل مسائل مبتنی بر ساخت نمودار در آن فراهم گردیده و الگوریتم جدیدی به نامG-JPSO] ارائه شده است. مساله بهره برداری ساده و برقابی از آبگیرها سدها یکی از مسائل مهم در حوزه ی مدیریت منابع آب می باشد، که یکی از الزامات حل این گونه مسائل در فضای گسسته، ساختن نمودار مناسب است. در این مقاله کاربرد الگوریتم جدید توسعه داده شده در تابع پیچیده ی ریاضی اکلی[، و مساله ی بهره برداری ساده و برقابی از آبگیر مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته، و در نهایت نتایج آن با الگوریتم جامعه ی مورچگان مقایسه شده است. نتایج نشان دادند که الگوریتم پیشنهادی در حل تابع اکلی به بهینه ی مطلق رسید، و کمترین مقدار تابع هدف در مساله بهره برداری ساده و برقابی با 000/200 بار محاسبه تابع هدف برابر با 07/1 و 83/7 به دست آمد که این مقادیر برای الگوریتم جامعه مورچگان به ترتیب برابر با 93/0 و 1/10 می باشد. این مقایسه نشان دهنده ی توانایی بالای الگوریتم ارائه شده در پیدا کردن جوابهائی نزدیک به پاسخ بهینه با صرف هزینه ی محاسباتی مناسب می باشد.

ضرایب ذخیره و انتقال آب از نظر مطالعه ی آبخوانها برای تعیین بهترین نقاط حفر چاه و بهره برداری از آبهای زیرزمینی اهمیت زیادی دارند. براورد این ضرایب معمولا با استفاده از آزمون آبکشی چاه صورت می گیرد، ولی غالبا چاه هایی که برای آزمونهای آبکشی مناسب باشند به شمار کافی وجود ندارند یا انجام آزمونهای آبکشی در تمام چاه ها عملی نیستند. در محدوده ی مطالعاتی دشت همدان- بهار به علت محدود بودن تعداد چاه اکتشافی وکمبود انجام آزمایشهای آبکشی و پائین بودن دقت این آزمایشها، اطلاعات دقیقی در مورد ضرایب آب پویایی گزارش نشده است. منابع آبهای سطحی از لحاظ کمی و کیفی دارای وضعیت مناسبی نبوده وآب زیرزمینی، مهمترین منبع تامین آب مورد نیاز منطقه می باشد، به همین دلیل، باعث وارد آمدن فشار مضاعف بر سفره ها و زیانهای جبران ناپذیری شده است؛ بنابراین، بررسی خصوصیات آبخوان این دشت از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هدف این تحقیق محاسبه ی ضریب ذخیره آبخوان دشت بهار با استفاده از روش تراز جزء به جزء می باشد. در این روش، با معلوم بودن یکی از ضرایب آب پویایی، ضریب دیگر محاسبه می شود.البته، در بسیاری از موارد، با محاسبه ی ضریب قابلیت انتقال، ضریب ذخیره به دست می آید. شرط عمده ی کار وجود دو نقشه ی صحیح ترازآب زیرزمینی است که یکی مربوط به زمان حداقل تراز(زمانt) که تبادلات آبی از طریق سطح سفره ناچیز است و دیگری با اختلاف زمانیtΔ باشد(زمان(t+ tΔ)). برای دشت بهار از نقشه های هم تراز آب زیرزمینی تیر و شهریور سال 1391استفاده شده و با کاربرد روش مذکور مقدار متوسط ضریب ذخیره ی آبخوان درحدود5/1 درصد براورد گردید، که مقدار قابل قبولی به نظر می رسد.

مدیریت و بهره وری بهینه منابع از آب زیرزمینی با توجه به ویژگی های آن، تمهیدات مناسبی را می طلبد. بهره وری از منابع آب زیرزمینی دارای مسائل مهمی مانند اهداف متضاد و پیچیده، متغیرهای تصمیم گیری قابل توجه، و عدم قطعیتهای مختلف می باشد. بویژه زمانی که ذینفعان متفاوتی با مطلوبیتهای متضاد در این بهره وری درگیر باشند تضاد منافع بین ذینفعان بیش از پیش بروز می کند. هدف از روش شناسی ارائه شده در این مقاله، تعیین مقدار بهینه ی تخصیص منابع آب زیرزمینی با تاکید بر رفع اختلاف بین طرفهای درگیر در تدوین سیاستهای بهره وری بر مبنای رویکرد کاربرد قوانین انتخاب اجتماعی می باشد. در این مطالعه، با تدوین یک روش شبیه سازی-بهینه سازی، مقادیر بهینه ی تخصیص از آبخوان تعیین گردیدند. بدین منظور، یک فراشبیه بر مبنای شبکه ی عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) با استفاده از نتایج اجرای مکرر شبیه شبیه ساز آبخوان (MODFLOW) برای پیش بینی مقادیر افت تراز آب زیرزمینی، آموزش و صحت سنجی گردید. منحنی تعامل بین اهداف متضاد، به وسیله ی شبیه بهینه سازی چندهدفه ی NSGA-II به دست آمده است. برای انتخاب بهترین نقطه ی غیرپست به عنوان راه حل مورد توافق در مورد منحنی تعامل بین اهداف، روش های انتخاب اجتماعی به کار رفته است. کارایی ساختار تدوین شده بر روی آبخوان دشت کوار- مهارلو در استان فارس مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می دهد که روش پیشنهادی، از کارایی مناسبی برای تعیین سیاستهای تخصیص از منابع آب زیرزمینی برخوردار است. پس از اعمال سیاستهای تخصیص بهینه تعیین شده با کاربرد شبیه شبیه سازی- بهینه سازی پیشنهادی در دشت کوار-مهارلو، حجم تخلیه ی سالانه از آبخوان به طور میانگین با کاهش 56 درصدی به 52/25 میلیون مترمکعب در سال می رسد.

ظهور بحث آب مجازی توانست توجه مجامع مختلف جهانی را به جریان عظیم مجازی آب که به وسیله ی تجارت مواد غذایی در حال اجراست جلب کند، در این راستا، کشورهای کم آب می توانند با واردات مواد غذایی دسترسی خود را به منابع جهانی آب افزایش دهند. آبی که در مراحل مختلف فرایند تولید یک محصول کشاورزی و یا غیرکشاورزی استفاده می گردد، آب مجازی ذخیره شده در کالا نامیده می شود. در این تحقیق، مقادیر بهره وری آب و آب مجازی برای کشت نیشکر در کشت و صنعت نیشکر امیرکبیر به ترتیب 6/1 کیلوگرم نیشکر بر مترمکعب آب مصرفی و 625 مترمکعب آب برای هر تن نیشکر با احتساب بازده ی آبیاری 49% برآورد شده در کشت و صنعت به دست آمد. همچنین، در این تحقیق، با توجه به میزان آب مصرفی بالا برای تولید یک کیلوگرم شکر (35000 مترمکعب در ازای تولید 56 تن نیشکر در هکتار)، و با فرض این که مصرف آب گیاه نیشکر در دیگر نقاط کشور نیز مشابه مصرف آب کشت و صنعت امیرکبیر می باشد، حجم کل آب مصرفی برای تولید 616000 تن شکر در کشور در سال 1392 معادل 8/3 میلیارد متر مکعب برآورد شد. بنابراین، در صورت واردات شکر از کشورهای بزرگ تولید کننده ی نیشکر مانند برزیل، هند و... و کشت نکردن نیشکر در کشور می توان تا 8/3 میلیارد مترمکعب مصرف آب کشور را کاهش داد. در همین سال، ایران با تخصیص دادن بیشتر نیاز سرانه ی کشور به واردات شکر از کشورهای بزرگ تولید کننده ی نیشکر توانسته است علاوه بر تامین نیاز داخلی، در حدود 8/4 میلیارد مترمکعب از ذخایر آب کشور را از طریق واردات 000/579/1 تن شکر ذخیره نگه دارد. با توجه به توان تولید حدود 1500 کیلوگرم در هکتار کنجد، که یکی از محصولات بومی ایران و مقاوم به کم آبی بوده و در شرایط آب و هوایی استان خوزستان رشد مطلوبی را دارد، برآورد می شود که با تخصیص دادن 35000 هکتار از اراضی خوزستان به کشت کنجد، می توان سالانه در حدود 993 میلیون متر مکعب در مصرف آب صرفه جویی کرد، که در نهایت در حدود 204 میلیارد تومان درآمد خالص از 35000 هکتار اراضی کشت کنجد حاصل می گردد. از طرفی، درآمد حاصله از کشت نیشکر در این سطح نیز در حدود 202 میلیارد تومان می باشد. لذا با تخصیص نیمی از کشت و صنعت خوزستان به کشت کنجد علاوه بر درآمد سالانه ی مشابه حجم بالایی از آب به ذخایر جهانی افزوده می شود.

دینامیک مواد معلق، انتقال، ته نشینی و بر هم کنش آنها با سایر اجزای یک بوم نظام نقش مهمی را در یک حوضه ی آبخیز ایفا می کند. تحقیق حاضر با هدف بررسی تغییرات زمانی و مکانی ارتباط غلظت مواد معلق با برخی آلاینده ها مثل کادمیم، کروم، نیکل و سرب به صورت محلول در آب و جذب شده به وسیله ی مواد معلق در حوضه آبخیز زاینده رود با مساحت 28/4946 کیلومتر مربع انجام گرفت. برای این منظور نمونه برداری مواد معلق از بالادست سد در ایستگاه های قلعه ی شاهرخ و اسکندری و پایین دست سد در ایستگاه پل زمانخان طی فروردین 1391 تا اسفند 1391 به صورت دو بار در ماه از رود زاینده رود برداشت شد. نتایج تحقیق نشان دهنده ی ارتباط بالایی بین غلظت مواد معلق با کروم موجود در مواد، معلق با ضریب همبستگی بالای 63 و 52 درصد به ترتیب در ایستگاه قلعه ی شاهرخ و پل زمان خان بود. طبیعی است که نتایج حاصل قابلیت استفاده را در مدیریت صحیح منابع آبی حوضه ی آبخیز مورد مطالعه خواهد داشت.