فهرست مطالب

محیط زیست و مهندسی آب - سال ششم شماره 1 (بهار 1399)

مجله محیط زیست و مهندسی آب
سال ششم شماره 1 (بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/03/12
  • تعداد عناوین: 7
|
  • آرش تافته*، سعید غالبی، سینا ملاح صفحات 1-12

    به منظور افزایش بهره وری آب در سطح مزارع و هوشمند سازی آبیاری یکی از فاکتورهای مهم ایجاد سامانه هایی است که بتوانند با دقت مناسب و قابل قبول مقدار رطوبت خاک را اندازه گیری نمایند. در این ارتباط دستگاه اندازه گیری جبهه رطوبتی ساخته شده در موسسه تحقیقات خاک و آب در سه بافت سبک (LT)، متوسط (MT) و سنگین (HT) و در سه سطح شوری آب آبیاری غیر شور (S0)، 5 (S1) و dS/m 10 (S2) مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از جمع آوری داده ها نسبت به تحلیل آماری و تفسیر اقدام و از نتایج آن در مزرعه استفاده شد. سپس برای ارزیابی و واسنجی دستگاه در شرایط مذکور، اقدام به اندازه گیری هم زمان اعداد دستگاه و نمونه گیری از خاک در اعماق معین به فواصل زمانی h 24 شد. پس از جمع آوری داده های مربوط به زمان های رسیدن جبهه رطوبتی به اعماق خاک و تغییرات رطوبت خاک با نمونه گیری خاک و دستگاه آشکارساز جبهه رطوبتی خاک تجزیه آماری صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که دستگاه در بافت های مختلف و شوری های متفاوت واکنش نشان می دهد. همچنین حساسیت حسگرهای آن به تغییرات ناگهانی رطوبت خاک ناشی از رسیدن جبهه رطوبتی به عمق معینی از خاک دارای دقت قابل قبولی می باشد. نتایج آماری نشان داد که دستگاه در تعیین رطوبت خاک در شرایط غیر شور حدود 6 تا 9%، در شرایط استفاده از آب شور dS/m 5، 28 تا 41% و در شرایط استفاده از آب شور dS/m 10، 31 تا 37% دارای خطا می باشد. شاخص کارایی مدل نیز نشان داد که این دستگاه در شرایط غیرشور با کارایی متوسط 75/0 بسیار کاربردی بوده و در شرایط شور با شاخص کارایی منفی غیرقابل توصیه می باشد.

    کلیدواژگان: بافت خاک، رطوبت خاک، سامانه، شوری آب آبیاری، عمق خاک
  • مریم تاج بخشیان*، محمدحسین محمودی قرائی، اسدالله محبوبی، سید رضا موسوی حرمی صفحات 13-30

    در این پژوهش به منظور بررسی کیفیت منابع آب منطقه پالایشگاه گاز شهید هاشمی نژاد و پساب های تولیدی در این واحد از نظر خورندگی و رسوب گذاری 18 نمونه آب سطحی و زیرزمینی و پنج نمونه پساب موردمطالعه قرار گرفتند. pH، EC، دما و غلظت یون های اصلی شامل K+، Cl-، Na+، HCO3- و CO32- در نمونه های برداشت شده اندازه گیری شدند. با استفاده از نمودار Piper اکثر نمونه های آب تیپ و رخساره سدیم سولفاته و سدیم کلروره را نشان دادند. جهت ارزیابی خورندگی و رسوب گذاری نمونه ها، شاخص های مختلفی شامل LSI،RSI،PSI،AIو S&DSI برای رسوب گذاری کلسیم کربنات و شاخص های L&SI و Skillman برای رسوب گذاری سولفات ها به ویژه کلسیم و سولفات محاسبه شدند.نتایج نشان داد اکثر نمونه های آب به دلیل سختی و قلیایت بالا رسوب گذار بوده و پساب ها در بیش تر موارد خورنده بودند. بر این اساس تمام نمونه های آب و پساب برای استفاده در صنعت کیفیت مطلوبی نداشتند. با استفاده از نتایج حاصل از مطالعات هیدروژیوشیمیایی مشخص شد مکانیسم تبخیر، حضور کانی های تبخیری در مسیر جریان آب مانند ژیپس و انیدریت، وجود سازندهای کربناته و انحلال آن ها از مهم ترین پارامترهای کنترل کننده محتوای یونی منابع آب هستند.

    کلیدواژگان: پالایشگاه گاز، تیپ و رخساره، سختی، هیدروژئوشیمیایی
  • مرتضی البرزی مقدم*، مرتضی بختیاری، احمد حاجیوند صفحات 31-44
    به منظور محافظت سواحل و جلوگیری از فرسایش آن ها از سازه آب شکن استفاده می شود. اهمیت این سازه ها در قوس خارجی رودخانه ها ضرورت بیش تری دارد، چراکه در این محدوده از رودخانه، جریان های ثانویه ایجادشده و به تبع آن ساحل فرسایش پیدا می کند. در این مقاله، الگوی جریان پیرامون مجموعه ای از آب شکن های قایم در قوس 90 ملایم با استفاده از یک حل گر سه بعدی RANS بررسی شده است. به منظور شبیه سازی رفتار پیچیده سطح آب و جریان آشفته به ترتیب از روش حجم سیال و مدل آشفتگی Realizable k-ɛ استفاده شده است. از دو طول آب شکن معادل 15 و 25% عرض کانال آزمایشگاهی، دو فاصله قرارگیری معادل 3 و 5 برابر طول آب شکن، در دو عمق 3 و cm 9 از بستر و در دبی l/s 25 در یک فلوم با قوس ملایم با عرض m 7/0 و عمق آب cm 12 موردبررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج با داده های آزمایشگاهی نشان دهنده تطابق قابل قبول بین آن ها است. همچنین نتایج نشان می دهد که حضور آب شکن ها در قوس موجب تمایل حداکثر سرعت متوسط به سمت قوس داخلی در بخش ورودی قوس می شود. سپس به سمت میانه کانال منحرف می شود. افزایش طول آب شکن ها باعث افزایش سرعت می شود ولی تاثیری در وقوع سرعت حداکثر ندارد طوری که در تمامی آرایش قرارگیری آب شکن ها در زاویه 71-°81 رخ داده است. در مورد تنش برشی نیز حداکثر مقدار آن در زاویه °81-°71  است.
    کلیدواژگان: آبشکن، توزیع سرعت متوسط، توزیع تنش برشی، شبیه سازی عددی، قوس 90 درجه ملایم
  • سید وحید شاهویی*، الهام فهیمی نژاد، زانیار فاتحی صفحات 45-57
    در این پژوهش به بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر داده های دما و باران در حوضه روانسر سنجابی استان کرمانشاه پرداخته شد. برای این منظور با استفاده از داده های اقلیمی دما و بارندگی طی سال های 1979-2005 (دوره مشاهداتی)، مقادیر این متغیرها در سال های 2041-2100 (دوره پیش بینی) تحت سه سناریوی RCP8.5، RCP4.5 و RCP2.6 و مدل گردش عمومی جو CanESM2، پیش بینی شد. برای ریزمقیاس کردن داده های موردبررسی در حوضه موردمطالعه، از مدل SDSM استفاده شد. نتایج نشان داد که مقادیر میانگین بارندگی سالانه، دماهای حداکثر و حداقل سالانه در حوضه روانسر سنجابی در دوره پیش بینی 2041-2100 افزایش خواهند یافت. بیش ترین مقادیر پیش بینی شده این متغیرها مربوط به سناریوی RCP8.5 می باشد، به طوری که درصد افزایش میانگین بارندگی در ماه دسامبر با توجه به این سناریو و در دوره های پیش بینی 2041-2070 و 2100-2071 به ترتیب 153 و 6/159% در مقایسه با میانگین بارش در دوره مشاهداتی می باشد. با  در نظر گرفتن نتایج این پژوهش انتظار می رود که در راستای مدیریت صحیح منابع آب و تاثیر تغییر اقلیم بر آن، چشم اندازی درست بر وضعیت منابع آب این حوضه در آینده پیش روی مدیران منابع آب قرار گیرد.
    کلیدواژگان: ریزمقیاس نمایی، شبیه سازی، گرمایش جهانی، مدل گردش عمومی جو، منابع آب
  • آزیتا فرهمند، معصومه حیدری*، مهدی ریاحی خرم صفحات 58-68
    تصفیه فاضلاب شهری و دفع مناسب آن یکی از ضروری ترین خدمات شهری است. روش برکه تثبیت برای تصفیه فاضلاب یکی از روش های ساده و کم هزینه با بهره برداری و نگهداری آسان است. برای ارزیابی عملکرد تصفیه خانه فاضلاب شهرستان قروه به روش برکه تثبیت، از فاضلاب خام ورودی و پساب خروجی در دو فصل زمستان و بهار 54 نمونه برداشت و 12 شاخص شامل: BOD،COD ، TDS، TSS،pH، کل کلی فرم، کلی فرم مدفوعی، دما، فسفات، نیترات، آمونیاک و کدورت طبق روش استاندارد اندازه گیری و بررسی شدند. جهت تجزیه وتحلیل داده ها و مقایسه آن ها با استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست ایران، از آزمون های آماری ANOVA و t-Test استفاده شد. نتایج نشان داد میانگین راندمان حذف BOD، COD،TSS ، TDS، کل کلی فرم، کلی فرم مدفوعی، نیترات، فسفات و آمونیاک به ترتیب 56/81، 44/82، 81/70، 12/24،91/99، 23/92، 34/79، 51/56،16/96%  بود. همچنین نتایج آزمون ANOVA برای مقایسه راندمان حذف پارامترها در دو فصل مختلف نشان داد عملکرد تصفیه خانه تحت تاثیر تغییر فصل نبود. در مقایسه میزان پارامترها با مقادیر استاندارد تخلیه در آب های سطحی مشخص گردید که مقدار پارامترهای BOD، COD،TSS ، TDS، TC و FC بیش تر از حد استاندارد بوده و نمی توان آن را در آب های سطحی رها نمود. با مقایسه مقدار پارامترها با استانداردهای استفاده از پساب در آبیاری و کشاورزی، اگرچه مقدار همه پارامترها به جز پارامترهای بیولوژیکی کم تر از حد مجاز است، اما با توجه به حساسیت و اهمیت سلامت محصولات کشاورزی استفاده از این پساب بدون گندزدایی و تصفیه تکمیلی امکان پذیر نیست.
    کلیدواژگان: استفاده مجدد، تصفیه، قروه، کیفیت پساب خروجی، فاضلاب شهری
  • محمدحسین جهانگیر*، مریم جهان پناه، مهناز ابوالقاسمی صفحات 69-82

    در این پژوهش به منظور شبیه سازی اقلیم آینده سال های (1443-1397) برای محاسبه شاخص خشک سالی در استان فارس، داده های مورداستفاده شامل مقادیر روزانه ی بارش، دمای کمینه، دمای بیشینه و ساعات آفتابی ایستگاه شیراز در یک دوره ی 46 ساله (1349-1395) و به عنوان ورودی برای مدل آماری LARS-WG بود. برای شبیه سازی پارامترهای اقلیمی در حوضه ایستگاه شیراز داده های مدل HADCM3 با استفاده از مدل WG-LARS تحت دو سناریوی 2A و B1A ریزمقیاس شدند. نتایج نشان داد که میانگین بارش سالانه در دوره آتی نسبت به دوره پایه با در نظر گرفتن سناریوی 2A، 5/1 % و با در نظر گرفتن سناریوی B1A، 5/5 % در دوره 1399 تا 1445 افزایش خواهد یافت. همین طور میزان ساعت های آفتابی در دوره بررسی و با در نظر گرفتن هر دو سناریو کاهش خواهد یافت. همچنین مدل با دقت بالایی قادر به شبیه سازی پارامترهای دمای حداکثر، دمای حداقل و تابش بود، اما در شبیه سازی پارامتر بارش نسبت به دیگر پارامترها خطای بیش تری را نشان داد. بیش ترین افزایش با حدود 80%، متعلق به ماه سپتامبر تحت سناریو 2A بود که در دوره آتی نسبت به دوره مطالعاتی رخ داده است. در ادامه مطابق شاخص خشک سالی SPI شدیدترین خشک سالی ایستگاه مربوط به سال 1387 با مقدار شاخص 89/2- و حادترین ترسالی مربوط به سال 1374 با مقدار شاخص 92/1 بود.

    کلیدواژگان: ریزمقیاس نمایی، شاخص خشکسالی SPI، شیراز، مدل گردش عمومی جو، مدل LARS-WG
  • محمدتقی آوند، حمیدرضا مرادی*، مهدی رمضان زاده صفحات 73-85

    امروزه پدیده ی سیل یکی از پیچیده ترین رخدادهای مخاطره آمیز است که بیش از سایر بلایای طبیعی دیگر، همه ساله در نقاط مختلف دنیا منجر به ایجاد خسارت های جانی و مالی و تخریب اراضی کشاورزی می شود؛ بنابراین تهیه نقشه حساسیت به وقوع سیلاب نخستین گام در برنامه مدیریت سیلاب است. هدف از این پژوهش شناسایی مناطق حساس به سیل با استفاده از دو مدل یادگیری ماشین جنگل تصادفی (RF) و خطی تعمیم یافته بیزین (GLMbayesian) در حوزه آبخیز تجن در استان مازندران، شهرستان ساری بود. نقشه پراکنش سیلاب های گذشته به منظور پیش بینی سیلاب در آینده تهیه شد. از بین 263 رخداد سیلاب، 80% (210 رخداد سیل) به منظور مدل سازی و 20% (53 رخداد سیل) به منظور اعتبارسنجی استفاده شد. با بررسی مطالعات قبلی و پیمایش منطقه موردمطالعه 13 عامل موثر به منظور پهنه بندی سیلاب انتخاب و تهیه شد. نتایج نشان داد که سه فاکتور ارتفاع (55/21)، فاصله از رودخانه (28/15) و شیب (18/11) به ترتیب بیش ترین تاثیر را در سیل گیری منطقه موردمطالعه دارند. همچنین نتایج ارزیابی خروجی مدل ها نشان داد که مقدار AUC در مدل RF و GLMbayesian به ترتیب 91/0 و 847/0 بود که نشان دهنده برتری مدل RF و دقت بیش تر این مدل در تهیه نقشه حساسیت به وقوع سیل در منطقه موردمطالعه می باشد. بیش ترین مساحت حساسیت به سیل در مدل RF مربوط به طبقه خیلی کم و در مدل GLMbayesian مربوط به طبقه زیاد است.

    کلیدواژگان: حوزه آبخیز تجن، خسارت سیلاب، مدل GLMbayesian، مدل RF، منحنی ROC
|
  • Arash Tafteh *, Saeed Ghalebi, Sina Mallah Pages 1-12

    In order to increase water productivity at farm level and smart irrigation, appropriate systems are essential so that can measure the moisture content in a proper and acceptable accuracy. In this regard, the wetting front device was made at the Soil and Water Research Institute and was evaluated in 3 textures: light, medium, and heavy at 3 levels of water salinity: no salinity (S0), 5(S1), and 10 (S2) dS/m. Then, to evaluate and measure the device in the mentioned conditions, it was tried to simultaneously measure the device numbers and soil sampling at certain depths at intervals of 24 h. After collecting data on the time of arrival of the moisture front to the soil depth and changes in soil moisture, statistical analysis was performed by soil sampling and soil detection device. The results showed that the device reacts in different textures and salinities. Moreover, the sensitivity of its sensors to sudden changes in soil moisture due to the arrival of the moisture front to a certain depth of soil has acceptable accuracy. Statistical results showed that the device has about 6 to 9% normal error in determining soil moisture in non-saline conditions, 28 to 41% in terms of using water with salinity of 5 dS/m, and 31-37% when a water with salinity of 10 dS/m was used. The model efficiency index also showed that the device is very useful in non-saline conditions with an average efficiency of 0.75 and is not recommended in saline conditions with negative efficiency index.

    Keywords: Irrigation water salinity, Soil depth, Soil texture, System, Water content
  • Maryam Tajbakhshian *, MohammadHossein Mahmudygharaie, Asadollah Mahboubi, Sayyed Reza Moussavi Harami Pages 13-30

    In this study, 18 surface and groundwater samples and 5 wastewater samples were analyzed to assess water recourses and wastewater quality at Shahid Hashemi Nezhad Gas Refinery region in terms of corrosion and scaling. The parameters measured were pH, EC, temperature, and concentration of major ions, including K+, Na +, Ca2+, Mg2+, SO42, Cl, HCO3- and CO32,. Majority of the water samples showed Na+- SO42- and Na+-Cl- type and face by Piper diagram. To assess corrosion and scaling of the samples, various indices were calculated including LSI, RSI, PSI, AI and S&DSI for CaCO3 deposition, and L&SI and Skillman for sulfates deposition especially CaSO4. The results showed most of the water samples had scale forming due to high hardness and alkalinity, and the wastewater samples were often corrosive and therefore, all of the samples did not have favorable quality for industrial uses. The results of hydrogeochemical studies indicated evaporation, evaporative minerals such as gypsum and anhydrite in the water flow path, carbonate formations and their dissolution were the most important parameters in controlling ionic content of the water resources.

    Keywords: Gas refinery, Hardness, Hydrogeochemical, Type, face
  • Morteza Alborzi Moghadam *, Morteza Bakhtiari, Ahmad Hajivand Pages 31-44
    In order to protect the bank and prevent their erosion spur dike is used. Importance of these structures in the bend is more, because of secondary flows and consequently bank erosion. In this paper the flow pattern around series of vertical spure dikes in the 90° bend is investigated by a 3D RANS solver. In order to simulate the complex behavior of free surface and turbulent flow the volume of fluid method and realizable k-ɛ closure have been used, respectively. Two lengths spure dike (equal to 15 and 25 percent of width), two spacing (3 and 5 three times the length) and two depths (3 and 5cm) in constant discharge 25 lit/s in the mild bend flume with width 0.7m and depth 0.12 m has been examined. Comparison among the results with experimental data shows good agreement among them. Also, the results illustrate spure dike deviations maximum velocity to the inner bank in entrance of bend and then deviations to the middle flume. Increasing the length of the spure dikes increases the velocity but it has no effect on the location of the maximum velocity as in all arrangement occurrence in 71 to 81 degree of bend. In the case of shear stress, the maximum value is in the range of 71 to 81˚.
    Keywords: 3D RANS, 90˚ Mild Bend, Shear stress distribution, Spur Dike, Velocity Distribution
  • Seyed Vahid Shahoei *, Elham Fahiminezhad, Zaniar Fatehi Pages 45-57
    In this study, the effect of climate change on temperature and rainfall data in the Kermanshah Sanjabi basin was investigated. For this purpose, using climate and temperature data from 1979-2005 (observation period), the values ​​of these variables in 2041-2100 (forecast period) were predicted under three scenarios RCP8.5, RCP4.5 and RCP2.6 and CanESM2 atmospheric general circulation model. The SDSM model was used to fine-tune the survey data in the study area. The results showed that the mean annual precipitation, maximum and minimum annual temperatures in the squared Ravansar basin will increase in the forecast period of 2041-2100. The most predicted values ​​of these variables belong to the RCP8.5 scenario so that according to this scenario, the average increase in precipitation in December, in the forecast periods 2041-2070 and 2071 2100 is 153 and 159.6%, respectively, compared with the average rainfall in the observation period. Based on the results of this study, it is expected that in order to properly manage the water resources of the RWC due to the impact of climate change, a proper perspective on the future status of water resources in the watershed will be presented to water resource managers in the future.
    Keywords: Atmospheric general circulation model, Downscale, Global warming, Simulation, Water resources
  • Azita Farahmand, Masoomeh Heidari *, Mehdi Riyahikhoram Pages 58-68
    Treatment of municipal wastewater and its proper disposal is one of the most critical needs for urban services. Stabilization pond method is one of the simplified methods, low cost, and easy maintenance and operation. For evaluation of the Qorveh County Wastewater Treatment Plant, 54 samples were taken from the raw wastewater and the effluent in winter and spring seasons and 12 factors including: BOD, COD, TDS, TSS, pH, TC, FC, temperature, phosphate, nitrate, ammonia and the inlet and outlet turbidity of wastewater were measured according to Standard Methods. ANOVA and t-Test were used to analyze the data and to compare them with the national standards. The results showed that removal efficiency of BOD, COD, TSS, TDS, TC, FC, nitrate, phosphate and ammonia by Qorveh treatment plant were 81.56, 82.44, 70.81, 24.12, 99.91, 92.23,79.34, 56.51, and 96.16% respectively. The results of ANOVA aslso showed that the treatment plant performance was not affected by the season change. Comparing the amount of parameters with discharge standard determined that the values ​​of BOD, COD, TSS, TDS, TC, and FC were higher than the standard and the effluent could not be discharged into surface waters. Based on the grey water reuse for agricultural purposes, although all parameters except biological parameters were lower than the permitted level, the reuse of this wastewater without disinfection and supplementary purification is not possible due to the sensitivity and importance of health of agricultural products.
    Keywords: effluent quality, Municipal wastewater, Reuse, Qorveh, treatment
  • MohammadHossein Jahangir *, Maryam Jahanpanah, Mahnaz Abolghasemi Pages 69-82

    In this study, in order to simulate the current climate (1970-2016) for calculating the drought index in Fars Province, the data used include daily rainfall, minimum temperature, maximum temperature, and sunny hours at Shiraz station in a period of 46 years (1970-2016) as the entry for the LARS-WG statistical model. To simulate the climatic parameters at the Shiraz station basin, the data of HADCM3 model were downscaled using WG-LARS model under two scenarios A2 and A1B. The results showed that the average annual rainfall will increase under A2 scenario by about 1.5% and under A1B scenario by about 5.5% during 2020-2066 periods. Moreover, sunshine hours in the study period will be reduced under both scenarios. With high precision, the model could simulate maximum temperature, minimum temperature, and radiation parameters, but more error in simulating was presented in the precipitation parameter than other parameters. The highest increase, with about 80%, was due in September under scenario A2, which occurred in the upcoming period of the study period. Based on the SPI drought index, the most severe droughts occurred in 2008 in Shiraz station showing an index value of -2.89. Moreover, SPI shows that the most precipitation was recorded in 1995 with an index value of 1.91.

    Keywords: Atmospheric general circulation model, Downscaling, LARS-WG model, SPI, Shiraz
  • MohammadTaghi Avand, HamidReza Moradi *, Mehdi Ramazanzadeh Pages 73-85

    Today, the phenomenon of flooding is one of the most complex hazardous events that, more than any other natural disaster, causes deaths and finances every year in different parts of the world. Therefore, flood susceptibility mapping is the first step in a flood management program. The purpose of this study was to identify flood susceptible areas using two methods of random forest (RF) and Bayesian generalized linear model (GLMbayesian) machine learning in the Tajan watershed in Mazandaran province, Sari. Past flood distribution maps were prepared to predict future floods. Of the 263 flood locations, 80% (210 flood locations) was used for modeling and 20% (53 flood locations) was used for validation. Based on previous studies and surveying of the study area, 13 conditional factors were selected for flood zoning. The results showed that three factors of elevation (21.55), distance from the river (15.28) and slope (11.18) had the highest impact on flood occurrence in the study area, respectively. The results also showed that the AUC values for RF and GLMbayesian models were 0.91 and 0.847, respectively, indicating the superiority of the RF model and the accuracy of this model in flood susceptibility mapping in the study area. The highest flood susceptibility area in the RF model is in the very low class and the high class in the GLMbayesian model.

    Keywords: Flood damage, GLMbayesian Model, RF Model, ROC curve, Tajan Watershed