فهرست مطالب

پژوهش های مهندسی آب ایران - سال دوم شماره 3 (پیاپی 4، پاییز 1402)

نشریه پژوهش های مهندسی آب ایران
سال دوم شماره 3 (پیاپی 4، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امین امیرعشایری، جواد بهمنش*، نسرین فتح الله زاده عطار صفحات 1-17

    نیاز روزافزون به آب سبب گردیده است که برنامه ریزی های مدیریتی به منظور کنترل مصرف آب در آینده از اهمیت بیشتری برخوردار باشد. به همین دلیل برآورد صحیح و دقیق جریان رودخانه با استفاده از مدل های مختلف یکی از موضوعاتی است که در منابع آب پژوهشگران بررسی می کنند. در این تحقیق جهت برآوردی دقیق از مقدار روزانه جریان رودخانه زرینه رود از دو ایستگاه هیدرومتری ساری-قمیش و نظام آباد واقع در استان آذربایجان غربی استفاده شد. اخیرا شیوه استفاده از مدل های هوشمند به صورت ترکیبی موردپذیرش قرارگرفته است که در این تحقیق، برای مقابله با پیچیدگی و ناپایداری داده های سری زمانی از الگوریتم پیش پردازش تجزیه مد تجربی (EMD) استفاده شد. EMD یک روش تجزیه اطلاعات برای استخراج سیگنال ها در اطلاعات تولیدشده توسط عملیات غیرخطی و غیرایستا است. در این تحقیق، از روش مدل برنامه ریزی بیان ژن و از مدل شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. نتایج تحقیق نشان داد که عملکرد مدل برنامه ریزی بیان ژن برابر و گاهی کمتر از عملکرد شبکه عصبی مصنوعی بود. بااین حال ترکیب دو مدل مذکور با فن (EMD) باعث افزایش دقت مدل و کاهش خطا در شبیه سازی جریان رودخانه در ایستگاه های ساری-قمیش و نظام آباد شد. نتایج نشان داد که در مرحله آزمون ترکیب روش GEP با EMD باعث ارتقا ضریب تبیین به میزان 7.29% و 2.15% به ترتیب برای ایستگاه ساری-قمیش و نظام آباد گردید، همچنین در مرحله آزمون ترکیب روش ANN با EMD باعث ارتقا ضریب تبیین به میزان 3.06% و 3.09%  به ترتیب برای ایستگاه ساری-قمیش و نظام آباد گردید.

    کلیدواژگان: جریان رودخانه، پیش بینی، مدل برنامه ریزی بیان ژن، الگوریتم تجزیه حالت تجربی، مدل شبکه عصبی مصنوعی
  • مهدی قمشی*، فایز فردوس پناه صفحات 19-32

    استان خوزستان به عنوان یکی از  استان های پرآب ایران، محل عبور چندین رودخانه مهم است که حفاظت از کمیت و کیفیت این منابع آبی، یکی از مهم ترین دغدغه های اندیشمندان و پژوهشگران علم آب است. بروز مشکلات متعدد در سال های اخیر که اغلب با دخالت بشر همراه بوده است، باعث ایجاد مشکلات متعدد در زمینه های کمی و کیفی آب شده است. عدم توجه به ارایه راه حل هایی جهت برون رفت از این مشکلات، وضعیت سلامت این منابع ارزشمند را با خطر مواجه کرده است. در این مقاله با درنظر گرفتن داده ها و مشاهدات میدانی، مشکلات آبی ایجادشده درزمینه سد گتوند و شوری رودخانه کارون، سدهای سه گانه کارون، انتقال بین حوضه ای آب، طرح سامانه بهمن شیر و آبگیری سد چم شیر موردبحث و بررسی قرار گرفت. مشاهده گردید که ایجاد طرح های مذکور و عدم توجه به حیات و سلامت رودخانه های ورودی به استان خوزستان، سبب بروز مشکلات متعددی درزمینه کمی و کیفی منابع آب شده و تغییرات وسیعی در این زمینه رخ داده است. در پایان باهدف جلوگیری و یا تقلیل اثرات بهره برداری نامناسب از طرح های مذکور، پیشنهاد هایی بر پایه تجزیه وتحلیل داده های جمع آوری شده، نسبت به وضعیت موجود ارایه شده است.

    کلیدواژگان: خوزستان، کارون، پارامترهای کمی، پارامترهای کیفی، چم شیر
  • امیرسجاد ملکی*، غلامرضا عزیزیان، سید آرمان هاشمی منفرد صفحات 33-52

    سیلاب‏ یکی از حوادث طبیعی است که باعث تغییرات چشم گیر ریخت شناسی در بستر رودخانه ها و اراضی مجاور آن ها می شود. ازاین رو پیش بینی روند تغییرات رودخانه ها تحت جریان های سیلابی از موضوعات مهم در مهندسی رودخانه است. انجام مطالعات آزمایشگاهی علاوه بر زمان به هزینه و دقت بالایی نیاز دارد، بنابراین استفاده از یک مدل عددی و تحلیلی به دلیل ارایه نتایج دقیق، از اعتبار بیشتری برخوردار است و هزینه کم تری می طلبد. در این تحقیق، رفتار و هندسه کانال ذوزنقه ای مرکب با استفاده ازمدل عددی MIKE21، در شرایط مقطع پر و بالاتر از تراز لبریز بررسی شده است. ابتدا مقطع کانال ذوزنقه ای مرکب با مرزهای فرسایش پذیر تحت جریان مقطع پر بر اساس روش WBP توسعه داده شد. سپس، رفتار و هندسه کانال ذوزنقه ای توسعه یافته تحت جریان سیلابی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد هنگامی که مقطع کانال پر است، تغییر قابل توجهی در عرض کانال اصلی ایجاد نمی شود، اما عرض کانال اصلی برای جریان های سیلابی نسبت به مقطع پر به سرعت افزایش می یابد. متوسط اختلاف نسبی به دست آمده عرض بالا و پایین مقطع ذوزنقه ای و عمق جریان به ترتیب 96/0، 88/0 و 98/0 می باشد. همچنین، مقادیر عرض، عمق و غلظت رسوب پیش بینی شده کانال توسط MIKE21 نسبت به روش های طراحی کانال پایدار نظیر برونلی، ون راین و WBP بهتر تخمین زده شده است.

    کلیدواژگان: مقطع رژیم کانال ها، سیلاب دشت، کانال مرکب، Mike21
  • حجت میان ابادی*، سیده زهرا قریشی صفحات 53-77

    شناخت مسیله از اولین و مهم ترین مراحل سیاست گذاری است. در حوزه آب و محیط زیست، یکی از مسایلی که کشور ایران با آن در طول سال های مختلف روبه رو بوده است، مسیله آب های فرامرزی مشترک میان ایران و افغانستان در شرق کشور است. این مسیله بیش از یک صد سال دامن گیر سیاست مداران ایران بوده است. این مقاله متمرکز بر شناخت درهم تنیدگی شبکه مسایل آبی میان ایران و افغانستان در منطقه سیستان است. به منظور شناسایی عناصر متعدد اثرگذار بر شرایط وخیم و بدخیم سیستان، در این مقاله با روش توصیفی-تشریحی و با استناد به مراجع کتابخانه ای «ماتریس مسایل آب سیستان» معرفی می شود. نتایج پژوهش نشان داد که مسایل آب سیستان دارای سطوح محلی-استانی، ملی و بین المللی است که در سه حوزه محیط زیست و اقلیم، کشاورزی و شرب به صورت درهم تنیده با یکدیگر در تعامل هستند. در خصوص سطح بین المللی مسایل آب سیستان، در این مقاله به شرایط داخلی افغانستان و ماموریت هیدرولیکی در این کشور در کنار برساخت هویت اجتماعی غیرشده با هدف دولت-ملت سازی اشاره شده است. از دیگر عوامل بین المللی اثرگذار بر شرایط ایجاد شده حال حاضر در سیستان، نقش کشورهای ثالث برای پیشبرد منافع خودشان است.

    کلیدواژگان: تغییرات اجتماعی سیستان، ماموریت هیدرولیکی، پروژه دره هلمند، هویت غیریت سازی شده، سد کمال خان، سد بخش آباد
  • مصطفی ملائی نیا*، حمزه ابراهیم نژادیان، شهرام طوفانی صفحات 79-92

    فرسایش به صورت طبیعی در بستر و کناره رودخانه ها رخ می دهد. هزینه زیاد و محدودیت های مدل های فیزیکی سبب شده است تا مدل های عددی و ریاضی مورد توجه قرار گیرد. در این تحقیق، انتقال رسوب در محدوده رودخانه سقز واقع در استان کردستان، با استفاده از مدل ریاضی دو بعدی CCHE2D و با هدف تعیین میزان فرسایش و ته نشست مواد رسوبی شبیه سازی شده است. محدوده مورد مطالعه شامل دوشاخه اصلی و فرعی است که در محل روستای تموغه با هم تلاقی می کنند. پس از تحلیل حساسیت مدل، فرمول وو با جذر میانگین مربع خطای 002/0 و میانگین درصد خطای مطلق 14/7، به عنوان مناسب ترین رابطه برای محاسبه رسوبات مورد استفاده قرار گرفت. در نهایت مشخص گردید که به طور متوسط سالانه، در محدوده موردمطالعه، ته نشست رسوب حدود 82485 مترمکعب، فرسایش حدود 18708 مترمکعب و تغییرات متوسط تراز بستر 20/0 متر است که شاخه فرعی رودخانه خان 63 درصد کل فرسایش محدوده مطالعاتی را به خود اختصاص داد.

    کلیدواژگان: CCHE2D، ته نشست، رودخانه سقز، شبیه سازی، فرسایش
  • زینب السادات موسوی*، محمودرضا ملائی نیا، مرتضی محمدی صفحات 93-112

    تاکنون پژوهش های انجام شده درزمینه تحلیل سیلاب با استفاده از تابع های مفصل، معمولا با متغیرهای مرسوم دبی اوج، حجم و مدت زمان سیل انجام شده است؛ درحالی که، متغیرهای دیگری ازجمله رسوب نیز می توانند با ته نشین شدن در بستر رودخانه و کم کردن ظرفیت انتقال رودخانه و عمر مفید سدها بر وقوع سیلاب اثرگذار باشند. این پژوهش اثر متغیر رسوب بر وقوع سیلاب را در حوضه آبریز رودخانه قره سو در  یک دوره آماری 41 ساله (سال های 1353 تا 1393)، با استفاده از تابع های مفصل ارشمیدسی و بیضوی و دو متغیر حجم و رسوب سیل بررسی می کند. برای این منظور، ابتدا توزیع ویبول به عنوان مناسب ترین توزیع حاشیه ای دو متغیر حجم و رسوب سیل تعیین شد. سپس تابع مفصل فرانک با داشتن کمترین مقدارهای آماره کرامر فون میزس (0219/0)، معیارهای اطلاعات آکاییکه (7604/23-)، بیزی (0468/22-) و ریشه میانگین مربعات خطا (0231/0)، و بیشترین مقدار لگاریتم تابع درست نمایی (8802/12)، به عنوان مناسب ترین تابع مفصل جهت ایجاد توزیع دومتغیره حجم و رسوب سیل برگزیده شد. درنهایت، محاسبه و مقایسه دوره بازگشت توام در حالت های {یا} و {و} با یکدیگر و با دوره بازگشت حالت تک متغیره نشان داد که درنظر گرفتن پارامتر رسوب سبب کاهش و افزایش دوره بازگشت به ترتیب در حالت {یا} و {و} می شود که این نشانه تاثیر رسوب بر دوره بازگشت سیل است.

    کلیدواژگان: متغیرهای سیل، تحلیل فراوانی دومتغیره، خانواده مفصل های بیضوی و ارشمیدسی، دوره بازگشت توام
|
  • Amin Amirashayeri, Javad Behmanesh *, Nasrin Fathollahzadeh Attar Pages 1-17

    The correct and accurate estimation of the river flow using different models is a significant issue in water resources research. In this research, two hydrometric stations of Sari-Qomish and Nizam-Abad located in West Azarbaijan province were used to accurately estimate the daily flow of Zarineh-Rood River. To reach this aim, Empirical Mode Decomposition (EMD) preprocessing algorithm was used to deal with the complexity and instability of time series data. EMD is a data analysis method for extracting signals in data generation through non-linear and non-stationary operations. In this research, the method of gene expression programming model and artificial neural network model were used. The results of the research showed that the performance of the gene expression programming model was equal and sometimes less than the performance of the artificial neural network. However, the combination of the two mentioned models with the technique (EMD) increased the accuracy of the model and reduced the error in simulating the river flow in Sari-Qomish and Nizam-Abad stations.

    Keywords: Streamflow, prediction, Gene expression model, empirical mode decomposition, Artificial Neural Network
  • Mehdi Ghomeshi *, Fayez Ferdospanah Pages 19-32

    Khuzestan province, one of water-rich provinces of Iran, is the crossing point of several important rivers, and the protection of the quantity and quality of these water resources is the most important concerns of water science thinkers and researchers. Recently, the emergence of numerous problems, often associated with human intervention, has endangered the health of these valuable resources. In this article, the data and field observations were analyzed to detect the important water problems created related to the Gatvand dam, the salinity of the Karun River, the three Karun dams, water transfer between water basins, the design of the Bahmanshir system, and Chamshir dam dewatering.  Finally, suggestions were presented to prevent or reduce the effects of improper exploitation of the mentioned plans.

    Keywords: Khuzestan, Karun, Quantitative parameters, Qualitative Parameters, Cham Shir
  • Amirsajad Maleki *, Golamreza Azizyan, Seyed Arman Hashemi Monfared Pages 33-52

    Floods are natural events that cause significant morphological changes in riverbeds and adjacent lands. Therefore, predicting the process of river changes under overbank flows is one of the important issues in river engineering. Conducting laboratory studies, in addition to time, requires high cost and accuracy, so using a numerical and analytical model is more reliable and requires less cost due to providing accurate results. In this study, the behavior and hydraulic geometry of the trapezoidal compound channel have been investigated using MIKE 21 software for the type of bankfull and overbank flow. First, the compound trapezoidal channel section with erodible boundaries was developed under bankfull flow, and then the behavior and geometry of the developed trapezoidal channel were evaluated under overbank flows. The results showed that when the cross-section of the channel is full of water, there was no significant change in the width of the main channel, but the width of the main channel in overbank flows is higher than the full section and increases rapidly. The mean relative differences obtained at the upstream and downstream width of the trapezoidal section and flow depth are 0.96, 0.88, and 0.98, respectively. The width, depth, and sediment concentration values predicted by the above software are better estimated than those of stabable channel design methods such as Brownlie, Van Rijn, and WBP.

    Keywords: Regime cross section, Flood plain, Compound channel, Mike21
  • Hojjat Mianabadi *, Seyedeh Zahar Ghoreishi Pages 53-77

    Recognizing a problem is a crucial step when it comes to tackling any issue in policymaking. In the context of environmental and water-related concerns, Iran faces a persistent challenge regarding the management of the Hirmand/Helmand transboundary river basin shared with Afghanistan. This paper focuses on examining the water-related problems that arise from the utilization of shared resources between Iran and Afghanistan, with a particular emphasis on the Sistan region. The objective is to analyze the various factors contributing to the vulnerable state of Sistan. A "Matrix of Sistan's Water Issues" is presented, utilizing a descriptive-explanatory approach and drawing on a wide range of library sources. This matrix a range of concerns on water problems at the local, provincial, national, and international levels that interact with each other in three areas of environment and climate, agriculture, and household in a complex manner. When examining the international aspect of the water issues in Sistan, this article highlights the internal conditions of Afghanistan and its water management practices, as well as the construction of otherized social identity aimed at nation-state building. Additionally, the involvement of third-party states, motivated by their own interests, has emerged as a significant factor influencing the current state of affairs in Sistan. Given the crucial importance of water for Afghan society and its leaders, it is not surprising that third-party states aiming to exert influence over Afghanistan are aware of this reality. Consequently, third-party states are pursuing infrastructure projects within the Hirmand river basin to benefit themselves, even if it comes at the expense of social changes in Iran's Sistan region.

    Keywords: Sistan's social change, Hydraulic Missions, Helmand Valley Authority, Otherized identity, Kamal-Khan Dam, Bakhshabad Dam
  • Mostafa Mollaeinia *, Hamzeh Ebrahimnezhadian, Shahram Toufani Pages 79-92

    Erosion occurs naturally in riverbeds. The high cost and limitations of physical models have led to using mathematical and numerical models. In this research, the two-dimensional mathematical model CCHE2D was applied for the simulation of sediment transport in Saqqez River flows throughout the Kurdistan province to determine the rate of erosion and sedimentation. The Study area includes the main and sub-branches that intersect at the site of Tamogheh village. After analyzing the sensitivity of the model, the model proposed by Wu et al. with a Root Mean Square Error of 0.002 and Mean Absolute Error Percentage of 7.14 was used as the most appropriate relationship for calculating sediments. Finally, it was found that on average, in the study period, sediment deposition was about 82485 cubic meters, erosion was about 18708 cubic meters, and average bed level changes were 0.20 meters. The Khan tributary accounted for 63% of the total erosion of the study period.

    Keywords: CCHE2D Software, Sedimentation, Saqqez River, Sediment Simulation, Erosion
  • Zeynab Alsadat Mousavi *, MahmoudReza Mollaeinia, Morteza Mohammadi Pages 93-112

    The multi-dimensionality of the flood phenomenon causes us to not be able to get an accurate estimation of flood characteristics with one-variable analysis. Moreover, multi-dimensional analysis usually includes the variables of peak flow, volume, and duration of flood. Meanwhile, other variables, such as sediment, can affect the occurrence of floods. This research examined the effect of sediment on the occurrence of floods using copula functions of two variables of volume and flood sediment in the Qarasu River catchment in a statistical period of 41 years. The results revealed that the Weibull distribution is the most suitable marginal distribution, and the Frank copula function can well create the bivariate distribution of volume and flood sediment. Furthermore, the estimated return period of the bivariate showed that the sediment parameter has a significant effect on the return period. However, it is decreased in the case of {or} and increased in the case of {and}.

    Keywords: Flood Variables, bivariate frequency analysis, Family of elliptic, Archimedean copulas, Joint return periods