فهرست مطالب

مجله تحقیقات منابع آب ایران
سال پنجم شماره 2 (پیاپی 14، پاییز 1388)

  • تاریخ انتشار: 1388/06/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مقالات علمی- پژوهشی
  • سید مجتبی قدمی، بیژن قهرمان*، محمد باقر شریفی، حبیب رجبی مشهدی صفحه 1
    به علت مغایرت در رژیم آبدهی رودخانه ها با نیازهای آبی، احداث سیستم های ذخیره ای جهت تنظیم جریانات طبیعی رودخانه ها و تامین نیازهای آبی، یکی از بهترین شیوه های استفاده از منابع آب می باشد. همچنین به لحاظ وجود نیازهای آبی در مناطق متعدد مکانی، گاه سیستم ذخیره ای شامل یک مخزن و گاهی شامل چندین مخزن متوالی بر روی رودخانه و یا شبکه ای از مخازن بر روی رودخانه ها و سرشاخه های آن طرح می گردد. متغیر بودن رژیم های بارندگی و جریان رودخانه در سالهای مختلف، اتخاذ یک راهکار مدیریتی مناسب جهت بهره برداری از مخزن سدها را ضروری می نمایاند. در این تحقیق یک مدل الگوریتم ژنتیک قطعی جهت بهره برداری بهینه از یک سیستم چند مخزنی منابع آب تک منظوره در شمال خراسان به جهت مصارف کشاورزی، تدوین گردیده است. هدف اصلی، حداکثر کردن سود خالص ناشی از کاشت تمامی گیاهان در یک الگوی کاشت انتخابی می باشد. سیستم از دو مخزن متوالی بر روی رودخانه های زنگلانلو و شورکال تشکیل شده است. مناطق زراعی در پایین دست این مخازن با الگوی کاشت مشخص از محصولات گندم (به ترتیب با 27 و 18 درصد تراکم برای مزرعه 1 و2) و جو (به ترتیب با 30 و 26 درصد تراکم برای مزرعه 1 و2) و سورگوم (به ترتیب با 43 و 56 درصد تراکم برای مزرعه 1 و2) قرار دارند. در این مدل، با توجه به مقادیر مشخصی از متغیرهای حالت (حجم آب مخازن در ابتدای فصل زراعی، میزان بارندگی و رژیم رودخانه در طول فصل زراعی)، مناسب ترین الگوی بهره برداری از مخزن سدها، تخصیص بهینه آن بین گیاهان مختلف و در نهایت سود حاصل از زراعت بدست می آید. مزیت مدل برای 12 ترکیب از متغیرهای حالت (4 کلاس حجم ابتدایی مخازن و 3 رژیم خشک، تر و میانگین برای بارندگی و جریان رودخانه) اجرا شد. نتایج نشان دادند که این جوابها در رژیم خشک به دسته حجم ابتدایی مخازن وابستگی داشت و با مرطوب شدن رژیم بارندگی و جریان رودخانه، از حساسیت جوابها کاسته شد. همچنین عملکرد نسبی محصولات مزرعه 2 در رژیم خشک، کاهش بیشتری داشت که ممکن است بدلیل حجم کوچکتر مخزن سد شورکال باشد.
    کلیدواژگان: بهینه ~~ سازی، سیستم های چند مخزنی، الگوریتم ژنتیک، تنش آبی، تخصیص بهینه آب
  • مجید خلقی، افشین اشرف زاده، مرضیه مالمیر صفحه 16
    آگاهی از دبی جریان و پیش بینی آن به ویژه در مواقعی که رودخانه با کم آبی مواجه است امری ضروری در جهت مدیریت بهره برداری از رودخانه است. در این مقاله به منظور مدل سازی سری های زمانی تشکیل شده از کم آبی های ماهانه و پیش بینی مقدار و زمان وقوع کم آبی ها، از یک مدل استوکستیک متداول (مدل میانگین متحرک تجمعی خودبازگشت-ARIMA) و یک مدل مبتنی بر هوش مصنوعی (سیستم استنتاج فازی مبتنی بر شبکه تطبیقی-ANFIS) استفاده شده و نتایج حاصل از دو روش با یکدیگر مقایسه شده است. مقدار عددی کم آبی در هر ماه برابر با حداقل مقدار میانگین متحرکهای یک، سه و هفت روزه دبی جریان در همان ماه در نظر گرفته شده و بدین ترتیب سه سری زمانی یک، سه و هفت روزه از کم آبی های ماهانه به دست آمده است. بررسی عملکرد دو مدل یاد شده با استفاده از آمار ثبت شده از دبی جریان در خروجی حوضه آبریز معرف ناورود در استان گیلان نشان داد که مدل ARIMA عملکرد بهتری در پیش بینی کم آبی های یک، سه و هفت روزه دارد. علاوه بر این، نتایج این تحقیق نشان داد که هر دو مدل ARIMA و ANFIS کم آبی های سه روزه را با خطای کمتری نسبت به کم آبی های یک و هفت روزه پیش بینی می کنند.
    کلیدواژگان: کم آبی ماهانه، مدل سازی سری های زمانی، ARIMA، ANFIS، حوضه معرف ناورود
  • پریسا سادات آشفته*، علیرضا مساح بوانی صفحه 27
    تحقیق حاضر تاثیر پدیده تغییر اقلیم بر رژیم سیلاب حوضه آیدوغموش در دوره 2069-2040 میلادی را با در نظر گرفتن عدم قطعیت مربوط به مدل های AOGCM مورد بررسی قرار می دهد. ابتدا مقادیر دما و بارندگی ماهانه هفت مدل AOGCM (مدل های گزارش TAR) تحت سناریوی A2 در دوره آتی و دوره پایه 2000-1971 برای حوضه تهیه گردید. سپس این مقادیر با روش کوچک مقیاس کردن مکانی و زمانی کوچک مقیاس شدند. نتایج نشان از افزایش 1 تا 6 درجه ای دما و تغییرات 80- تا 100 درصدی بارندگی دوره s2050 نسبت به دوره مشاهداتی دارد. سپس توزیع های احتمالاتی (pdf) ماهانه دما و بارش منطقه برای دوره s2050 به وسیله وزن دهی مدل های AOGCM با استفاده از روش Mean Observed Temperature Precipitation تولید گردید. در ادامه با واسنجی مدل IHACRES رابطه بارش- رواناب روزانه حوضه شبیه سازی گردید. سپس با استفاده از روش مونت کارلو تعداد 2000 نمونه از pdf های ماهانه دما و بارندگی کوچک مقیاس شده حوضه تولید گردید. این مقادیر به مدل IHACRES معرفی شده و 2000 سری رواناب روزانه برای حوضه در دوره s2050 شبیه سازی گردید. سپس سیلاب حداکثر سالانه هر نمونه محاسبه شده و توزیع احتمالاتی مناسب به آن برازش داده شد. مقایسه شدت سیلاب های نمونه ها در دوره بازگشت های مختلف در دوره آتی با وضعیت کنونی آن، نشان داد که برای دوره بازگشت های کمتر از 50 سال احتمال کاهش شدت سیلاب در دوره های آتی بیش از افزایش آن می باشد. این وضعیت برای دوره بازگشت های بیش از 50 سال متفاوت بوده و با افزایش دوره بازگشت، کاهش و افزایش سیلاب تقریبا شانس مساوی برای رخ دادن پیدا می کنند. از طرف دیگر احتمال وقوع سیلاب در دوره های آتی نسبت به دوره پایه برای دبی های کمتر از 20 متر مکعب بر ثانیه کاهش و برای دبی های بیشتر از 60 متر مکعب بر ثانیه افزایش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، عدم قطعیت، مونت کارلو، سیلاب، حوضه آیدوغموش
  • غلامعباس فلاح قالهری*، سید محمد موسوی بایگی، مجید حبیبی نوخندان صفحه 40
    در این مقاله با استفاده از سیستم استنباط فازی و شبکه های عصبی مصنوعی پیش بینی بارش در بازه زمانی دسامبر تا می در منطقه خراسان بزرگ شامل سه استان خراسان رضوی، خراسان شمالی و خراسان جنوبی ارائه شده است. این روش شامل سه گام می باشد. در گام اول، ارتباط بین تغییرات الگوهای سینوپتیکی شامل فشار سطح دریا، اختلاف فشارسطح دریا، دمای سطح دریا، اختلاف دمای سطح دریا و سطح 1000 میلی باری، دمای سطح 850 هکتوپاسکال، ارتفاع معادل سطح 500 هکتوپاسکال و رطوبت نسبی سطح 300 هکتوپاسکال با بارش متوسط منطقه ای مورد بررسی قرار گرفته است. در انتخاب این مناطق که مجموعه ای از نقاط در خلیج فارس و دریای عمان، دریای سیاه، دریای خزر، دریای مدیترانه، دریای شمال، دریای آدریاتیک، دریای سرخ، خلیج عدن، اقیانوس اطلس، اقیانوس هند و سیبری را شامل می شوند، تاثیرپذیری بارندگی منطقه شمال شرق ایران از الگوهای سینوپتیکی مورد توجه قرار گرفته است. در گام دوم، مدل در دوره 1993-1970 آموزش داده شده است و در گام سوم، پیش بینی بارش در دوره 2002-1993 انجام شده است. نتایج نشان می دهد سیستم استنباط فازی و شبکه های عصبی مصنوعی می تواند بارش را با دقت قابل قبولی پیش بینی کنند. همچنین نتایج نشان می دهد که ریشه میانگین مربعات خطا برای سیستم استنباط فازی و شبکه های عصبی مصنوعی به ترتیب 52 و 41 میلی متر می باشد. بنابراین شبکه های عصبی مصنوعی در پیش بینی بارش موفق تر از مدل فازی بوده است.
    کلیدواژگان: پیش بینی بارندگی، الگوهای سینوپتیکی، سیستم استنباط فازی ممدانی، شبکه های عصبی مصنوعی
  • سید رضا هاشمی*، سید مهدی امیر جهانشاهی صفحه 53
    از آنجایی که داده های هیدروکلیماتولوژی دارای تغییرات فصلی متاثر از فرایندهای تصادفی می باشند مدل های استوکستیک مناسبترین روش جهت پیش بینی متغیرهای تصادفی با روند فصلی است. در این مقاله برای پیش بینی بارندگی و رواناب یک یا چند گام جلوتر از مدل های فضای حالت مرتبه دوم استفاده شده است. بعلاوه متغیرهای ورودی و خروجی به صورت جداگانه مدل سازی شده و مدل های فصلی خانواده باکس و جنکینز در توصیف هر دو متغیر بکار رفته و برای حوضه آبریز کارده به مساحت 242 گیلومتر مربع واقع در شمال شرقی مشهد به اجرا در آمده است. مقادیر پیش بینی ماهانه بارندگی و رواناب شش ماه باقیمانده سال 2005 و شش ماه اول سال 2006 بر اساس مدل ها انجام و ارائه شده است. بدیهی است از این روش در حوضه های مشابه نیز می توان استفاده نمود.
    کلیدواژگان: مدل فضای حالت، مدل های فصلی باکس و جنکینز، مدل های استوکستیک، پیش بینی بارندگی و رواناب
  • سید حسین افضلی*، محمد جواد عابدینی، پرویز منجمی صفحه 63
    شبیه سازی جریان در محیط متخلخل، کاربردهای متعدد و متنوعی در طراحی سدهای پاره سنگی، فیلترهای شنی، بهره برداری موثر از منابع آب زیر زمینی و مخازن نفت دارد. ظرف صد سال گذشته، تلاش های متعددی به منظور شبیه سازی جریان در محیط متخلخل با بهره گیری از قوانین دارسی و غیر دارسی صورت پذیرفته است. به لحاظ ماهیت جریان که بخشی از دامنه فیزیکی تحت فشار و نواحی مجاور سطح آزاد در معرض فشار جو می باشد، در این تحقیق مدل ترکیبی تحت فشار-سطح آزاد متشکل از شبکه ای از مجاری به هم پیوسته به منظور شبیه سازی جریان توصیه گردیده است. در مدل مزبور به دلیل اینکه لوله ها در اطراف شبکه باز و در ارتباط با اتمسفر می باشند، امکان ایجاد فشار منفی در کل شبکه وجود ندارد و به محض اینکه در نقطه ای از جریان، فشار منفی گردد، هوا وارد سیستم می شود. با توجه به این ویژگی، آنالیز چنین شبکه ای با استفاده از روش های معمول مقدور نبوده و لذا هدف این مقاله، تدوین و ارائه روشی جهت آنالیز این نوع شبکه های ترکیبی می باشد. در ادامه به منظور ارزیابی و بررسی صحت و سقم فرض های بکار رفته در روش پیشنهادی و مدل کامپیوتری مربوطه، مبادرت به ساخت مدل آزمایشگاهی شبکه نظیر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز گردیده است. مقادیر گذر حجمی و پروفیل سطح آب در شرایط ماندگار برای مقادبر مختلف عمق بالادست پایش گردیده و از بانک اطلاعاتی بدست آمده برای واسنجی و ارزیابی اعتبار مدل تبیینی استفاده موثر بعمل آمده است. نتایج حاصل از شبیه سازی دلالت بر انطباق نسبتا مناسب مقادیر مشاهده ای و محاسبه شده و نهایتا صحت روش پیشنهادی دارد.
    کلیدواژگان: جریان غیردارسی، جریان درون سنگریزه، مدل شبکه ای، محیط متخلخل
  • یادداشت فنی
  • عیسی ابراهیم زاده* صفحه 72
    اصولا در مناطق خشک به خصوص در نواحی ای که میزان ریزش های جوی آن ناچیز و معمولا زیر 100 میلی متر می باشد، وجود منابع آب زیر زمینی و یا آبهای سطحی که خارج از این نواحی به آن وارد می شود، نقشی اساسی بر کارکردهای اقتصادی- اجتماعی این سرزمین ها داشته و دارد. دریاچه هامون در سیستان و کارکردهای حاصل از وجود آن در این ناحیه با توجه به عدم وجود منابع آب زیر زمینی، تقریبا به نوعی کل منطقه را متاثر نموده و در مواقع پرآبی و کم آبی اثرات زیادی بر بافت و ساخت اقتصادی- اجتماعی و اکولوژیک سیستان بر جای گذاشته و می-گذارد. به طوریکه طی 10 سال اخیر بر اثر خشکسالی در منطقه و خشکیدن دریاچه هامون و از بین رفتن نیزارهای آن، این دریاچه که روزگاری بیش از 42 تختک (جزیره های کوچک در دریاچه) را مستقیما در دل خود جای داده و بیش از 90 هزار راس گاو را بطور کامل تعلیف می نموده و 80 روستای حاشیه دریاچه نیز با بیش از 24 هزار راس گاو، حدود 50 درصد از علوفه دامی شان را به این دریاچه وابسته بوده اند، همچنین بیش از 1350 خانوار صیاد، شکارچی و حصیر باف با شکار بیش از 470 هزار قطعه پرنده، 15 هزار تن ماهی و بافت بیش از 30 میلیون متر مربع حصیر حاصل از نی این دریاچه مستقیما به آن وابسته بوده اند؛ اینک پس از خشکیدن دریاچه هامون عملا کلیه کارکردهای فوق الذکر از چرخه اقتصادی منطقه خارج گردیده، در عین حال ما به ازاء ریالی کارکردهای فوق نیز می بایست جهت جایگزینی آن به خارج از منطقه پرداخت گردد. حال با توجه به ته نشین شدن میلیاردها متر مکعب رسوب در بستر آن، لازم است که نسبت به لایروبی حداقل بخشهایی از بستر دریاچه اقدام گردد تا بدینوسیله هم امکان احیاء مجدد کارکردهای اقتصادی دریاچه فراهم شده و هم امکان آبگیری مناسب دریاچه بخصوص در سالهای پر آبی از یک سو و تعدیل خطر سیل و سیل خیزی در سیستان، از سوی دیگر مهیا گردد.
    کلیدواژگان: مناطق خشک، دریاچه هامون، خشکسالی، کارکردهای اقتصادی، سیستان
  • مقالات انگلیسی
  • محمدرضا نجفی، م. رضا بهبهانی، ج. عبدالهی، موسی حسینی صفحه 108
|
  • S. M. Ghadami, B. Ghahraman *, M. B. Sharifi, H. Rajabi Mashhadi Page 1
    Since the river flow regime is not always in harmony with the downstream water requirements, reservoir systems are constructed to regulate the natural river flow. Because of the spatial distribution of the water requirement sites, the storage system on a river may consist of several reservoirs. Due to the variable rainfall and river regime, the management policies play an important role for operation of the reservoir system. In this study, a deterministic Genetic Algoritem model is developed for optimal operation of the multireservoir water resource system in the north of Khorasan, northeastern Iran. The reservoirs are single purpose and regulate water for an irrigation project. The system is intended to maximize the total farm income. The system is made up of two reservoirs in series on Zangelanloo and Shoorkal rivers. Objective downstream farming fields are cultivated with a pre-determined multiple cropping pattern of wheat (27% and 18% in field 1 and 2, respectively), barley (30% and 26% in field 1 and 2, respectively), and sorghum (43% and 56% in field 1 and 2, respectively). The model developed in this study is used to obtain the optimal pattern of reservoir operation and water allocation among different crops for a definite combinations of state variables (reservoir storage classes at the beginning of the season and rainfall and inflow regimes). Total farm income were maximized. Running the model for 12 combinations of the state variables (4 reservoir storage classes and 3 regimes of dry, wet and average for rainfall and river inflow) showed that the results corresponding to the dry regime were sensitive to the reservoir storage class at the beginning of the season. In other regimes this sensitivity decreased. Also relative crop yield of field 2 decreased more in the dry regime, which may be due to the smaller reservoir in Shoorkal dam.
    Keywords: Optimization, Multireservoir Systems Operation, Genetic Algorithm, Water stress, Optimal water allocation
  • M. Kholghi*, A. Ashrafzadeh, M. Maalmir  Page 16
    Surface water management practices are directly influenced by the streamflow forecasting, especially for the low-flow context. In this paper, the monthly low-flow time series were modeled and forecasted using a traditional stochastic model (Autoregressive Integrated Moving Average-ARIMA) and an artificial intelligence based model (Adaptive Network based Fuzzy Inference System-ANFIS). Low-flow in each month was defined as the minimum value of one, three, and seven day moving averages of daily streamflow. The performance of the stochastic model was compared to the neuro-fuzzy model through application to the streamflow data from the Navrood River basin in the Guilan state, northern Iran. The results showed that the stochastic model resulted in more accurate forecasted values than the neuro-fuzzy model for one, three, and seven day low-flow time series. Furthermore, in all neuro-fuzzy and stochastic models the error in forecasting three-day low-flow is less than those for one- and seven-day low-flow.
    Keywords: Monthly low, flow, Time series modeling, ARIMA, ANFIS, Navrood River basin, Iran
  • Uncertainty of Climate Change Impact on the Flood Regime / Case Study: Aidoghmoush Basin, East Azerbaijan, Iran
    P. Ashofteh*, A.R. Massah Page 27
    This research was aimed to investigate the changes of flood magnitude and frequency considering the uncertainty of AOGCM models that may occur due to the climate change predicted for the time period of 2040-2069. At first, monthly temperature and precipitation data of AOGCM models (models of TAR reports) were provided in the baseline period (1971-2000) and the target period (2040-2069) under the SRES emission scenario, namely A2. Then, these data downscaled spatially and temporally to Aidoghmoush Basin by proportional and change factor methods. Results showed temperature increase and precipitation variation in the target period compared to the baseline period. Monthly probability distribution function of temperature and precipitation in the period of 2040-2069 was constructed by weighting method; comparing observed and modeled temperature-precipitation. A semi- conceptual model (IHACRES) for simulation of daily runoff was calibrated for the basin. Using the Monte Carlo approach 2000 samples of temperature and precipitation were sampled from probability distribution functions and introduced to IHACRES. Finally 2000 series of daily runoff were simulated for the target period. Theoretical probability distribution was fitted to maximum annual flood series and the flood regime of the target period was compared to that of the baseline. Results indicated that the climate change will affect the flood regime of the basin.
    Keywords: Climate Change, Uncertainty, Monte Carlo, Flood, Aidoghmoush basin
  • Gh. A. Fallah, Ghalhari*, M. Mousavi Baygi, M. Habibi Nokhandan Page 40
    Seasonal rainfall forecasts can effectively be used for resources planning and management - e.g., reservoir operations, agricultural practices, and flood emergency responses. Effective planning and management of water resources in the short term requires a general view of the upcoming season. In the long term, this needs realistic projections of scenarios for future variability and changes. In this paper, 33 years of rainfall data in the Khorasan region, northeastern Iran was analyzed. The study area is situated at 31°-38°N, 74°- 80°E. This synoptical data was trained by the Mamdani fuzzy Inference system and the artificial neural network. For performance evaluation, predicted outputs were compared with the actual rainfall data. First, synoptical relationships were investigated i.e. Sea Level Pressure (SLP), Sea Surface Temperature (SST), Sea Surface Pressure Difference (SLP), Sea Surface Temperature (SST) and Air Temperature at 850 hpa, Geopotential Height at 500 hpa, and Relative Humidity at 300 hpa. Models were then calibrated for the period of 1970 to 1992. Finally, the rainfall is predicted. Simulation results revealed that the Mamdani fuzzy Inference system and artificial neural networks are both promising and efficient. The root mean square for Mamdani fuzzy Inference system and the artificial neural network were 52 and 41 millimeters, respectively.
    Keywords: Rainfall Prediction, Synoptical Patterns, Mamdani Fuzzy Inference System, Artificial Neural Network
  • S. R. Hashemi*, S. M. Amir Jahanshahi Page 53
    Stochastic models are among the most suitable methods for predicting Hydro-climatological data with seasonal variability incorporated with random processes. State space model of the second order was utilized to predict rainfall - runoff for one or more lag times. The input-output variables were modeled separately and the seasonal models of Box and Jenkins family was applied for description of both variables in Kardeh basin. This basin is located in the north-east of Mashhad city with an area of 242 square kilometers. The predicted monthly values of rainfall and runoff were calculated for the second half of the year 2005 and the beginning six months of 2006. The procedure is applicable to other similar basins.
    Keywords: State space models, Box, Jenkins seasonal models, Stochastic models, Rain fall –Run off prediction
  • S. H. Afzali*, M. J. Abedini, P. Monadjemi Page 63
    Simulation of fluid flow in porous media has a wide range of applications including design of rockfill embankments, design of sand filters, or efficient management of ground water and oil reservoirs. Various efforts have been made during the past century to conduct such simulation modeling using both Darcy and non-Darcy laws. The nature of flow in porous media consists of a part which is under pressure and another part near the phreatic line which is exposed to atmosphere. Accordingly, a coupled pressurized-free surface flow model should be conceptualized using the network of pore body and pore throat. An effective modeling tool like an open source public domain software can then be used. In this study EPANET was modified to accommodate the nature of flow involved. For the verification purposes, a physical model was built in the Hydraulic Lab at the School of Engineering in Shiraz University. Steady state water surface profile and outflow discharge were monitored for different upstream water levels. This data were then used to calibrate and validate the developed computer model. Results showed that a satisfactory agreement between computer model and experimental records can be obtained for a wide range of upstream flow conditions. In a majority of cases, computer model captures more than 99% of variability in observed outflow discharge or water surface profile.
    Keywords: Non, Darcy flow, Flow through rockfill, Network model, EPANET, Porous media
  • I. Ebrahimzadeh* Page 72
    In areas with the relative annual precipitation of less than 100 ml, shallow waters, the underground sources of water, and other flow from the surroundings play a fundamental role on socio-economic condition of the regions. In the absence of the underground resources in Sistan province, southwestern Iran, amplified the role of Hamoon Lake. In fact, the wet and dry periods have largely influenced the socio-economical and the ecological aspects of this region. Hamoon lake consists of over 42 small islands which serves as the main food source of over 90000 cows. Besides, more than 80 villages are to a great extent dependent on this lake. Hunting and fishing is the main job in this area. Over 470000 various types of birds and more than 15000 tons of fish are hunted annually. Weaving of 30000000 square meters of mat is also a dominant job in the area. During the last 10 years the prevailing drought caused the Hamoon lake to dry up and the whole rush to be swept away. The whole socio-economic condition is significantly affected by this event. At present, not only are the inhabitants been deprived of benefiting from their natural resources, but they should also find alternative sources of income. The economical revival of the region strongly depends on the rehabilitation of Hamoon Lake. A task which to the policy makers looks almost impossible.
    Keywords: Dry regions, Hamoon Lake, Drought, Economical functions, Sistan
  • Page 94