فهرست مطالب

مهندسی و مدیریت آبخیز - سال چهارم شماره 4 (زمستان 1391)

مجله مهندسی و مدیریت آبخیز
سال چهارم شماره 4 (زمستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/11/18
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ابراهیم بروشکه، محمود عرب خدری* صفحه 170
    برآورد رسوب دهی حوضه های کوچک در برنامه های آبخیزداری ضروری است، ولی تقریبا تمام آن ها فاقد ایستگاه رسوب سنجی می باشند. در این پژوهش با هدف تعیین حدود رسوب دهی ویژه این گونه آبخیزها و ارائه مدل رگرسیونی برآورد رسوب دهی سالانه در استان آذربایجان غربی، میزان رسوب کل تولید شده از 25 آبخیز کوچک از طریق رسوب سنجی مخازن در پشت سدهای رسوب گیر اندازه گیری شد. آبخیز ها با وسعت 29 تا 1200 هکتار و با شرط سرریز نشدن رسوب در آخرین سد رسوب گیر در هر آبخیز و تنوع از نظر لیتولوژی، کاربری اراضی و اقلیمی انتخاب شدند. رسوب دهی ویژه، تفاوت یک صد برابری بین دو حد 12/0 تا 12 مترمکعب در هکتار در سال را در این حوضه ها نشان داد. ولی متوسط وزنی رسوب دهی نسبتا پایینی معادل 3/1 مترمکعب در هکتار در سال برای کل حوضه ها به دست آمد. مطالعه رابطه بین رسوب دهی سالانه و ویژگی های آبخیز های مورد مطالعه از طریق ماتریس هم بستگی نشان داد که رسوب دهی به طور معنی داری از عوامل فرسایش پذیری زمین شناسی، وسعت آبخیز، حجم بارش و کاربری تاثیر می پذیرد. براساس مقایسه مقادیر برآوردی و مشاهده ای از میان مدل های رگرسیونی که توسعه داده شد؛ رابطه ای با شرکت متغیرهای مستقل مساحت و فرسایش پذیری زمین شناسی با ضریب تعیین بالا (899/0R2=) انتخاب شد.
    کلیدواژگان: حوزه های کوچک، رسوب ویژه، رسوب سنجی مخازن، کاربری اراضی، هم بستگی
  • محمد شعبانی* صفحه 179
    برآورد دبی اوج سیلاب در حوزه های آبخیز یکی از مهم ترین مسائلی است که هیدرولوژیست ها و کارشناسان بخش آب را به خود مشغول کرده است. یکی از روش های نوین در حل مسائل مهندسی آب و رودخانه ها و همچنین، برآورد دبی اوج لحظه ای، استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی می باشد که با الگوبرداری از شبکه مغز انسان ضمن اجرای فرآیند آموزش، روابط درونی بین داده ها را کشف و برای موقعیت های دیگر تعمیم می دهد. هدف از انجام این پژوهش مقایسه کارآیی روش شبکه عصبی مصنوعی و روش های تجربی برآورد دبی اوج لحظه ای در تعدادی از حوزه های آبخیز استان فارس می باشد. برای این منظور ابتدا آمار دبی حداکثر روزانه و دبی اوج لحظه ای هفت ایستگاه هیدرومتری در طی یک دوره آماری 24ساله جمع آوری و پس از رفع نواقص آماری و حذف داده های پرت، مقادیر دبی اوج لحظه ای به کمک روش شبکه عصبی مصنوعی و سه روش تجربی Fuller، Sangal و Fill و Steiner برآورد شد. سپس نتایج به دست آمده از دو روش شبکه عصبی مصنوعی و روش های تجربی براساس معیارهای RMSE، MAE و R2 مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که برآوردهای شبکه عصبی در تمامی ایستگاه ها در مقایسه با برآورد مدل های تجربی از دقت بالاتری برخوردار می باشد که نشان دهنده پایین بودن خطاها در مدل شبکه عصبی نسبت به مدل های تجربی است.
    کلیدواژگان: ایستگاه هیدرومتری، دبی اوج، دبی روزانه، روش تجربی، مهندسی رودخانه
  • محمدرضا میرزایی* صفحه 188
    در این مطالعه، میانگین درجه حرارت ماهانه در ایستگاه هیدرومتری شاه مختار در استان کهگیلویه و بویراحمد برای یک دوره 39ساله بین سال های 1349 تا 1388 مورد بررسی قرار گرفت. جهت مدل سازی درجه حرارت در این ایستگاه از تکنیک تحلیل کاوشگرانه داده ها (EDA) استفاده شد. روش های گرافیکی متعددی، مانند استفاده از نمودارهای تناوب نگار، خود هم بستگی و خود هم بستگی جزئی برای بررسی داده ها از جمله وجود چرخه (S) و مناسب بودن استفاده از تحلیل سری های زمانی جهت مدل سازی باقی مانده ها (R) تعیین شد. مدل سازی چرخه موجود در داده ها با استفاده از مدل سینوسی و با تعیین دقیق پارامترهای آن با استفاده از تکنیک های EDA انجام شد. باقی مانده ها نیز با استفاده از Modelexpert در نرم افزار SPSS 19 جهت تحلیل سری های زمانی مورد بررسی قرار گرفت. بهترین برازش با توجه به کمترین مقدار برای معیار NBIC، مدل ARIMA(0،1،2) تعیین شد. جهت تایید مدل، بررسی تصادفی بودن مقادیر خطاهای مدل (E) و نرمال بودن توزیع آن ها در سطح پنج درصد به ترتیب با استفاده از آزمون Ljung-Box (با مقدار آماره برابر 3/24) و Kolmogorov-Smirnov (با مقدار آماره برابر 4088/0) بررسی و مورد تایید قرار گرفت.
    کلیدواژگان: خود هم بستگی، دما، سری های زمانی، ARIMA، EDA
  • حمیدرضا پیروان*، امیر صمدی تبریزی، صمد شادفر، احمد معتمد صفحه 201
    سازندهای مارنی سطح وسیعی از کشور ایران را دربرگرفته است. فرسایش پذیری بالای این سازندها در سطح حوزه های آبخیز کشور مسائل و مشکلات زیادی از جمله کاهش کیفیت خاک در اراضی کشاورزی و مرتعی و جنگلی، افزایش ریسک حرکات توده ای و لغزش، کاهش کیفیت منابع آب سطحی و زیرزمینی، افزایش میزان بار رسوبی وارد شده به مخازن سدهای کشور، بیابانی شدن مناطق تحت فرسایش های تشدیدشونده و شکست طرح های آبخیزداری اجراشده بدلیل شناخت ناکافی از میزان حساسیت سازندها به فرسایش را در بر می گیرد. ناحیه مورد مطالعه، کوه گچ آب و سیاه کوه، در بخش شمال غرب دشت کویر، در 74 کیلومتری جنوب غربی سمنان واقع شده است. در این منطقه، نهشته های ریز دانه نئوژن سازند قرمز بالایی، برونزد دارند. در این پژوهش ویژگی های رسوب شناسی هر یک از واحد های سازند قرمز بالایی مورد بررسی قرار گرفت. اشکال فرسایش موجود در منطقه شامل فرسایش سطحی، شیاری، خندقی، آبراهه ای و تونلی می باشند که از مارن های دارای این اشکال فرسایش، نمونه برداری شد. آزمایش های انجام گرفته بر روی نهشته های نئوژن شامل دانه بندی، هیدرومتری و کربنات سنجی می باشد. با توجه به بررسی های رسوب شناسی و سنگ شناسی رسوبی، بافت رسوبات سازند قرمز بالایی کوه گچ آب از نوع سیلت ماسه ای، سیلت، گل ماسه ای و گل است. بررسی توزیع اندازه ذرات نمونه های رسوبی بیانگر این موضوع است که نهشته های نئوژن در شرایط محیط کم عمق و کولابی با تغییرات عمق (با توجه به ارتباط میان میزان آهک و عمق رسوب گذاری) مشخص، نهشته شده اند که این شرایط محیطی به محیط پر انرژی کانال رودخانه ای نیز تغییر فاسیس داده اند. نتایج آزمایش کلسی متری نشان داد که این رسوبات حاوی 28/24 تا 98/34 درصد آهک هستند. به علت پایین بودن درصد آهک از یک سو و میزان رس از سوی دیگر در رسوبات سازند قرمز بالایی کوه گچ آب و سیاه کوه، به کار بردن اصطلاح مارن برای این رسوبات از لحاظ تقسیم بندی رسوب شناسی درست نمی باشد و بهتر است به آن ها سیلت های گچی-نمکی یا مادستون های گچی-نمکی اطلاق شود.
    کلیدواژگان: دانه بندی، فرسایش سطحی، مادستون، مارن، نمونه برداری
  • علیرضا مسجدی*، عبدالرسول تلوری، حسن کاظمی صفحه 208
    تعیین عمق فرسایش در محدوده پایه های پل مستلزم آگاهی از نحوه جابه جایی مواد رسوبی بستر رودخانه ها است. پایه های پل جریان عادی رودخانه را مختل می کند و تلاطم و اغتشاش حاصل از آن موجب فرسایش مواد رسوبی موجود در اطراف پایه می شود. گودال چاله فرسایش ایجاد شده در اطراف پایه به شکل و مشخصات هندسی پایه بستگی دارد. به علاوه نوع مواد تشکیل دهنده بستر رودخانه و همچنین شرایط هیدرولیکی جریان نظیر وقوع حالت سیلابی و عبور تل ماسه ها در میزان عمق چاله فرسایش موثر است. از آنجایی که گسترش چاله فرسایش، پایداری سازه پل را به مخاطره می اندازد، پیش بینی میزان گود افتادگی و اتخاذ تدابیر لازم برای مهار آن از جمله اقدامات مهندسی متداول در عرصه مهندسی رودخانه تلقی می شود. بدین منظور جهت تحقیق در خصوص بررسی اثر شکل هندسی پایه پل در کنترل پدیده آب شستگی در اطراف آن در قوس رودخانه، آزمایش هایی در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس 180 درجه و شعاع مرکزی 8/2 متر و عرض 6/0 متر با 67/4 با دیواری از جنس پلکسی گلاس انجام پذیرفت. در این پژوهش با قرار دادن یک پایه استوانه ای به قطر 6 سانتی متر و مقطع چهارگوش با دماغه نیم دایره به عرض 6 سانتی متر و طول 18 سانتی متردر فلوم در موقعیت های 30، 60 و90 درجه با دبی های 24، 28، 30 و 32 لیتر بر ثانیه و عمق ثابت 12 سانتی متر پدیده آب شستگی حول پایه ها در حالت آب زلال مورد بررسی قرار گرفت. برای مصالح کف فلوم از ماسه طبیعی با دانه بندی یکنواخت با 2 و ضریب یکنواختی 3/1 استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد حداکثر عمق آب شستگی هنگام قرار دادن پایه با مقطع استوانه ای و چهارگوش با دماغه نیم دایره در طول قوس متناوب بوده و در نیمه اول قوس و در موقعیت 60 درجه بیشترین آب شستگی در پایه ها ایجاد شد. همچنین آب شستگی در تمام حالات در پایه استوانه ای نسبت به مقطع چهارگوش با دماغه نیم دایره کمتر مشاهده شد. در کلیه حالات با افزایش دبی جریان در کلیه موقعیت ها، عمق آب شستگی نیز افزایش یافت.
    کلیدواژگان: بستر رودخانه، عمق فرسایش، قوس 180 درجه، مقطع چهارگوش، دماغه نیم دایره
  • صمد شادفر*، علی اکبر داودی راد، حمیدرضا پیروان صفحه 217
    یکی از انواع فرسایش آبی که باعث تخریب زمین های کشاورزی و مرتعی در حوزه های آبخیز خشک و نیمه خشک می شود، فرسایش خندقی است. با توجه به نقش این نوع فرسایش در تخریب خاک، این پژوهش با هدف بررسی و مقایسه فرسایش خندقی در کاربری های زراعی و مرتعی در حوزه آبخیز رباط ترک انجام شد. در این پژوهش سه خندق معرف در واحدهای کاری مرتعی و زراعی انتخاب شد و در قسمت های راس، وسط و دهانه خروجی تعداد نه پروفیل و در منطقه شاهد هر کاربری نیز یک پروفیل حفر شد. بافت، مواد آلی، درصد گچ و آهک، هدایت الکتریکی و SAR نمونه های خاک اندازه گیری و مورد بررسی قرار گرفت. در هر واحد کاری و همچنین، منطقه شاهد، میزان نفوذپذیری خاک در محل حفر پروفیل ها اندازه گیری شد. با نقشه برداری از خندق ها، خصوصیات مورفومتری آن ها مانند پلان طولی و عرضی، عرض بالا، پایین و عمق خندق، شکل سطح مقطع، نسبت عرض به عمق، شیب بستر و طول خندق اندازه گیری و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل از پژوهش نشان داد که میزان SAR و کاتیون سدیم سبب پخشیدگی ذرات خاک و تشدید فرسایش خندقی در هر دو واحد کاری شده است. در واحد کاری زراعی درصد رس و سیلت به ترتیب 29 و 11 درصد در لایه سطحی راس خندق معرف و میزان ماده آلی از 30/0 تا 82/1 درصد است. در واحد کاری مرتعی درصد رس و شن به ترتیب 41 و 43 درصد در لایه سطحی راس خندق است و میزان ماده آلی از 29/0 الی 99/0 درصد تغییر می کند. در واحد کاری مرتعی در یک سطح مشخص تعداد خندق ها بیشتر و نسبت به واحد کاری زراعی فعال تر هستند. ضمنا نتایج نشان داد که مقدار TNV در واحد کاری زراعی بیشتر از واحد کاری مرتعی بوده و عواملی مانند pH وEC نیز در واحد کاری مرتعی بیشتر از واحد زراعی می باشند. در هر دو واحد نسبت عرض به عمق در تمامی خندق ها بیش از یک بوده و میزان نفوذپذیری خاک در واحدهای کاری زراعی و مرتعی به ترتیب 25/4 و 45/3 سانتی متر بر ساعت می باشند.
    کلیدواژگان: پخشیدگی، خصوصیات مورفومتری، فرسایش آبی، نفوذپذیری، واحد کاری
|
  • Ebrahim Boroshkeh, Mahmoud Arabkhedri* Page 170
    Sediment yield estimation for small basins is essential in watershed management planning projects. However، almost all of these basins are ungauged. In this study، in order to determine a range for specific sediment yield and to develop a regression model for estimating annual sediment yield، sedimentation behind small dams within 25 basins in Western Azerbaijan province، were measured. The selected basins with an area ranged 29 to 1200 ha، cover a range of lithology، land uses and climates and all of the sediments had been trapped behind the check dams. The specific sediment yields showed a two digit differences ranged 0. 12 and 12. However، the weighted average of specific sediment yield for all basins was calculated a low value of 1. 3. Study of relationship between annual sediment yield and 18 characteristics of watersheds using correlation matrix showed that the sediment yield is significantly affected by geologic erodibility، basin area and land use factors. From several regression models which were developed، an equation including two independent variables، geologic erodibility and basin area، with a high determination coefficient (R2=0. 899) was chosen.
    Keywords: Land use, Regression, Reservoir sediment survey, Small watersheds, Specific sediment yield
  • Mohammad Shabani* Page 179
    Estimating instantaneous peak flow in watershed is one of the most important problems that cause hydrologists and experts to work seriously on it. One the new methods in river engineering and suspended sediment estimation is application of artificial neural networks which uses the same algorithm of human brain to find the internal relation between data based on the training process. The objective of this study is to compare the efficiency of artificial neural network method and experimental methods for estimating instantaneous peak flow in Fars province watershed. For this purpose، 24 years of daily peak and instantaneous peak flow of seven hydrometric stations were considered and tested for outlier data. Then the estimation was done based on experimental methods including Fuller، Sangal and Fill-Steiner and artificial neural network method and were compared based on RMSE، MAE and R2. Results showed that estimation of artificial neural networks is more accurate than experimental methods in all stations which indicated the lower errors of artificial neural network method compared with experimental methods.
    Keywords: Daily flow, Experimental methods, Hydrometric station, Instantaneous peak flow, River engineering
  • Mohammad Reza Mirzaei* Page 188
    In this study، the mean monthly air temperature data from Shah-Mokhtar hydrometric station in Kohgiloyeh and Boyer Ahmad province for a period of 39 years between 1970 and 2009 was investigated. Using different graphical EDA techniques such as spectral، autocorrelation and partial autocorrelation plots، i) existence of seasonal part and ii) suitability of using time series analysis to model the residuals were determined. The lag plot and autocorrelation plot of the original data showed that a sinusoidal model was appropriate to model the seasonal effect. So using sinusoidal model and determining its parameters precisely، the seasonal effect was modeled properly. Time series analysis was also used to model the residuals using ARIMA models. Among different models، ARIMA (0،1،2) model was selected as the best model using Normalized Bayesian Information Criterion (NBIC). Finally، null hypotheses for Kolmogorov-Smirnov and Ljung-Box tests were not to be rejected at 5% level for the obtained model which confirms the adequacy of the model.
    Keywords: ARIMA, Autocorrelation, EDA, Temperature, Time series
  • Hamid Reza Peyrowan*, Amir Samadi Tabrizi, Samad Shadfar, Ahmad Motamed Page 201
    Marl formations are widespread in Iran. High potential to erodibility of marl formations in watershed basins of Iran cause many problems including loss of soil quality in agricultural and pasture lands and forests، increasing the risk of landslides and mass movements، reducing the quality of ground and surface water، sediment load increases entered into the reservoirs، desertification areas due to intensive erosion and watershed management plan failure due to inadequate knowledge of the susceptibility to erosion the formations. The study area، Gatchab and Siahkooh Mountains situated in the northwest of central playa of Iran (Kavir plain). It is located in southwest of the Semnan city with 74 km distance. The widespread of the geological unit in the area is upper red formation with three members M1، M2 and M3. With respect to sedimentology finding on textures of Neogene sediments، they are sandy silt، silt، sandy mud and mud particles. The examination of distribution of various particle size of the sediments have shown that these sediments deposited in shallow water and lagoonal environments with changing of the depth، that changed to high dynamic environments condition of channel rivers. The results of analyses have shown that the percent abundance of lime in these sediments change from 24. 28% to 34. 98%. Because of the low contents of lime compound and clay particles، it is better to called them salty and gypsiferous siltstone and mudstone instead the marl term for these sediments.
    Keywords: Marl, Mudstone, Particle size distribution, Sampling, Sheet erosion
  • Ali Reza Masjedi*, Abdol Rasoul Telvari, Hasan Kazemi Page 208
    Determination of the erosion depth at the base of the bridge requires knowledge of how to move the river bed sediments. The base of bridge disrupts the normal flow of the river، so turbulence and disturbance resulting in erosion of sediments surrounding the base. The hole created around the base depends on the shape and geometric properties. Moreover، ingredients of river bed and also flow hydraulic conditions such as flood conditions and dune cross can effect on depth of the hole. Since، development of erosion hole hazards the structural stability of the bridge. So predict for amount of hole and necessary measures to suppression are considered as common engineering practices in river engineering. For investigation of basic geometry of the bridge on control scouring around the river bend an experiment in a laboratory flume was done with a 180-degree bend، 2. 8 m for central radius، 0. 6 m wide and R/B= 4. 67 under the walls made of Plax glass. In this study، clear-water scour around the base were studied by putting a basic cylinder with 6 cm diameter، foursquare section، semicircle tip with 6 cm width and 18 cm length in flume at positions 30، 60 and 90 degrees، with rates of 24، 28، 30 and 32 liters per second and a constant depth of 12 cm. For flooring of flume a natural sand by uniform gradation with D50=2 mm and uniformity coefficient of 1. 3 were used. The results of this experiment showed that the maximum scour depth during placing the base with cylindrical section and foursquare section with the semicircle tip were alternative during the bend length and in the first half of the bend and at the position of 60 degrees had the maximum scour at the base. Also، scouring in all cases was lower for base with cylindrical section as compared to foursquare section with semicircle tip. In all conditions، increasing of flow have been increased the scour depth.
    Keywords: 180 degree bend, Erosion depth, Foursquare section, River bed, Semicircle tip
  • Samad Shadfar*, Ali Akbar Davoodirad, Hamid Reza Peyrowan Page 217
    Gully erosion is a type of water erosion which causes degradation in both agricultural fields and rangelands as well in arid and semi-arid areas. According the role of soil degradation due to erosion، research objectives were to find out investigation causes gully erosion in Robat Tork Watershed. In this research three representative gullies were selected in agriculture and rangeland working units. In each working unit، samples taken from nine soil profiles were analyzed for texture، organic matter، gypsum، total lime، pH، EC and SAR. Soil infiltration rate was measured where were drilled profiles in each working unit too، In addition، morphometric characteristics of gullies including length and lateral profiles، top and down width، depth of gully، the cross section، width to depth ratio، the slope of bed، gully length were studied. Results of the study showed that SAR and sodium cation are caused dispersion of soil particles and increasing gully erosion. percentage of clay and silt is 11% and 29% in surface layer representative head cut gully and organic matter is between 0. 30% to 1. 82% in agriculture unit. In rangeland unit، percentage of clay and sand is 41% and 43% in surface layer representative head cut gully and organic matter is between 0. 29% to 0. 99%. In rangeland unit، in a specified level، the number of gully is more than agriculture unit. Furthermore، the results showed that TNV in agriculture unit and pH، EC in rangeland unit is more than. In both units depth to wide ratio is more than 1 in every gully. Permeability of soil is 4. 25 cm and 3. 45 cm in agriculture and rangeland units respectively.
    Keywords: Dispersion, Morphometric characteristics, Permeability, Water erosion, Working unit