فهرست مطالب

حفاظت منابع آب و خاک - سال چهارم شماره 1 (پیاپی 13، پاییز 1393)

فصلنامه حفاظت منابع آب و خاک
سال چهارم شماره 1 (پیاپی 13، پاییز 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/10/28
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سونیا زبردست*، حامد ریاحی فارسانی، سید حسن طباطبایی صفحه 1
    مدیریت بهینه و حفاظت از منابع آب و خاک امروزه بیش از پیش ضروری به نظر می رسد. این موضوع در مورد سیستم های آبیاری سطحی بعنوان مصرف کننده عمده آب در کشور بسیار مهم است. تخمین دقیق فاز پیشروی، برای طراحی و ارزیابی این سیستم ها اهمیت فراوان دارد. هدف از انجام این تحقیق بررسی دقت روش های حل مدل بیلان حجمی در تخمین پیشروی آب در آبیاری جویچه ای است. در این تحقیق از روش های حل میشل، فیلیپ، توابع نمایی و توابع بازگشتی استفاده شده و روش های جدیدی نیز پیشنهاد، و برای هر کدام از روش ها، برنامه رایانه ای در محیط Matlab کدنویسی شده است. برای تعیین دقت روش های حل ذکر شده، از داده های هفت مزرعه که در دو نوبت آبیاری (اول و ششم) در استان چهارمحال وبختیاری برداشت شده، استفاده گردید. آماره جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب جرم مانده (CRM) و ضریب کارآیی روش های مخلف حل مدل (EF) محاسبه شد. نتایج نشان داد که روش میشل در بین روش های حل مدل بیلان حجمی، کمترین مقدار RMSE (به ترتیب مقادیر 27/6 و 57/6 متر برای دو نوبت آبیاری) و CRM (مقدار 0/06) و همچنین بیشترین مقدار EF (مقدار 1/07-) را به خود اختصاص داده است. دیگر روش ها، نتایجی نزدیک به هم برای RMSE (مقادیر 33/3 و 61/4 متر برای دو نوبت آبیاری)، CRM (مقدار 0/21) و EF (مقدار 2/65-) را به دست داده اند و در نتیجه بهترین روش پیشنهادی برای حل مدل بیلان حجمی، روش میشل است. تعیین صحیح ضرایب نفوذ و انتخاب معادله نفوذ از جمله عواملی است که به شدت در دقت مدل تاثیر دارد. با توجه به تاثیر ضریب شکل پروفیل زیرسطحی، در این تحقیق بهترین پیشنهاد برای این ضریب، معادله کیفر است.
    کلیدواژگان: آبیاری جویچه ای، ضریب شکل پروفیل زیرسطحی، فاز پیشروی، مدل بیلان حجم
  • سمانه سیف اللهی آغمیونی*، امید بزرگ حداد صفحه 13
    سامانه های منابع آب، مجموعه ای از سازه ها و تجهیزات می باشند که با هدف تامین آب برای رسیدن به یک حالت مطلوب و حفاظت و استفاده بهینه از منابع آب احداث می شوند و نیازمند یک برنامه ریزی مناسب هستند. سامانه مخازن به عنوان پرکاربردترین سامانه های منابع آب در تامین نیازهای جوامع مطرح می باشند که عدم مدیریت صحیح و کاربردی آنها می تواند منجر به عدم حفاظت از منابع آب و ایجاد خسارات مالی فراوانی شود. تقریبا در تمام مسائلی که در زمینه طراحی، بهره برداری و مدیریت این سامانه ها وجود دارند، نمونه های واقعی از سامانه مخازن مورد مطالعه قرار گرفته و به ازای شرایط و اهداف مورد نظر تحلیل شده اند. در حالی که تعریف یک سامانه مخازن نمونه به گونه ای که به ازای تمام حالات و برای تمام اهداف متداول قابل بررسی باشد، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در تحقیق حاضر، برای اولین بار یک سامانه سه مخزنه نمونه با در نظر گرفتن تمام اطلاعات فیزیکی و هیدرولوژیکی و لحاظ کردن سه هدف کلی تولید انرژی برق آبی، تامین تقاضاهای پایین دست (کشاورزی، شهری و صنعتی) و کنترل سیلاب ارائه شده است. نتایج نشان داده اند که اطلاعات تعیین شده برای این سامانه، کاملا به صورت منطقی و با روند واقعی تعریف شده اند و می توانند عملکرد سامانه مخازن را در حالت های مختلف تک مخزنه یا چندمخزنه و تک هدفه یا چندهدفه به خوبی نمایان سازند. به این ترتیب می توان از سامانه مخازن تعریف شده به عنوان یک سامانه نمونه در ارائه و توسعه روش های مختلف و اثبات مبانی آنها در حل مسائل سامانه مخازن استفاده کرد.
    کلیدواژگان: مورد مطالعاتی، سامانه چندمخزنه، بهینه سازی چندهدفه، بهره برداری
  • امین سلطانی، علی رئیسی استبرق* صفحه 49
    بهسازی مکانیکی خاک های مشکل ساز در محل احداث شبکه های آبیاری و زهکشی جهت جلوگیری از تخریب ساز ه های هیدرولیکی و در نتیجه تلفات آب همواره یکی از مهم ترین مسائل مربوط به حفاظت منابع آب و خاک است. خاک های رسی متورم شونده منطقه وسیعی از جهان را پوشش داده و همواره موجب بروز خسارات جدی به سازه های (بخصوص سازه های هیدرولیکی) ساخته شده بر روی آنها می گردد. در این کار تحقیقاتی نتایج آزمایشگاهی اعمال چرخه های مرطوب و خشک شدن بر روی یک نمونه خاک رسی متورم شونده حاوی آب منفذی شور (سدیم کلرید با غلظت 50 گرم بر لیتر) برای بهسازی آن ارائه می گردد. اعمال چرخه های مرطوب و خشک شدن بر روی نمونه های تراکم یافته و تهیه شده از روش تراکم استاتیکی با آب منفذی سدیم کلرید در دستگاه تحکیم اصلاح شده و تحکیم معمولی صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که درصد تغییر شکل های محوری ناشی از اعمال چرخه های مرطوب و خشک متوالی با تکرار چرخه ها به مقادیر ثابتی می رسد و مقدار تورم ناشی از مرطوب شدن با مقدار انقباض ناشی خشک شدن تقریبا یکسان می گردد. همچنین نتایج تغییرات نسبت تخلخل در مقابل درصد رطوبت (مسیر های تورمی- انقباضی) طی چرخه های متوالی مرطوب و خشک شدن نشان داد که شکل عمومی مسیر های تورمی و انقباضی تقریبا S شکل بوده و پدیده پسماند رطوبت (هیسترسیس) ایجاد شده در خاک با افزایش تعداد چرخه های متوالی به تعادل می رسد، به طوری که مسیر تورمی و انقباضی در چرخه نهایی (چرخه تعادل) برای خاک مورد آزمایش تقریبا یکسان و بر هم منطبق می گردند.
    کلیدواژگان: حفاظت منابع آب و خاک، آب منفذی، مسیر های تورمی، انقباضی، هیسترسیس
  • مهناز کریمی*، سید حبیب موسوی جهرمی، محمود شفاعی بجستان صفحه 63
    حوضچه های آرامش با واگرایی ناگهانی از جمله سازه های مستهلک کننده انرژی هستند که در پایین دست سرریزها، دریچه ها و تنداب ها کاربرد فراوانی دارد. استهلاک انرژی در پرش هیدرولیکی در نتیجه گرداب های تلاطمی بزرگ مقیاس (macro-scale turbulence) می باشد که با نوسانات شدید فشارهمراه است و باید در طراحی حوضچه مورد توجه قرار گیرد. از طرفی وجود زبری در بستر حوضچه می تواند سبب تغییر رفتار خطوط جریان و تشکیل گرداب ها در طول پرش گردد و تاکنون اثر آن بر میزان مشخصات هیدرودینامیکی پرش مورد مطالعه قرار نگرفته است. در این مطالعه آزمایش ها در یک فلوم نسبتا بزرگ به عرض 0/8 و طول 12 متر، در حوضچه واگرای ناگهانی با نسبت واگرایی (B1/B2) برابر با 0/33 و در محدوده اعداد فرود بین 4 تا 9/5 مورد بررسی قرار گرفت. فشارهای هیدرودینامیکی در بستر فلوم توسط دستگاه ترانسدیوسر ثبت شده است. نتایج نشان داد که وجود زبری در بستر حوضچه باعث کاهش شدت نوسانات تلاطمی پرش شده است. ماکزیمم ضریب شدت نوسانات فشار (CPmax) در پرش واگرای زبر تا مقدار 0/023 به دست آمده که تقریبا 53 درصد نسبت به پرش واگرای صاف و 70 درصد نسبت به پرش کلاسیک کاهش یافته است. حداکثر ضرایب نوسانات فشار در ابتدای پرش و در فاصله 15 الی 30 درصد از طول پرش رخ می دهد. حداکثر مقدار ضریب CP+ و CP+ تا 0/08 به دست آمده است. علاوه بر ضرایب بدون بعد نوسانات فشار، توزیع طولی فشار و نوسانات فشار تعیین شده و مقادیر بحرانی در طول پرش به دست آمده است.
    کلیدواژگان: بستر زبر، پرش هیدرولیکی، حوضچه واگرای ناگهانی، نوسانات فشار
  • منوچهر ترابی *، دیوید جی. میدمور، کری بی. والش، سوریا پی. باترای صفحه 79
    تحقیقاتی که تاکنون انجام شده نشان می دهد که استفاده از اکسیژن- آبیاری به دلیل تامین اکسیژن کافی در محیط ریشه، می تواند به نحو موثری موجب افزایش عملکرد گیاهان شود. با این حال، غیریکنواختی شدید در توزیع بده هوای خروجی از قطره چکان ها در امتداد لوله های آبده نقص مهمی به شمار می رود. در این پژوهش، تاثیر مستقل و یا هم زمان افزودن سرفکتنت با غلظت نهایی ppm 32 و نصب عوامل آشفته گر موضعی جریان قبل از بست های ابتدایی، بر یکنواختی بده هوای قطره چکان ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در بست های 9/5 میلی متری نامتقارن و متقارن، افزودن سرفکتنت به آب آبیاری باعث افزایش ضریب یکنواختی توزیع کریستیانسن (CUC) بده هوای قطره چکان ها به ترتیب از 82%- به 37% و از 1% به 23% در مقایسه با تیمار شاهد (یعنی آب تهویه شده فاقد سرفکتنت) می گردد. همچنین، اضافه نمودن سرفکتنت در آب سامانه های اکسیژن-آبیاری با بست های متقارن 9/5 و 7 میلی متری منجر به افرایش CUC به ترتیب از 1% به 23% و از 41%- به 39% می شود. نتایج همچنین نشان داد که کاربرد همزمان سرفکتنت و عوامل آشفته گر موضعی در یک سامانه اکسیژن-آبیاری با بست های ابتدایی به طول 9/5 میلی متر از نوع متقارن و نامتقارن، با افزایش CUC به ترتیب از 82%- به 48% و از 1% به 53% نسبت به شرایط شاهد (یعنی آب تهویه شده بدون سرفکتنت و عوامل آشفته گر جریان) بهبود پیدا می کند.
    کلیدواژگان: اکسیژن، آبیاری، حباب هوا، سرفکتنت، ضریب یکنواختی کریستیانسن
  • نوید قاجارنیا، عبدالمجید لیاقت*، پیمان دانش کار آراسته صفحه 91
    پیش بینی و تصمیم گیری صحیح در مدیریت و حفاظت از منابع آب نیازمند در دست داشتن برآوردهای درست و مطمئن از بارندگی است. لذا بررسی صحت داده های سری های زمانی قبل از آغاز تحقیق، یک بخش معمول و اجتناب ناپذیر در مطالعات هیدرولوژی و منابع آب است. برای این منظور، سری زمانی داده ها با استفاده از آزمون های آماری مورد ارزیابی قرار گرفته و در صورت نیاز، ناهمگنی ها و نوسانات نامحتمل داده ها اصلاح و یا حذف می شوند. هرچند معمولا گذر موفق سری های زمانی از آزمون های آماری از لحاظ علمی صحت داده ها را تایید می کند ولی بررسی های دقیق تر سری های زمانی ممکن است شواهد متفاوتی را عیان سازند. لذا در این تحقیق با انتخاب داده های بارندگی حوضه آبریز دریاچه ارومیه، پاسخ های بدست آمده از برخی آزمون های آماری بررسی صحت داده ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. مطالعه عمیق و دقیق داده ها و مقایسه با ایستگاه های مجاور نشان می دهد که اعتماد و اتکای کامل به نتایج آزمون های آماری به تنهایی برای صحت سنجی داده ها کافی نبوده و گاهی نتایج بدست آمده ممکن است محقق را نسبت به شرایط و درستی واقعی داده های سری های زمانی مورد مطالعه، بسیار گمراه سازد. بر طبق نتایج آزمون های همگنی مورد استفاده در این تحقیق، تنها 2/4 درصد از ایستگاه های حوضه نیازمند اصلاحات و یا حذف بوده اند و این در حالیست که مطالعه عمیق داده ها نشان از غیرقابل اعتماد بودن 12/6درصد از ایستگاه های حوضه و لزوم حذف آنها دارد.
    کلیدواژگان: آزمون همگنی، سری زمانی بارندگی، حوضه آبریز دریاچه ارومیه، نرم افزار (XLSTAT (2013
|
  • Sonia Zebardast*, Hamed Riahi Farsani, Sayyed Hasan Tabatabaei Page 1
    Nowadays optimal management and conservation of water and soil resources seems to be more essential than ever before. The issue of surface irrigation systems as a major consumer of water in the country is very important. Accurate prediction of the advance phase is important for the design and evaluation of these systems. The main objective of this study was to evaluate the accuracy of solving methods of Volume Balance Model (VBM) in the estimation of the water advance of furrow irrigation. In this study، Michel، Philip، Power functions and Return functions solving methods were used and also new models were proposed. For each method، a computer program was written in Matlab and to measure the precision of solving Methods mentioned above، gathered data of seven fields in two-time irrigation (A: water-soil and B: middle growth) in Chaharmahal and Bakhtyari province were used. The statistics of solving methods mentioned were obtained by use of root mean square error (RMSE)، coefficient residual mass (CRM) and model efficiency factor (EF). The results showed that Michel method has a lower RMSE (27. 6 and 57. 6 meters values for two-time irrigation respectively) and CRM (0. 06 value) and the higher EF (-1. 07 value) than the other solving methods of volume balance model. Other methods have close results for RMSE (33. 3 and 61. 4 meters values for two-time irrigation)، CRM (0. 21 value) and EF (-2. 65 value). As a result، the best method to solve VBM is Michel''s method. Accurate determination of infiltration coefficients and selection of infiltration equation are effective factors for model accuracy. Therefore، considering subsurface shape factor effect، the best suggestion for this coefficient is Kiefer equation.
    Keywords: advance phase, furrow irrigation, subsurface shape factor coefficient, volume balance model
  • Samaneh Seifollahi-Aghmiuni*, Omid Bozorg-Haddad Page 13
    Water resources systems as a set of structures and equipment، strongly need proper operational programming in order to optimally supply demands and perform suitable water conservation. Water reservoirs are the most commonly used water resources systems for supplying domestic demands whose incorrect management may lead to unsuitable water resources protection and huge financial losses. Approximately in all of the reservoir design، operation and management problems، real reservoir system case studies are studied and analyzed according to the existing conditions and their objectives. Under these conditions، it can be very useful to define and introduce a sample reservoir system which can be investigated for all conditions and objectives. In this research، a three-reservoir system is presented for the first time، considering all physical and hydrological parameters beside three general objectives of generating hydropower energy، supplying downstream demands (agricultural، municipal and industrial) and flood control. The obtained results are quite logical، with a natural trend based on the logically defined data for the sample reservoir system. Therefore، this sample case study is capable of showing the performance of reservoir systems in different states of single or multi reservoirs and single or multi objectives. As a result، the presented reservoir system can be used as a sample case study for introducing and developing different methods in solving water reservoir system problems.
    Keywords: Case study, Multi, reservoir system, Multi, objective optimization, Operation
  • Amin Soltani, Ali Raeesi Estabragh* Page 49
    AbstractTreating problematic soils at the location of irrigation and drainage networks in order to prevent hydraulic structure failure and thus water losses is considered an important issue regarding water and soil conservation. Expansive soils are found in many parts of the world and are considered a worldwide problem as they cause extensive damage to structures (especially hydraulic). This paper presents the laboratory results of wetting and drying cycles for expansive clay prepared with saline (sodium chloride with a concentration of 50 g/L) to improve its quality. Soil samples were prepared by static compaction using saline water and wetting and drying cycles by a modified and conventional Oedometer apparatus. Results indicated that axial deformation caused by consecutive wetting and drying cycles decreases and reaches equilibrium after five consecutive cycles thus causing the amount of swelling and shrinkage to be equal. Furthermore swelling and shrinkage paths (void ratio versus water content paths) indicate that the general shape of a wetting or drying cycle is an S-shaped curve which will reach equilibrium thus eliminating hysteresis caused by wetting and drying in the final cycle causing identical swelling and shrinkage paths.
    Keywords: hysteresis, pore water, swelling, shrinkage paths, water, soil conservation
  • Mahnaz Karimi, Seyed Habib Musavi Jahromi*, Mahmood Shafai, Bajestan Page 63
    Stilling basins with sudden expansions are one of the energy dissipater structures. This structure has many applications downstream of hydraulic structures، such as spillways، sluice gates and chutes. In the jump، the pressure fluctuations resulting from intense macro-scale turbulence must be carefully considered during the design of the structure. Roughness can also cause changes in the behavior of stream line and vortices. So far its effects on the hydrodynamic characteristics of the jump have not been studied. In this study many tests are conducted in a relatively large flume size of 0. 8 meter wide and 12 meter length. Channel expansions ratio (B1/B2) was 0. 33 and data are presented for Froude numbers from 4-9. 2. Measurements were conducted in the bed of flume by means of pressure transducers systems. The final results of this study show that roughness decreases Intensity of fluctuating pressure in sudden expansion stilling basin. Test results were compared with those of smooth sudden expansion jump and classical jump which indicates that the peak values of RMS dimensionless pressure fluctuations (Cp'')، are 53% lower than smooth sudden expansion jump and are reduced 70% compared with classical jump. Intensity of fluctuating pressure at the position of about (0. 15-0. 3) Lj، can reach the maximal value. Peak values of RMS dimensionless pressure fluctuations C''p max up to 0. 023 and maximum positive (negative) deviation Cp-and Cp-values up to 0. 08 were obtained. In addition to dimensionless coefficients of pressure fluctuations، the longitudinal distribution of pressures and determined pressure fluctuations and extreme values occurring during flow are obtained.
    Keywords: fluctuating pressure, hydraulic jump, rough bed, stilling basin, sudden expansion
  • Manouchehr Torabi*, David J. Midmore, Kerry B. Walsh, Surya P. Bhattarai Page 79
    Research carried out so far indicates that oxygenation is capable of effectively increasing crop yield because of supplying sufficient oxygen in the rhizosphere. However، the severe non-uniformity associated with the distribution of emitter air flow rates along laterals is a major deficiency. This research explored the effect of individual and/or concurrent use of surfactant with a final concentration of 32 ppm to irrigation water and/or insertion of turbulence-inducer sealing plugs preceding connectors on the uniformity of emitter air flow rate distribution. The results indicated that addition of surfactant raised the CUC of the emitter air flow rates from -83% to 37% for the asymmetric connectors and from 1% to 23% for the symmetric connectors، respectively، over the controls without surfactant. Addition of surfactant to oxygenation systems with symmetric connectors of 9. 5 and 7 mm long led to a rise in CUC from 1% to 23%، and from -41% to 39%، respectively. Compared to aerated water without surfactant or sealing plugs، concurrent use of surfactant and turbulent-inducer sealing plugs in oxygenation systems with symmetric and asymmetric connectors caused a rise in the CUC of air bubble deliveries from -82% to 48%، and from 1% to 53%، respectively.
    Keywords: air bubble, Christiansen uniformity coefficient, oxygenation, surfactant
  • Navid Ghajarnia, Abdolmajid Liaghat*, Peyman Daneshkar Arasteh Page 91
    Water resources management، forecasting، and decision making require reliable estimates of precipitation. Therefore، a normal and an inevitable part of any hydrological or water management project before starting the research is analyzing the accuracy of time series. For this purpose by using statistical tests، the time series are analyzed heterogeneous and improbable fluctuations of data and if needed are corrected or omitted. Although usually passing the statistical tests، scientifically verifies the efficiency of the data، more precise verifications on the data may lead to different results. Therefore، in this study by choosing precipitation data of Urmia basin as a case study، final results of some statistical tests on the efficiency of the data are analyzed. Careful and precise analysis of the time series especially in comparison with neighboring stations shows that full reliance on the statistical tests alone is not enough for analyzing the efficiency of the time series and the results of these tests may mislead users on the true condition and efficiency of the data. Based on the results of this study، only 2. 4 percent of the data need correction or must be omitted; nevertheless، more precise analysis through data shows that about 12. 6 percent of the data are completely unsuitable and must be omitted.
    Keywords: homogeneity test, rainfall time series, Urmia basin, XLSTAT (2013) software