رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست

چکیده ترکیب گیاه‌پالایی و بتن متخلخل فناوری جدیدی است که در آن تحت عنوان تصفیه طبیعی از بتن متخلخل و گیاهان مقاوم برای حذف یا کاهش غلظت آلاینده‌ها استفاده می‌شود. در این پژوهش عملکرد بتن متخلخل همراه با مواد افزودنی همچون پوکه معدنی و پرلیت به عنوان بستر و گیاه وتیور بر روی پساب شهری مورد بررسی قرار گرفته است. مکعب مستطیل‌هایی از بتن متخلخل با ابعاد 30×30×15 سانتی‌متر مکعب (که به ترتیب طول، عرض و ارتفاع می‌باشد) ساخته و گیاه مورد نظر با دو تراکم متفاوت (12 و 27 بوته گیاه) در بین بتن‌ها قرار داده شد. پس از گذشت زمان‌های ماند مورد نظر (5، 7 و 9 ساعت) جریان پساب از حوضچه ورودی و خروجی نمونه‌برداری شد و آزمایش‌های تعداد کل کلی‌فرم، اکسیژن‌خواهی بیولوژیکی(BOD)، اکسیژن‌خواهی شیمیایی (COD) و کل جامد معلق (TSS) بر روی نمونه‌ها انجام گرفت. اثر بتن متخلخل، تراکم گیاهی و زمان‌ماند با استفاده از طرح کاملاً تصادفی مورد بررسی قرار گرفتند. به طور متوسط در زمان‌ماند 5 ساعت BOD، COD، TSS و کلی‌فرم به ترتیب 1/16، 5/27، 6/20 و 1/19 درصد کاهش یافت. همچنین به طور متوسط در زمان‌ماند 7 ساعت BOD، COD، TSS و کلی‌فرم به ترتیب 5/20، 33، 1/26 و 3/25 درصد کاهش یافت. در زمان‌ماند 9 ساعت نیز به طور متوسط BOD، COD، TSS و کلی‌فرم به ترتیب 9/25، 5/38، 9/31 و 5/30 درصد کاهش یافت. در مجموع این طرح در حذف BOD، COD و TSS موفق عمل نمود و در حذف کلی‌فرم نیز عملکرد خوبی داشته است.

چکیده در رودخانه­ها و به‌ویژه در محل قوس، تغییرات سرعت جریان در جهت­های عرضی و عمقی غیریکنواخت و تحت تأثیر عوامل زیادی از قبیل جریان­های ثانویه، زبری بستر و جداره­ها و وضعیت هیدرولیکی جریان است. برای محاسبه­ی توزیع دوبعدی سرعت جریان در رودخانه­های مستقیم، محققان روش­های زیادی ارائه کرده­اند. این در حالی است که به‌دلیل ساختار پیچیده­ی جریان در قوس رودخانه­ها، شبیه­سازی میدان سرعت در این مقاطع به کمک نرم­افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی انجام می­شود. در این پژوهش، از روش احتمالاتی چیو برای حل میدان سرعت جریان در یکی از قوس­های رودخانه­ی گرگان‌رود در استان گلستان استفاده شد. با توجه به کمبود داده­های صحرایی در قوس­های رودخانه­ای، برای انجام این تحقیق 6 نمونه میدان سرعت جریان در یکی از قوس­های بالادست ایستگاه هیدرومتری آق­قلا (به فاصله 200 متر) اندازه­گیری شد. از بین این داده­ها، 4 سری توزیع سرعت برای واسنجی مدل و 2 سری برای صحت­سنجی آن استفاده شد. نتایج پژوهش نشان داد که روش چیو در شبیه­سازی میدان سرعت جریان در این رودخانه­ی پیچان از دقت قابل‌قبولی برخوردار است. تحلیل آماری نتایج به­دست آمده بیانگر این است که میانگین خطای مطلق این روش برای حل توزیع دوبعدی سرعت جریان در محل قوس در مرحله­ی واسنجی حدود 9/4 درصد و در مرحله­ی صحت­سنجی حدود 5/3 درصد است. این میزان خطا برای محاسبه­ی دبی کل جریان رودخانه در محل قوس به­ترتیب حدود 9/5 و 0/6 درصد به­دست آمده است.

چکیده در سال­های اخیر بهره­برداری غیربهینه از منابع آبی به­ویژه منابع آب زیرزمینی، خشکسالی، رعایت­نکردن اصول حفاظت در بهره­برداری از منابع آبی­کشور، رشد جمعیت و غیره موجب شد تا نهاده­ی آب به­عنوان یکی از مهم­ترین عوامل محدودکننده­ی توسعه در بخش کشاورزی ایفاء نقش نماید. یکی از راه­کارهایی که می­تواند تا حدودی این مشکل را حل کند، مدیریت جامع آب است که روشی اقتصادی دارای اهمیت است. همچنین با ارزش­گذاری می­توان بین عرضه و تقاضای آب تعادل ایجاد کرد. در این مطالعه برای تعیین ارزش اقتصادی آب در تولید محصولات گندم و جو از روش تابع تولید استفاده شد. به­منظور تجزیه و تحلیل داده­ها از نرم­افزارهای EXCEL و SPSS استفاده شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که متوسط مقدار تولید نهایی نهاده­ی آب آبیاری برای محصول گندم و جو به‌ ترتیب برابر با 240/0 و 268/0، با ارزش اقتصادی 3/3237 و 2813 ریال بر مترمکعب است. همچنین بیشترین میزان مصرف آب در تولید گندم و جو به ترتیب برابر با 5200 و 3100 مترمکعب و میانگین مصرف آب به ترتیب برابر با 56/4604 و 7/2793 مترمکعب به‌دست آمد. با توجه به اینکه ارزش نهایی تولید آب بیشتر از هزینه­ی تأمین آب آبیاری است، در صورت اصلاح­نکردن قیمت آب کشاورزی باعث برداشت و استفاده­ی بی­رویه از منابع آبی می­شود. برای جلوگیری از این امر بهتر است قیمت آب کشاورزی براساس ارزش نهایی تولید تنظیم شود.

چکیده بادستگاه‌های آبیاری آبفشان دوار که یکی از پیشرفته‌ترین سامانه‌های آبیاری بارانی می‌باشد، اخیراً در ایران کاربرد زیادی پیدا کرده است. با توجه به امر لزوم تحقیق در مورد سازگاری این سامانه‌ با شرایط فرهنگی، اقتصادی، اقلیمی ایران و بهینه نمودن کارایی سامانه امری ضروری است. با توجه به موارد فوق هدف از این ارزیابی، شناخت وضع موجود دستگاه آبفشان دوار می‌باشد که بر اساس آن بتوان در جهت بهبود وضعیت دستگاه و رفع نقاط ضعف آن تصمیم‌گیری نمود. اهمیت این موضوع از یک طرف و کمبود اطلاعات از طرف دیگر، ضرورت انجام تحقیقات در این زمینه را روشن می‌سازد. لذا در این راستا ارزیابی سنترپیوت در دو سرعت 10 و 60 درصد بصورت شعاعی و عمودی صورت گرفت که در آن ضریب یکنواختی در عبور دستگاه به صورت شعاعی و با سرعت 10 و 60 درصد، به‌ترتیب 3/80 و 4/76 درصد و یکنواختی توزیع آب به‌ترتیب 6/72 و 5/65 درصد به دست آمد. همچنین آزمایش ضریب یکنواختی در جهت عمودی در دو سرعت مذکور به ترتیب 1/61 و 3/59 درصد به‌دست آمد. یکنواختی توزیع رطوبت در خاک پس از آبیاری با سرعت 60 درصد نیز اندازه‌گیری و محاسبه شد که نتیجه مقدار 37/86 درصد را نشان داد. نتایج نشان داد که مقدار یکنواختی توزیع رطوبت خاک از مقدار یکنواختی توزیع آب در سطح مزرعه بیشتر بود که علت آن در جریانات افقی و فرآیند انتقال آب در زیر سطح می‌باشد. بر‌این اساس در این مناطق با وجود یکنواختی پخش آب حدود 70 درصد، مقدار یکنواختی توزیع رطوبت مناسب است.

چکیده میزان تبخیر و تعرق گیاهان درون یک منطقه با توجه به پارامترهای هواشناسی، مرحله رشد گیاه و شرایط مدیریتی مزارع دارای تغییرات زمانی و مکانی می­باشد. هدف از مطالعه کنونی مقایسه روند تغییرات مکانی و زمانی تبخیر و تعرق ذرت در منطقه ماهیدشت با استفاده از تصاویر ماهواره­ای با منابع علمی موجود (به علت نبودن داده­های لایسیمتری) بوده است. در این مطالعه تبخیر و تعرق روزانه برای چهار مزرعه ذرت واقع در مناطق مختلف دشت با استفاده از الگوریتم سبال و تصاویر ماهواره­ای لندست8 در 6 تاریخ در طول دوره رشد گیاه ذرت در سال 1393 تخمین زده شد. از آنجایی که اندازه­گیری مزرعه­ای تبخیر و تعرق واقعی جهت اعتبار­سنجی نتایج حاصل از برآورد تبخیر و تعرق براساس الگوریتم سبال وجود نداشت، نتایج نهایی (تبخیر و تعرق) و همچنین نتایج میانی الگوریتم سبال (شاخص دمای سطحی، NDVI و آلبیدو ) با نتایج قابل قبول در دسترس مقایسه شد. نتایج نشان داد تبخیر و تعرق به دست آمده با الگوریتم سبال و نرم­افزار AGWAT روند مشابهی داشتند. روند افزایشی و کاهشی دمای سطحی در گذر زمان منطقی بود. متوسط شاخص NDVI در طول دوره رشد در مزارع مورد مطالعه بین 47/0 تا 53/0 بوده که با توجه به منابع در محدوده قابل قبولی قرار دارد. ضریب بازتاب نور (آلبیدو) با متوسط 18/0-17/0 تغییرات اندکی در بین مزارع منتخب داشت. تغییرات زمانی نتایج نشان دهنده روند افزایشی دمای سطحی، تبخیر و تعرق و شاخص گیاهی NDVI تا اواسط دوره رشد و سپس کاهش این پارامترها می­باشد.

چکیده توجه به زراعت برنج به دلیل مصرف زیاد آب در کشاورزی پایدار بسیار اهمیت دارد. این گیاه زراعی مهم‌ترین منبع غذایی در کشور ما محسوب می‌شود و به همین دلیل اطلاع از مقدار آب مصرفی آن در ارقام مختلف با روش‌های کاشت گوناگون مهم است. چون انجام آزمایش‌های متعدد برای اطلاع از این موضوع نیازمند صرف وقت و هزینه بسیار است؛ لازم است از مدل‌سازی گیاهی استفاده شود. بدین منظور، برای ارزیابی عملکرد، زیست‌توده و کارایی مصرف آب برنج با مدل AquaCrop تحقیقی در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان انجام شد. در این تحقیق، دو عامل روش کاشت (D1: نشایی، D2: مستقیم رایج در منطقه و D3: خشکه‌کاری) و رقم برنج (v1: عنبوری قرمز، v2: چمپا و  v3: دانیال) برای شبیه‌سازی پارامترهای مورد مطالعه در نظر گرفته شدند. مقادیر آماره‌های MBE، RMSE و NRMSE برای عملکرد برنج به‌ترتیب برابر با 25/0 تن در هکتار، 0/1 تن در هکتار و 10/0 بود. این مقادیر برای زیست‌توده به‌ترتیب برابر با 30/0 تن در هکتار، 15/1 تن در هکتار و 05/0 و برای کارایی مصرف آب به‌ترتیب برابر با 07/0 کیلوگرم بر مترمکعب، 24/0 کیلوگرم بر مترمکعب و 03/0 بود. مقادیر آماره EF برای عملکرد، زیست‌توده و کارایی مصرف آب برنج به‌ترتیب برابر با 87/0، 56/0 و 65/0 و مقادیر d برای هر سه پارامتر برابر با 99/0 بود. با توجه به این نتایج، مدل AquaCrop دقت کافی در شبیه‌سازی عملکرد، زیست‌توده و کارایی مصرف آب برنج جهت نیل به کشاورزی پایدار داشت.

چکیده تغییر اقلیم که به معنی تغییرات بلندمدت اقلیمی در یک منطقه است، با افزایش دما و تغییرات الگوی بارش تغییراتی در برآورد تقاضاهای آبی ایجاد کرده است. شبیه‌سازی منابع و مصارف حوضه­ی آبریز سد جامیشان با استفاده از مدل WEAP با الگوهای کشت موجود در منطقه بررسی شد. برای ارزیابی تأثیر تغییر اقلیم بر پارامترهای بارش و دما در این منطقه از خروجی‌های سناریوی RCP8.5 مدل­های HADGEM2_ES و MIROC5 و از سری مدل­های CMIP5 استفاده ‌شد. در این پژوهش پارامترهای ماهانه­ی دما و بارش سد جامیشان با استفاده از روش عامل تغییر ریزمقیاس و برای دوره آتی تولید شدند. از روش یادگیری ماشینی رگرسیون بردار پشتیبان تصحیح شده با تغییر در پارامترهای موثر برای پیش بینی رواناب در دوره تغییر اقلیم استفاده گردید. نتایج مدل‌ اقلیمی به­طور میانگین افزایش دمای ۵/۰ تا ۵/۱ درجه سلسیوس را در طول دوره­ی آماری نشان می‌دهد. نتایج بارش شبیه‌سازی شده نشان می‌دهد که میانگین بارش ماهیانه با سناریوی8.5  RCP در دوره­ی آتی در مدل HADGEM2_ES با افزایش  ۵ درصدی و در مدل MIROC5 با کاهش ۶ درصدی نسبت به دوره­ی پایه همراه بوده‌است. بررسی نتایج پیش‌بینی دبی با استفاده از مدل SVR حاکی از آن است که رواناب نسبت به دوره­ی پایه با کاهش همراه است. به­منظور برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب با استفاده از نرم افزار WEAP به شبیه‌سازی سد جامیشان پرداخته شد. بدین منظور با درنظر گرفتن سه الگوی کشت متفاوت مقادیر تأمین و کمبود برای هر نیاز برآورد گردید. شبیه‌سازی الگوی کشت‌های مختلف در WEAP نشان می‌دهد به‌طور میانگین تأمین برابر با 75 درصد است.

چکیده سیلاب شدید سال 1398 رودخانه کرخه از یک سو و تغییرات مرفولوژی و شرایط بستر رودخانه طی سالیان بعد از آغاز بهره برداری از سوی دیگر این هشدار را به کارشناسان می‌دهد تا بار دیگر با بررسی دوباره پایداری سد انحرافی کرخه (حمیدیه) از سلامت سد مطمئن شوند. استفاده از مدل‌های ریاضی به خاطر دقت بالا و در عین حال سادگی و دستیابی سریع به نتایج و آنالیز داده‌ها می‌تواند جایگزین روش‌های تجربی گردد. در این تحقیق سعی بر آن شده تا با کمک نرم افزار های HEC-RAS و SAP به مطالعه پایداری سد انحرافی کرخه تحت تاثیر تغییرات مورفولوژی بالادست آن پرداخته شود. نتایج نشان می دهد که سازه سد تنظیمی- انحرافی حمیدیه با توجه به بارگذاری و مدلسازی صورت گرفته در حال حاضر پایدار بوده و از ضرایب پایداری مناسبی برخوردار می‌باشد. نتایج نشان می دهد که ضرایب اطمینان کنترل پایداری در مقابل لغزش سازه پایه میانی سد حمیدیه تحت بارگذاری‌های Normalو Special به‌ترتیب برابر با 51/1 و 93/6 است. با توجه به عمر بالای سد حمیدیه و مشاهده آثار فرسودگی و تخریب در سازه های هیدرولیکی آن، انجام مطالعه جهت علاج بخشی و ترمیم این سد پیشنهاد می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که تنش‌های وارده در پایین‌دست بدنه سرریز سد حمیدیه، مقداری از محدوده مجاز فراتر رفته است.

چکیده بررسی سیلاب و پیش­بینی حجم احتمالی آن یکی از مشکلات اساسی مدیران حوضه آبریز است که برای جلوگیری از خسارات مالی و جانی نیاز به همکاری بیش­تر توسعه­دهندگان مدل پیش بینی سیلاب، کاربران آن، مدیران و بهره برداران آب در منطقه دارد. هدف از پژوهش حاضر، ارائه راهکاری مناسب به منظور برقراری سامانه پیش­بینی سیل مبتنی بر همکاری توسعه­دهندگان مدل، کاربران و مدیران در راستای بهبود مدیریت و کاهش آسیب ناشی از سیلاب است. در این پژوهش، برای پیش­بینی جریان در 5 حوضه کارون4، سیمره، رودبار، سردشت و آزاد طی هفت سال از نقشه­های هواشناسی دو مدل پیش بینی بارشCOLA   WRF  برای پیش­بینی بارش استفاده گردید که در نهایت خروجی آن در مدل شبیه­سازی NAM توسعه داده شده منجر به پیش­بینی جریان و سیلاب در روزهای آینده حوضه و کاهش خسارت مالی و جانی شد. نتایج حاصل از گزارش­ها بیانگر قرارگیری 70 درصد پیش­بینی­ها در بازه سیلاب مشاهداتی است.

چکیده پیش بینی میزان آبشستگی موضعی در پایین دست سازه های هیدرولیکی از موضوعات مورد توجه محققان در سال‌های اخیر بوده است .در این تحقیق آبشستگی پایین دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای شکل تحت تغییرات شرایط هیدرولیکی جریان و ارتفاع ریزش جریان عبوری از سرریز به صورت آزمایشگاهی در کانالی به طول 10 متر و عرض و ارتفاع 75/0 و 80/0 متر در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشگاه تربیت مدرس تهران بررسی شده است. از رسوبات یکنواخت و غیر چسبنده با قطر متوسط 2 میلی متر به طول و عرض 3 و 75/0 متر در پایین دست سرریز کلیدپیانویی استفاده شد. تمامی آزمایش ها در شرایط جریان آزاد انجام گردید. نتایج نشان داد که محل رخداد بیشینه عمق آبشستگی با افزایش ارتفاع ریزش جریان، در فاصله دورتری از سرریز قرار می گیرد. بیشینه عمق آبشستگی با افزایش ارتفاع ریزش جریان، افزایش می یابد. آبشستگی در میانه عرضی بستر کمتر از جداره‌ها آن می شود. افزایش ارتفاع ریزش جریان همراه با تغییرات بیشتری در توپوگرافی بستر می باشد.

چکیده فرآیند نفوذ آب به خاک یکی از اجزاء اصلی چرخه هیدرولوژی است که در مباحث مختلف اهمیت بسیاری دارد. از این‌رو ارزیابی روش‌های مختلف برآورد آن امری ضروری می-باشد. در این مطالعه 11 نقطه در مناطق مختلف استان لرستان انتخاب و اندازه گیری نفوذ با استفاده از حلقه دوگانه در این نقاط انجام شد سپس معادلات کاستیاکوف، کاستیاکوف اصلاح شده، فیلیپ و SCS مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد مدل کاستیاکوف برای مناطق: سرناوه (نورآباد)، کوهدشت، پلدختر، جوجه‌حیدر (اشترینان) و دوره، مدل SCS برای مناطق: ازنا، ده‌پهلوان (نورآباد)، سرنمک (خرم آباد) و ازناسگوند (خرم آباد) و مدل فیلیپ برای مناطق خایان (بروجرد) و کیوره (بروجرد) بیشترین دقت را نسبت به داده‌های مشاهداتی و سایر مدل‌های تجربی داشته‌اند. بر اساس آنالیز واریانس انجام شده، مقدار نفوذ برآورد شده با هر 4 روش نسبت به مقادیر نفوذ میدانی فاقد اختلاف معنی‌دار بودند. به طور کلی می‌توان گفت در بیشتر نقاط مورد مطالعه عملکرد مدل کاستیاکوف قابل قبول و عملکرد مدل SCS ضعیف بود.

چکیده دانستن درباره بیابانهای ایران از آن حیث اهمیت دارد که شرایط جغرافیایی و اقلیمی بیابان خود به خود، هیچگاه رو به گسترش نبوده و نیست. آنچه بیابان‌ها را گسترش می‌دهد رابطه‌ای است که از نظر طبیعی مناطق بیابانی با محیط پیرامون خود دارند. تغییر اقلیم در طی چند دهه اخیر سبب شده است که مخاطرات اقلیمی در مناطق بیابانی خسارات جانی و مالی زیادی به بار بیاورد. هدف از این پژوهش برنامه‌ریزی فضایی مخاطرات اقلیمی به منظور کاهش خسارات آن‌ها در مناطق بیابانی می‌باشد. این تحقیق از نوع توصیفی- تحلیلی و به لحاظ روش کاربردی می‌باشد. در ابتدا به شناسایی مهمترین مخاطرات اقلیمی در مناطق بیابانی پرداخته شد. سپس با استفاده از نظر کارشناسان و مصاحبه با آنان مهمترین معیارها و راهبردها در جهت کاهش خسارات مخاطرات اقلیمی در مناطق بیابانی شناخته شدند. نتایج نشان داد خشکسالی، افزایش شدت دما، بارش سنگین و کوتاه مدت، یخبندان ریزگردها و طوفان شن و ماسه و سیلاب‌ها مهمترین مخاطرات اقلیمی در طی چند سال گذشته شناسایی شدند. در این تحقیق هزینه – سود، مشارکت مردمی، ابزارهای تکنولوژی و علمی در دسترس، فشارهای سیاسی و اجتماعی، تناسب و سازگاری با محیط زیست، مدیریت سنتی و دانش بومی، درآمدهای نفتی دولت، مدیریت‌های موقتی، مشکلات مربوط به نوآوری و تغییر روش‌ها، راحت طلبی‌های سیستم‌های اداری دولتی علی بوده و زمان، زیبایی چشم‌انداز، منابع انسانی متخصص، مسائل اورژانسی ناشی از مخاطرات اقلیمی معلول به حساب می‌آیند. نتایج نشان می‌دهد، که تصویب قانون جدید و جامع مرتبط با مخاطرات اقلیمی مهمترین راهبرد حقوقی می‌باشد.