علوم آب و خاک

تأثیر مساحت زیر‌حوضه‌ها و روش‌های محاسبه زمان تمرکز بر شبیه‌سازی حجم رواناب شهری با استفاده از نرم‌افزار SewerGEMS

جهانگیر عابدی کوپایی

امروزه در پی تغییر اقلیم و گرم شدن کره زمین و باتوجه به تغییراتی که در نوع بارش ها اتفاق افتاده و عموماً از برف به باران تبدیل شده، مشکلات مربوط به سیل و آبگرفتی به ویژه در مناطق شهری افزایش یافته و به دنبال آن توجه به مدل های شبیه سازی بارش – رواناب به منظور مدیریت، کاهش و حل این مشکلات نیز افزایش یافته است. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار SewerGEMS، سناریو های مختلف با هدف عملکرد این مدل باتوجه به مساحت و تعداد زیر حوضه ها (2 و 8)، دوره های بازگشت مختلف (2 و ۵ساله) و همچنین مقایسه چهار روش محاسبه زمان تمرکز (SCSlag، Kirpich، Bransby Williams، Carter) برای شبیه سازی هیدروگراف سیلاب در شهر شهرکرد بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که با تغییر دوره بازگشت از 2 به 5 سال، دبی اوج تقریباً در همه سناریو ها افزایش یافته است. همچنین باتوجه به میزان خطای پیوستگی محاسبه شده، روش Kirpich در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر حوضه های بیشتر با مساحت های کوچکتر، ارجحیت دارد. برای سناریوی 2 زیر حوضه، 4 درصد برای دوره بازگشت ۲ ساله و 19 درصد برای دوره بازگشت ۵ ساله، میزان خطای پیوستگی محاسبه شده است. روش SCSlag در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر حوضه های کمتر با مساحت های بزرگتر، ارجحیت دارد. در سناریوی 8 زیر حوضه، 16درصد برای دوره بازگشت ۲ ساله و 11 درصد برای دوره بازگشت ۵ساله، محاسبه شده است.

ارتباط بین حساسیت به فرسایش و تخریب‌پذیری فیزیکی خاک در اثر تغییر کاربری زمین در عرصه‌های مرتعی منطقه نیمه‌خشک

فرشته حق شناس

فرسایش آبی می تواند به شدت تحت تأثیر تغییر کاربری زمین و تخریب فیزیکی خاک در اثر عملیات کشاورزی قرار گیرد. این پژوهش به منظور بررسی اثرات تغییر کاربری مراتع ضعیف بر تخریب پذیری فیزیکی خاک و فرسایش خاک در عرصه های مرتعی منطقه نیمه خشک انجام شد. آزمایش در 42 نمونه خاک مربوط به هفت عرصه با کاربری مرتع ضعیف و زراعت دیم که از خاک متفاوت (لوم رسی، لوم رس سیلتی، لوم رس شنی، لوم سیلتی، لوم، لوم شنی و شن لومی) برخوردار بودند، انجام شد. ویژگی های فیزیکی خاک در نمونه های هر دو نوع کاربری زمین اندازه گیری شد و تغییرات آن به عنوان تخریب فیزیکی خاک بیان شد. حساسیت به فرسایش در خاک ها تحت باران شبیه سازی شده با شدت 50 میلی متری بر ساعت به مدت 60 دقیقه اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که تغییر کاربری زمین های مرتعی به زراعت دیم به شدت منجر به تخریب فیزیکی خاک ها می شود؛ به طوری که چگالی ظاهری، تخلخل کل، تخلخل درشت، رطوبت ظرفیت مزرعه، درصد رطوبت اشباع، اندازه خاکدانه، پایداری خاکدانه به ترتیب 28، 22، 41، 11، 5، 62 و 63 درصد در اثر تغییر کاربری زمین تخریب شدند. ویژگی های ساختمانی خاک (اندازه خاکدانه و پایداری خاکدانه) بیشترین تخریب پذیری فیزیکی را داشتند. تغییر کاربری زمین حساسیت خاک ها را به فرسایش افزایش داد. میان حساسیت به فرسایش در اثر تغییر کاربری و تخریب پذیری فیزیکی خاک رابطه معنی دار وجود داشت. نتایج نشان داد که خاک هایی که از خاکدانه های درشت و پایدارتری برخوردارند، بیشترین تخریب پذیری فیزیکی را در اثر تغییر کاربری زمین دارند و بیشترین حساسیت را به فرسایش نشان می دهند.

مدل‌سازی و برآورد اقتصادی خسارت تغییر اقلیم بر خدمت اکوسیستمی کنترل رواناب در گون‌زارهای زاگرس مرکزی

محمدجواد آقاسی

گون پوشش گیاهی بسیاری از کوهستان های فلات ایران است و باتوجه به شکل بالشتی و سیستم ریشه دوانی عمیق، کنترل و نفوذ بارش های جوی را به درون خاک تسهیل و نقش عمده ای در ارائه خدمات اکوسیستمی ایفا می کند. از طرفی همبستگی اکوسیستم های گون زار (Astragalus habitats) با اقلیم های خشک و نیمه خشک، آن ها را در برابر تغییرات اقلیمی آسیب پذیر نموده است. در این مطالعه نقشه تولید رواناب بر پایه منحنی بادیکو تحت شرایط حال حاضر و آتی تغییر اقلیم (2050) با استفاده ازداده های اقلیمی و دمایی سایتChelsa (مدل گردش عمومی CanESM2) در نرم افزار TerrSet و با استفاده از نقشه های: زیرحوزه ها، بارش سالانه، تبخیر و تعرق پتانسیل سالانه، عمق خاک، آب قابل دسترس گیاه و نقشه "پوشش زمین _کاربری زمین" حال حاضر و آینده با ترکیبی از روش های میدانی و مدل های پراکنش گونه ای در مقیاس محلی حوزه آبخیز رودخانه شور دهاقان (زاگرس مرکزی) تهیه و درنهایت خسارت رواناب مازاد تولید شده در اثر تغییر اقلیم به روش هزینه جایگزین (Replacement cost method) برآورد شد. نتایج حاکی از افزایش حجم رواناب سالانه حوزه از70 میلیون مترمکعب در حال حاضر به 105 میلیون مترمکعب در شرایط تغییر اقلیم تحت سناریوی rcp26 سال 2050 بود. با احتساب هزینه 10 میلیون ریال به ازای کنترل 530 مترمکعب رواناب از طریق پروژه های متنوع آبخیزداری، جلوگیری از خسارات رواناب مازاد تولید شده، نیازمند اعتباری بالغ بر 660 میلیارد ریال بر اساس ارزش حال است. این مطالعه قابلیت نرم افزار TerrSet برای پیش بینی و تولید نقشه خدمت اکوسیستم تولید رواناب تحت تغییرات اقلیمی یا تغییرات کاربری اراضی و با هدف ارزش گذاری را در مقیاس محلی به اثبات رساند. همچنین ارزش گذاری فوق می تواند مبنای برنامه ریزی و تأمین اعتبار برای مطالعه و اجرای طرح های آبخیزداری با هدف مقابله با تهدیدات تغییر اقلیم باشد.

بررسی اثر تغییر اقلیم بر مقادیر حدی دما و بارش در حوضه سفیدرود بر اساس مدل‌های CMIP6

محمد جواد زارعیان

در این مطالعه، اثر تغییر اقلیم بر دمای بیشینه و بیشینه بارش روزانه در 16 ایستگاه هواشناسی واقع در حوضه آبریز سفیدرود، در دوره زمانی سال های 2023 تا 2052 بررسی شده است. بدین منظور 10 مدل AOGCM مربوط به ششمین گزارش ارزیابی IPCC (CMIP6) بر اساس توانایی آن ها در شبیه سازی دما و بارش دوره تاریخی (سال های 1980 تا 2014) رتبه بندی شدند. سپس خروجی دمای بیشینه و بارش روزانه مربوط به بهترین مدل در هر ایستگاه، با استفاده از مدل ریزمقیاس نمایی LARS-WG تحت سه سناریوی انتشار SSP126، SSP245 و SSP585 در دوره زمانی سال های 2023 تا 2052 استخراج شدند. همچنین از آزمون من - کندال (در سطح آماری 95 درصد) برای بررسی روند تغییر در متوسط سالانه دما و بارش بیشینه استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل های مختلف AOGCM در نواحی مختلف حوضه، دارای دقت های متفاوتی در شبیه سازی دمای بیشینه و بارش هستند و دقت های آن ها در شبیه سازی دما بهتر از شبیه سازی بارش بودند. به طور کلی، مدل IPSL-CM6A-LR بهترین عملکرد را در شبیه سازی دمای بیشینه و مدل HadGEM3-GC31-LL بهترین عملکرد را در شبیه سازی بارش نشان دادند. همچنین نتایج نشان دادند که متوسط سالانه دمای بیشینه در سناریوهای انتشار مختلف بین 0/9 تا 2/8 درجه سانتی گراد افزایش خواهد یافت. متوسط بیشینه بارش سالانه نیز در سناریوهای انتشار مختلف، بین 6/8- تا 17/7 میلی متر تغییر خواهد کرد.

بررسی آزمایشگاهی تأثیر وجود مانع در انتهای کلیدهای خروجی سرریز کلیدپیانویی نوع C بر آبشستگی پایین‌دست آن

علی خوش فطرت

سرریزهای کلیدپیانویی جزء جدیدترین سرریزهای غیرخطی هستند که ضریب آبگذری بیشتری نسبت به سرریزهای مشابه دارند. این سازه های هیدرولیکی دارای فونداسیون سبک و ساده ای هستند که روی سدها و کانال های زهکشی طراحی و نصب می شوند. به دلیل راندمان زیاد این سرریزها، بررسی آبشستگی پایین دست آنها و راهکار برای کاهش مقدار آن در سال های اخیر، موردتوجه مهندسان قرار گرفته است. در این پژوهش سعی شده از یک سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای نوع C، سه دبی و سه عمق پایاب استفاده شود. همچنین از دو مانع با ارتفاع های 0/02 و 0/04 متر در انتهای کلیدهای خروجی سرریز استفاده شد. نتایج نشان داد که وجود مانع، باعث کاهش آبشستگی در پنجه سرریز می شود. مقدار کاهش آبشستگی در پنجه سرریز و با ارتفاع مانع بزرگ تر، بیشتر از سرریز با ارتفاع مانع کوچک تر و در هر دو بیشتر از سرریز بدون مانع است. وجود مانع باعث کاهش بیشینه عمق آبشستگی و دورتر شدن فاصله بیشینه عمق آبشستگی از پنجه سرریز می شود. در سرریز با ارتفاع مانع 0/02 و 0/04 متر نسبت به سرریز بدون مانع، مقدار بیشینه عمق آبشستگی حدود 16/4 و 26/9 درصد کمتر و فاصله بیشینه عمق آبشستگی در آن ها نسبت به سرریز بدون مانع، حدود 8/7 و 19/1 درصد بیشتر است. شاخص آبشستگی در سرریزهای دارای مانع کمتر از سرریزهای بدون مانع است که می تواند خطر واژگونی سرریز را کاهش دهد. کمترین مقدار شاخص آبشستگی در سرریز با ارتفاع مانع 0/04 متر دیده شد که تقریباً 41/2 درصد کمتر از سرریز بدون مانع است.

تأثیر صفحات مستغرق بر بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی و بررسی نقش زاویه برخورد

منوچهر حیدرپور

یکی از روش های بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش، استفاده از زبری های طبیعی و مصنوعی است. اخیراً به دلیل مزایای صفحات مستغرق در مقایسه با سایر زبری های مصنوعی غیر ممتد از جمله تعداد کمتر این صفحات و قابلیت طراحی هندسه و چیدمان آنها، رویکرد بیشتری شده است. در این مقاله تأثیر صفحات مستغرق با سه زاویه برخورد °۴۵، °۷۵ و °90 بر بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی بررسی شده و اثر آن بر پارامترهایی نظیر نسبت اعماق مزدوج، طول نسبی، میزان اتلاف انرژی و ضریب نیروی برشی بستر ارزیابی شده است. نتایج این پژوهش نشان داد، میانگین تأثیر صفحات مستغرق بر کاهش نسبت اعماق مزدوج، طول پرش و طول غلتاب در مقایسه با حالت کلاسیک به ترتیب برابر 9/4، 24/6 و 28/4 درصد بوده و میانگین افزایش افت نسبی انرژی 5/5 درصد بوده که بیشینه افت نسبی انرژی در زاویه برخورد 90 درجه صفحات مستغرق با مقدار 6/5 درصد است. با درنظرگرفتن این نتایج و سایر شرایط نظیر سهولت ساخت و به کارگیری، تثبیت و کاهش هزینه های اقتصادی از میان انتخاب های موجود صفحات مستغرق، زاویه برخورد °75 گزینه مناسبی برای طراحی بهینه حوضچه آرامش است.

روندیابی سیل در رودخانه‌ها با استفاده از نرم‌افزار HEC-RAS دوبعدی و مقایسه آن با روش ماسکینگام غیرخطی

محمد شایان نژاد

سرریزهای کلیدپیانویی جزء جدیدترین سرریزهای غیرخطی هستند که ضریب آبگذری بیشتری نسبت به سرریزهای مشابه دارند. این سازه های هیدرولیکی دارای فونداسیون سبک و ساده ای هستند که روی سدها و کانال های زهکشی طراحی و نصب می شوند. به دلیل راندمان زیاد این سرریزها، بررسی آبشستگی پایین دست آنها و راهکار برای کاهش مقدار آن در سال های اخیر، موردتوجه مهندسان قرار گرفته است. در این پژوهش سعی شده از یک سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای نوع C، سه دبی و سه عمق پایاب استفاده شود. همچنین از دو مانع با ارتفاع های 02/0 و 04/0 متر در انتهای کلیدهای خروجی سرریز استفاده شد. نتایج نشان داد که وجود مانع، باعث کاهش آبشستگی در پنجه سرریز می شود. مقدار کاهش آبشستگی در پنجه سرریز و با ارتفاع مانع بزرگ تر، بیشتر از سرریز با ارتفاع مانع کوچک تر و در هر دو بیشتر از سرریز بدون مانع است. وجود مانع باعث کاهش بیشینه عمق آبشستگی و دورتر شدن فاصله بیشینه عمق آبشستگی از پنجه سرریز می شود. در سرریز با ارتفاع مانع 02/0 و 04/0 متر نسبت به سرریز بدون مانع، مقدار بیشینه عمق آبشستگی حدود 4/16 و 9/26 درصد کمتر و فاصله بیشینه عمق آبشستگی در آن ها نسبت به سرریز بدون مانع، حدود 7/8 و 1/19 درصد بیشتر است. شاخص آبشستگی در سرریزهای دارای مانع کمتر از سرریزهای بدون مانع است که می تواند خطر واژگونی سرریز را کاهش دهد. کمترین مقدار شاخص آبشستگی در سرریز با ارتفاع مانع 04/0 متر دیده شد که تقریباً 2/41 درصد کمتر از سرریز بدون مانع است.

بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان عبوری از سرریز جانبی مثلثی لبه شیبدار در شرایط زیر ‌بحرانی

محسن سجادی

سرریزهای جانبی از سازه های هیدرولیکی هستند که در شبکه های آبیاری و زهکشی به منظور انحراف آب و یا تنظیم سطح آب مورد استفاده قرار می گیرند. افزایش راندمان سرریزهای جانبی با هد ثابت، از جمله دغدغه پژوهشگران هیدرولیک در دهه گذشته بوده است. استفاده از شکل های مختلف تاج لبه تیز، کنگره ای، کلید پیانویی و همچنین افزایش طول سرریز با تغییر هندسه تاج مورد بررسی قرار گرفته است. در پژوهش حاضر نوع جدیدی از سرریز جانبی به شکل مثلثی در دو حالت با لبه ساده و شیبدار در آزمایشگاه و تحت شرایط هیدرولیکی مختلف در شرایط جریان زیر بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد که با شیبدار کردن لبه های سرریز جانبی مثلثی میزان ورتکس ایجاد شده در ورودی دهانه سرریز کاهش یافته و به این دلیل ضریب دبی و حجم جریان عبوری از سرریز نسبت به حالت عادی و مستطیلی به ترتیب به میزان حدود 27درصد و 48 درصد افزایش نشان می دهد. همچنین پس از تحلیل داده ها، معادله غیرخطی برای تخمین ضریب دبی با کمک پارامترهای بدون بعد نسبت عمق بالادست جریان به ارتفاع سرریز (y1/p) و عدد فرود بالادست جریان (Fr1) با دقت %15± و 0/134=NRMSE ارائه شد.

بررسی اثرات کمی و کیفی پساب تصفیه‌خانه به‌منظور تغذیه آبخوان و برنامه‌ریزی منابع و مصارف (مطالعه موردی: دشت دامنه داران در استان اصفهان)

حدیث کاوند

امروزه بسیاری از کشورهای دنیا از جمله ایران با مخاطرات طبیعی مانند فرونشست، خشکسالی، سیل و کم آبی مواجه هستند. بسیاری از این مخاطرات به دلیل عدم مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی است. یکی از راهکارهایی که در سطح دنیا برای مقابله با این مخاطرات به ویژه فرونشست زمین مطرح شده است، تغذیه مصنوعی آبخوان ها است. بدین منظور در این مقاله، اثرات کمی و کیفی پساب تصفیه خانه داران به منظور تغذیه آبخوان دشت دامنه داران مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که تغذیه از طریق پخش پساب در رودخانه دامنه ‎داران، تأثیر مثبتی داشته و بدون درنظرگرفتن کیفیت پساب تغذیه شده، پخش از طریق رهاسازی در رودخانه موجب افزایش سطح ایستابی آبخوان در شعاع بیشتری خواهد شد. بر اساس نتایج پیشنهاد می شود که تمامی پساب تصفیه خانه در شرایط فعلی و آتی به تعادل بخشی آبخوان اختصاص یافته و در بخش جایگزینی پساب با چاه های فعال، به دلیل عدم وجود چاه با کاربری صنعت و فضای سبز در منطقه، تمامی پساب جایگزین چاه های فعال در بخش کشاورزی با شرط انجام تصفیه تکمیلی شود.

بررسی عددی پارامتر‌های هیدرولیکی جریان عبوری از فلوم‌های SMBF چندگانه

شیوا کیانی

در این پژوهش به بررسی پارامترهای هیدرولیکی جریان روی فلوم های SMBF در دو حالت ساده و چندگانه پرداخته شده است. در این پژوهش به منظور شبیه سازی عددی فلوم SMBF از نرم افزار Flow3D استفاده شده است. شبیه سازی ها در سه دبی (5، 15 و 30 لیتر بر ثانیه) و سه میزان بازشدگی (0/075، 0/1 و 0/15 متر) انجام شده است. نتایج نشان داد که در زمان استفاده از فلوم های SMBF چندگانه به جای فلوم های SMBF ساده، سرعت بیشینه به طور میانگین در دبی 5 لیتر بر ثانیه 12 درصد، در دبی 15 لیتر بر ثانیه 19 درصد و در دبی 30 لیتر بر ثانیه 10 درصد افزایش یافته است. استهلاک انرژی فلوم های SMBF چندگانه به طور میانگین در دبی 5 لیتر بر ثانیه 21 درصد، در دبی 15 لیتر بر ثانیه 66 درصد و در دبی 30 لیتر بر ثانیه 122 درصد در مقایسه با فلوم های SMBF ساده کاهش یافته است. درنهایت مشاهدات نشان داد، در زمان بهره وری از فلوم های SMBF چندگانه در مقایسه با فلوم های SMBF ساده، وسعت گردابه ها کاهش یافته و تعداد گردابه ها و ناحیه تلاطم جریان افزایش یافته است.

بررسی تغییرات و امکانسنجی برآورد غیر مستقیم کربن آلی خاک مراتع نیمه خشک پس از آتش‌سوزی (مطالعه موردی: حوضه آبخیز گنبد، همدان)

بهناز عطائیان

هدف از این پژوهش بررسی اثر آتش سوزی مراتع منطقه گنبد همدان بر ذخیره کربن آلی خاک در دو منطقه شاهد و دچار آتش سوزی، پس از گذشت سه سال از آتش سوزی، و امکان سنجی کاربرد سنجش ازدور در برآورد غیرمستقیم کربن خاک است؛ ازاین رو پس از گذشت 3 سال از زمان وقوع آتش سوزی، 20 نمونه خاک سطحی (عمق 10-0 سانتی متری) از منطقه آتش سوزی شده و 20 نمونه از منطقه شاهد (در مجموع 40 نمونه) به صورت سیستماتیک - تصادفی برداشت شد. تغییرات میزان کربن آلی، نیتروژن کل، اسیدیته و شوری خاک سطحی بین مناطق شاهد و آتش سوزی با استفاده از آزمون t مستقل مورد بررسی قرار گرفته است. سپس به منظور بررسی رابطه خطی ذخیره کربن آلی خاک با سایر پارامترها از آزمون همبستگی پیرسون در نرم افزار SPSS v.26 استفاده شد. نتایج آزمون t مستقل تفاوت معنی داری در EC، اسیدیته و کربن آلی خاک دو منطقه شاهد و آتش سوزی نشان نداد و تنها میزان نیتروژن کل خاک تفاوت معنی داری بین دو منطقه داشته است. نتایج در منطقه آتش سوزی نشان داد، بین کربن آلی خاک و نیتروژن کل ارتباط مثبت معنی داری به میزان 0/830 (0/01>p) و با شاخص لختی خاک ارتباط منفی به میزان 0/727- دیده شده است (0/05>p). در منطقه شاهد نیز بین کربن آلی و نیتروژن کل ارتباط مثبت معنی داری به میزان 0/627 دیده شد (0/05>p). نتایج پردازش تصاویر لندست 8 (سنجنده OLI-TIRS) در منطقه آتش سوزی نشان داد، بین کربن آلی خاک با شاخص روشنایی و شاخص خیسی حاصل از تسلدکپ ارتباط آماری معنی داری به ترتیب به میزان 0/726- و 0/674 و مؤلفه PC1 حاصل از تجزیه مؤلفه های اصلی و 0/724- دیده شد (0/05>p). این نتایج نشان می دهد امکان استفاده از تصاویر تسلدکپ برای پیش بینی کربن آلی خاک در مناطق آتش سوزی وجود دارد.

برآورد رطوبت خاک با استفاده از سنجش‌ازدور و ارزیابی آن با داده‌‌های مزرعه‌ای (مطالعه موردی دشت هرمزآباد)

الهام فاضل نجف آبادی

رطوبت خاک یکی از عوامل مهم و تعیین کننده برای رشد گیاه، میزان تبخیر و تعرق و همچنین مدیریت آبی در مزرعه است. به همین منظور سنجش آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. سطح زمین دارای تنوع زیادی در رطوبت خاک بوده و سنجش و اندازه گیری آن به شیوه های مختلف انجام می گیرد. به دلیل مشکلاتی که روش های تماسی اندازه گیری رطوبت خاک دارد، امروزه سنجش ازدور به دلیل اینکه که امکان تحلیل و پایش رطوبت خاک را در مقیاس های بزرگ و جهانی فراهم می کند، مورد توجه واقع شده است. در این پژوهش از داده های ماهواره ای و رطوبت های اندازه گیری شده در مزارع انتخابی واقع در دشت هرمزآباد استفاده و این داده ها تحلیل و مقایسه شده اند. داده های ماهواره سنتینل-2 با سامانه گوگل ارث انجین تحلیل شده اند. نتایج این پژوهش نشان داد که اگر چه استفاده از شاخص های سه گانه به منظور کاربرد در مدل OPTRAM برای برآورد رطوبت دقت زیادی ندارند، ولی بااین وجود استفاده از شاخص گیاهی EVI نتایج بهتری نسبت به دو شاخص دیگر ارائه کرده است.