علوم آب و خاک

---

برنج پس از گندم مهم‌ترین منبع غذایی مردم ایران است. خشک کردن برنج پس از برداشت، به خاطر داشتن رطوبت بیش از حد مجاز در فراوری و یا انبارداری، لازم و ضروری است. در بیشتر مناطق برنج‌خیز ایران، این غله به صورت سنتی، با پهن کردن شلتوک در سطح گسترده و با عمق کم در برابر تابش خورشید خشک می‌شود، که نتیجه آن افزایش افت کمّی و کیفی محصول می‌باشد. زیرا شلتوک بدون هیچ گونه حفاظت و به مدت نسبتاً طولانی رها می‌شود، که سبب هدر رفتن محصول در اثر حمله پرندگان و جوندگان، آلوده شدن به گرد و غبار، خطر باران‌های موسمی، و ایجاد تنش‌های حرارتی و رطوبتی می‌گردد. در این آزمایش خشک کردن شلتوک به روش لایه‌های نازک، با استفاده از یک خشک‌کن خورشیدی از نوع غیر فعال مختلط، که جریان هوا در آن به صورت جا به جایی آزاد (در اثر نیروهای محرک شناوری) برقرار می‌شود، با بهره‌گیری از معادلات نیوتن و پیج بررسی گردید. هدف اصلی این آزمایش بررسی شرایط خشک شدن برنج به روش لایه‌های نازک و تعیین ضخامت بهینه لایه بود. داده‌های آزمایشگاهی گویای این است که ضخامت دو سانتی‌متری همگونی قابل قبولی با مدل‌های ریاضی حاکم بر خشک شدن به روش لایه‌های نازک دارد. بنابراین، می‌توان عمق دو سانتی‌متری را لایه نازک به حساب آورد، در صورتی که عمق‌های بیشتر از دو سانتی‌متر چنین نتیجه‌ای را به دست نمی‌دهند.

---

استفاده از انرژی خورشیدی امروزه به منظور خشک کردن غلات و سایر محصولات کشاورزی رو به افزایش است. از دلایل این امر می‌توان به تجدیدپذیر بودن، پایان ناپذیری، نداشتن آلودگی زیست محیطی و رایگان بودن این منبع کلان انرژی اشاره کرد. پژوهش حاضر، یک ایده جدید در به کارگیری انرژی خورشیدی به عنوان منبع اصلی تأمین انرژی خشک‌کن می‌باشد که در آن خشک‌کن خورشیدی، طراحی، ساخته و مورد ارزیابی قرار گرفته است. این خشک‌کن از نوع نیمه‌ پیوسته فعال و مختلط بوده که در آن جریان هوا به صورت جابه‌جایی اجباری برقرار می‌گردد. دستگاه مذکور از 6 عدد جمع کننده هوایی خورشیدی، کانال حرارتی کمکی، خشک‌کن، سیستم‌‌های تأمین و انتقال هوا تشکیل شده است. از اهداف مهم این تحقیق ارزیابی دستگاه مزبور بود، بنابراین خشک کردن شلتوک در آن مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش تأثیر دبی جرمی هوای خشک کننده و زمان تخلیه محصول بر روند خشک شدن محصول خروجی مورد بررسی واقع شد. بنابراین از آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار استفاده شد. فاکتور اول دبی جرمی هوای خشک‌کننده در سه سطح 011/0، 0066/0 و 0048/0 کیلو‌گرم بر متر مربع در ثانیه و فاکتور دوم فاصله زمانی تخلیه محصول در دو سطح 15 و 30 دقیقه بود. هم‌چنین ظرفیت دستگاه خشک‌کن، مقدار انرژی مصرف شده (شامل انرژی الکتریکی و خورشیدی) در فرآیند خشک کردن شلتوک و بازده جمع کننده‌ها تعیین شد. نتایج نشان داد که دبی جرمی هوای خشک کننده و فاصله زمانی تخلیه محصول اثر معنی داری بر کاهش رطوبت شلتوک خروجی دارد. بیشترین بازده جمع کننده‌های خورشیدی 13/37% بود. بر طبق محاسبات، سهم تأمین انرژی حرارتی توسط کانال حرارتی کمکی در مقایسه با انرژی تأمین شده توسط جمع کننده‌های خورشیدی، 6 تا 8 درصد بود. بیشترین ظرفیت دستگاه خشک کن از ساعت 11 صبح تا 2 بعد از ظهر 132 کیلو گرم شلتوک بود که رطوبت اولیه 27% را به 13% کاهش می‌داد. به طور کلی نتایج ارزیابی نشان داد که این خشک‌کن با راندمان بالای مصرف انرژی می‌تواند رطوبت شلتوک را در مدت زمان مناسب به حد مطلوب انبار‌داری برساند.

---

آبگیرهای قائم معمولاً نسبت به دیگر گزینه‌ها سازه‌هایی اقتصادی بوده و به جهت آن که در نزدیکی سطح آب کار گذاشته می‌شوند، از ورود رسوبات درشت ‌دانه به داخل سیستم جلوگیری می‌نمایند. از مشکلات اصلی که آبگیرهای قائم با آن مواجه‌اند ایجاد گرداب‌های قوی در دهانه آنهاست. این گرداب‌ها منجر به کاهش بازدهی سیستم آبگیری می‌شوند. شناخت مهندسین و طراحان از عوامل مؤثر بر گرداب، می‌تواند آنها را در طراحی صحیح و اصولی چنین سازه‌هایی کمک نماید. در این پژوهش به کمک مدل آزمایشگاهی تأثیر سرعت مماسی، جهت جریان در خروجی کانال تقرب بر ضریب تخلیه C_d آبگیر قائم مورد بررسی قرار گرفته و با آنالیز ابعادی نشان داده شده که اعداد بدون بعد رینولدز، فرود، وبر، سیرکولاسیون و استغراق بر تشکیل گرداب در دهانه آبگیر قائم مؤثرند. ارتباط بین عدد فرود، عدد سیرکولاسیون و عدد استغراق ارائه گردیده است که با استفاده از آنها می‌توان عدد استغراق را به دست آورده و توسط آن ضریب تخلیه آبگیر قائم را محاسبه نمود.

---

در این تحقیق از یک دستگاه خشک کن خورشیدی کابینتی بر ای خشک کردن لا یه ناز ک ز یره سبز در دو حالت مختلف خشک شدن (مختلط و غیر مستقیم) و چهار جر یان متفاوت هو ای خشک کننده (سه جر یان فعال و یک جر یان غیرفعال ) استفاده گردید. هرکدام از آزمایش ها در سه تکرار و در قالب طرح بلو ک های کامل تصاد فی انجام گرفت . مقدار رطوبت ز یره سبز در هر زمان نمونه بر داری در طول زمان یکسان خشک شدن ( ٩٠ دقیقه بر ای همه آزما یش ها) برای این آزما یش ها مورد ارز یابی قرار گرفت . متوسط رطوبت او لیه دانه های ز یره ٤٣ درصد بر پایه خشک بوده و قرار بود نمون هها به مدت ٩٠ دقیقه داخل دستگاه قرار داده شوند تا خشک گردند (متوسط ٨ درصد / سبز ٥ بر پایه خشک). دو فا کتور جر یان هو ای خشک کننده و حالت خشک شدن اثر معنی داری بر این درصد رطوبت داشت . بر اساس مقا یسه میانگین های مقدار رطوبت محصول به وسیله آزمون چند دامنه ای دا نکن خشک کردن با جر یان هو ای خشک کننده با جا به جایی آزاد توصیه ٤٣ درصد به ٨ درصد بر ای این شر ایط ٥٥ د قیقه بود و متوسط شدت تابش انرژ ی خورشید / شد. مدت زمان رسیدن در صد رطوبت دانه از ٥ در این مدت ٧٥٠ وات بر متر مربع، متوسط دما ی محیط ٣٢ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی محیط ٢٠ درصد بود . استفاده از دستگاه خشک کن خورشیدی در حالت تابش مختلط با جر یان جابه جایی آزاد هوای خشک کننده موجب شد که درصد رطوبت زیره سبز در مدت ٤ درصد (برپایه خشک) برسد. / ٤٣ درصد به ٩٥ / ٩٠ دقیقه از ٥

---

فرسایش داخلی دومین عامل اصلی تخریب سدهای خاکی پس از سرریز شدن آب از روی تاج سد است. از عوامل مؤثر بر فرسایش داخلی در سدهای خاکی، نوع کانی خاک رس مورد استفاده در ساخت سدها و هم‌چنین تأثیر میزان تلاش تراکمی وارده بر خاک در مرحله ساخت می‌باشد. در تحقیق حاضرضمن بررسی پدیده فرسایش داخلی، به تحقیق بر روی تأثیر تلاش تراکمی بر فرسایش‌پذیری مصالح و نیز تأثیر نوع کانی‌های خاک رس بر فرسایش داخلی پرداخته شده است. بدین منظور نخست از خاک رسی کائولینیتی و مونتموریلونیت سدیمی (بنتونیت) به‌صورت مجزا و سپس با درصدهای مختلف اختلاط، جهت بررسی تأثیر درصدهای مختلف بنتونیت بر روند فرسایش پذیری خاک‌ها و دو چکش تراکم استاندارد و اصلاح شده به منظور تحقیق بر روی تأثیر تلاش تراکمی متفاوت بر فرسایش داخلی، استفاده شده است. نتایج نشان داد که با افزایش تلاش تراکمی در درصد رطوبت ثابت، فرسایش‌پذیری مصالح نیز در حدود 3% افزایش می‌یابد و فرسایش‌پذیری رس کائولینیتی بیش از رس بنتونیتی است که میزان آن به 65% می‌رسد، هم‌چنین با افزایش 12% بنتونیت در خاک رس کائولینیتی فرسایش‌پذیری مصالح به شدت کاهش می‌یابد.

---

افزایش فشار آب منفذی در سدهای با هسته رسی حین ساخت و اولین آبگیری می‌تواند باعث آغاز و یا پیشرفت شکست هیدرولیکی گردد. در این تحقیق ضمن مدل‌سازی سد مسجد سلیمان، تغییرشکل‌ داخلی، فشار آب منفذی، ضریب فشار‌ آب منفذی و تنش‌ کل محاسبه شده و با مقادیر اندازه‌گیری شده مقایسه گردیده است. برای انجام آنالیز از نرم‌افزار GEOSTUDIO نسخه 6.02 که قابلیت ساخت لایه به لایه سد و انجام تحکیم دوبعدی همبسته رادارداستفاده شده است. مدل‌های رفتاری استفاده شده در تحلیل، مدل الاستیک خطی و الاستیک غیرخطی است. برای ارزیابی دقیق و به‌دست آوردن پارامترهای صحیح مدل رفتاری، آزمایش‌های سه محوری که روی مصالح هسته صورت گرفته است، مدل گردید. از مقایسه نتایج مدل‌سازی و ابزار دقیق می‌توان به رفتار مناسب سد و در نتیجه روند صحیح مدل‌سازی پی برد. هم‌چنین تأثیرآبگیری بر تغییرشکل‌، فشار‌ آب منفذی، ضریب فشار‌ آب منفذی و تنش‌ کل ارزیابی گردیده است.

---

هدایت هیدرولیکی یک پارامتر مهم مورد نیاز در طراحی سازه‌های ژئوتکنیکی همچون سدهای خاکی، کف سازی‌ها، دیوارهای حایل و سازه‌های زیست محیطی می‌باشد. در خاک‌های غیراشباع هدایت هیدرولیکی آب تابعی از درصد رطوبت و مکش آب خاک یعنی منحنی مشخصه رطوبتی خاک است. در این پژوهش مقادیر هدایت هیدرولیکی غیراشباع دو نوع خاک (سری رامجردی و هسته سد ملاصدرا) در 5 تراکم مختلف با روش گاردنر اندازه‌گیری شدند. سپس هدایت هیدرولیکی غیراشباع توسط مدل‌های مختلف با استفاده از منحنی مشخصه رطوبتی تخمین زده شد و با مقادیر اندازه‌گیری شده مقایسه شدند. نتایج نشان داد مدل فردلاند و زینگ تخمین نسبتاً بهتری از منحنی مشخصه رطوبتی خاک را نسبت به مدل ون گنوختن ارایه می‌دهد. برای خاک سری رامجردی و تا رطوبت حجمی حدود 25/0 به‌ترتیب مدل‌های ون گنوختن-معلم و فردلاند و همکاران تخمین خوبی از هدایت هیدرولیکی غیراشباع را ارایه دادند و برای خاک هسته سد ملاصدرا هیچ‌کدام از مدل‌ها تخمین مناسبی برای هدایت هیدرولیکی غیراشباع را ارایه نکردند.

---

یکی از ضروری‌ترین مؤلفه‌های یک مدل آب زیرزمینی مناسب، داشتن اطلاعات دقیقی از مقادیر تغذیه در بین اطلاعات ورودی است که اغلب به‌صورت درصدی از بارندگی آبخوان‌ها، به مدل معرفی می‌شوند. حال آن‌که مقادیر تغذیه از نظر زمانی و مکانی تحت تأثیر عوامل بسیاری قرار دارند. دشت فیروزآباد یکی از دشت‌های مستعد کشاورزی در استان فارس می‌باشد که به‌علت افت سطح آب و بیلان منفی، بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی آن از سال 1381 ممنوع شده‌است. هدف اساسی این‌پژوهش، برآورد مقادیر تغذیه آبخوان آب زیرزمینی حوضه به‌کمک مدل SWAT و استفاده از آن در مدل MODFLOW می‌باشد. ابتدا قسمت آب سطحی حوضه با مدل SWAT شبیه‌سازی و نتایج با استفاده از نرم‌افزار SWAT-CUP مورد آنالیز حساسیت، واسنجی، اعتبارسنجی و تحلیل عدم‌قطعیت قرار گرفت. پس از استخراج مقادیر تغذیه آبخوان از مدل واسنجی‌شده، قسمت آب زیرزمینی حوضه با استفاده از مدل MODFLOW در دو شرایط پایدار و ناپایدار شبیه‌سازی گردید. پس از واسنجی مدل، ضرایب هیدرودینامیکی دشت تعیین و حساسیت مدل نسبت به هدایت هیدرولیکی و میزان تخلیه از چاه‌های بهره‌برداری بررسی شد. سپس جهت اطمینان، مدل مورد اعتبارسنجی قرار گرفت. مدل رفتار آبخوان را به‌خوبی شبیه‌سازی نمود.

---

پدیده فرسایش یکی از مهم‌ترین عوامل تخریب سازه‌های آبی است. لذا اصلاح خاک جهت بهبود کیفیت آن و کاهش فرسایش، امری مهم به‌شمار می‌رود. با توجه به اثرهای زیانبار موادی همچون آهک و خاکستر بر محیط زیست و توسعه روز افزون به‌کارگیری فناوری نانو در شاخه‌های مختلف علوم مهندسی، استفاده از ذرات نانو به‌عنوان مواد افزودنی نوین، روشی کارآمد تلقی می‌شود. در این تحقیق، برای بررسی تأثیر ماده افزودنی نانو‌سیلیس در کنترل فرسایش ماسه، از دستگاه تابع فرسایش (EFA) استفاده شده است. نمونه‌های حاوی نانو‌سیلیس با مقادیر صفر، 1، 5/1، 2 و 4 درصد وزنی خاک خشک در قالب تراکم استاندارد متراکم گردیده و به‌وسیله یک فلوم بسته تحت دبی‌های متغیر مورد آزمایش فرسایش‌پذیری قرار گرفتند. پارامترهای فرسایش‌پذیری به‌دست آمده نشان داد که با افزودن 5/1 درصد وزنی نانو‌سیلیس به خاک خشک، فرسایش‌پذیری نسبت به نمونه شاهد 92 درصد کاهش می‌یابد. نتایج نشان می‌دهد که تراکم نمونه‌ها در درصد رطوبت بهینه سبب می‌شود خاک بیشترین مقاومت در برابر فرسایش را از خود نشان دهد. نتایج تصویر میکروسکوپی (SEM) نشان می‌دهد که با افزودن ذرات نانو‌سیلیس به خاک خشک، ساختار خاک متراکم‌تر می‌شود، که این امر موجب کاهش فرسایش‌پذیری می‌گردد.
 

---