علوم آب و خاک

یکی از روابط مهمی که در تخمین سیلاب¬ها و دبی رودخانه¬ها با دوره بازگشت‌‌های مختلف مورد استفاده قرار می¬گیرد، رابطه شدت- مدت- دوره بازگشت (IDF) است که دقت آن و نحوه محاسبه پارامتر‌های موجود در آن، وابسته به وجود داده‌‌های بارش کوتاه مدت (15، 30، 60، 120 و غیره دقیقه‌ای) برای یک دوره آماری طولانی (به¬طور مثال 30 ساله) است. متأسفانه در بسیاری از ایستگاه‌های باران‌سنجی، چنین داده‌هایی وجود ندارد و آمار بارندگی¬ها تنها بصورت 24 ساعته در دسترس است. جهت تبدیل حداکثر بارش 24 ساعته به کوتاه مدت در ایران، از روابط تجربی مختلفی استفاده می¬شود که یکی از آنها رابطه سازمان هواشناسی هندوستان (IMD) است که دقت آن در برخی نقاط دنیا پایین است. در این پژوهش، در ابتدا رابطه سازمان هواشناسی هندوستان (IMD) به یک رابطه ساده تک متغیره تبدیل شده و سپس این متغیر برای تعدادی از ایستگاه‌های باران‌سنجی که بارش‌های کوتاه مدت آن نیز در دسترس می¬باشد، بدست آمده است. بدین منظور حداکثر بارش‌های 3، 6، 12 و 24 ساعته استخراج و سپس با استفاده از رابطه ویبول و گامبل دوره بازگشت‌‌های مختلف آنها محاسبه شده است. درنهایت با استفاده از رگرسیون داده‌‌های واقعی و محاسباتی، متغیر رابطه تغییریافته IMD محاسبه شده است. نتایج نشان داد که اگرچه توان رابطه هندوستان 0/33 است، اما این متغیر برای ایستگاه‌های مورد مطالعه متفاوت بوده و دامنه تغییراتی بین 0/28 تا 0/35 دارد. جهت مقایسه نیز، رابطه IDF حوضه کردان بدست آمده و سپس نتیجه آن با مقادیر واقعی و رابطه‌ای که قهرمان پیشنهاد داده است و کاربرد زیادی هم در ایران دارد، مقایسه شده است. نتایج نهایی نشان داد که رابطه تغییریافته (IMD) با وجود سادگی و اتکای آن تنها به یک پارامتر، نتایج بسیار بهتری نسبت به روابط پیچیده قهرمان بدست می¬دهد که می¬تواند پس از واسنجی با دقت قابل قبولی در حوضه‌‌های مختلف ایران مورد استفاده قرار گیرد.

یکی از اجزا مهم در هیدرولیک سدها، سرریزها هستند. مبنای طراحی سرریزهای اوجی، پروفیل زیرین جریان عبوری از سرریز لبه‌تیز است. چنانچه پروفیل سرریز اوجی در حالت دبی حداکثر از پروفیل زیرین جریان عبوری از سرریز لبه‌تیز تبعیت نماید، فشار وارده به کف سرریز برابر با صفر می‌شود. بنابراین، در این مقاله به طراحی سرریز اوجی براساس پروفیل زیرین جریان عبوری از سرریز لبه‌تیز مستطیلی حاصل از شبیه¬سازی عددی در حالت دو بعدی قائم و سه‌بعدی و مقایسه آن با پروفیل استاندارد سرریز اوجی پرداخته شده است. نتایج نشان داد که پروفیل استاندارد سرریز اوجی و پروفیل زیرین به دست آمده از حالت دو بعدی کاملاً بر یکدیگر منطبق شدند ولی در مقایسه با پروفیل سه‌بعدی تفاوت‌هایی مشاهده شد، که این مهم به عدم در نظر گرفتن دیوار هدایت¬ها در داخل مخزن سد مرتبط بود. با توجه به تحلیل¬ها، درصورتی که جریان ورودی به سرریز به صورت موازی با محور آن باشد پروفیل زیرین سرریز لبه‌تیز در تطابق کامل با پروفیل استاندارد خواهد بود. از آنجا که هندسه دیوار هدایت سرریزها معمولاً بوسیله ساخت مدل فیزیکی در آزمایشگاه بوده و این عمل نیز اغلب بصورت سعی و خطا و با هزینه زیاد انجام می‌شود، در این مقاله بر اساس مطالعه موردی سرریز سد کارون 3، سعی شده است با استفاده از مدل‌سازی عددی نزدیکترین هندسه به هندسه‌ دیوار هدایت سرریز که کمترین اختلاف را در سرعت-های عرضی ایجاد نماید، به دست آید. این روش باعث خواهد شد تا روند طراحی و مدل‌سازی فیزیکی سرریز نیز از نظر زمانی و اقتصادی بهینه¬تر و سریعتر انجام شود.

شناخت رفتار جریان عبوری از روی شکل‌های مختلف بستر، یکی از پیچیده‌ترین مباحث مهندسی رسوب است. با وجود مطالعه‌های متعدد در زمینه مورفولوژی رودخانه‌ها، همچنان درک برهمکنش بین جریان و شکل‌های گوناگون بستر در آب‌های گل‌آلود و حاوی رسوب بسیار ضعیف است. مطالعه حاضر به طور عمده بر شبیه‌سازی جریان با نرم‌افزار SSIIM بر روی تلماسه‌ها و تأثیر جریان صاف و غلیظ بر ابعاد ناحیه جدایی جریان متمرکز است. در این پژوهش، جریان گذرنده از یک کانال به طول 12 ‌متر با 9 تلماسه متوالی به طول 1 متر و ارتفاع 4 سانتی‌متر مدل‌سازی شد. 9 شبیه‌سازی برای بررسی اثر سرعت جریان حاوی رسوب و زلال انجام شد و در نهایت برای اعتبارسنجی، اندازه ناحیه جدایی جریان حاصل از مدل، با نتایج تجربی پژوهشگران پیشین که با دستگاه PIV اندازه‌گیری شده بود، مقایسه شد. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد، طول ناحیه جدایی جریان با افزایش سرعت، افزایش داشته و بیشترین احتمال وقوع جدایی جریان در بیشترین سرعت رخ می‌دهد. در جریان گل‌آلود، جدایی جریان کمتر از شرایط مشابه در جریان زلال است و با افزایش چگالی سیال، طول ناحیه جدایی جریان کاهش‌ می‌یابد. این پژوهش کارکرد قابل‌قبول نرم‌افزار SSIIM و دقت آن در برآورد رفتار جریان با رسوب و بدون رسوب را نشان می‌دهد.

رشد سریع شهرنشینی و گسترش سطوح نفوذناپذیر در مناطق شهری، سبب افزایش حجم رواناب‌های سطحی، کاهش نفوذ آب به سفره‌های زیرزمینی و درنتیجه بروز مشکلاتی همچون سیلاب‌های ناگهانی و آب‌گرفتگی معابر شده است. در سال‌های اخیر، به‌کارگیری سیستم‌های نفوذ زیستی به‌ عنوان یکی از مؤثرترین رویکردهای مبتنی بر توسعه کم‌تأثیر (LID) برای مدیریت پایدار رواناب شهری مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، عملکرد شش نوع از حوضچه های نفوذ زیستی به منظور کاهش حجم رواناب و بهبود مدیریت آب‌های سطحی در ناحیه شرقی شهر قزوین مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، از داده‌های بارش ۴۰ساله (۱۳۶۲ تا ۱۴۰۲) استفاده شد و روابط شدت – مدت - دوره بازگشت (IDF) استخراج شد. سپس با بهره‌گیری از الحاقیه Hec-GeoHMS، زیرحوضه‌های منطقه مورد مطالعه تعیین شد. برای برآورد دبی رواناب و ضریب رواناب مؤثر، از مدل SWMM استفاده گردید که میانگین ضریب رواناب منطقه ۰٫79 محاسبه شد. در ادامه، برای ارزیابی عملکرد سیستم‌های نفوذ زیستی، مدل عددی MIDS به کار گرفته شد و شش سناریو شامل حوضچه نفوذ زیستی با و بدون زهکش، جعبه درختی با و بدون زهکش، ترانشه نفوذی و پیاده‌رو نفوذپذیر، تحت شرایط بارش با دوره بازگشت ۴۰ساله شبیه‌سازی شدند. نتایج مدل‌سازی نشان داد که پیاده‌رو نفوذپذیر بیشترین کارایی را در کاهش حجم رواناب داشته و توانست بیش از ۷۲۸٬۰۰۰ مترمکعب رواناب را نفوذ دهد؛ درحالی‌که حوضچه‌ نفوذ زیستی با زهکش کمترین میزان اثربخشی را داشت. به‌طورکلی، یافته‌های این پژوهش بیانگر آن است که طراحی اصولی، انتخاب موقعیت مناسب، توجه به ویژگی‌های خاک و شرایط هیدرولوژیک منطقه از عوامل تعیین‌کننده در افزایش کارایی سامانه‌های نفوذ زیستی و تحقق مدیریت پایدار رواناب شهری محسوب می‌شوند.