فصلنامه مهندسی منابع آب
پیاپی 24 (بهار 1394)

برآورد، پیش بینی و مدیریت رواناب همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است؛ لذا با به کارگیری روش های متداول و مرسوم هر دوره، اقدام به برآورد این پدیده به ظاهر زیانبار نموده اند که متاسفانه به دلیل پیچیدگی رابطه ی بین بارش و رواناب، و غیر خطی بودن این رابطه، نتایج خیلی دقیقی را به دست نمی دادند. امروزه، پیشرفت علم و توسعه ی روش های نوین در همه ی ابعاد علمی، امیدواری خوبی را در زمینه ی شناخت و حل چنین روابطی به وجود آورده است. یکی از روش هایی که در چند دهه ی اخیر توجه محققین را به خود جلب کرده، استفاده از شبکه های عصبی است. در این پژوهش از شبیه عصبی- موجکی برای براورد رواناب در حوضه ی آبخیز رود خرسان3، استفاده شده است. سپس نتایج به دست آمده از این شبیه با نتایج شبکه ی عصبی انتشار برگشتی و شبکه ی عصبی بنیادی- شعاعی به عنوان شبیه های قدیمیتر مقایسه، و تجزیه و تحلیل گردید. بررسی دقت و مقایسه نتایج محاسبات باکاربرد ضریب همبستگی و ریشه ی میانگین مربعات خطا صورت گرفت. نتایج این تحقیق نشان می دهند که دقت شبکه ی عصبی- موجکی از شبکه ی عصبی انتشار برگشتی، و شبکه ی عصبی بنیادی- شعاعی در وضعیت بهتری قرار دارد.

هدف اصلی این تحقیق حل عددی معادله ی برگر تعمیم یافته در شرایط مرزی و اولیه ی مناسب با استفاده از روش تفاضل محدود، و مقایسه ی نتایج به دست آمده با جوابهای موجود در مقالات دیگر می باشد. این معادله ی در حالت بی بعد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حل عددی با کاربرد تفاضل محدود با دستاوردهای روشLattice Boltzmann مقایسه شد، که نمودارها و جداول مربوطه ارائه گردید، این مقایسه را توصیف می نمایند. همچنین، در این مقاله، به بررسی تاثیر فراسنجهای زمان، گرانروی و توان سرعت ته نشینی (در معادله ی برگر) بر سرعت ته نشینی مواد معلق، پرداخته شد. نتایج نشان دادند که با افزایش فراسنجهای زمان و گرانروی، از بیشترین سرعت ته نشینی کاسته شده، و محل رخداد بیشترین سرعت ته نشینی به سمت انتهای بازه ی مورد مطالعه انتقال می یابد. علاوه بر این، نتایج بیانگر آنند که با 100 برابر شدن فراسنج گرانروی، سرعت سقوط ذرات در نقطه ی اوج حدود 60 درصد کاهش می یابد. تجزیه و تحلیل نتایج از مطالب ارائه شده در این مقاله می باشد

امروزه این باور وجود دارد که فعالیتهای انسانی، از جمله تغییر در پوشش و کاربری اراضی، موجب افزایش غلظت گاز های گلخانه ای می گردد، که پیامد آن برهم خوردن توازن کارمایه، گرم شدن اتمسفر، و در نهایت پدیده ی تغییر اقلیم می باشد. پیش بینی بارندگی یکی از مهمترین مسائل در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب می باشد. در این پژوهش، اندازه ی بارندگی ایستگاه های کرمان، راور و رابر با استفاده از خروجی های شبیهHadCM3، تحت نمایشنامه ی A2، و از طریق شبیه های ریز مقیاس کننده ی SDSM و شبکه ی عصبی مصنوعی، برای سه دوره ی 2039-2010، 2069-2040 و 2099-2070 میلادی پیش بینی شده است. ابتدا دوره ی آماری 2001-1971، به عنوان دوره ی پایه انتخاب شد. در ادامه، با توجه به معیارهای آماری، نتایج حاصل از دو شبیه مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفتند. یافته ها بیانگر عملکرد بالاتر شبیه شبکه ی عصبی در ایستگاه های کرمان و راور می باشند. اندازه ی بارندگی سالانه در ایستگاه های کرمان، راور و رابر تا سال 2099، در شبیه شبکه ی عصبی به ترتیب 86/12، 68/11 و %39/11 و در شبیه SDSM 89/0، 48/18 و %55/1 نسبت به دوره ی پایه کاهش می یابند.

منحنی رطوبتی آب خاک از ویژگی های مهم فیزیکی- آبشناسی خاک می باشد که در مسائل مختلف آب و خاک کاربردهای فراوانی داشته و بطور گسترده به وسیله ی شبیه ون گنوختن براورد می گردد. این پژوهش به منظور براورد منحنی مشخصه ی رطوبتی خاک با استفاده از روش های مختلف تعیین ضرایب شبیه ون گنوختن انجام گردید. بدین ترتیب، برای تعیین ضرایب شبیه ون گنوختن روش های حل معکوس، شبیه H5 برنامه ی رزتا، دو نقطه ای و دو نقطه ای-رزتا مورد استفاده قرار گرفتند. با استفاده از این ضرایب، عملکرد و دقت روش ها در تخمین منحنی رطوبتی با ضریب همبستگی (R2)، خطای میانگین مطلق باقیمانده (MAE)، مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب آکائیک (AIC) و بازده شبیه (EF) مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند. بررسی نتایج کلی نشان داد که، مقادیر فراسنجهای آماری R2، EF، MAE (cm3/cm3)، RMSE (cm3/cm3)، و AIC برای روش حل معکوس به ترتیب برابر 997/0، 981/0، 013/0، 020/0 و 7344-، برای روش دونقطه ای-رزتا برابر با 983/0، 898/0، 026/0، 047/0 و 5754-، برای روش دو نقطه ای به ترتیب برابر 980/0، 879/0، 027/0، 051/0 و 5595- و برای روش رزتا به ترتیب برابر 978/0، 859/0، 039/0، 055/0 و 5440- بودند. مطابق این نتایج، روش های معکوس، دو نقطه ای-رزتا و دو نقطه ای به ترتیب از بالاترین دقت در تخمین منحنی برخوردار بوده، و برنامه ی رزتا کمترین دقت را در این امر داشته است. اما مقایسه ی دقت روش ها در بافتهای مختلف نشان داد که حل معکوس در تمامی بافتها کمترین خطا را داشته، و برنامه ی رزتا برای گروه بافتی درشت، روش دو نقطه ای-رزتا برای گروه بافتی میانه و روش دو نقطه ای برای گروه بافتی ریز توصیه شدند.

دسترسی به اطلاعات صحیح یکی از ابزارهای پایه در اتخاذ تصمیمات کلیدی در طرحهای منابع آبی است. بر این اساس کمبود اطلاعاتی همچون موقعیت دقیق جغرافیایی و سطح حوضه آبخیز سدها منجر به نابسامانی سامانه یکپارچه مکان محور می شود. لذا در این مطالعه با توجه به اهمیت سدهای مخزنی و در جهت تکمیل اطلاعات مکانی سدها، رویکردی با بهره گیری از سامانه اطلاعات جغرافیایی و تصاویر ماهواره ای پیشنهاد گردید. بر اساس این رویکرد، موقعیت جغرافیایی سدها و مرز آبشناسی حوضه ی آبخیز آنها تعیین و در قالب نقشه رقومی کاربردی تهیه گردید. نتایج نشان می دهند که سطح خالص حوضه ی آبخیز سدهای در حال بهره برداری، اجرایی و مطالعاتی با حذف حوضه های تداخلی، 5/31 درصد مساحت کشور می باشد. همچنین، نتایج بر آن گواهند که دریاچه ی 10 سد مخزنی در حال بهره برداری، که تامین کننده ی بخش قابل توجهی از نیازهای آبی می باشند، حداقل بین 4 استان مشترک بوده و نیازمند تدوین سیاستهای بهره برداری بر مبنای شبیه های حل اختلاف می باشند. بر مبنای تلفیق مرز حوضه ی آبخیز سدهای در حال بهره برداری و لایه ی رقومی وضعیت فرسایش می توان دریافت که بیش از 50 درصد از کل سطح حوضه ی آبخیز سدها از لحاظ فرسایش و رسوب در وضعیت بحرانی و فوق بحرانی قرار دارند.

برخورد دو جریان با یکدیگر می تواند باعث ایجاد جریان پیچیده ترکیبی شده که با شتاب به سمت پایین دست حرکت می کند. با برخورد دو جریان، ناحیه ی جدایی جریان در محل تقاطع در نهر اصلی به وجود می آید. ناحیه ی جدایی به دلیل کاهش سرعت طولی جریان و افزایش توان رسوب گذاری از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق با بهره گیری از نرم افزار فلوئنت با شبیه آشفتگی RSM و روشVOF، جریان متقاطع در نهر های مستطیلی شبیه سازی شده و تاثیر زاویه ی اتصال نهر فرعی به نهر اصلی در زوایای30، 45، 60 و 90 درجه بر ابعاد ناحیه ی جدایی جریان مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، تاثیر نسبت بده ی جریان بر ابعاد ناحیه ی جدایی مطالعه شده است. مقایسه ی مقادیر سرعت عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد که شبیه بطور متوسط با دقت 4 درصد مقادیر آزمایشگاهی را شبیه سازی کرده است. با کاهش زاویه ی تقاطع، ابعاد ناحیه ی جدایی جریان کاهش یافته، و با افزایش ناحیه زاویه ی تقاطع نیز ابعاد ناحیه ی جدایی جریان افزایش می یابد. بیشترین ابعاد ناحیه ی جدایی حدود 50 درصد عرض نهر اصلی بوده که در زاویه ی تقاطع 90 درجه رخ می دهد، و کمترین ابعاد ناحیه ی جدایی نزدیک به صفر بوده و در زاویه ی تقاطع 30 درجه رخ می دهد. تغییرات نسبت بده ی تاثیر زیادی بر شکل گیری و ابعاد ناحیه ی جدایی دارند و با کاهش نسبت بده، ناحیه ی جدایی جریان نیز به تدریج ناپدید می شود. با کاهش همزمان زاویه ی برخورد دو جریان و نسبت بده، ابعاد ناحیه جدایی کاهش یافته، و می توان مشکلات ناشی از برخورد دو جریان را کاهش داد.

در مطالعات مهار کردن سیل و طراحی سازه های هیدرولیکی، تعیین بده ی سیل به ازای دوره های بازگشت مختلف در نقاط فاقد آمار از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش تحلیل منطقه ای یکی از مهمترین روش ها جهت براورد این مقادیر می باشد. تحلیل منطقه ای سیل با استفاده از داده های بده ی ثبت شده در ایستگاه های آبسنجی منطقه و عوامل موثر بر آن انجام می گیرد. تعمیم شبیه منطقه ای به کلیه ی نقاط در امتداد شبکه ی رود های حوضه های کرخه، کارون و دز به صورت پیوسته در محیط GIS، مساله اساسی این تحقیق می باشد. بدین منظور، ابتدا تحلیل فراوانی برای بیشترین بده های لحظه ای سالانه انجام گرفت. سپس تحلیل عاملی برای متغیرهای آبشناسی استنتاج شده، مناطق همگن به روش تحلیل خوشه ایشناسایی گردیدند. در نهایت، با استفاده از وایازی چندمتغیره بهترین شبیه برای هر منطقه ی همگن شناسایی شد و نقشه های بده ی سیل برای کل حوضه ها به ازاء دوره های بازگشت مختلف بر مبنای لایه ی تجمع جریان محاسبه گردیدند. در این تحقیق برنامه ای به زبان MATLAB برای محاسبه ی عملگرهای حسابی و آماری عوامل موثر بر بده ی سیل تدوین یافت، که با استفاده از آن می توان روابط تحلیل منطقه ای سیل را به شبکه ی رود ها انتقال داد.

امروزه بررسی و تحلیل عدم قطعیتها در هر برنامه ای امری ضروری محسوب می گردد، بطوری که بدون درنظرگرفتن و تحلیل این عدم قطعیتها، وقوع حالات نامطلوبی، که رخداد آنها اهداف برنامه را به چالش می کشاند، دور از انتظار نیست. بررسی و تحلیل عدم قطعیتها در چارچوب مدیریت ریسک انجام می گیرد. اصولا از روش شبیه سازی مونت کارلو به عنوان ابزاری جهت تحلیل و بررسی یکپارچه و همزمان ترکیبات مختلف عدم قطعیتها استفاده می گردد. این روش، ابزار قدرتمندی جهت بررسی پیامد رخداد انواع حالات سامانه، با توجه به عدم قطعیتها می باشد که مزایای قابل توجهی، از جمله در نظرگرفتن رخداد توام عدم قطعیتها و قابلیت ارائه ی ابعاد گوناگون تابع مطلوبیت را دارا می باشد. در سامانه های طبیعی و مهندسی وجود متغیر های تصادفی وابسته به یکدیگر امری کاملا معمول و محتمل است. به منظور بررسی لزوم اعمال همبستگی عدم قطعیتها، به طراحی سامانه های مهار کردن سیلاب، با لحاظ انواع عدم قطعیتهای آبشناسی، هیدرولیکی و اقتصادی پرداخته شده است. در این مقاله، بطور خاص، طراحی سازه ی گوره، که یکی از روش های معمول سازه ای مهار کردن سیلاب می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. در شبیه بهینه سازی غیر خطی توسعه یافته، عدم قطعیتها یک بار بدون اعمال همبستگی، و بار دیگر با اعمال همبستگی آنها وارد شده اند. حل شبیه، به وسیله ی نرم افزار LINGO-13 انجام شده است. در شبیه بدون اعمال همبستگی عدم قطعیتها مقادیر ارتفاع و سایر ابعاد گوره کوچکتر از شبیه با اعمال همبستگی به دست آمده است. نتایج بیانگر این مطلبند که در نظرنگرفتن نوع و میزان تاثیر متقابل عدم قطعیتها بر یکدیگر، ترکیباتی از خروجی های سامانه را ارائه خواهد داد که در دنیای واقعی امکان پذیر نبوده و تابع مطلوبیت را تا حدی از واقعیت دور می کنند.