فهرست مطالب
مجله سامانه های سطوح آبگیر باران
سال نهم شماره 2 (پیاپی 29، تابستان 1400)
- تاریخ انتشار: 1400/06/31
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1-10
نفوذپذیری خاک یکی از مشخصات مهم در طراحی سامانه های سطوح آبگیر بوده و نقش اساسی در تعیین مساحت موردنیاز برای استحصال باران و آب موردنیاز گیاه دارد. میزان نفوذپذیری مناطق تحقیق برای ایجاد سطوح استحصال آب باران با استفاده از شبیه ساز باران صحرایی کامفورست تعیین شد. پس از انتخاب محل مناسب، سطح خاک به حالت اشباع درآمد و حدود یک روز بعد، آزمایش ها انجام شد. آزمایش های شبیه سازی در عرصه های دیم کاری دو منطقه ی شهر پیشکمر استان گلستان و مزرعه ای در مجاورت ایستگاه تحقیقات سرارود در استان کرمانشاه، درشیب ثابت 12 درصد و شدت های 33، 64 و 110 میلی متر بر ساعت به مدت 15 دقیقه و در چهار تکرار انجام شد. پس از پایان هر آزمایش، حجم کل رواناب جمع آوری و میزان نفوذ از اختلاف ارتفاع رواناب و باران محاسبه شد. نتایج این پژوهش نشان داد با افزایش شدت باران از 64 به 110 میلی متر بر ساعت، حجم رواناب در دو منطقه ی پیشکمر و سرارود به ترتیب 1/6 و 7/13 برابر افزایش یافته است. میزان نفوذپذیری در مقایسه با میزان باران در منطقه ی پیشکمر نشان داد با افزایش شدت باران از 64 به 110 میلی متر بر ساعت، 6/16 درصد و در منطقه ی سرارود میزان نفوذ 3/25 درصد بیشتر شده است. مقایسه ی میزان نفوذ دو خاک نیز نشان می دهد که میزان نفوذ در منطقه ی سرارود بیشتر از خاک منطقه ی پیشکمر است. درنتیجه اطلاع از نفوذپذیری خاک ها، می توان سطوح آبگیری طراحی کرد که سطحی متناسب برحسب نیاز گیاه به آب داشته باشد.
کلیدواژگان: پیشکمر، دیم زار، سرارود، سطوح آبگیر کوچک، شبیه ساز صحرایی، نفوذ -
صفحات 11-24
این تحقیق باهدف ارزیابی و مقایسه مقادیر بارندگی برآورده شده ماهواره هواشناسی GPM با ایستگاه های زمینی و با استفاده از آزمون نا پارامتری کلموگروف-اسمیرنوف دونمونه ای در حوزه آبخیزگرگانرود استان گلستان انجام شد. در این پژوهش به دلیل شروع به کار ماهواره GPM از سال 2014 و همچنین عدم دسترسی به داده های زمینی به روز، از آمار بارندگی 16 ایستگاه هواشناسی موجود در منطقه موردمطالعه، به عنوان داده های مرجع با دوره آماری 20/3/2014-20/3/2016 و از داده های بارندگی روزانه ماهواره GPM با تفکیک مکانی 1/0 درجه استفاده شد. تجزیه وتحلیل داده ها در محیط نرم افزار متلب و با استفاده از تابع توزیع تجمعی تجربی انجام گردید. نتایج نشان داد که ازلحاظ آماری در ایستگاه های باغ سالیان، دشت شاد، قوچمز، حق الخواجه، زرینگل مقادیر P-value از سطح معنی داری α بالاتر بوده و به ترتیب برابر با 83/0، 36/0، 11/0، 95/0، 33/0 است. یعنی اختلاف بین داده های بارش ماهواره ای با مشاهدات ایستگاه زمینی معنی دار نیست. نتایج حاصل از بررسی مقادیر P-value مربوط به مقایسه آمار روزانه ایستگاه های باران سنجی با داده های ماهواره GPM، نشان داد که این آماره با مقدار 95/0، بالاترین میزان مطابقت داده های GPM با داده های مشاهده ای را در ایستگاه حق الخواجه نشان داده و کمترین میزان مطابقت با مقدار 001/0 مربوط به ایستگاه شیرآباد می باشد. بنابراین، برای بهبود محصولات ماهوارهGPM ، به ویژه در مدیریت منابع آب ازجمله مدیریت سیلاب در مناطق مختلف با توزیع گسترده فضایی و تغییرات زمانی بارش، باید واسنجی محصولات بارش ماهواره ای در دستور کار قرار گیرد تا دقت آن ها در اندازه گیری بارش روزانه بهبود یابد. آزمون کلموگروف-اسمیرنوف برای اولین بار برای بررسی انطباق داده های روزانه ماهواره GPM با داده های مشاهداتی انجام و مشخص گردید در همه ی ایستگاه هایی که فرض H0 پذیرفته شده است، مطابقت نسبی بین داده های ماهواره ای با داده های مشاهده شده ایستگاه های زمینی وجود دارد.
کلیدواژگان: اندازه گیری بارش، آزمون های آماری، مدیریت منابع آب، ماهواره های هواشناسی -
صفحات 25-34
روش شماره منحنی (CN) از متداول ترین روش های تخمین رواناب در حوضه های آبخیز است. مقدار CN به نفوذ آب در خاک، پوشش زمین و رطوبت قبلی خاک وابسته است. با توجه به شرایط رطوبتی خاک سه حالت CN شرایط رطوبتی خشک، متوسط و مرطوب رخ خواهد داد، اما تعیین مقدار CN با استفاده از شرایط نفوذ و پوشش زمین کار چندان آسانی نیست و به دقت زیادی نیاز دارد. در این تحقیق با استفاده از 63 واقعه اندازه گیری شده بارش- رواناب در حوضه باغان در استان بوشهر و 34 واقعه در حوضه بوشیگان در استان فارس کارایی روش CN برای تخمین رواناب موردبررسی قرار گرفت و هفت حالت برای تخمین رواناب در نظر گرفته شدند: 1) روش متداول تعیین CN با استفاده از اطلاعات خاک و پوشش گیاهی. 2) اصلاح ضریب نگهداشت سطحی معادله تخمین رواناب با در نظر گرفتن شرایط رطوبتی متوسط. 3) اصلاح ضریب نگهداشت سطحی معادله تخمین رواناب با در نظر گرفتن شرایط رطوبتی مربوط به هر واقعه (شرایط خشک، متوسط و یا مرطوب). 4) استفاده از میانگین CN مشاهداتی وقایع رخ داده. 5 تا 7) استفاده از رابطه های خطی، توانی و استاندارد بین CN برحسب مقدار باران. برای این منظور از 48 واقعه در حوضه باغان و 26 واقعه در حوضه بوشیگان برای واسنجی نتایج و از 15 واقعه در حوضه باغان و 8 واقعه در حوضه بوشیگان برای ارزیابی نتایج استفاده شد. نتایج در دو حوضه نشان داد که حالت های خطی، توانی و استاندارد برای تخمین رواناب مناسب تر می باشند. هر سه حالت فوق برای تعیین CN به جای استفاده از اطلاعات نفوذ خاک و پوشش گیاهی به داده های اندازه گیری شده بارش- رواناب وابسته هستند. همچنین نتایج نشان داد که روش متداول تعیین CN بر مبنای نفوذپذیری و پوشش زمین و سپس استفاده از آن برای تخمین رواناب مناسب نمی باشد.
کلیدواژگان: بارش، رواناب، شماره منحنی، ضریب نگهداشت اولیه -
صفحات 35-56
علی رغم ظرفیت بالای آب های زیرزمینی در مقابل تنش هایی مانند تغییر اقلیم، رشد سریع جمعیت و نیاز بیش تر به منابع آب، به خصوص در کشورهای خشک و نیمه خشک مانند ایران، بهره برداری بی رویه از این منابع ارزشمند موجب بر هم خوردن تعادل طبیعی آبخوان ها، بیلان منفی آب زیرزمینی در بسیاری از مناطق کشور و ایجاد مشکلات بسیاری شده است. در چنین مناطقی تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی می تواند به عنوان راهکاری در جهت تعادل آبخوان و احیای این منابع ارزشمند به کار گرفته شود. در این مطالعه، پس از بیان روش های مختلف تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی، به عنوان یکی از راهکارهای موثر در زمینه احیای این منابع، طرح های تغذیه مصنوعی انجام شده، با تاکید بر تحقیقات داخل کشور، بررسی شده است. مرور تحقیقات نشان می دهد تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی در کشور عمدتا به روش پخش سیلاب انجام شده است که در بیش تر موارد، به عنوان فرآیندی موثر جهت به تعادل رساندن آبخوان ها عمل می کند و با توجه به کارایی بالا و هزینه نسبتا پایین نسبت به سایر روش ها، می تواند نقش قابل توجهی جهت رسیدن به مدیریت پایدار منابع آب کشور داشته باشد. نتایج تحقیق نشان می دهد نوع آبخوان، شرایط هیدروژیولوژیکی، جنس سازندهای زمین شناسی، شیب منطقه و شرایط اقتصادی مهم ترین عوامل در انتخاب روش تغذیه می باشند. هم چنین نتایج لزوم مطالعات جامع و کامل برای انتخاب محل و روش تغذیه مصنوعی جهت رسیدن به نتایج مطلوب و کارایی موفق طرح را نشان می دهد. علاوه بر آن پدیده انسداد و کاهش سرعت نفوذ به عنوان مهم ترین مشکلات موجود در اجرای این طرح ها شناسایی شدند.
کلیدواژگان: آبهای زیرزمینی، تغذیه مصنوعی، پخش سیلاب، حوضچه تغذیه -
صفحات 57-70
در این پژوهش به منظور معرفی روشی مناسب جهت طراحی منظرسازی خشک هوشمندانه برای فضاهای سبز شهری و محوطه سازی های واحدهای غیرمسکونی و اداری با رویکرد استحصال آب باران (بازچرخانی آب به روش نامتعارف) طرحی پیشنهادشده است. در این طرح با استفاده از دولایه ی نفوذ پذیر و نفوذناپذیر و طراحی شبکه ی زهکش در بین دولایه با توجه به شیب بندی مناسب محوطه می توان رواناب ناشی از بارش را استحصال نمود. همچنین به منظور جلوگیری از تعبیه ی زهکش های متفاوت با رویکرد توجیه اقتصادی اقدام به ایجاد سامانه های لوزی شکل کرده ایم که وظیفه اصلی این سامانه ها جمع آوری و هدایت آب حاصل از بارش به نقطه خروج سامانه و ورود آسان آن به زهکش ها جهت هدایت آب باران به منبع موردنظر است. پیاده سازی این سامانه ها علاوه بر افزایش رطوبت خاک به ویژه در محدوده خروجی هر بخش تاثیر شایان توجهی در افزایش کارایی این طرح دارد. با اجراشدن این طرح کاهش مصرف آب و استفاده بهینه از آب استحصال شده سودآوری اقتصادی قابل توجهی حاصل می شود و به حفظ منابع آب کمک شایانی می کند. پایش اطلاعات محیطی مشتمل بر بارندگی روزانه، رواناب حاصل از بارندگی، تبخیر، درجه حرارت خاک به وسیله تجهیزات لازم انجام گرفت. نتایج نشان داد با این طراحی، می توان رواناب را تا 2 برابر و رطوبت خاک منطقه را تا 5% افزایش داد و رواناب حاصل از بارش را تا حدود زیادی ذخیره نمود تا برای مصارف مختلف استفاده شود و همچنین از شدت حرارت و تبخیر خاک کاسته می شود که همین موضوع موجب کاهش مصرف آب جهت آبیاری فضای سبز موردنظر می شود. از طرفی با اجرای این طرح و طراحی سامانه های تغذیه مصنوعی مناسب می توان به صورت هوشمندانه بخش بیشتری از رواناب حاصل از بارش را نسبت به حالت عادی به سمت سفره های آب زیرزمینی هدایت کرد. این رویکرد مثبت زیست محیطی می تواند نقش موثری بر کاهش روند فرونشست زمین به خصوص در دشت های کشور ایران داشته باشد.
کلیدواژگان: جمع آوری آب باران، کاهش تبخیر، لایه ی نفوذناپذیر، منظرسازی خشک هوشمندانه -
صفحات 71-83
وقوع خشکسالی های پی درپی را می توان مهم ترین بحران محیطی دانست که به همراه عوامل دیگری چون افزایش جمعیت و برداشت بی رویه، باعث افزایش عمق آب زیرزمینی، بخصوص در مناطق خشک و نیمه خشک شده است. هدف از این تحقیق بررسی ارتباط زمین آماری عمق آب زیرزمینی و ارزیابی به کارگیری آمار بارش جهت تخمین ماهیانه عمق آب زیرزمینی چاه های شاخص واقع در دشت داراب (استان فارس) می باشد. انتخاب این چاه ها بر اساس تکنیک خوشه بندی تکاملی PSO انجام گرفته است. بدین ترتیب سه چاه مشاهده ای که بیشترین نزدیکی را به مرکز خوشه های محاسبه شده داشتند، به عنوان نماینده خوشه ها انتخاب گردیدند. این چاه ها در مناطق کرسیا، دولت آباد و فتح آباد به ترتیب برای خوشه های 1 الی 3 واقع می باشند. اطلاعات ماهیانه عمق آب زیرزمینی در حدفاصل سال های 1382 تا 1398بکار گرفته شده است. آنالیز داده ها در محیط GS+ انجام شده است و از روش های کریجینگ و کوکریجینگ در این نرم افزار استفاده شده است. در این تحقیق از آمار بارش به عنوان متغیر کمکی استفاده گردیده است. انتخاب مدل ها بر اساس کمترین مقادیر RSS و نزدیک ترین مقادیر R2 و نسبت ساختار فضایی (C/C0+C ) به عدد یک صورت گرفته است. بر این اساس، مدل های انتخاب شده برای متغیر اصلی (عمق آب زیرزمینی) در خوشه اول تا سوم به ترتیب کروی، توانی و خطی و برای مدل های واریوگرام متقابل (بارش - عمق آب زیرزمینی) همگی از نوع کروی به دست آمده اند. نتایج به کارگیری روش های کریجینگ و کوکریجینگ که به ترتیب از مدل سمیواریوگرام متغیر اصلی و واریوگرام متقابل استفاده می نمایند، نشان داد که هم در مرحله اعتبارسنجی و هم در مرحله تست، روش کوکریجینگ از دقت بالاتری نسبت به روش کریجینگ برخوردار است. این نتایج برای مرحله تست درروش کریجینگ و کوکریجینگ، شامل مقادیر (92/0 و 41/0)، (54/0و 52/)0 و (25/1 و 95/0) برای شاخص ریشه مربعات مجذور خطا به ترتیب در مناطق 1، 2 و 3 می باشد.
کلیدواژگان: بارش، روش کریجینگ و کوکریجینگ، زمین آمار، عمق آب زیرزمینی
-
Pages 1-10
Soil infiltration is one of the most crucial parts for designing rainwater catchment systems and has an essential role in determining the area for rainwater harvesting. Using the Kamphorst field rain simulator, the infiltration rate of the suitable sites for the rainwater catchment systems has been determined. After selecting the suitable site, the soil was saturated, and the experiments were performed a day later. Simulation experiments have been conducted in two sites. The first site was Pishkamr city in Golestan province and the second site was near Sararood research station in Kermanshah province. The constant slope was at 12%, and the rain intensities were 33, 64, and 110 mm/h for 15 minutes in four repetitions. At the end of the experiment, the total volume of runoff was collected, and the infiltration rate was calculated. The results showed that with increasing rainfall intensity from 64 to 110 mm/h, the runoff volume of Pishkamr and Sararood increased 6.1 and 13.7 times, respectively. The infiltration rate in comparison with rain intensity showed that by increasing rainfall intensity from 64 to 110 mm/h, the infiltration rate increased 16.6% and 25.3% in the Pishkamr and Sararood, respectively. The comparison of the infiltration rate in the two sites also showed that the infiltration rate in the Sararood site was higher than the Pishkamr site. Therefore, with the knowledge of soil Infiltration, suitable rainwater catchment systems can be designed to supply water for plants.
Keywords: Pishkamr, Dryland, Sararood, Rainwater harvesting, Field rain simulator, Infiltration -
Pages 11-24
This study aimed to evaluate and compare the estimated rainfall of GPM meteorological satellite with ground stations using non-parametric Kolmogorov-Smirnov in Gorganrood catchment, Golestan province. In this study, 16 stations were used with the statistical period of 20.03.2014 -20.03.2016. The daily rainfall data of the GPM satellite with a spatial resolution of 0.1 degrees were collected. Data analysis was performed in the MATLAB environment. The results showed that in Bagh Salian, Dashte Shad, Ghochamz, Hagh-ol-Khaje, Zaringol stations, the P-value were higher than the α significance level and were 0.83, 0.36, 0.11, 0.95, 0.33, respectively. Therefore, it showed that the difference between satellite precipitation data and ground station observations was not significant. The results also showed that (0.95) P-value was the highest correlation of GPM data with observational records in Hagh-ol-Khaje station. The lowest level of compliance with the value of 0.001 is related to Shirabad station. Therefore, to improve GPM satellite products, especially in watersheds with the wide spatial distribution and temporal variations of precipitation, calibration of satellite precipitation products should be on the agenda to improve their accuracy in measuring daily precipitation. The Kolmogorov-Smirnov test was performed for the first time to examine the correlation of daily GPM satellite data with observational data, and there was a relative correlation between satellite data and observed ground station records in all stations where the H0 hypothesis was accepted
Keywords: Precipitation measurement, Statistical tests, Water resources management, Meteorological satellites -
Pages 25-34
The curve number (CN) method is one of the most common methods for estimating runoff in watersheds. The CN value depends on the soil infiltration, vegetation cover, and antecedent soil moisture content. According to the antecedent soil moisture content, three types of CN can be used: CN for dry soil moisture condition, CN for medium soil moisture condition, and CN for wet soil moisture condition. However, the determination of CN from the vegetation cover and soil infiltration needs high accuracy. In this study, 63 measured rainfall-runoff events in the Baghan watershed and 34 measured rainfall-runoff events in the Booshigan watershed were used for estimating runoff with seven conditions: 1) Calculating the CN value based on soil information and vegetation cover in different parts of the watershed. 2) Calibrating the surface storage coefficient of the runoff estimation equation by considering the medium condition for all events. 3) Calibrating the surface storage coefficient of the runoff estimation equation by considering the real soil moisture condition (dry or medium or wet) of each event. 4) Considering the average of observed CN in all measured rainfall-runoff events. 5 to 7) Calculating the relationship between the observed CN and measured rainfall as linear, power, and standard equation. For mentioned conditions, 48 measured rainfall-runoff events in the Baghan watershed and 26 measured rainfall-runoff events in the Booshigan watershed were used for calibrating the results, and the remained measured data in each watershed were used to evaluate the results. The results in two watersheds demonstrated that the linear, power, and standard conditions were better for runoff estimation. In the three mentioned conditions, the CN value depends on the measured rainfall data instead of using the soil infiltration information and vegetation cover of the watershed. Also, the results showed that it is not suitable to use the common method for determining the CN value (based on soil infiltration and vegetation cover of the watershed), and then estimating the runoff amount.
Keywords: Rainfall, Runoff, Curve number, Initial storage coefficient -
Pages 35-56
Despite the high capacity of groundwater resources in confronting different stresses such as climate change, rapid population growth, and greater need for water resources, especially in arid and semi-arid countries such as Iran, the over-exploitation of these valuable resources have caused a negative balance of groundwater, upset the natural balance of aquifers, and created many problems in many parts of the country. In arid and semi-arid areas, artificial groundwater recharge can be used to balance the aquifer and restore groundwater resources. In the current study, after conducting a review on the artificial groundwater recharge methods as one of the effective ways to restore the aquifers, the artificial recharge schemes were examined with emphasis on national research projects. The literature review demonstrated that the artificial groundwater recharge schemes are primarily conducted by the floodwater spreading method in the country, which in most cases, acts as an effective process to balance aquifers. This approach may play a significant role in achieving sustainable water management in Iran due to the highest efficiency and lowest cost. The results showed that the type of aquifer, hydrogeological conditions, the type of geological formation, the slope of the region, and the economic conditions are the most important factors in selecting the artificial groundwater recharge method. The results also indicated that comprehensive studies are crucial to select the location and method of artificial groundwater recharge to achieve the desired results and successful efficiency of the project. Finally, the obstruction and therefore, the decrease of the infiltration rate were identified as the main problems in the implementation of the artificial groundwater recharge projects.
Keywords: Groundwater, Artificial recharge, Flood spreading, Recharge pond -
Pages 57-70
In this research, a plan for the intelligent design of dry landscaping has been proposed for urban green spaces, non-residential, and administrative units with a rainwater harvesting approach. In this plan, by using two infiltrate and non-infiltrate layers and designing a drainage network between the two layers, due to the appropriate slope of the area, rainwater runoff can be extracted. Also, to prevent using different drains with an economic justification approach, we have created systems to collect and direct rainwater to the exit point of the system and guide rainwater to the desired source. By implementing these systems, soil moisture, especially in the output range of each section, and the efficiency of this project will increase. Executing this project will reduce water consumption and increase efficient use of harvested water, and as a result, will have significant economic profitability and help conserving water resources. Daily rainfall, runoff, evaporation, and soil temperature were determined by the equipment. The results showed that with this design, runoff can be doubled, soil moisture of the region can be increased up to 5%, rainwater runoff can be stored to a large extent to be used for different purposes, and reduce the intensity of soil temperature and evaporation, which can reduce water consumption for green space irrigation. On the other hand, with the implementation of this project and the design of suitable artificial feeding systems, rainwater runoff can be intelligently directed to the groundwater aquifers. This positive environmental approach can play a crucial role in reducing land subsidence, especially in the plains of Iran.
Keywords: Rainwater harvesting, evaporation reduction, non-infiltrate layer, dry landscaping -
Pages 71-83
Successive drought events as one of the most important environmental crises, along with population growth and uncontrolled water extraction, have led to an increase in the depth of groundwater, especially in arid and semi-arid regions. The purpose of this study is to investigate the geostatistical relationship between groundwater depth data and groundwater depth based on precipitation data in three observation wells located in Fars province. These wells were selected based on the PSO clustering technique. Thus, the three observation wells that were closest to the center of the calculated clusters were selected as the representative of the clusters. These wells are located in Karsia, Dolatabad, and Fatehabad regions for clusters 1 to 3, respectively. Monthly groundwater depth data has been used from 2003 to 2017. Kriging and cokriging methods were performed in the GS+ environment. In this research, precipitation data was used as an auxiliary variable. Furthermore, the models were selected based on the lowest RSS values and the nearest R2 values, and the spatial structure ratio (C / C0 + C) to one. Accordingly, the selected models for the main variable (groundwater depth) in the first to third clusters are spherical, power, and linear, respectively, and for cross-variogram models (precipitation - groundwater depth) are all spherical. The results showed that in the validation and test stage, the Cokriging method has higher accuracy than the Kriging method. The test stage in kriging and cokriging methods for RMSE index are (0.92 and 0.41), (0.54 and 0.52), and (1.25 and 0.95) in 1, 2, and 3 clusters, respectively.
Keywords: Precipitation, Kriging method, Cokriging method, Geostatistics, Groundwater depth