فهرست مطالب
فصلنامه مهندسی منابع آب
پیاپی 54 (پاییز 1401)
- تاریخ انتشار: 1401/12/04
- تعداد عناوین: 8
-
-
صفحات 1-17مقدمه
توجه به تغییرات کمی وکیفی منابع آب زیرزمینی، به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک ضروری است. این تحقیق با هدف تحلیل علل شوری و پهنه بندی کیفی آب زیرزمینی دشت خفر، تعیین نقاط آلوده و بررسی دلایل آن انجام گرفت.
روشبدین منظور برای میانگین سالانه داده های فصل های بهار و پاییز مولفه های اصلی آلودگی آب زیرزمینی استخراج شد. سپس مدل های منحنی پوش (Splin) ، عکس فاصله (IDW) و کریجینگ (Kriging) جهت ارزیابی درون یابی استفاده و مناسب ترین مدل با استفاده از تکنیک اعتبارسنجی متقاطع و معیارهای ارزیابی میانگین مطلق مربعات خطا و ریشه دوم میانگین مربعات خطا تعیین و نقشه های پهنه بندی کیفیت تهیه شد.
یافته هادر ارزیابی روش های درون یابی پاییز مدل کریجینگ رتبه اول دقت درون یابی را به خود اختصاص داد. نقشه پهنه بندی مولفه های اصلی استخراجی پاییز بالاترین مقدار مولفه اول (سختی، پتاسیم، منیزیم، کلسیم، سولفات، TDS و EC) را در جنوب شرقی و مرکز دشت نشان داد. بیشترین مقدار مولفه دوم (سدیم قابل جذب، کلر و سدیم) نیز در جنوب شرقی دشت دیده شد. مولفه سوم (PH) از مرکز دشت به سمت شمال و شمال غربی افزایش، و از مرکز به طرف جنوب و جنوب شرق کاهش داشت. مولفه چهارم (بیکربنات) بیشترین مقدار را در شمال و کمترین میزان را در جنوب شرقی دشت نشان داد. در بین روش های درون یابی فصل بهار مدل منحنی پوش به عنوان مدل برتر شناخته شد. نقشه پهنه بندی بیشترین مقدار مولفه اول (کلر، سدیم و سدیم قابل جذب) را در جنوب شرقی دشت نشان داد. مولفه دوم (کلسیم و منیزیم و سختی) مقادیر بالایی را عمدتا در مرکز دشت، مولفه سوم (PH) بیشترین مقادیر را در غرب دشت، و مولفه چهارم (بیکربنات) بیشترین مقادیر را در مرکز و شمال غربی دشت نشان داد.
نتیجه گیریتغییرات مکانی پهنه بندی آلاینده ها در فصول مختلف می تواند به علت تغییرات فصلی عوامل هیدروکلیماتولوژی نظیر بارندگی و تبخیر، بهره برداری از چاه ها و یا نفوذ پسابهای صنعتی باشد. بررسی نسبت کلر به بی کربنات نمونه ها موید ورود رواناب شور گنبدهای نمکی خاوران به جنوب شرقی منطقه است.
کلیدواژگان: تجزیه به مولفه های اصلی، درون یابی، پهنه بندی کیفیت آب زیرزمینی، کریجینگ -
صفحات 19-28مقدمه
با استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی، فرایند بارش-رواناب شبیه سازی می شود. دقت نتایج حاصل از مدلهای هیدرولوژیکی، به دقت پارامترهای هیدرولوژیکی ورودی به مدل از قبیل شماره منحنی (CN)، ضریب تلفات اولیه (Ia) و زمان تاخیر Lt بستگی دارد. با این حال، در بعضی از حوضهها مقادیر پارامترهای هیدرولوژیکی بطور دقیق و یا اصلا وجود ندارد و تنها چند هیدروگراف مشاهدهای وجود دارد. یافتن مقادیر بهینه پارامترهای هیدرولوژیکی در چنین حوضههایی، ضروری است.
روشبرآورد دقیق پارامترهای CN، Ia و Lt در حوضه آبخیز مهابادچای (که فاقد آمار پارامترهای هیدرولوژیکی است) با استفاده از الگوریتمهای بهینه سازی (Particle Swarm Optimization) PSO و (Simulated Annealing) SA، هدف اصلی این تحقیق است. در هر تکرار، بهینه ساز مقادیر پارامترهای هیدرولوژیکی حوضه را برآورد میکند که به عنوان ورودی های HEC-HMS استفاده می شوند. در ادامه مدل HEC-HMS، رواناب حوضه را شبیه سازی (دبی محاسباتی) میکند. در مرحله بعد دبی محاسباتی با دبی مشاهداتی مقایسه شده و بهینه ساز بر مبنای ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) به عنوان تابع هدف، پارامترهای هیدرولوژیکی را اصلاح کرده و این فرایند تا رسیدن به پاسخ بهینه، تکرار میشود. ارتباط بین مدل HEC-HMS و بهینهساز با استفاده از برنامهای که در AutoIt نوشته شد، برقرار و بهینه سازی به صورت خودکار انجام میشود. برای این منظور، از داده های ساعتی بارش-رواناب (دبی مشاهداتی) پنج رخداد مربوط به سال 1387 در حوضه آبخیر مهابادچای استفاده شد.
یافته هانتایج نشانگر برآورد دقیق پارامترهای هیدرولوژیکی است و الگوریتم PSO سرعت بالاتری در همگرایی به تابع هدف بهینه و پیدا کردن پارامترهای هیدرولوژیکی حوضه شامل CN، Ia و Lt داشت. همچنین، دبیهای بهینه محاسباتی SA نسبت به PSO، تناسب بیشتری با مقادیر متناظر مشاهداتی داشت.
نتیجه گیریبا توجه به نتایج تحقیق حاضر می توان نتیجه گرفت که با لینک مدل های بهینه سازی و مدل های هیدرولوژیکی می توان نسبت به براورد دقیق پارامترهای هیدرولوژیکی در حوضه های فاقد آمار اقدام نمود و نتایج با دقت خوبی بدست آورد.
کلیدواژگان: حوضه مهابادچای، HEC-HMS، PSO، SA، AutoIt -
صفحات 29-42مقدمه
جریان چگال یکی از عوامل موثر بر انتقال رسوبات به مخازن سدها می باشد. در این راستا یکی از روش های عملی برای کنترل رسوبات، ایجاد مانع در مسیر این جریان ها می باشد.
روشدر این تحقیق آزمایشگاهی، رفتار جریان چگالی تحت تاثیر موانع استوانه ای ساخته شده از چوب با قطر 1.5 سانتی متر و ارتفاع 30 سانتی متر (بیش از ارتفاع بدنه جریان چگالی) مورد ارزیابی قرار گرفت. بنابراین با در نظر گرفتن متغیرهایی مانند شیب کف، غلظت و دبی، مقادیر هد جریان غلیظ تعیین شد. همچنین در این مقاله از الگوریتم های یادگیری ماشین مانند سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی و شبکه عصبی مصنوعی برای مدل سازی نتایج استفاده شد.
یافته هابر اساس نتایج، هد جریان نمک چگال با استفاده از الگوریتم های یادگیری ماشینی مانند سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی و شبکه عصبی مصنوعی مدل سازی انجام شد و عملکرد این دو روش مقایسه شد. نتایج نشان داد که الگوریتم های یادگیری ماشین در مدل سازی هد جریان نمک چگالی مفید هستند و مقادیر رگرسیون سیستم استنتاج فازی عصبی تطبیقی برای داده های آموزش و آزمون 0.99 و رگرسیون شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب 0.94 و 0.91 به دست آمد.
نتیجه گیریبا مقایسه این دو روش مشخص شد که سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی در مدل سازی درصد کاهش جریان سر چگالی نسبت به روش شبکه عصبی مصنوعی پیش خور موثرتر بوده است.
کلیدواژگان: جریان غلیظ، درصد کاهش هد، رسوب گذاری، سیستم استنتاج عصبی، فازی تطبیقی، شبکه عصبی مصنوعی پیش خور -
صفحات 43-56مقدمه
در این تحقیق، تاثیر پارامترهای مختلف بر روی تک موج ایجادی از لغزش جسم و ورود آن به آب بررسی شده اند.
روشبرای حل مسیله، از روش ترکیبی حجم محدود سیال (VOF) و شبکه بندی برروی هم رونده استفاده شد. شبکه بندی برروی هم رونده نوعی شبکه متحرک (Dynamic Mesh) می باشد که قادر است دو شبکه را در حالی که بر روی هم می لغزند، خواص سیال را نیز محاسبه کند. با لغزش آزاد جسم بر روی سطح شیب دار و ورود به داخل آب، تک موج تشکیل می گردد که در راستای طول کانال منتشر می شود و سپس با مرور زمان از بین می رود. تاثیر پارامترهایی مانند چگالی لغزنده، ارتفاع رهاشدن لغزنده و عمق آب بر ارتفاع موج تشکیل شده موثر هستند
یافته هاپروفیل موج به دست آمده در سه زمان مختلف تطابق بسیار خوبی با نتایج تجربی مطالعات پیشین نشان داد و بیشترین درصد خطای به دست آمده 4 درصد گزارش گردید. طبق نتایج به دست آمده، با افزایش چگالی لغزنده از 2100 تا 2900 کیلوگرم بر متر مکعب و ارتفاع بی بعد رهاشدن لغزنده جعبه از 5 الی 7، ارتفاع تک موج ضربه ای به ترتیب 24 و 20 درصد افزایش یافت. علاوه بر این، با افزایش عمق بی بعد آب از 4 الی 6، ارتفاع تک موج ضربه ای 10 درصد کاهش یافت. همچنین با دوبرابر نمودن نسبت ارتفاع لغزنده ی مثلثی شکل به قاعده، 14 درصد ارتفاع موج کاهش یافت.
نتیجه گیریبراساس نتایج این تحقیق، مسلما به هنگام طراحی سدها، تک موج های ضربه ای ایجاد شده در مخازن سد، اهمیت فوق العاده ای دارد و می بایست مخازن سدی با عمق معمولی و تپه های مشرف با ارتفاع نسبتا کم با شیب ملایم، مد نظر طراحان باشد. همچنین می بایست جنس خاک تپه های مشرف به مخازن سدها نیز مورد مطالعه جامع قرار بگیرد.
کلیدواژگان: موج، لغزش جسم، اندرکنش سازه و سیال، سد -
صفحات 57-68مقدمه
گسترده شده صنایع در جهان، محدودیت منابع و مصرف روز افزون آب محققین را برآن داشته است که تصفیه فاضلاب ها، نسبت به گذشته مورد توجه بیشتر قرار گیرند. تصفیه فاضلاب، به منظور تثبیت مواد آلی تولیدی، استفاده مجدد از آب و مواد جامد ناشی از تصفیه فاضلاب و همچنین قابل تخلیه کردن پساب در محیط و محافظت از محیط زیست انجام می پذیرد.
روشاین تحقیق با روش مدل سازی اطلاعات تصفیه بیولوژیکی با استفاده از منطق فازی مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از روش های مقرون به صرفه برای تصفیه پساب بهداشتی پالایشگاه مدل سازی با استفاده از روش منطق فازی است. سیستم های استنتاج فازی یک چهار چوب محاسباتی پرطرفدار بر مبنای مفهوم مجموعه های فازی، قواعد if-then و استدلال فازی هستند. این دسته از سیستم ها دارای کاربرد موفقی در زمینه های کنترل خودکار، طبقه بندی داده ها، تحلیل تصمیم، سیستم های خبره، پیش بینی سری های زمانی، رباتیک و تشخیص الگوها هستند. در این تحقیق از نرم افزارMATLAB R2012 برای مدل سازی منطق فازی به روش ممدانی استفاده گردیده است. اطلاعاتی که از جدول ها در مقاله " H.A. Hegazi. 2013 "به دست آمده است.
یافته هابا بررسی کلیه ی نمودارها و مدل دریافتیم که مدل سازی انجام شده قابل اتکا بوده و می توان از آن برای بدست آوردن نتیجه ی آزمایش های دیگر بدون انجام آزمایشات استفاده نمود. همچنین بهترین شرایط عملیاتی را می توان غلظت های جاذب پوسته برنج 50، 60، 60، 60، 60، برای حذف فلزات Fe، Pb، Cd، Cu و Ni نامید. برای جاذب خاکستر غلظت های جاذب 60، 60، 60، 50 و 60 به ترتیب برای فلزات غلظت بهینه جاذب نامید. همچنین از بین دو جاذب، پوسته برنج جاذب بهتری می باشد.
نتیجه گیریدقت مدل در حدود 95% به دست آمد و قابل اعتماد بودن مدل را ثابت کرد. همچنین می توان نتیجه گرفت که خاکستر و پوسته برنج به عنوان جاذب های طبیعی بسیار خوب عمل کرده و بازده حذف تا حدود 90% به بالا داشته است.
کلیدواژگان: تصفیه بیولوژیکی، پساب، منطق فازی، حذف فلزات سنگین، پوسته برنج -
صفحات 69-91مقدمه
رشد جمعیت در اکثر حوزه های آبخیز منجر به افزایش تعداد و تنوع روزافزون حقابه بران شده که در نتیجه آن تخصیص بهینه آب، اهمیتی بیش از پیش پیدا می کند. در تحقیق حاضر برای تخصیص منابع آب کشاورزی و محیط زیست در محیط نرم افزارVENSIM مدلی به روش پویایی سیستم برای حوزه آبخیز خانمیرزا توسعه داده شده است.
روشاین مدل بیلان و تخصیص آب شامل دو بخش جداگانه است که بخش نخست آن جهت به دست آوردن حجم آب سطحی و زیرزمینی تهیه شده و بخش دیگر، به منظور نحوه تخصیص منابع آب در شرایط موجود و آینده (با فرض حفظ روند موجود) طراحی شده است. سیاست بهره برداری شامل استفاده تلفیقی از آب زیرزمینی و سطحی حوزه جهت رفع نیازهای شرب، کشاورزی، صنعتی و زیست محیطی است.
یافته هاپس از توسعه مدل اجرا و بهینه سازی حجم آب سطحی و زیرزمینی انجام و کارایی مدل بیلان آزمون و بهینه شد. سپس با استفاده از روابط و قوانین مربوط به بهره برداری از منابع، برای تخصیص بهینه آب موجود در حوزه مورد مطالعه، الگویی ترکیبی حاصل گردید. با توجه به دینامیک تغییرات در حجم آب در دسترس در منطقه، نتایج گویای عدم کشش منابع برای تامین کلیه نیازهای موجود و شرایطی در منطقه مخصوصا در بخش کشاورزی آتی بوده است، لذا سناریو ترکیبی آیش و بهبود کارایی آبیاری می تواند آسیب پذیری تخصیص منابع را کاهش دهد.
نتیجه گیرینتایج این مدل نشان می دهد پویایی سیستم می تواند ابزاری خلاقانه در تخصیص منابع آب، برنامه ریزی و سیاست های مدیریتی مناسب در منطقه باشد و در این منطقه تحلیلهای علت معلولی نشان از اهمیت استفاد تلفیقی از منابع آب دارد .
کلیدواژگان: پویائی سیستم، تخصیص بهینه منابع آب، VENSIM، بهره برداری تلفیقی -
صفحات 93-106مقدمه
در دهه گذشته به دنبال کاهش شدید آب دریاچه ارومیه، موضوع انتشار نمک از بستر خشک آن به یکی از بحران های محیطی شمال غرب کشور تبدیل شده است. مدلسازی میزان نهشت و ارزیابی مسیر و ارتفاع انتشار ریزگردهای نمکی دریاچه ارومیه بر اساس الگوی وزش بادهای نزدیک سطح زمین هدف اصلی تحقیق حاضر است.
روشدر ابتدا سمت وزش بادهای شدید در حاشیه دریاچه تحلیل شد. سپس از طریق انطباق بادهای شدید با تصاویر ماهواره ی مودیس تعدادی از توفان های گرد و غبار نمکی انتخاب شده و با تعیین تاریخ و مکان وقوع توفان، مدل HYSPLIT به روش پیشرو در گام زمانی 18 ساعت اجرا شد. برای ارزیابی نتایج مدل، خروجی آن از طریق ترسیم نقشه های همدیدی کنترل شد.
یافته هانتایج تحقیق نشان داد هر چند امکان وزش بادهای شدید تقریبا از همه جهات جغرافیایی وجود دارد لکن سمت غالب وزش بادهای شدید بر حسب موقعیت از سمت جنوب، جنوب غرب و شمال می باشند. خروجی های مدل نشان داد امکان انتشار نمک دریاچه به تمامی جهات وجود داشته و برحسب سمت و سرعت وزش بادهای سطح زمین و علی الخصوص خصوصیات همدیدی جریانات جوی ترازهای فوقانی؛ سمت انتشار، میزان نهشت و ارتفاع لایه آمیخته با نمک می تواند متفاوت باشد. همچنین سمت انتشار گرد و غبار نمکی با سمت وزش بادهای سطوح فوقانی انطباق بیشتری داشته و ذرات برخاسته از بستر دریاچه ممکن است در فاصله 18 ساعت در مسافتی بیش از 200 کیلومتر منتشر شوند. همچنین بر حسب شدت حرکات صعودی جو تا ارتفاع 4000 متری از سطح دریاهای آزاد در درون اتمسفر پخش شوند.
نتیجه گیریبا توجه به امکان انتشار گرد و غبارهای حاوی نمک از بستر خشک دریاچه ارومیه در مسافت های زیاد، احیاء دریاچه ارومیه و حتی المقدور اجرای اقدامات زیست محیطی با هدف تثبیت گرد و غبار در کانون های انتشار نمک ضروری می نماید.
کلیدواژگان: انتشار نمک، مسیر انتقال، مدل HYSPLIT، جریان های جوی. دریاچه ارومیه -
صفحات 107-124مقدمه
مدل سازی بارش-رواناب یکی از روش های مهم در مطالعه هیدرولوژی و مدیریت زیست محیطی به ویژه در مناطق شهری است که در آن سیل های ناگهانی خسارات مالی و جانی قابل توجهی را به دنبال دارد. بر این اساس، مدل های مختلفی برای شبیه سازی سیل شهری توسعه داده شده است که از بین آنها انتخاب بهترین آنها در ادبیات مورد توجه قرار گرفته است.
روشدقت مکانی و زمانی مدل هیدرولوژیکی SWMM در قالب سه نرم افزار EPA SWMM و ASSA و Bently SewerGEMS V8i و مدل های SCS TR-55، SCS TR-20، Rational، Dekalb Rational، Santabarbara UH در قالب نرم افزار ASSA و مدل SCS UH در قالب نرم افزار Bently SewerGEMS V8i جهت برآورد هیدروگراف و دبی پیک رواناب در منطقه مطالعاتی بررسی گردید. مدل ها با به کارگیری داده های عمق و سرعت رواناب اندازه گیری شده در سه نقطه ازشبکه در سه واقعه بارندگی، واسنجی و با استفاده از سه واقعه مجزای دیگر، اعتبارسنجی شده اند. شاخص های ارزیابی عبارتند از: ضریب ناش-ساتکلیف، ضریب بایاس، ضریب تعیین و ریشه مربع خطا.
یافته هااز بین مدل های مورد بررسی، مدل های SWMM در قالب هر سه نرم افزار بیشترین دقت را در شبیه سازی رواناب داشته اند. مدل SWMM در قالب نرم افزار EPA SWMM بالاترین دقت را در شبیه سازی شکل کلی هیدروگراف و دبی اوج رواناب داشته و سپس به ترتیب مدل SWMM در قالب نرم افزار SewerGEMS V8i و ASSA دقت بیشتری داشته اند. بر اساس روش های پارامتر جزیی و ضریب همبستگی اسپیرمن، بیشترین حساسیت خروجی مدل به ترتیب در درصد مناطق نفوذ ناپذیر، عرض معادل، ضریب مانینگ مناطق نفوذ ناپذیر، عمق چالابی مناطق نفوذ ناپذیر، درصد مناطق غیر قابل نفوذ بدون ذخیره چالابی، عمق چالابی مناطق نفوذ پذیر و شماره منحنی نفوذ مشاهده گردید. مدل به ضریب زبری مناطق نفوذ پذیر حساسیت نشان نداد.
نتیجه گیرینتایج حاکی از آن است که مدل EPA SWMM نسبت به سایر مدل ها، دقت بیشتری در شبیه سازی رواناب در منطقه مطالعاتی داشته و می تواند جهت طرح های مدیریت رواناب حوضه های شهری مشابه مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژگان: رواناب شهری، واسنجی و اعتبار سنجی مدل های شبیه سازی سیلاب شهری، تحلیل حساسیت
-
Pages 1-17Introduction
Assessment of groundwater quality and quantity variation in drought and semi-drought region are of most interest especially in Iran. This research is going to analysis salinity reasons by ground water quality mapping in the Khafr plain.
MethodsTo do this the principal components of water quality extracted in spring and autumn seasons. Then Spline, IDW and Kriging interpolation techniques were fitted and evaluated for mapping. Finally, the best model was determined and ground water quality mapped using principle components.
FindingsKriging recognized as the best model for autumn. The first component with high coefficients on TH, K, Mg, Ca, SO4, TDS, EC showed maximum values in the center and eastern south of the region. For the second component (SAR, Cl, Na) maximum values observed at the eastern south as well. The third component (PH) increased from center to the north and western north and decreased from center to the south and eastern south, and for the Forth (HCO3) maximum observed at the north and minimum in the eastern south. Spline method recognized as the best model in spring season. The first component (SAR, Cl, Na) showed maximum values in the eastern south of the region. The second (Th, Mg, Ca) maximum values observed at the center and the third component (PH) maximums in the west. Forth component (HCO3) maximum valued observed in the center and western north. Finally, the reasons of spatial and temporal variation of the components analyzed.
Keywords: Interpolation, Ground water quality mapping, Kriging, Principal Component Analysis -
Pages 19-28Introduction
Rainfall and runoff process is one of the main phases of the hydrological cycle and is simulated using hydrological models to examine the relationship between rainfall and runoff. The accuracy of the runoff estimation depends on the input parameters of the hydrological model including the sub-basins Curve Number (CN), Initial abstraction (Ia) and Lag time (Lt).
MethodsIn this study, to more accurately estimate the simulated discharges computing through the hydrological model HEC-HMS in Mahabadchay watershed, the input parameters were calibrated. For this purpose, two evolutionary algorithms including Particle Swarm Optimization (PSO) and Simulated Annealing (SA) were used. In each iteration, the basin hydrological parameters are estimated using optimizer and given to the simulator. Afterwards, simulations are made. The Root Mean Square Error (RMSE) was used as objective function. The AutoIt software was used to automatically couple the optimization algorithms with HEC-HMS model. The rainfall-runoff data related to the 5 events of year 1387 were used to calibrate and validate the optimal parameters.
FindingsThe results showed PSO convergence speed is more than SA algorithm in finding optimal objective function value and calibrating the hydrological parameters including CN, Ia, and Lt. Also, the optimal computed hydrograph found by SA algorithm had good agreement with that of by PSO one. Considering the results, it is concluded that the hydrologic parameters of watersheds without data can accurately be estimated by linking optimization and hydrologic models.
Keywords: Mahabadchay Watershed, HEC-HMS, PSO, SA, AutoIt -
Pages 29-42Introduction
Density current is one of the factors influencing the transfer of sediments to reservoirs of dams. One of the practical methods to control sediments is to build an obstacle in the path of these currents.
MethodsIn this laboratory research, the behavior of the Density current under the effect of cylindrical obstacles made of wood with a diameter of 1.5 cm and a height of 30 cm (more than the height of the body of the Density current) was evaluated. Therefore, by considering variables such as floor slope, concentration and discharge, the values of the density current head were determined. Machine learning algorithms such as adaptive neural fuzzy inference system and artificial neural network were used to model the results.
FindingsBased on the results, the density salt flow head was modeled using machine learning algorithms such as adaptive fuzzy neural inference system and artificial neural network and the performance of these two methods were compared. The results showed that machine learning algorithms are useful in modeling the density salt flow head. And the regression of the adaptive neural fuzzy inference system for the training and test data was 0.99 and the regression of the artificial neural network was 0.94 and 0.91, respectively.
ConclusionBy comparing the two methods, it was found that the adaptive neural-fuzzy inference system is more effective in modeling the percent reduction of the head of Density current than the feed-forward artificial neural network method.
Keywords: density current, Head reduction percentage, sedimentation, Adaptive Neural-Fuzzy Inference System, feed-forward artificial neural network -
Pages 43-56Introduction
Impulsive waves (i.e., tsunamis) can be generated by sudden displacements of volumes of water induced by earthquakes, landslides, and volcanic eruptions, impacts of asteroids and gradients of atmospheric pressure.
Methodswe present a new method for numerically modelling landslide-generated tsunamis in OpenFOAM® by using a new approach based on the Overset mesh technique. This technique, which is based on the use of two (or more) numerical domains, is new in the coastal engineering field and appears to be extremely powerful to model the interaction between a moving body and one or more fluids. Indeed, the accurate resolution around the moving body (i.e., body-fitted approach), guaranteed by this method, and offers a great advantage to study the momentum exchange between the body and the water.
FindingsThe results have been presented for the dimensionless distance and the normalized geometry of the landslide in the range 5 to 7, 1 to 2, respectively. These numbers have been normalized by the aid of the height of the landslide (a). According to the results of simulations, the tsunamis process is divided into three stages, which were analyzed in details with considering the interactions between the solid and the water reservoir.
Keywords: Wave, slip body, fluid- structure interaction, Dam -
Pages 57-68Introduction
The expansion of industries in the world, the limitation of resources and the increasing consumption of water have led researchers to pay more attention to wastewater treatment than in the past. Wastewater treatment is done in order to stabilize the produced organic matter, reuse water and solid materials resulting from wastewater treatment, and also to be able to discharge the waste water into the environment and protect the environment.
MethodsThis research has been investigated with the method of biological treatment information modeling using fuzzy logic. One of the cost-effective methods for purifying the sanitary wastewater of the refinery is modeling using the fuzzy logic method. Fuzzy inference systems are a popular computing framework based on the concept of fuzzy sets, if-then rules, and fuzzy reasoning. This category of systems has a successful application in the fields of automatic control, data classification, decision analysis, expert systems, time series prediction, robotics and pattern recognition. In this research, MATLAB R2012 software has been used for fuzzy logic modeling by Mamdani method. Information obtained from the tables in the article "H.A. Hegazi. 2013".
FindingsBy examining all the diagrams and models, we found that the modeling done is reliable and can be used to obtain the results of other experiments without conducting experiments. Also, the best operating conditions can be called rice husk adsorbent concentrations of 50, 60, 60, 60, 60, for the removal of Fe, Pb, Cd, Cu and Ni metals. For the ash absorbent, the absorbent concentrations of 60, 60, 60, 50, and 60, respectively, were called optimal absorbent concentrations for metals. Also, among the two absorbents, rice husk is a better absorbent. The accuracy of the model was reached around 95% and proved the reliability of the model. It can also be concluded that ash and rice husk worked very well as natural absorbents and the removal efficiency was up to 90%.
Keywords: biological purification, wastewater, fuzzy logic, heavy metals removal, Rice Husk -
Pages 69-91Introduction
Due to rapid expansion of population, there is an increase in the number of water users. As a result, optimal water allocation has become a pivotal issue. System dynamics is a suit methodology for simulating and representing of water availability in complex condition and impacts of water resources usage over time. In this study, a dynamic water allocation model within Vensim GUI was developed for the agricultural and environmental water resources of Khamiriza catchment.
MethodsThe model consists of two separate sections; the first part is a water balance module which is designed to provide surface water and groundwater simulations; the other part is a water allocation sub-model. After the development of the model, the water balance simulation optimized by optimizing the surface water and groundwater against observed data.
FindingsThe water use policy includes the conjunctive use of groundwater and surface water to meet drinking, industrial, agricultural, and environmental demands. The results suggest that under current situation the quantity of available surface and groundwater could be insufficient to meet the demands of different sectors within the basin. Therefore, a scenario containing improved irrigation efficiency and 30% of the land in fallow may lead to the allocation vulnerability.
ConclusionThe results of this application indicate that system dynamics can be considered as an innovative tool in the planning and allocating water resources. Moreover, conjunctive use of groundwater and surface water resources may lead to a better water allocation policy.
Keywords: Agriculture, dynamic systems, Optimal Water Resources Allocation, VENSIM, Water resources management, Consolidated Utilization -
Pages 93-106Introduction
Desiccation of Urmia Lake in the last two decades and saline dust emission from its dry bed has become an environmental crisis in the northwest of Iran. The main purpose of this study is the modeling of the deposition rate, transport pathway and emission height of saline dust over Urmia Lake based on near surface winds.
MethodsIn this regard, observed severe winds around the lake were analyzed. Subsequently, by matching of strong winds with MODIS satellite AOD products, a number of dust storms generated over Urmia Lake were selected and then storm generation date and location determined. In next step the HYSPLIT model was run in forward mode for 18 hours. To assess the model results, its outputs were compared with synoptic maps.
FindingsResults showed that although strong winds are possible from all directions, but the prevailing directions are from the south, southwest and north respectively. Modeling results showed that saline dust diffusion is possible in all directions, and also transporting pathway, deposition rate and mixed layer height of saline dust can be different in terms of surface winds characteristics and especially upper levels atmospheric currents. Based on the results the emission path of the salt dust is more in line with upper levels winds, and raising particles may be emitted a distance of ~200 kilometers in 18 hours. Eventually, raising top height of saline particles could up to 4000 meters according to the intensity of ascending fluxes.
Keywords: Saline dust dispersion, transport pathway, HYSPLIT model, Atmospheric currents, Urmia Lake -
Pages 107-124Introduction
Rainfall-runoff modeling is considered one of the important methods in the study of hydrology and environmental management, especially in urban areas, in which sudden floods lead to significant financial and human losses. Thereupon, various models have been developed for urban flood simulation, among which selecting the best, is of significant consideration in the literature.
MethodsRunoff peak flow and hydroghs measured in three nodes of an urban drainage network were applied for both spatial and temporal evaluation of the SWMM hydrological model in EPA SWMM, ASSA and Bently SewerGEMS V8i softwares. Other rainfall-runoff models also evaluated were SCS TR-55, SCS TR-20, Rational, Dekalb Rational, Santabarbara UH models (in ASSA software) and SCS UH model (in SewerGEMS V8i software). The models were calibrated considering the measurements during three precipitation events, and then validated by the measured data of three other events. The Nash-Sutcliffe coefficient along with the BIAS coefficient, the Coefficient of Determination and the Root Mean Square Error were used as the efficiency indicators.
FindingsThe measured runoff peak flow and hydrograph were most compatible with those simulated by SWMM models of EPA SWMM, SewerGEMS V8i and ASSA softwares, respectively. Regarding the results of the partial parameter and the Spearman correlation coefficient methods, model outputs were most sensitive to the percentage of impervious areas, equivalent width, roughness coefficient of impervious areas, the depth of depression of impervious and pervious areas, the percentage of impervious areas without surface storage and the curve number, respectively. The model was not sensitive to the roughness of the permeable areas. The results suggest EPA SWMM as the software with more reliable simulation results for runoff management projects in the study area and urban basins alike.
Keywords: Agriculture, Urban runoff, Calibration, validation, urban flood simulation models, Sensitivity analysis