محمدتقی اعلمی

لازمه مدیریت بهینه منابع آبی اطلاع از میزان جریان در رودخانه و پیش بینی آن می باشد. افزایش دقت نتایج پیش بینی، هدف بسیاری از محققان است. وجود نویز در داده های هیدرولوژیکی می تواند منجر به کاهش دقت پیش بینی گردد بنابراین در تحقیقات اخیر در کنار توجه به توسعه و ارائه مدل با قابلیت های محاسباتی بالاتر، به بررسی داده های مورد استفاده نیز اهمیت داده می شود. هدف از این تحقیق بررسی تأثیر کاهش نویز (NR) داده های ورودی بر میزان دقت مدل ها می باشد. جهت مطالعه دو رودخانه ی آجی چای و صوفی چای انتخاب و نویز جریان رودخانه با دو روش نظریه آشوب و موجک کاهش گردید. سپس پیش بینی جریان ماهانه ی آنها با مدل ANN در سه حالت استفاده از داده های خام، NRیافته با آشوب و موجک انجام شده است. برای بررسی نتایج، RMSE، ضریب همبستگی و نش-ساتکلیف در این سه حالتِ مدلسازی محاسبه و به ترتیب ذکر می گردد. در رودخانه صوفی چای RMSE با داده های خام و NRیافته با آشوب و موجک 078/0، 045/0 و 034/0، مقدار R2، 846/0، 974/0 و 979/0 و همچنین نش-ساتکلیف 715/0، 948/0 و 958/0 می باشد. در رودخانه آجی چای RMSE در این سه حالت به ترتیب 126/0، 06/0 و 078/0، مقادیر R^2 74/0، 94/0 و 91/0 و نش-ساتکلیف 545/0، 882/0 و 815/0 بدست آمد. می توان گفت به کارگیری داده های NR یافته در مدلسازی جریان رودخانه موجب افزایش دقت پیش بینی می شود. همچنین مقایسه نتایج بین دو روش NR نشان می دهد که در رودخانه آجی چای روش آشوب و در صوفی چای موجک عملکرد بهتری دارد و نمی توان به صورت قطعی یکی از این روش ها را به عنوان روش بهتر جهت NR معرفی نمود.

نقشه های پهنه بندی سیلاب، یکی از اطلاعات پایه و مهم در مطالعات طرح های عمرانی در جهان محسوب می شوند. در روش مرسوم تهیه نقشه های پهنه بندی سیلاب، محاسبات بر اساس جریان دائمی با فرض بستر ثابت (بدون در نظر گرفتن انتقال رسوب) انجام می شود. هدف اصلی این تحقیق، بررسی تأثیر فرسایش و انتقال رسوب رودخانه بر روی پهنه بندی سیلاب رودخانه ها است. در این راستا محاسبات پهنه بندی سیلاب رودخانه آجی چای در مدل HEC-RAS در حالت مرسوم (جریان دائمی با بستر ثابت) محاسبه گردید. در گام بعدی، محاسبات پهنه بندی سیلاب با استفاده از جریان شبه غیردائمی با بستر متحرک انجام شد و با نتایج حاصل از مرحله قبل مقایسه گردید تا میزان تأثیر انتقال رسوب در پهنه بندی سیلاب مشخص گردد. مقایسه بین نتایج به دست آمده در دو حالت جریان دائمی (بستر ثابت) و جریان شبه دائمی با بستر متحرک نشان داد که در مقاطع رسوب گذار، عرض سطح آب در حالت جریان با بستر متحرک افزایش می یابد. بیشترین میزان این افزایش عرض، 19 درصد است؛ به عبارت دیگر در رودخانه مذکور، عرض پهنه بندی سیلاب در روش مرسوم کمتر محاسبه می شود. این موضوع ضرورت بررسی شرایط رودخانه از نظر فرسایش و رسوب گذاری را تأیید می نماید تا زمانی که رودخانه حالت رسوب گذاری دارد میزان پهنه سیلاب با دقت بیشتری تعیین شود. افزایش پهنه سیلاب در مقاطع رسوب گذار، به دلیل انباشت رسوبات در مقطع و به دنبال آن افزایش سطح جریان و عرض پهنه بندی سیل است؛ بنابراین پیشنهاد می شود در رودخانه های رسوب گذار از مدل شبه غیردائمی (بستر متحرک) جهت تهیه نقشه های پهنه بندی سیلاب جهت تأمین ایمنی بیشتر استفاده شود. نتایج این تحقیق نشان دهنده اهمیت ریخت شناسی رودخانه در تهیه نقشه های پهنه بندی سیلاب رودخانه ها به منظور مدیریت سیل است.

هدف از این بررسی، تحلیل روند تغییرات تدریجی و سریع دبی جریان  و بار رسوب  رودخانه ی مردق چای واقع در استان آذربایجان شرقی می باشد. در این راستا با استفاده از روش های ناپارامتری، داده های دبی و رسوب ایستگاه هیدرومتری قشلاق امیر در سه مقیاس زمانی سالانه، فصلی و ماهانه بررسی شده است. آزمون من-کندال اصلاح شده جهت تحلیل روند تغییرات تدریجی دبی و رسوب و آزمون تخمین گر شیب سِن برای تخمین شیب خط روند مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین از آزمون ناپارامتری پتیت برای بررسی تغییرات ناگهانی (سریع) سری زمانی دبی و رسوب رودخانه استفاده شده است. نتایج بررسی ها نشان می دهد دبی سالانه، ماهانه و دبی فصل بهار، تابستان و زمستان دارای روند کاهشی معنی دار در سطح 5 درصد می باشد. داده های بار رسوب سالیانه و تمام فصول در ایستگاه مردق چای نیز دارای روند کاهشی معنی دار در سطح 5 درصد می باشد. همچنین روند کاهشی معنی دار رسوب در تمام ماه ها به جز ما ه های March، April و October وجود دارد. نتایج آزمون پتیت نشان می دهد. میانگین دبی سالانه در بازه ی زمانی بعد از نقطه شکست (1998) به اندازه ی 45 درصد نسبت به بازه ی زمانی قبل از نقطه شکست کاهش داشته است. همچنین میانگین رسوب سالانه در بازه ی زمانی بعد از نقطه شکست (1996) حدود 52 درصد نسبت به بازه ی زمانی قبل از آن کاهش یافته است. بر این اساس لازم است تا مدیران با اتخاذ استراتژی های مناسب به مدیریت منابع آب حوضه در زمان های آتی بپردازند چرا که کاهش دبی، پیامدهای جبران ناپذیر زیست محیطی در داخل حوضه بوجود خواهد آورد.

تغییر در هندسه و مورفولوژیک رودخانه، که منجر به تغییر مشخصه های هیدرولیک جریان می شود باید همواره مورد توجه باشد. در این تحقیق شرایط هیدرودینامیکی بازه ی بالادست و پائین دست سازه ی پل وحدت در شهر شاهیندژ آذربایجان غربی به طول یک کیلومتر با نرم افزار MIKE11 در شرایط موجود و سناریوهای م ختلف متأثر از عملیات ساماندهی شبیه سازی ش د. در ش رایط موجود (پل با دهنه ی 120متری)، به ازای دوره ی بازگشت 25 سال رودخانه (دبی1200مترمکعب بر ثانیه)، سطح آب بالاتر آمده و سواحل اطراف در معرض خطر سیل قرار می گیرد. با عملیات ساماندهی و تعریض پل به دهنه ی 300 متری، علاوه بر آزادسازی حدود 90 هکتار از اراضی مجاور در دو سمت رودخانه، مقادیر سطح جریان و به تبع آن تراز سطح آب در حدود 65 سانتی متر کاهش داشته که باعث افزایش ظرفیت میزان آبگذری رودخانه (در حدود 115 هزار مترمکعب) در محدوده ی مورد نظر خواهد شد. ضمناً میزان خطای برآورد حجم جریان ( REV ) و میزان خطای نسبی در دبی اوج (REQP ) برای شرایط ساماندهی به ترتیب برابر 197/0 و 792/1 درصد بوده که در حدود 068/0 و 82/2 درصد نسبت به شرایط موجود کاهش داشته که بر اساس دامنه ی شاخص های آماری، تناسب کاملی بین داده های مشاهداتی و شبیه سازی شده وجود داشته است. این مقادیر نشانگر تأثیر بالقوه عملیات ساماندهی رودخانه در آبگذری و روندیابی جریان است.

با توجه به اهمیت تخمین صحیح رواناب در مدیریت حوضه و طراحی سازه های آبی، از گذشته تا به امروز روش های مختلفی برای مدل سازی بارش-رواناب ارائه شده است که اتومای سلولی یکی از جدیدترین آن ها می باشد. در این روش چشم انداز حوضه با شبکه ای از سلول ها تعریف گردیده و اندرکنش بین سلول ها با استفاده از قوانین حاکم بر فیزیوگرافی حوضه منجر به مدل سازی رواناب می شود. این مدل به GIS و تصاویر ماهواره ای وابستگی دارد و از اطلاعات مختلف DEM، کاربری اراضی، گروه های هیدرولوژیک خاک، بارش، شیب و غیره استفاده می-شود. در این تحقیق رواناب حوضه لیقوان چای در استان آذربایجان شرقی با استفاده از اتومای سلولی مدل سازی شده است. با توجه به سادگی، توانایی بالا، شی ءگرا بودن زبان پایتون و هماهنگی با محیط GIS برای برنامه نویسی به منظور پیاده سازی قوانین تخمین رواناب و گسترش آن بر اساس تکنیک اتومای سلولی از برنامه نویسی با زبان پایتون در GIS استفاده شده است. مقایسه نتایج با مقادیر مشاهداتی در دو ایستگاه هروی و لیقوان با استفاده از معیارهای کارایی ضریب همبستگی، نش- ساتکلیف و جذر میانگین مربعات خطا نشان می دهد که دقت نتایج مطلوب می باشد. مزیت اصلی این روش علاوه بر سادگی و استفاده از قوانین ارتباطی واقع گرایانه، کسب اطلاعات رواناب برای هر نقطه دلخواه از حوضه به غیراز خروجی حوضه است که در این تحقیق برای شش نقطه در درون حوضه سری زمانی سیلاب استخراج گردید. با توجه به آماده بودن برنامه می توان رواناب را برای شرایط مختلف زمانی و مکانی نیز به راحتی تخمین زد یعنی رواناب بلندمدت حوضه و یا ناشی از بارش های لحظه ای را شبیه سازی نمود.