از جمله مسائلی که اخیراً در جوامع علمی مورد توجه محققین قرار گرفته است بررسی تأثیرات آلودگی هوا بر گیاهان و محصولات کشاورزی می باشد. در این تحقیق ضمن مدلسازی پراکنش آلودگی از یک یا چند منبع آلاینده و تخمین میزان خسارت وارده بر محصولات زراعی اطراف این منابع، فرآیند بهینه سازی نیز به منظور یافتن بهترین مکان تأسیس منابع آلاینده نقطه ای، به منظور مینیمم کردن خسارت وارده بر گیاهان و محصولات کشاورزی انجام شده است. لازم بذکر است که با توجه به پیچیدگی ریاضی پدیده پراکندگی آلودگی ناشی از منابع مذکور و تأثیر پذیری آن از شرایط هواشناسی، شرایط منبع آلاینده و شرایط دریافت کننده ها، که در اینجا گیاهان هستند، لزوم مدلسازی ریاضی این موضوع به خوبی احساس می گردد. پس از تهیه مدل ریاضی مورد نظر، به منظور اطمینان از صحت عملکرد آن، نتایج مدل با داده های واقعی مورد صحت سنجی قرار گرفت. سپس برای بیان نتایج، چند مثال فرضی مطرح و مدل تهیه شده برای آن مناطق اجرا و نتایج مورد بررسی قرار گرفت. و در نهایت به اجرای مدل برای منطقه مطالعاتی در این تحقیق، یعنی کارخانه ذوب مس خاتون آباد واقع در استان کرمان و در نزدیکی شهربابک پرداخته و نتایج مورد تحلیل قرار گرفت. علت انتخاب این منطقه مطالعاتی این است که به دلیل احداث ناقص کارخانه ذوب مس خاتون آباد، آلودگی بسیار زیادی توسط این کارخانه وارد جو شده و صدمات زیادی به کشاورزی و حتی دامداری منطقه وارد کرده است؛ و این امر آثار سوء بسیاری بر زندگی مردم منطقه ایجاد کرده است. نتایج نهایی مدل حاکی از عملکرد مطلوب آن در شرایط واقعی می باشد.

با گسترش شهرها و افزایش جمعیت آن ها از یک سو و گسترش صنایع و کارخانه ها از سوی دیگر مسئله آلودگی محیط زیست روزبه روز اهمیت بیشتری پیدا کرده است. وجود فاضلاب ها یکی از عوامل آلودگی محیط زیست هستند و لذا بایستی آن ها را جمع آوری و از شهرها به بیرون هدایت کرد. مسئله خارج نمودن فاضلاب از محیط زیست و نحوه طراحی شبکه های فاضلاب همواره مورد توجه طراحان بوده است. امروزه در طراحی شبکه های فاضلاب از نرم افزار sewercad استفاده می شود. این نرم افزار که نسخه پیشرفته نرم افزار sewer است همه توانایی های نرم افزارautocad را داراست. یکی از روش هایی که در حال حاضر در بهینه سازی شبکه فاضلاب استفاده می شود روش الگوریتم ژنتیک است. در این تحقیق اساس کار بر این است که نرم افزار sewercad را با روش های بهینه سازی الگوریتم ژنتیک و روش لاگرانژ افزاینده مقایسه شود. با توجه به نتایج به دست آمده روش الگوریتم ژنتیک کمترین و روش sewercad بیشترین هزینه را در طراحی خطوط فاضلاب برآورد می کند. همچنین در این تحقیق با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی(ann)، همبستگی آماری بین دبی جریان در لوله ها ،اطلاعات توپوگرافی منطقه، طول لوله و اقطار اندازه گیری توسط روش بهینه الگوریتم ژنتیک بررسی شده است. نتایج نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی با دقت بالا و درصد خطای کم می تواند قطر لوله ها را در شبکه فاضلاب با برنامه نوشته شده در الگوریتم ژنتیک پیش بینی کند.

حوضچه های رسوبگیر از جمله سازه های ضروری است که به منظور جداکردن رسوبات همراه جریان ورودی، بعد از آبگیر و ابتدای کانالهای انتقال احداث می شوند. شیوه‎های مختلفی در طرح حوضچه‎های رسوبگیر تا کنون بکار گرفته شده است، لیکن استفاده از حوضچه رسوبگیر ساده که با صرف هزینه کم بتواند اهداف مورد نظر را تامین نماید هنوز مد نظر طراحان است. حوضچه‎های رسوبگیر مستطیلی با تیغه ‎های هدایت کننده جریان می تواند در افزایش راندمان تله اندازی نقش موثری ایفا نماید. چنانکه می‎توان در حوضچه با طول کمتر با نصب تیغه ‎های هادی جریان طول مسیر حرکت جریان را افزایش داده و به راندمانهای بیشتری دست یافت. به منظور بررسی تاثیر مشخصه های تیغه ‎های هادی شامل طول و زاویه قرارگیری بر میزان تله اندازی رسوب مجموعه‎ای از آزمایشات در شرایط مختلف طول تیغه، زاویه قرارگیری و عمق جریان در حوضچه انجام گرفت. نتایج نشان داد با تغییروضعیت تیغه‎ های هدایت کننده جریان در زوایای مختلف که موجب تغییر درصد تنگ شدگی می گردد، راندمان تله اندازی رسوب تغییر می نماید. چنانکه برای تنگ شدگی های بین23تا35 درصد بیشترین تله اندازی بدست آمد. با توجه به افزایش عمق جریان برای دبی ثابت و کاهش عرض حوضچه درصد تله اندازی رسوب افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد با افزایش نسبت l/b ( طول حوضچه و عرض حوضچه) راندمان بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.

حوضچه گردابی از جمله سازه های کنترل رسوب در سیستم های انتقال و مصرف آب است، که در شرایط خاص خود می تواند از نظر اقتصادی نسبت به سایر طرح ها ارجح باشد. در این حوضچه مکانیزم جداسازی مواد جامد از آب بر پایه استفاده از نیروی چرخشی جریان و اختلاف دانسیته مواد رسوبی و آب استوار می باشد. از جمله مشکلات بکارگیری این نوع رسوب گیر، باقی ماندن قسمتی از رسوبات در کف حوضچه و کاهش راندمان رسوبات خروجی از روزنه تحتانی می باشد. این مشکل که ممکن است به علت عدم طراحی مناسب و یا سیستم عملکرد حوضچه باشد، در طی زمان موجب ایجاد اختلال در کارکرد حوضچه می گردد. در تحقیق حاضر ضمن انجام بررسی آزمایشگاهی بر روی برخی از خصوصیات هیدرولیکی جریان در این حوضچه ها، طرحی برای افزایش راندمان رسوبات خروجی از روزنه ارائه شد و اثرات آن با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. این طرح شامل تلفیق حوضچه رسوب گیر گردابی با صفحات مستغرق می باشد که در آن به منظور یافتن موقعیت مناسب برای کارگذاری صفحات در کف حوضچه، آرایش های مختلفی مورد بررسی قرار داده شد. در این راستا کارگذاری صفحات در سه حالت قطاعی (فاصله طولی)، شش فاصله شعاعی ساده و ترکیبی از روزنه به همراه سه قطر روزنه تحتانی بوده است. نتایج آزمایشگاهی نشان داد با کاهش فاصله قرارگیری صفحات نسبت به روزنه، افزایش رسوب گذاری در کف مشاهده می شود. اما در فاصله های دورتر نصب، صفحات با هدایت رسوبات کف به سمت روزنه تحتانی باعث رسوب زدایی از کف می شوند. افزایش تعداد قطاع کارگذاری صفحات در افزایش میزان رسوب زدایی و رسوب گذاری تأثیر گذار بوده است. افزایش قطر روزنه با تقبل تلفات دبی بیشتر باعث افزایش عملکرد صفحات در رسوب زدایی شد. همچنین نتایج حاکی از آن بود که کارگذاری صفحات با ثابت نگه داشتن راندمان رسوب گیری کل و تلفات دبی توانسته است این تغییر را در سهم رسوبات کف حوضچه ایجاد کند. فقط زمانی که صفحات در فاصله های شعاعی کم قرار داده می شوند، افزایش تلفات دبی مشاهده گردید. نتایج آزمایشات محدود انجام شده با تغییر دبی ورودی به حوضچه برای یک آرایش انتخابی حاکی از آن است که افزایش دبی ورودی باعث افزایش راندمان رسوب گیری کل و راندمان هیدرولیکی به همراه افزایش عملکرد صفحات در رسوب زدایی از کف گردیده است.

تأثیر متقابل میزان کاربرد آب و کود ازته هم بر عملکرد و هم بر آلودگی منابع آب موثر می باشد. مقدار، زمان و روش استفاده از نیتروژن و آب تأثیر به سزایی در آبشویی نیتروژن دارد. در این پژوهش تأثیر سه سطح آبیاری شامل بیش آبیاری i1 (120% نیاز)، آبیاری نرمال i2 (100% نیاز) و کم آبیاری i3 (80% نیاز) و سه سطح کوددهی شامل بیش کوددهی f1 (120% نیاز)، کوددهی نرمال f2 (100% نیاز) و کم کوددهی f3 (80% نیاز) در سه تکرار همراه با سه شاهد بر آبشویی نیترات از منطقه ریشه ومیزان تأثیر آن بر رشد چمن لولیم پرنه بررسی گردید. آب زهکشی شده از انتهای گلدان های با عمق یک متر جمع آوری شد و مورد آزمایش قرار گرفت. مقدار نیترات آبشویی شده نیز با استفاده از معادله بیلان نیز محاسبه شد و با نتایج به دست آمده مقایسه گردید. نیتروژن کل گیاه درانتهای آزمایش اندازه گیری شد و در مدل بیلان برای تعیین ضرایب مربوطه مورد استفاده قرار گرفت. حداکثر مجموع غلظت نیتروژن آبشویی شده در انتهای آزمایش در تیمار i1f1 برابر 46/33 میلی گرم در لیتر بود و آبشویی نیترات در سطوح کم آبیاری مشاهده نشد. اثر میزان آبیاری بیشتر از اثر میزان کوددهی بر آبشویی نیتروژن بود به طوری که مجموع غلظت نیتروژن آبشویی شده در انتهای در سطح 1 آبیاری معادل 34/78 میلی گرم در لیتر و در سطح 1 کوددهی معادل 17/8 میلی گرم در لیتر بود. کیفیت ظاهری چمن مورد آزمایش توسط روش ntep ارزیابی شد و تفاوت قابل ملاحظه ای بین سطوح بالای آبیاری و کوددهی با سطوح پایین آبیاری و کوددهی ملاحظه نشد به طوری که حداکثر امتیاز مربوط به تیمار i1f2 معادل 7/4 و کمترین امتیاز مربوط به شاهد معادل 5/2 بود. بهترین تیمار از لحاظ دارا بودن بیشترین میزان رشد، بهترین کیفیت ظاهری و کمترین میزان آبشویی نیتروژن، تیمار i3f1 بود که حداکثر ارتفاع رشد معادل 8 سانتی متر، امتیاز 6/6 از لحاظ کیفیت ظاهری و آبشویی نیتروژن معادل صفر داشت. نتایج خروجی از مدل بیلان نسبت به نتایج واقعی بیش برآورد نشان می داد.

در این تحقیق، یک مدل هیدرودینامیک کامل برای شبیه سازی فازهای مختلف آبیاری در جویچه ارایه گردید. معادلات حاکم بر جریان (معادله ی سنت ونانت در جریان سطحی و معادله ی کاستیاکوف-لوییس در جریان زیر سطحی) توسط حجم کنترل های متغیر گسسته شد. معادلات غیر خطی تولید شده توسط روش نیوتن رافسون، خطی سازی شده و معادلات جبری حاصل با استفاده از الگوریتم جاروب برگشتی حل گردید. مدل ارایه شده با توجه به نرم افزار sirmod و همچنین پنج سری داده ی مزرعه ای (بنسون-221، مچت-235، پرینتز-323، واکر (1989) و مرکلی (1983)) و با استفاده از معیارهای ریشه ی میانگین مربعات خطا (rmse)، خطای استاندارد (se) و خطای همبستگی (r^2) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل پیشنهادی تطابق بسیار خوبی با داده های مزرعه ای داشته و عملکرد مشابهی با نرم افزار sirmod دارد. پس از اطمینان از صحت مدل، حساسیت آن نسبت به پارامترهای ورودی مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای ورودی مورد بررسی در این آنالیز، دبی، ضریب زبری مانینگ، شیب مزرعه و ضرایب نفوذ معادله ی کاستیاکوف-لوییس درنظر گرفته شد. با توجه به نتایج، زمان پیشروی بیشترین حساسیت را به ترتیب نسبت به دبی ورودی و پارامترهای نفوذ f_0، k و a، و زمان پسروی نیز بیشترین حساسیت را به ترتیب نسبت به ضریب مانینگ، f_0 و شیب زمین نشان داد. سپس به علت تأثیر قابل توجه پارامترهای نفوذ و زبری در شبیه سازی آبیاری جویچه ای، از روش های حل معکوس مانند روش دو نقطه ای الیوت و واکر (1982) و روش واسنجی چند مرحله ای واکر (2005) به منظور تخمین پارامترهای نفوذ و زبری استفاده شد. سپس برای تعدیل نفوذ در آبیاری های متفاوت از روش مقیاس ارایه شده توسط ختری و اسمیت (2006) که در آبیاری با زمان واقعی کاربرد دارد، استفاده گردید. نتایج نشان داد روش واسنجی چند مرحله ای نسبت به روش دونقطه ای بهتر عمل کرده و حتی روش دو نقطه ای در داده های مزرعه ای واکر (1989) خطای rmse شبیه سازی فاز پیشروی را به شدت افزایش داده است. اما روش واسنجی علی رغم نیاز به داده ها و زمان بیشتر برای شبیه سازی، موجب کاهش خطا در هر دو فاز پیشروی و پسروی گردید. روش تعدیل نفوذ نیز به علت استفاده از روابط مشابه با روش دونقطه ای در بعضی شرایط نتوانست به خوبی عمل کند و خطای شبیه سازی را افزایش داد (آبیاری بنسون-221). در نهایت با استفاده از یک روش بهینه سازی به تعیین بهترین جریان ورودی و زمان قطع جریان در آبیاری مرکلی (1983) پرداخته شد. ابتدا پارامترهای جریان و زمان قطع، بر اساس حداکثر تابع هدف تعیین گردید که به ترتیب موجب افزایش 13 و 14 درصدی راندمان کاربرد و نیاز آبیاری گردید. سپس برای دستیابی به راندمان های دلخواه، سناریوهای متفاوتی برای بهینه سازی تعیین شد. بدین ترتیب با استفاده از مدل سازی های عددی، امکان مدیریت و برنامه ریزی بهتر در زمینه ی آبیاری سطحی فراهم خواهد شد.

بمنظور مدیریت بهینه ی منابع آب زیرزمینی، نیاز به برخورداری از اطلاعات دقیق ورودی ها )تغذیه( وخروجی ها )پمپاژ و تخلیه ی طبیعی( در هر حوضه ی آب زیرزمینی احساس میگردد، بگونه ای که بتوان رفتار بلندمدت آبخوان و عملکرد پایدار آن را ارزیابی نمود. برای کمی نمودن تغذیه روش های مختلفی وجود دارد، که هر یک از آنها در شرایط هیدرولوژیکی مجزایی ایجاد شده اند و در یک منطقه ی یکسان برآورد کاملا متفاوتی از مقدار تغذیه ارائه می دهند. در این پژوهش، بر اساس اطلاعات هیدروژئولوژیکی موجود چهار روش از جمله crd ، rib ، wtf و بیلان هیدرولوژیکی حوضه )بصورت مدل توزیعی وغیرتوزیعی( برای برآورد تغذیه ی آب زیرزمینی انتخاب شد. تمام این روشه ا مبتنی بر بیلان آب هستند.کاربرد سودمند، کم هزینه، و نیاز اندک به داده های غیرقطعی از جمله تراز آب زیرزمینی، بارندگی،خصوصیات هیدرودینامیک آبخوان، و داده های برداشت از آبخوان از مزایای این روش ها است. از این روش ها بمنظور تعیین سهم برگشت آب آبیاری و نفوذ حاصل از بارندگی در تغذیه ی آبخوان استفاده شد.بمنظور اعمال روش های توزیعی، منطقه ی مورد مطالعه بر حسب چاه های مشاهده ای موجود ( 35 پیزومتر) تیسن بندی و مقدار تغذیه در هر پلیگون در مقیاس ماهانه برآورد گردید. بمنظور اعمال سه روش اول با بکارگیری تکنیک بهینه سازی بمنظور حداقل سازی ریشه ی میانگین مربعات خطا نوسانات تراز آب زیرزمینی شبیه سازی گردید و در عمده ی پلیگون های موجود در دشت نیشابور تطابق خوبی میان مقادیر مشاهده ای و شبیه سازی شده حاصل شد. مقدار متوسط سالانه ی تغذیه برای دورهی آماری 10 ساله از مهر 1379 تا شهریور 1379 برای کل دشت با روش بیلان هیدرولوژیکی غیرتوزیعی، بیلان هیدرولوژیکی توزیعی، wtf ، crd و rib به ترتیب معادل 354، 514، 294، 427 و 417 میلیون مترمکعب برآورد گردید. با توجه به روشه ای wtf و crd بطور متوسط به ترتیب 12% و 13%دبارندگی و 33 % و 27 % آب آبیاری در تغذیه ی آبخوان شرکت می کنند، در حالی که این مقادیر با روش rib به ترتیب معادل 11 و 19 درصد حاصل شد. در نهایت، نتایج حاصل از برآورد تغذیه از تمام روش های مذکور با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت و نتایج نشان داد که روش های بیلان هیدرولوژیکی غیرتوزیعی و rib نتایج قابل اعتمادتری نسبت به سایر روش ها ارائه می دهند. واژه های کلیدی: بارندگی، بیلان هیدرولوژیکی، crd ، rib ، wtf

در تمدن مدرن، شبکه های توزیع آب شهری نقش قابل توجهی در حفظ استانداردهای لازم برای یک زندگی مطلوب را دارند. بهینه سازی این شبکه ها همواره یکی از مسائل بسیار پیچیده و اساسی برای طراحان در دهه های اخیر بوده است و هدف آن یافتن بهترین راه حل برای انتقال آب از مخزن به مصرف کنندگان است به نحوی که تمام نیازهای آنها با کمترین هزینه تأمین شود. در این شبکه ها مولفه های متفاوتی از قبیل لوله ها، پمپ ها و شیرهای کنترل نقش ایفا می کنند. اما در میان این مولفه ها، بهینه کردن سایز لوله ها بیشتر قابل توجه است زیرا حدود 70 درصد هزینه پروژه مربوط به لوله ها است. الگوریتم ژنتیک (ga) به عنوان یکی از مهم ترین الگوریتم های تکاملی نقش بسیار موفقی در حوزه مسائل بهینه سازی داشته است و تاکنون کمتر بصورت کاربردی برای بهینه سازی یک شبکه توزیع آب واقعی استفاده شده است. الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (pso) یکی از الگوریتم های نوین در حوزه بهینه سازی سامانه های آبی است که در ابتدا برای حل مسائل بهینه سازی با متغیرهای پیوسته معرفی شد، اما پس از مدتی برای مسائلی با متغیرهای گسسته نیز توسعه یافت. هدف اصلی در این پژوهش مقایسه و ارزیابی الگوریتم های gaو pso در طراحی بهینه شبکه توزیع آب واقعی شهر جنگل است. بدین منظور برنامه این الگوریتم ها در محیط نرم افزار matlab پیاده سازی شد و سپس با تحلیل گر هیدرولیکی شبکهepanet2.0 تلفیق گردید. برای بدست آوردن بهترین مقادیر پارامترهای این الگوریتم ها، ابتدا بررسی ها بر روی سه شبکه مرجع دوحلقه ای، هانوی و کادو از مطالعات پیشین انجام گردید و سپس نتایج با سایر محققین مقایسه شد که در این شبکه ها psoعملکرد بسیار بهتری نسبت به ga و حتی سایر الگوریتم ها داشت. پس از تعیین اندازه جمعیت اولیه متناسب با سایز شبکه برای هر دو الگوریتم ga و pso، در pso اگر مقادیر c_1 و c_2 ثابت و برابر 05/2 فرض شود با تغییر پارامترهای w و w_damp می توان راه حل بهینه را برای شبکه های توزیع آب پیدا نمود. در بکارگیری ga برای حل مسائل بهینه سازی سیستم های توزیع آب، پس از انتخاب روش چرخه رولت و عملگر آمیزش یکنواخت، بایستی پارمترهای pc، pm و mu مورد بررسی قرار گیرند. پس از اثبات کارایی این الگوریتم ها بر روی شبکه های مرجع و شناخت پارامترهای آنها، از نتایج حاصله در تحلیل شبکه شهر جنگل با توجه به افزایش وسعت شبکه و قیود طراحی استفاده گردید و راه حل های ارائه شده با طراحی شرکت مشاور مقایسه شد. ga و pso پس از طراحی و بهینه سازی هزینه شبکه را به ترتیب 16 و 21 درصد نسبت به شرکت مشاور کاهش دادند. در نهایت یک مدل هایبرید پیشنهادی به نام hgapso که بر پایه ترکیب دو الگوریتم ga و pso رفتار می کند نیز برای طراحی شبکه توزیع آب شهر جنگل استفاده شد. hgapso راه حل بهینه را با کاهش 26 درصدی در هزینه ها نسبت به شرکت مشاور ارائه نمود. بدین ترتیب می توان با استفاده از الگوریتم های تکاملی یک شبکه توزیع آب را با سرعت و دقت بسیار بالاتری در مقایسه با روش های سعی و خطای انسانی طراحی نمود.

چکیده: دستیابی به اطلاعات صحیح در مقیاس حوضه آبریز منوط به وجود نقاط اندازه گیری کافی با پراکنش مکانی مناسب است که عموماً در عمل چنین شرایطی فراهم نمی باشد. پراکنش نقاط ایستگاه ها و تعداد آنها به منظور برآورد مقادیر مکانی، به دلیل محدودیت های اقتصادی، فنی و اجرایی کافی نمی باشد. بدین ترتیب برای دستیابی به اطلاعات ریز مقیاس در زمان و مکان و به منظور اعمال مدیریت بهینه در حوضه آبریز، ریز مقیاس نمایی زمانی و مکانی خصوصیات هیدرولوژیک حوضه ضروری است. با استفاده از اطلاعات ریز مقیاس شده مولفه های موثر در معادله بیلان آب می توان بیلان آب را با مقیاس زمانی و یا مکانی مطلوب محاسبه نمود. استفاده از توابع درون یابی متداول مانند رگرسیون و اسپیلاین می تواند نتایج نامطلوبی را در این زمینه تولید نماید. هندسه فرکتالی شاخه ای از ریاضیات است که در میدان های گسسته و متناوب کاربردهای فراوانی داشته و در سال های اخیر برای تولید داده هایی که مقیاس آنها متفاوت با مقیاس داده های اندازه گیری شده باشد، مورد استفاده قرار گرفته است. لذا در این تحقیق از ابزار توابع درون یاب فرکتال برای تولید دو مدل فرکتالی بهینه استفاده شده است. این دو مدل ابتدا به مدل سازی داده های دمای روزانه پرداخته و سپس برای ریز مقیاس نمایی زمانی داده های دمای روزانه و تولید داده هایی با مقیاس زمانی 3 ساعت استفاده شده اند. علاوه بر ارائه دو مدل بهینه در هندسه فرکتالی، از روش رگرسیون تناوبی نیز برای مدل سازی داده های دمای روزانه و تولید سری زمانی داده های دما با مقیاس زمانی 3 ساعت استفاده شده است. در مدل فرکتالی خودمتشابه و مدل فرکتالی خودمتشابه قطعه ای با استفاده از توابع درون یاب فرکتال به ترتیب از داده های دمای ظهر با مقیاس زمانی 15 روز و 5 روز، برای تولید سری زمانی داده های دما با مقیاس زمانی 3 ساعت استفاده شد. مقدار بعد فرکتالی که معیاری از بی نظمی در نوسانات کمیت مورد نظر می باشد برای سری زمانی دمای روزانه در ایستگاه سینوپتیک مشهد برای 16 سال متوالی نیز محاسبه گردید. متوسط بعد فرکتال برای دوره 1992 تا 2007 معادل 1.54 برآورد شده است. در این تحقیق علاوه بر تعیین بعد فرکتالی با استفاده از توابع درون یاب فرکتال، نمایه هرست برای سری زمانی داده های دمای روزانه برای 16 سال متوالی محاسبه شده و سپس با استفاده از رابطه d=2-h نیز مقدار بعد فرکتالی تعیین گردید. با مقایسه مقادیر بعد فرکتالی محاسبه شده برای هر سال که به دو روش نمایه هرست و توابع درون یاب فرکتال محاسبه شده اند، می توان نتیجه گرفت که توابع درون یاب فرکتال علاوه بر اینکه روشی مناسب برای مدل سازی سری های زمانی می باشند، ابزاری برای محاسبه بعد فرکتال نیز ارائه می نمایند که با سهولت و دقت بیشتری نسبت به سایر روش ها مانند روش شمارش مربعات قادر به برآورد این کمیت می باشد.

حوضه آبریز بجنورد با وسعت حدود 65 کیلومتر مربع در شمال شرق ایران در استان خراسان شمالی واقع شده است. در این مطالعه بخش اعظم زمان، صرف تهیه مدل مفهومی (شناخت هندسه آبخوان، لایه شناسی، ضرایب هیدرودینامیک، تغذیه و تخلیه، و شرایط مرزی) قابل قبولی شد که برای استفاده در مدل عددی کارآمد باشد. آنچه از نتایج مدل عددی برمی آید غنی بودن مدل مفهومی ساخته شده را آشکار می سازد. پس از گذر از مرحله ساخت مدل مفهومی، تغییرات سطح ایستابی دشت بجنورد با استفاده از نرم افزار gms شبیه سازی شد. برای واسنجی مدل، از داده های اندازه گیری شده در سالهای1380 تا 1390 استفاده گردید. به دلیل زیاد نبودن تعداد پیزومترها امکان تخمین پارامترهای هدایت هیدرولیکی، ضریب ذخیره و میزان تغذیه با استفاده از کالیبره دستی یا روش سعی و خطای دستی وجود داشت و با تطابق ارتفاع سطح ایستابی اندازه گیری شده و بدست آمده از اجرای مدل در شرایط ماندگار و غیر ماندگار انجام پذیرفت. نتایج واسنجی نشان داد که مدل به خوبی توانسته است تغییرات سطح آب زیرزمینی را شبیه سازی کند. واسنجی مدل هم با داشتن داده های تراز سطح آب مهر90 الی اسفند91 صورت گرفت. دوره صحت سنجی در نظر گرفته شده برای اعتبارسنجی مدل هم مهر 1390 الی اسفند 1391بود که مدل به خوبی توانست این دوره را شبیه سازی کند. در نهایت سناریوهایی بر مدل اعمال شد که حذف چاه های شرب و نیز اجرای سیستم جمع آوری فاضلاب را در سال های آینده آبخوان (تا سال 1400) مدنظر داشت. نتایج نشان داد که با حذف برداشت های شرب از چاه های واقع در آبخوان آبرفتی سطح آب زیرزمینی بالا می آید. همچنین حذف چاه های جذبی در نتیجه اجرای سیستم جمع آوری فاضلاب تا 43درصد از میزان تغذیه آب زیرزمینی می کاهد. این کاهش در تغذیه، فروافتادن تراز سطح آب زیرزمینی را منجر می شود.

تغذیه آبهای زیرزمینی یکی از پارامترهای مهم مدیریتی آب است و تعیین این پارامتر جهت محاسبه ی بیلان آبهای زیرزمینی یکی از چالش های مبحث آبیاری و زهکشی می باشد. در راستای برآورد این پارامتر روش های مختلفی نیز ارائه شده است که اغلب آنها وابسته به پارامتر رطوبت خاک هستند و دقت وسایل اندازه گیری رطوبت خاک عاملی است که می تواند دقت برآورد تغذیه را بالا ببرد. در این تحقیق ابتدا مقایسه ای بین سه سنسور اندازه گیری رطوبت خاک یعنی دستگاهpr2 ، بلوک گچی و سنسور rec با رطوبت اندازه گیری شده بروش نمونه برداری از عمق های مختلف، انجام گرفت و مشخص شد که ضریب همبستگی داده های برداشت شده توسط سنسورهای rec با رطوبت وزنی واقعی اندازه گیری شده، 0.86 بود که نسبت به دو سنسور دیگر از دقت بالاتری برخوردار است. با توجه به اینکه روش مورد استفاده در این تحقیق روش سطح شار صفر می باشد، برای بررسی و شناخت بیشتر آن، قبل از اجرای طرح در مزرعه، نفوذ عمقی را با استفاده از داده های سنسور rec و روش سطح شار صفر، مقدار تغذیه در یک کرت کوچک فاقد کشت، اندازه گیری شد و مشاهده گردید که با یک آبیاری سنگین 170 میلیمتری، محل وقوع سطح شار صفر منطبق بر سطح زمین می شود و با خشک شدن لایه ی سطحی خاک، این سطح به عمق 30 سانتیمتری میل می کند و بیشترین مقدار تغذیه در اولین روز آبیاری به مقدار 58.5 میلیمتر بود که در روزهای بعد از مقدار آن بشدت کاسته می شود. پس از اطمینان از دقت سنسورها و شناخت روش محاسباتی، طرح در یک مزرعه ی نمونه واقع در دشت نیشابور اجرا شد. این مزرعه دارای دو نوع سیستم آبیاری بارانی و جویچه ای بوده و گیاه کشت شده در آن گندم تریتیکاله بود. مجموع تغذیه ی محاسبه شده در طول دوره ی رشد در زمین جویچه ای و بارانی بترتیب 33.42 و 12.6 میلیمتر شد.

آگاهی از نحوه فرایند صورت گرفته بین دو جریان سطحی و زیرسطحی می تواند تاثیر بسزایی در مدیریت و نحوه برنامه ریزی مطلوب برای آبیاری سطحی داشته باشد. در این تحقیق، مدلی به منظور تلفیق دو جریان سطحی (بصورت هیدرودینامیک کامل) و زیرسطحی (بصورت معادله یک بعدی ریچاردز)، برای شبیه‏سازی تمامی فازهای آبیاری سطحی ارایه گردیده است. مدل هیدرودینامیک کاملی برای شبیه سازی فازهای مختلف آبیاری جویچه‏ای قبلا در گروه مهندسی آب ارایه شده بود که در این پژوهش با یک مدل عددی جریان زیرسطحی تلفیق گردید. به عبارت دیگر بجای استفاده از معادله نفوذ کوستیاکف در مدل جریان سطحی از حل معادله ریچاردز یک بعدی سود جسته شد. حل عددی معادله یک بعدی ریچاردز، با استفاده از روش حجم کنترل انجام شده و به صورت داخلی به مدل جریان سطحی متصل گردیده است. به منظور ارزیابی مدل جریان زیرسطحی، از داده های 12 خاک ارایه شده در نرم افزار hydrus یک بعدی استفاده و خروجی های مدل از جمله رطوبت، مکش و نفوذ صورت گرفته در پروفیل خاک با نتایج حاصل از نرم افزار مقایسه گردید. در تمامی موارد جواب‎های بدست آمده از مدل هماهنگی بسیار خوبی با نتایج حاصل از نرم افزار داشتند. پس از حصول اطمینان از صحت مدل ارایه شده برای جریان زیرسطحی، به منظور ارزیابی مدل تلفیق ارایه شده از داده‏های موجود در دو مقاله (زریهان و همکاران، 2005 ; وولینگ و همکاران،2004 ) و داده‏های مزرعه ای حاصل از یک سری آبیاری صورت گرفته در دانشکده کشاورزی مشهد استفاده گردید و در نهایت نتایج بدست آمده، با نرم افزار sirmod و داده‏های مزرعه ای با استفاده از معیارهای ریشه ی میانگین مربعات خطا (rmse)، خطای استاندارد (se) و خطای همبستگی (r^2) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل پیشنهادی تطابق بسیار خوبی با داده های مزرعه ای داشته، همچنین عملکرد مشابهی با نرم افزار sirmodدارد. پس از اطمینان از صحت مدل، حساسیت آن نسبت به پارامترهای ورودی مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای ورودی مورد بررسی‏در این آنالیز عبارتند ازدبی، شیب مزرعه، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، رطوبت اولیه و پارامترهای تجربی معادله ون‏گنوختن. با توجه به نتایج، بیشترین حساسیت زمان پیشروی مربوط به پارامتر شدت جریان ورودی وپس از آن به ترتیب مربوط به "?" ، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، ?، رطوبت اولیه خاک و شیب زمین می‎باشد. زمان پسروی نیز با توجه به نمایه حساسیت به ترتیب به شیب زمین، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، دبی ورودی، رطوبت اولیه خاک، "?" و ? بیشترین حساسیت را نشان می دهد. همچنین مقدار حجم آب نفوذ یافته در خاک با توجه به بیشترین مقدار پارامتر حساسیت محاسبه شده به ترتیب مربوط به "?" ، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، رطوبت اولیه خاک، ?، دبی ورودی و شیب زمین می‎باشد.???? در نهایت با استفاده از یک روش ساده بهینه سازی به تعیین بهترین جریان ورودی و زمان قطع جریان در آبیاری صورت گرفته در دانشکده کشاورزی پرداخته شد و پارامترهای جریان و زمان قطع، بر اساس حداکثر تابع هدف تعیین گردید. سپس برای دستیابی به راندمان های دلخواه، دو سناریو متفاوت برای بهینه سازی تعیین شد. بدین ترتیب با استفاده از مدل سازی های عددی، امکان مدیریت و برنامه ریزی بهتر در زمینه ی آبیاری سطحی فراهم خواهد شد.

محدود بودن توان منابع آب در کشورمان، حفاظت و بهره برداری بهینه از آن را به منظور تأمین نیازهای آبی آیند گان طلب می کند و دستیابی به این اهداف جز با تهیه بیلان منابع آب و ارزیابی پتانسیل آن امکان پذیر نمی باشد. برآورد بیلان آب با توجه به عدم اطلاعات لازم و کافی، عدم امکان اندازه گیری برخی از فاکتورهای بیلان آب و وجود خطا در محاسبه این فاکتورها و همچنین وجود خطاهای ناشی از عوامل طبیعی یا انسانی و طولانی بودن زمان محاسبه بیلان آب، با مشکلاتی از لحاظ دقت و زمان کاربرد مواجه است. هدف این پژوهش برآورد پارامترهای بیلان با استفاده از یک مدل شبه توزیعی می باشد. در این راستا پس از بررسی مدل ها و روش های توزیعی موجود در دنیا، مدل شبه توزیعی qdwb در محیط برنامه نویسی متلب نوشته شد. برای اجرای این مدل لازم است تا داد ه ها (بارندگی، تبخیروتعرق پتانسیل، داده های کاربری و خاک و اطلاعات مرتبط، ضرایب تصحیح رواناب و نفوذ و..) به صورت توزیعی در سطح حوضه محاسبه شده و به صورت لایه های جداگانه و به شکل ماتریس به مدل داده شود. در این تحقیق از سلول های 500 در 500 متری برای پهنه بندی داده ها و محاسبه عوامل بیلان استفاده شد. مدل برای تخمین رواناب و نفوذ عمقی معادله بیلان آب های سطحی را حل می کند و نیاز آبیاری را بر اساس تامین کمبود رطوبت خاک تخمین می زند. محدوده مطالعاتی مورد نظر در این تحقیق حوضه آبریز نیشابور- رخ است که جزئی از حوضه آبریز کویر مرکزی ایران می باشد. مساحت کل حوضه 9157 کیلومتر مربع است که 4241 کیلومتر مربع آن را کوهستان و مابقی را دشت فراگرفته است. مدل با گام سالانه از سال آبی 80-79 تا سال90-89 طراحی شده است. بررسی روابط میان عوامل بیلان برای مثال، مقایسه بارندگی- تبخیروتعرق، بارندگی- رواناب، بارندگی– نفوذ حاکی از این مطلب است که مدل به خوبی فرایندهای هیدرولوژیکی حاکم بر حوضه را درک کرده است. تغییرات رطوبت در عمق توسعه ریشه برای سال 88-89 کمترین مقدار (1میلیون متر مکعب) و برای سال 80-81 بیشترین مقدار (40 میلیون متر مکعب) می باشد. همچنین نتایج تبخیروتعرق مدل حاضر با نتایج مدل swat مقایسه شد که نشان دهنده روند مشابه تبخیروتعرق محاسبه شده توسط هر دو مدل می باشد.

شکست سد پدیده ای است که در پی آن حجم عظیمی از آب به طور ناگهانی رها شده و باعث بوجود آمدن امواج بزرگ سیلاب در پایین دست می شود. این امواج سبب خسارات جانی و مالی فراوان، فرسایش زمین و اثرات زیست محیطی نامطلوب می گردند‎. سیلاب حاصل از شکست سد، از قدرت تخریب بالایی برخوردار بوده و علاوه بر آن در اکثر موارد، کانال رودخانه در پایین دست سد چنین سیلابی را تجربه نکرده و لذا قادر به مهار آن در کانال اصلی خود نمی باشد‎. از این رو انجام تحلیل شکست سد و ارزیابی تبعات ناشی از آن برای همه سدها ضروری به نظر می رسد‎. این تحلیل علاوه بر ارزیابی خسارت و میزان خطر موجود در پایین دست سد، امکان برنامه ریزی عملیات نجات و تسکین فاجعه ناشی از شکست سد را نیز فراهم می کند‎. در این رساله سعی شده است تا ابتدا با جمع آوری داده های مربوط به 142 سد خاکی شکسته شده در جهان، روابط مربوط به تخمین پارامترهای شکست سدهای خاکی بررسی و با استفاده از داده های موجود و روش های آماری روابط جدیدی برای تخمین پارامترهای شکست سدهای خاکی تهیه و با روابط قبلی مقایسه شود، سپس پارامترهای شکست سد با استفاده از مدل breach gui پیش بینی و با استفاده از قابلیت مدلسازی شکست سد در نرم افزار hec-ras به مدلسازی توسعه شکاف در بدنه سد و نیز روندیابی سیلاب حاصل در پایین دست سد پرداخته و پس از آن اقدام به پهنه بندی سیلاب در محیط arc map شود. سد مورد مطالعه، سد خاکی تبارک آباد در 20 کیلومتری شمال شرقی شهرستان قوچان می باشد. بررسی های آماری نشان داد که از بین کلیه روابط تجربی، رابطه فرولیخ (1995) برای تخمین حداکثر دبی خروجی و عرض متوسط شکست در حالت روگذری از سایر روابط دقیق تر است و نیز روابط پیشنهادی برای محاسبه پارامترهای شکست در این تحقیق، از روابط قبلی دقیق تر است و توصیه می شود در ورودی و مقایسه مدل های شبیه سازی جریان از آن ها استفاده شود. نتایج حائز اهمیت در مدلسازی نیز شامل دبی اوج خروجی از سد و تراز سطح آب در شهر قوچان بود‎. نتایج تحلیل نشان داد که اولین شکاف 30 دقیقه پس از آغاز تحلیل رخ می دهد و در زمان 2:30 موج سیلاب به شهر قوچان می-رسد. لذا فاصله زمانی بین آغاز شکست و رسیدن موج سیلاب به شهر تنها 2 ساعت می باشد. همچنین دبی خروجی از شکاف سد 1 ساعت و چهل دقیقه پس از آغاز شکست، به بیشترین مقدار خود یعنی 5/10661مترمکعب بر ثانیه در محل سد می رسد و زمان انهدام کامل سد 3 ساعت به دست و 2 ساعت و چهل دقیقه پس از آغاز شکست، بیشترین مقدار موج سیلاب به شهر خواهد رسید. لذا جمعیت تحت خطر باید پیش از رسیدن موج سیلاب از محل تخلیه شوند‎.

چکیده در دهه های اخیر بکارگیری کامپیوتر در مطالعات منابع آب با استفاده از مدلهای ریاضی آب های زیرزمینی، خصوصاً در مباحث مدیریت منابع آب و همچنین پیش بینی وضعیت آب زیرزمینی توسعه زیادی پیدا کرده است. از آنجا که در مدل های ریاضی می توان با تغییر ورودی ها و پارامترهای مختلف، نتایج حاصل در سیستم را مشاهده نمود، لذا می توان از این گونه مدل ها به عنوان ابزاری مفید در جهت شناسایی سیستم هیدروژئولوژیکی، مشاهده عکس العمل آبخانه نسبت به تغییر تنش های وارده و انتخاب گزینه های مختلف مدیریتی استفاده نمود. محدوده مطالعاتی قوچان- شیروان یکی از زیرحوضه های حوضه آبریز اترک می باشد که در جنوب شرقی استان خراسان شمالی واقع شده است. بررسی هیدروگراف واحد دشت قوچان نشان می دهد که افت متوسط سالیانه سطح آب زیرزمینی در دشت قوچان 76/0 متر بوده و از محدوده های ممنوعه بحرانی می باشد. در این تحقیق داده های لازم برای مدلسازی آبخوان آماده و صحت سنجی گردیده و مدل مفهومی مناسبی از آبخانه تدوین گردید. سپس شبیه سازی آبخوان دشت قوچان برای حالت ماندگار با استفاده از مدل رایانه ای gms.7.1 انجام گرفت. با توجه به تعداد چاه های مشاهده ای در دشت (23 حلقه) و کشیدگی آبخانه و نبود اطلاعات کافی نظیر ضرائب هیدرودینامیکی، وضعیت سنگ کف و غیره، با این وجود نتایج مدلسازی نشان داد که مدل به خوبی توانسته است تغییرات سطح آب زیرزمینی را شبیه سازی کند. تصحیح سنگ کف، ضرایب آب برگشتی از چاه ها میزان تغذیه آبخانه، میزان هدایت هیدرولیکی از نتایج مدلسازی آبخانه می باشد. همچنین بررسی آنالیز حساسیت نشان داد که مدل نسبت به هدایت هیدرولیکی و سپس سنگ کف حساسیت بیشتری دارد.

دریچه های فلپ در شبکه های انتقال آب از دیر باز مورد توجه مهندسین صنعت آب بوده است. این دریچه ها با توجه به نیروی افقی فشار آب وارد بر دریچه و نیز نیروی وزن دریچه با توجه به رقوم سطح آب در کانال باز و بسته می شوند. معایب این دریچه با توجه به مسیر خطوط جریان در دریچه می توان به ایجاد پدیده کاویتاسیون، نوسان و ایجاد امواج غیر قابل کنترل در زمان کم آبی اشاره کرد. در این تحقیق با تغییری در ساختار دریچه فلپ سعی شد نقایص عملکرد این دریچه در کانال بر طرف شود. این تغییر در ساختار دریچه باعث از بین رفتن امواج سطح آب در زمان کم آبی در دریچه شد. همچنین به ارائه روابطی برای تخمین میزان دبی عبوری از دریچه اصلاح شده در حالت آزاد و مستغرق پرداخته شد که با آنالیز های آماری انجام شده نشان داده شد که این روابط از دقت بالایی برخوردار است. به علاوه هیدرولیک جریان در حالت آزاد و مستغرق در دریچه فلپ اصلاح شده و فلپ کلاسیک با یکدیگر مقایسه و مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به تغییر در ساختار دریچه برای تعیین میزان نیروی وارد بر دریچه از طرف آب روشی ارائه گردید که این روش نیز از دقت بالایی بر خوردار است. در انتها با مقایسه دو دریچه فلپ اصلاح شده و نیز فلپ کلاسیک این نتیجه حاصل شد که دریچه فلپ اصلاح شده به لحاظ عملکرد بهتر از دریچه فلپ کلاسیک عمل می کند.

به منظور استفاده پایدار از منابع آب زیرزمینی و ارزیابی قابلیت آسیب پذیری آبخوان ، برآورد تغذیه آب های زیرزمینی امری اجتناب ناپذیر است. ایران منطقه ای با اقلیم نیمه خشک است، بنابراین بررسی نقش جریان برگشتی آبیاری در تغذیه آب زیرزمینی و تأثیر روش آبیاری بر مقدار آن، به عنوان راه کاری برای مدیریت بهتر منابع آب زیرزمیینی در آینده، لازم و ضروری است. بر همین اساس در دشت نیشابور در مزرعه ای با کشت گندم، مقدار تغذیه ناشی از روش های مختلف آبیاری (سطحی و بارانی) با استفاده از اندازه گیری رطوبت خاک در ده نقطه برآورد شد. در هشت نقطه چاهک هایی به عمق دو متر و در بقیه، چاهک های به عمق شش متر حفر شد. در هرنیم متر عمق خاک و همچنین عمق 15/0 و3/0 متر حسگر rec نصب شد و به مدت 173 روز رطوبت خاک اندازه گیری شد. سپس از این مقادیر برای شبیه سازی جریان در ناحیه غیراشباع با استفاده از نرم افزارhydrus-2d استفاده شد. مدل برای همه نقاط کالیبره شد و برای برآورد مقدار زهکش از زیر لایه های 2 و 6 متری خاک به کار گرفته شد. متوسط جریان زهکشی شده از عمق های دو متری زمین مجهز به سیستم آبیاری سطحی53 میلی متر برآورد شد. برای زمین آبیاری بارانی مقدار جریان زهکشی شده در نقاط مختلف از 018/0 تا 60 میلی مترتغییر می کرد. که این اختلاف می تواند ناشی از توزیع غیریکنواخت آب باشد. نتایج حاصل از مدل سازی و اندازه گیری های صحرایی حاکی از افزایش رطوبت حجمی در لایه مرزی پایین دست دو چاهک 2 متری در زمین بارانی است. اندازه گیری ها در روز اول برای چاهک های 6 متری سطحی و بارانی رطوبت حجمی 170و 90 سانتی متر نشان می دهد.مقدار جریان زهکشی شده از عمق 6 متری در زمین آبیاری سطحی 6/18 میلی متر و در زمین آبیاری بارانی بسیار اندک و تقریبا صفر بدست آمد.