معرفی نرم افزار

Seep/w یک محصول نرم افزاری با المانهای متناهی است که از آن می‌توان در مدل سازی نحوه جابجایی و توزیع فشار آب منفذی در داخل مواد متخلخل مثل خاک و صخره استفاده کرد. فرمولاسیون جامع و گسترده آن امکان آنالیز مسائل ساده و بسیار پیچیده نشت آب را فراهم می‌آورد. این نرم افزار در آنالیز و طراحی پروژه‌های ژئوتکنیکی، عمرانی، هیدرولوژیکی و معدن کاربرد دارد. Seep/w یک محصول گرافیکی با حافظه 32 bit است که تحت میکروسافت ویندوز کار می‌کند.

کاربردها

Seep/w یک برنامه کلی آنالیز نشت آب است که هم جریان محیطهای اشباع و هم غیر اشباع را مدل سازی می‌کند. خیلی بهتر از دیگر نرم افزارهای مشابه می‌تواند مسائل واقعی را حل کند و محدوده وسیعتری را نیز پوشش می‌دهد. برای اینکه نتایج آنالیز به طور فیزیکی واقعی باشند لازم است که در مدل سازی آب زیرزمینی جریان غیراشباع را نیز در نظر بگیریم. در خاکها، ضریب هدایت هیدرولیکی و میزان گنجایش حجمی آب، یا آب ذخیره شده به صورت تابعی از فشار آب منفذی تغییر می‌کند. نرم افزار seep/w ، این روابط را به صورت تابع پیوسته‌ای مدل سازی میکند. اکثر دیگر نرم افزار‌های مشابه این مسئله را در نظر نمی‌گیرند. که به جای آن از یک سری فرضیات غیر واقعی فیزیکی استفاده می‌کنند که در واقع توابعی مرحله‌ای هستند. به عنوان مثال، درفشار آب منفذی صفر و بزرگتر از آن (یعنی زیر سطح ایستابی آب)، مقدار هدایت هیدرولیکی آب به صورت اشباع فرض می‌شود و یا در فشار آب منفذی کوچکتر از صفر (یعنی بالای سطح ایستابی آب)، مقدار هدایت هیدرولیکی آب صفر است. استفاده از چنین توابع مرحله‌ای غیر واقعی در مدل سازی قابلیت هدایت هیدرولیکی خاک و میزان گنجایش حجمی آب می‌تواند منجر به نتایج نادرست شود. در این مجموعه نمونه‌هایی از گونه‌های مختلف مسائلی را که می‌توان با استفاده از نرم افزار مدل سازی کرد، آورده شده است. در اینجا بر روی مسائلی که دارای آنالیز جریان هم در محیطهای اشباع و هم غیر اشباع هستند بیشتر تاکید شده است چرا که مدلهایی که فقط می‌توانند جریان اشباع را بررسی کنند، کفایت نمی‌کند.

مفهوم SIRMOD

نوشت افزار SIRMOD یک بسته نرم افزار تقریباً جامع شبیه سازی هیدرولیک سیستم های آبیاری سطحی در سطح مزرعه است که از طریق انتخاب ترکیبی از اندازه و پارامترهای کاربردی که راندمان کاربرد ( آب آبیاری) را ماکزیمم می کند و حل دو نقطه ای «معکوس» مسئله با منظور کردن نتایج محاسبات پارامترهای نفوذ از داده های مربوط به پیشروی جریان به کار می رود.

گروهی از محققان از دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس به کشف روش شیمیایی جدیدی برای جمع اورانیوم در آب های زیرزمینی آلوده کمک کرده اند، که می تواند به تلاش های دقیق تر و موفق اصلاح آب در سایت های هسته ای سابق منجر شود.

محققان در آزمایشگاه Daniel Giammar، استاد Walter E. Browne در دانشکده مهندسی محیط زیست مهندسی و علوم کاربردی، یک سری از آزمایش ها را در محیط آزمایشگاهی با استفاده از آب حاوی اورانیوم - در حال حاضر در آبهای زیرزمینی آلوده در سایت های مختلف در ایالات متحده به عنوان میراثی از فرآوری دوران جنگ سرد و همچنین زباله فعالیت های مرتبط با تولید مواد هسته ای، به انجام رسانده اند.

طوفان های زمستانه در اواخر ماه مارس در روزهای 10-12، 2016، مناطق مستعدی از لوئیزیانا، شرق تگزاس، می سی سی پی، آرکانزاس را با 20 اینچ باران (معادل 508 میلیمتر) تحت تأثیر قرار داده، و در نتیجه آسیب قابل توجه و تخلیه از آن مناطق را منجر شد. بر اساس مقایسه با یک تصویر لندست 8 به دست آمده در تاریخ 4 مارس 2016، هر چند بارش ها قبل از نواحی پایین رودخانه می سی سی پی سمت بالای کناره های آن را تحت فشار قرار دادند، اما به نظر می رسد تا حد زیادی، شانزده روز بعد و باز بر اساس یک تصویر از همین ماهواره، سیلاب عمیق آبی به چشم انداز اطراف ویکسبرگ، MS، در مرکز تصویر سرایت نموده است. در مرکز پایین، رودخانه و درست در جنوب Natchez، می MS این امر مشاهده می گردد.

آژانس های آب و شرکت های خصوصی آب با چالش توسعه و حفظ منابع آب پایدار، اغلب در آب های زیرزمینی به عنوان محور وظایف خود روبرو می باشند. از سال 1987، سیستم Westbay برای مدیران آب، فضای انعطاف پذیری را فراهم کرده است که به توصیف آب های زیرزمینی در چهار بعد پرداخته، و منجر به بهینه سازی فعالیت های مدیریت و توسعه شیوه های مدیریت پایدار گشته است.

نرم افزار مدیریت منابع آب زیرزمینی

• مدیریت حوضه آب های زیرزمینی
• عملیات MAR
• نفوذ آب دریا، نظارت، پیشگیری و کاهش
• بهینه سازی مدل های عددی

فایل های حاضر متشکل از یک مسأله به فرم ذیل و همچنین راهنمای نرم افزار به کار رفته (TORA) به همراه فایل نصبی و یک اسلاید در همین زمینه است.

مسأله:

با توجه به مخزن آب در ارتفاع 150 متری، می خواهیم آب را به چهار گره موجود در خطوط لوله برسانیم، به این گونه که گره شماره یک برداشت آب ندارد. گره شماره دو دارای برداشت آبی معادل با 350 لیتر بر ثانیه، گره شماره سه دارای برداشت آبی معادل با 50 لیتر بر ثانیه، گره شماره چهار برداشت آبی معادل با 100 لیتر بر ثانیه، و گره شماره پنج دارای برداشت 200 لیتر بر ثانیه باشد. طول خطوط لوله و همچنین محدودیت فشار در لوله ها، بعلاوه محدودیت سرعت و هزینه ها و اقطار در جداول فایل پیوستی آمده است.

کمترین هزینه برای این تاسیسات چه مقدار است؟

یک منبع مناسب از آب های زیرزمینی برای سلامت و رفاه اقتصادی یک کشور ضروری است. افزایش استفاده از منابع آب زیرزمینی و اثرات خشکسالی به نگرانی در مورد در دسترس بودن آتی آب های زیرزمینی جهت رفع نیازهای داخلی، کشاورزی، صنعتی، و زیست محیطی منجر شده است. اثرات ناشی از رقابت برای بهره برداری از آب های زیرزمینی توسط انسان بر محیط زیست مستلزم درک بهتری از این موضوع برای پاسخ به سوالات اساسی زیر است که در مورد توانایی یک ملت در مواجه با تقاضای فعلی و آینده برای آب های زیرزمینی می باشد. آیا ما به اندازه کافی آب های زیرزمینی برای پاسخگویی به نیازهای مردم در اختیار داریم؟ این منابع آب زیرزمینی کجا هستند؟ آب های زیرزمینی موجود چه مقدار از نیاز ما است؟ برای کمک به پاسخ این پرسش ها، (USGS) بخش برنامه منابع آب های زیرزمینی سازمان زمین شناسی ایالات متحده، در حال انجام مطالعات بزرگ مقیاس منطقه ای و چند رشته ای از آب های زیرزمینی در دسترس است، که از جمله این مطالعات، سیستم آبخوان دره مرکزی در کالیفرنیا می باشد.

از آنجا که علم آب شناسی یک علم دینامیک و پویاست دقت و اطمینان به داده های به دست آمده از آزمایشات، نتایج تحقیقات را کاربردی تر و عملی تر می نماید. باید توجه کرد که گاهی در هیدرولوژی مجبور به استفاده از تکنیک هایی می شود که دقت نتایج را تا حدی پایین می آورند. تحقیق در علوم آب زیر زمینی مستلزم صرف زمان بوده و گاهی نیز بسیار هزینه بر است. در بسیاری از مناطق برای بررسی شرایط زیر زمین، مجبور به انجام حفاری شده و یا از دستگاه های پیچیده و گران قیمت استفاده می شود. برخی از اهداف مطالعات آبهای زیر زمینی در زیر آمده است.

این نرم افزار از جمله نرم افزارهای بسیار سودمند در زمینه مهندسی و مدیریت است که بسیاری از مباحث تصمیم گیری، برنامه ریزی، پیش بینی وکنترل را شامل می شود و بعنوان نرم افزار توانا در هر زمینه خاص مطرح شده است. از جمله در تخمین و محاسبات با کاربرد این نرم افزار می توان به نمونه موجود در سایت بیسین، تحت عنوان پروژه تعیین بهینه ضرائب روندیابی سیلاب به روش تابع جریمه (کلیک کنید) اشاره کرد.

هدف اصلی در NLP و یا برنامه ریزی غیرخطی، در شکل کلی آن پیدا کردن مقادیر بهینه متغیرهای تصمیم گیری با در نظر گرفتن محدودیت‌ها می‌باشد. در فرمول بندی اینگونه مسائل، هدف پیدا کردن یک نقطه تکین مطلق است ولی واقعیت چه از نظر محاسباتی و چه از لحاظ نظری، در بسیاری مواقع رضایت دادن به نقطه تکین نسبی خواهد بود. به عنوان مثال هنگام جستجوی نقطه کمینه با استفاده از یک روش همگرا شونده، مقایسه مقادیر نقاط همجوار تنها راه حل ممکن است.

در ریاضیات برنامه سازی غیر خطی (Nonlinear programming) (NLP) فرایند حل یک سیستم از برابری‌ها و نابرابری‌ها بر روی مجموعه‌ای از متغیرهای ناشناخته حقیقی، در یک تابع هدف که باید کمینه یا بیشینه شود و بخشی از محدودیت‌های آن غیر خطی است، می‌باشد.

بیلان، لغتی فرانسوی با ریشه لاتین است که در زبان فارسی به طور گسترده به کار رفته است. واژه هایی همچوم: تراز آب، تراز نام هاب، توازن آبی، بالانس آب، بودجه آبی و... و اصطلاحات انگلیسی به مانند: Water Balance، Water Budget Analyses مفاهیمی نزدیک به بیلان دارند.

برنامه ریزی برای بهره برداری بهینه و استفاده منطقی از منابع آب و نیز اعمال مدیریت های آب و خاک در مراحل مختلف مطالعاتی، طراحی و اجرای پروژه ها بایستی با شناخت کامل از پتانسیل های آب موجود و ارزیابی کمی و کیفی منابع آب و نوع مصرف همراه باشد، که این امر مستلزم استفاده از آمار و اطلاعات صحیح و گسترده در محدوده های مطالعاتی در یک دوره زمانی معین است.

5-4 آزمایش های میکروبی آب، از نظر کلی فرم ها: 

در خصوص کلی فرم ها، آزمایش میکروبی آب، به سه روش انجام می گیرد، که عبارتند از:

1-5-4 روش تخمیر چند لوله ای: 

این روش برای آزمایش نمونه های آب آشامیدنی، غیرآشامیدنی، نمونه های حاوی نمک یا آب شور، و یا نمونه های حاوی گل و لای، رسوبات و لجن کاربرد دارد. دقت این روش نسبتاً کم است، مگر اینکه تعداد نمونه های تهیه شده زیاد باشد.

از طریق روش آزمایش تخمیر چند لوله ای، میزان آلودگی آب تعیین می شود. با توجه به روش‎های استاندارد (Standard Methods)، برای آزمایشات آب و فاضلاب تهیه شده بوسیله اداره بهداشت عمومی آمریکا، این تکنیک محتمل ترین تعداد یا تراکم باکتری های کلیفرم ها (Most Probable Number: MPN) را در 100 میلی لیتر از آب، ارائه نموده و یک روش غیر مستقیم بر اساس احتمالات آماری و مشاهده گاز در لوله های کشت شده می باشد.  در این آزمایش می توان از چهار روش 5 لوله ای، 9 لوله ای، 10 لوله ای و 15 لوله ای استفاده نمود. روش¬های 9 و 10 لوله ای از بقیه متداول تر است.

4- پارامترهای بیولوژیکی کیفیت آب

آب آشامیدنی مهمترین ماده حیاتی برای انسان است و نباید محتوی میکرواورگانیسم‎های بیماری‎زا باشد. آلودگی بیولوژیکی آب آشامیدنی می‎تواند بیماری‎های عفونی از قبیل وبا، هپاتیت، حصبه و اختلالات ناشی از وجود کرم‎ها یا انگل‎ها در معده و روده را به سرعت گسترش دهد. به این دلیل آزمایش‎های مستمر تشخیص باکتری‎ها در آب به منظور پیشگیری از خطر عفونت، قویاً توصیه می‎شود.

میکرواورگانیسم‎های بیماری‎زا که باعث آلودگی آب می‎شوند، شامل میکروب‎ها، ویروس‎ها، پارازیت‎ها و پروتوزوئرها می‎باشند. همانگوه که اشاره شد میکروب‎ها باعث ایجاد بیماری‎های خطرناکی مانند وبا، حصبه، بیماری‎های اسهال و یا عفونت‎های داخلی در بین مردم می‎شوند که بعضاً بصورت اپیدمی‎های خطرناک، باعث مرگ و میر بعضی از هم وطنانمان شده ‎است. در جدول ذیل مهمترین عوامل میکروبی که می‎توانند آب را آلوده کنند، ارائه شده‎اند. این عوامل اگرچه ممکن است بصورت مستقیم و از فردی به فرد دیگر سرایت کنند، اما بطور عمده توسط آب گسترش و انتشار می‎یابند. بنابراین به بهداشت آب از این نظر باید توجه نمود. 

7-3 مواد آلی (Organic Matters)

بسیاری از مواد آلی در آب محلول هستند. اغلب ترکیبات آلی طبیعی از تجزیه مواد آلی جامد تشکیل می شوند. ضمناً مواد آلی دیگری نیز وجود دارند که از طریق مصنوعی تهیه شده و در آب وارد می شوند. تخلیه فاضلاب های شهری، صنعتی و زه آب های کشاورزی، باعث ورود این مواد به محیط زیست می شود. 

بطورکلی مواد آلی حل شده در آب، معمولاً به دو گروه اصلی مواد قابل تجزیه و غیر قابل تجزیه تقسیم می شوند.

کتاب مدل سازی پیشرفته توزیع آب توسط Haestad Press به عنوان یکی کتاب پرفروش تهیه شده است. در این کتاب از پرداختن به فرایند مدل سازی تا جمع آوری داده ها برای ورود به نرم افزار، توزیع و مدیریت آب و همچنین مدلسازی پیشرفته آن، شامل تمام مواد مرتبط به علاوه بسیاری از موضوعات دیگر مباحث تخصصی ذکر گردیده و بر این اساس از پرفروش ترین کتاب های مدلسازی توزیع آب شناخته می شود.

در نسخه جدید حدود چندین صفحه اضافه گردیده است که شامل محتویات مشاوره و تلاش گروه هایی از دانشگاه ها و دستگاه های مختلف در حوزه های ذیل می باشد:

3-3 pH آب

قلیائیت و pH مفاهیمی تقریباً مترادف هستند. دانستن قلیائیت آب، مکمل دانستن pH آن است. اکتیویته غلظت یون هیدروژن یک محلول را به نام پتانسیل هیدروژن و یا pH نام نهاده اند. در واقع pH آب معرف قدرت اسیدی آب بوده و به آن اسیدیته نیز می گویند، ولی قلیائیت آب معرف مقاومت آب در برابر تغییر pH است.

3- پارامترهای شیمیایی کیفیت آب

آب بعنوان یک حلال عمومی شناخته شده است و کیفیت شیمیایی آب نیز در ارتباط مستقیم با حلالیت آن می باشد. متغیرهای مهم در مسائل مربوط به کنترل کیفی آب شامل: کل مواد جامد محلول، قلیائیت، سختی، فلوراید، فلزات سنگین (غیر سمی و سمی)، مواد آلی (قابل تجزیه و غیر قابل تجزیه)، مواد مغذی، چرخه کربن، نیتروژن و فسفر می باشند.

1-3 مقدار کل جامدات محلول (Total dissolved solids: TDS)

مواد محلول از طریق تاثیر آب بر جامدات، مایعات و گازها بوجود می آیند. این مواد با فیلتر کردن، از جدا آب و تصفیه نمی شوند و فقط پس از تبخیر آب، بعنوان جزئی از مواد جامد آن به صورت رسوب باقی می مانند. مواد محلول آب، از نظر ماهوی ممکن است مشتمل بر مواد آلی و یا عمدتاً معدنی باشند. همانگونه که ذکر شد، اندازه گیری مستقیم مقدار کل جامدات محلول آب، پس از جداسازی مواد جامد معلق، به کمک تبخیر آب و وزن کردن آنها امکان پذیر است. وزن رسوب باقیمانده، بیانگر مقدار کل جامدات محلول می باشد.

—2-2 کدورت (Turbidity)

معمولاً اندازه گیری مستقیمی از ذرات جامد معلق در نمونه های آب شرب و یا منابع آب طبیعی صورت نمی گیرد. در واقع کدورت،معیاری غیر مستقیم برای تشخیص این مواد در آب می باشد. ذرات جامد معلق می توانند بر میزان جذب نور و یا پراکندکی آن، در آب تاثیر بگذارند.

کدورت، ممکن است رنگی خاکستری و یا رنگ مشابه دیگری را درآب ایجاد نماید.از آنجا که جذب و پراکنش نور، تحت تاثیر اندازه و خواص سطحی مواد معلق قرار دارد، کدورت بعنوان شاخص کمی از ذرات جامد معلق آب محسوب نمی گردد.به عنوان مثال یک تک ذره کوچک در داخل یک لیوان آب، در واقع هیچگونه کدورتی ممکن است ایجاد نکند، ولی اگر این ذره به هزاران ذره کوچکتر، با اندازه های کلوئیدی شکسته شود، علی رغم آنکه میزان جرم ذرات جامدات تغییری ننموده است، اما کدورت آب به میزانی می رسد که قابل اندازه گیری خواهد بود.