نظریه آشوب

نظریه آشوب، به شاخه‌ای از ریاضیات و فیزیک گفته می‌شود که مرتبط با سیستمهایی است که دینامیک آنها در برابر تغییر مقادیر اولیه، رفتار بسیار حساسی نشان می دهد؛ به طوری که رفتار‌های آینده آنها دیگر قابل پیش‌بینی نمی‌باشد. به این سیستم‌ها، سیستم‌های آشوبی گفته می‌شود که از نوع سیستمهای غیرخطی دینامیک هستند و بهترین مثال برای آنها اثر پروانه‌ای، جریانات هوایی و دوره اقتصادی می‌باشد.

 این نظریه، گسترش خود را بیشتر مدیون کارهای هانری پوانکاره، ادوارد لورنتس، بنوا مندلبروت و مایکل فایگن‌باوم می‌باشد. پوانکاره اولین کسی بود که اثبات کرد، مساله سه جرم (به عنوان مثال، خورشید، زمین، ماه) مساله‌ای آشوبی و غیر قابل حل است. شاخه دیگر از نظریه آشوب که در مکانیک کوانتومی به کار می‌رود، آشوب کوانتومی نام دارد. گفته می‌شود که پیر لاپلاس یا عمر خیام قبل از پوانکاره، به این مشکل و پدیده پی برده بودند.

رابطه آب ،محیط زیست و بهداشت

کیفیت آب بر محیط زیست وبهداشت محیط اثر میگذارد. مهمترین عامل توسعه بهداشت محیط را در تمام دنیا ،فراهم نمودن آب سالم و در دسترس قرار دادن آن میدانند. براساس آمار سازمان بهداشت جهانی درهر 24 ساعت، 13000 کودک زیر یک سال در دنیا بر اثر بیماری هایی که ناقل آن آب آلوده است، تلف میشوند.

آب در کلیه شئون زندگی مثل آشامیدن،کشاورزی،استفاده در صنایع، تولید نیرو، مسائل تفریحی، پرورش موجودات آبی که برای انسان جنبه غذایی دارد و بسیاری موارد دیگر به کار میرود.به همین دلیل وجود آب در هر اجتماعی به همان اندازهکه در بالا بردن سطح بهداشت عمومی دخالت دارد،موجب پیشرفت کشاورزی و صنعت نیز میگردد.

آب زیرزمینی به عنوان یک منبع مهم و استراتژیک برای تامین مصارف شرب و بهداشت، کشاورزی وصنعت همواره مورد توجه بوده واز دیر باز مورد بهره برداری قرارمی گرفته است. این منبع در مقابل تغییرات اقلیم پایداربوده و با توجه به حجم ذخیره خود می تواند در دراز مدت پاسخگوی نیازها باشد و از این دیدگاه نیز دارای اهمیت بسزایی است.

آمار و اطلاعات موجود درطول نیم قرن اخیر نشان می دهد که باتوسعه صنعت و تکنولوژی مرتبط با حفاری و پمپاژ چاه ها، بهره برداری از این منبع گسترش یافته و بدلیل افزایش جمعیت و نیاز روز افزون به آب، برداشت ها نسبت به تغذیه بیشتر و بیشتر شده و این روند به تدریج سبب افت سطح آب زیرزمینی، کاهش حجم مخزن و بهم خوردن تعادل در بیلان منابع آب آبخوان های کشور شده است. تغییرات در وضعیت کمی آبخوان ها از طریق اندازه گیری سیستماتیک سطح آب زیرزمینی در چاههای مشاهده ای و بررسی و تجزیه و تحلیل آنها صورت می گیرد.

دامنه کاربرد محاسبات سیل طرح

برنامه ریزی و طراحی سازه های تحت تاثیر پدیده های هیدرولوژیکی اغلب نیازمند ارزیابی پتانسیل ایجاد سیلاب در حوضه های آبریز است. برآورد پتانسیل حداکثر سیلاب معمولا برای سه کاربرد مهندسی زیر انجام می گردد.

1- طراحی سدهای با خطر بالا در مناطق جمعیتی به نحوی که شکست سد تلفات انسانی قابل توجهی را به همراه داشته باشد.

2- برنامه ریزی بهره برداری و منحنی فرمان سدها در زمان سیلاب

3- مناطق سیلابی و سیلاب دشت هایی که نیروگاه های هسته ای در آن ساخته می شوند.

از PMP برای تخمین حداکثر سیل محتمل استفاده می شود. PMF به اختصار به عنوان بزرگ ترین سیلی که می تواند به طور معقول در یک منطقه مورد انتظار باشد، تعریف شده است. تعیین حداکثر سیل محتمل براساس یک ارزیابی منطقی از وقوع رخدادهای همزمان چندین شرایط حدی یا عوامل موثر در ایجاد سیل استوار است. این مقدار به عنوان "بیش ترین امکان معقول" سیل که ممکن است در یک محل رخ دهد، توصیف شده است.

کمیت سیلی که برای طراحی سازه های تحت تاثیر وقایع هیدرولوژیکی با توجه به عواملی چون ایمنی سازه، هزینه، طول عمر و خسارت محتمل به کار می رود، سیل طراحی نام دارد. سیل طراحی معمولا در سه دسته سیل های بر پایه فراوانی، حداکثر سیلاب محتمل و سیل استاندارد پروژه تقسیم بندی می شوند. ابعاد خسارات حاصل از شکست سدها در مقابل منافع حاصل از ساخت و بهره برداری بهینه از آنها، حساسیت بسیار بالای انتخاب سیل طراحی به منظور حفظ پایداری سدها را نشان می دهد. روش های کمی تحلیل ریسک برای تعیین سیل طراحی، از یک طرف احتمالات وقایع هیدرولوژیک حدی و از طرف دیگر اثرات و خسارات حاصل از تجاوز سیل از سیلاب طراحی شامل خسارات افزایشی حاصل از شکست سد و تاخیر در بهره برداری را دخالت می دهد. تحلیل ریسک با هدف یافتن تعادل قابل قبول بین هزینه های بهبود و افزایش ایمنی در ازای کاهش خسارات مورد انتظار سیل انجام می گیرد. تحلیل ریسک اقتصادی هم چنین ابزار مناسبی برای ارزیابی انواع گزینه های بهسازی سرریز سدهای موجود و افزایش ایمنی آنها محسوب می شود. اما به دلایل زیر استفاده از این روش با مشکل مواجه است.

میزان نوسانات سطح آب زیرزمینی:

نوسان در سال قبل: اختلاف ارتفاع هیدروگراف معرف آبخوان ها در مهرماه سال اخیر نسبت به مهر سال گذشته منتهی به  سال آبی که جداول خلاصه وضعیت موجود برای آن سال تهیه شده اند.

متوسط سالانه: متوسط اندازه گیری نوسان سطح آب از ابتدای اندازه گیری تا سال آبی که جداول خلاصه وضعیت برای آن سال تهیه می شوند (یعنی متوسطی از اعداد نوسان سالانه در دراز مدت). قابل ذکر اینکه در طول سالهای مختلف، شبکه های سنجش از نظر تعداد و موقعیت چاههای مشاهده ای دچار تغییر و تحولات شده اند . بطوریکه این امر باعث انقطاع در توالی منظم محاسبات هیدروگراف واحد می شود. بدین لحاظ در بعضی محدوده ها عدد متوسط سالانه از سال آغاز اندازه گیری محاسبه نشده و  مربوط به چند سال اخیری است که شبکه دچار تغییر نشده است. (تاکیدا از شرکت های آب منطقه ای خواسته شده تا نسبت به تسطیح هیدروگراف های واحد اقدام نموده تا میزان متوسط نوسان سالانه از ابتدای تشکیل شبکه سنجش در هر آبخوان قابل محاسبه باشد).

حدود نیم قرن از شروع مطالعات منابع آب زیرزمینی در ایران میگذرد، در ابتدا مطالعات بیشتر موردی و بصورت متمرکز از طریق مرکز و با اعزام نیرو به مناطق مختلف انجام میشد و کم کم با تشکیل شرکت های آب منطقه ای، دفاتر مطالعات هرشرکت سکان اصلی مطالعات را در اختیار گرفتند. شروع اولین آمار برداری  از منابع آب زیرزمینی (چاه ،چشمه و قنات) به دهه چهل خورشیدی برمی گردد. درآن زمان هنوز تعریف محدوده های مطالعاتی وحتی مرز استان ها به شکل کنونی نبود و آمارها در قالب های مختلفی اخذ و برداشت می شده و گاهی چندین محدوده یا استان را شامل میشده است.

هر شرکت آب منطقه ای در طول این سالها بر اساس بودجه و الویت ها هر ساله بخش هایی از مناطق زیر نظر خود را آمار برداری کرده است بنابراین آماری که هر ساله از سوی شرکت های آب منطقه ای به این دفتر ارسال شده لزوما مربوط به همان  سال نیست  ، بلکه آخرین آماری است که دفاتر مطالعات آب شرکتها از وضعیت منابع آب زیرزمینی محدوده های مطالعاتی در طی سالهای مختلف بدست آورده اند.

امروزه روش های ژئوفیزیکی سطحی مانند الکترومغناطیس (EM) و مقاومت ویژه (RS) به دلیل سرعت بالا، هزینه کم و غیر مخرب بودن به طورگسترده در تعیین ویژگی های سیستم آب های زیر زمینی و همچنین بهبود مدل های هیدرولوژیکی به کار گرفته می شوند.

روش های مذکور بدلیل حساسیت غیر مستقیم به پارامتر های هیدرولوژیکی مورد نظر مانند محتوی آب، رسانندگی هیدرولیکی و تخلخل, مانع از کسب اطلاعات بیشتر ار لایه های آبی زیر سطحی می شوند. در دو دهه اخیر روش سونداژ تشدید مغناطیسی (MRS) به عنوان یک روش امید بخش جهت تعیین دقیق تر مشخصات سیستم آب های زیر زمینی پدیدار شده است، به طوریکه این تکنیک تنها ابزار ژئوفیزیکی می باشد که یک تخمین مستقیم از محتوای آب و ساختار فضاهای خالی لایه آبخوان در اختیار ما قرار می دهد.

امروزه با توجه به افزایش دمای کره زمین، کاهش نزولات جوی و افزایش جمعیت، هر ساله شاهد افت سطح آبهای زیرزمینی می باشیم که بدلیل اهمیت انکار ناپذیر منابع آبی در زندگی بشر، علم ژئوفیزیک در این میان جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و می تواند در اکتشاف لایه های آبدار و تشخیص بهترین نقطه جهت حفاری چاهها کمک شایانی بنماید. با توجه به جوان بودن این علم در ایران هنوز بسیاری افراد از وجود چنین تکنیکی و مزیت های آن اطلاع کافی ندارند و همین امر باعث کاهش کاربردهای آن در ایران شده است. با توجه به هزینه های اندک آن در مقایسه با هزینه های حفاری و دیگر هزینه های مربوط به چاه ها، انجام آن همیشه به نفع بوده و پیشنهاد می گردد.

امروزه مطالعات آب های زیرزمینی چه از منظر شناخت ذخائر موجود (آب های سطحی و عمیق) و چه از دیدگاه حفظ این ذخائر و جلوگیری از آلودگی های زیست محیطی، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. از اینرو مطالعات منابع آب زیرزمینی و مدیریت آن مورد توجه روز افزون قرار گرفته است. با در نظر گرفتن این موضوع در وحله اول به دسته بندی ذخائر آب زیرزمینی پرداخته می شود. ذخائر آبی را می توان از دیدگاه های مختلف به گروه بندی های متفاوتی دسته بندی نمود که دو نمونه بسیارمهم این نوع دسته بندی عبارت است از: تفکیک ذخائر آب زیرزمینی از نظر زمین شناسی و تجدید پذیری. می توان ذخائر آب زیرزمینی را از دیدگاه زمین شناسی به دسته های آب زیرزمینی موجود در آبرفت، آب زیرزمینی موجود در سازند های سخت و آب زیرزمینی موجود در شکستگی ها و گسلش ها دسته بندی نمود. همچنین از لحاظ تجدید پذیری، ذخائر آب زیرزمینی به دو دسته تجدید پذیر و تجدید ناپذیر تفکیک می گردند که آب های سطحی تاحدودی تجدید پذیر و آب های عمیق به عنوان ذخائر تجدید ناپذیر تقسیم بندی می گردند (مقیاس زمانی برای این دسته بندی طول عمر بشر می باشد). این موضوع اهمیت مدیریت و شناسایی این ذخائر را صد-چندان می نماید. یکی از بهترین روش های شناسایی ذخائر آب زیرزمینی بدون ایجاد تاثیرات مخرب زیست محیطی مانند حفاری و... کاربرد روش های ژئوفیزیکیست که در ادامه کلیاتی از روش های  ژئوفیزیکی پرکاربرد  در اکتشاف ذخائر آب زیرزمینی ارائه می گردد.

بعد از برنامه های Loop، EPANET ، WaterCad پیشرفته ترین و قدرتمندترین نرم افزار طراحی شبکه های آبرسانی در قالب برنامه WaterGems ارائه شده است. WaterGems قابلیت ترکیب شدن با چند نرم افزار دیگر را دارا می باشد که به کارایی و قدرت آن اضافه می کند. شرکت Heastade با عقد یک قرارداد سه جانبه با شرکت های Microsoft  ، Autodesk و ESRI سه نرم افزار ArcGIS ،Autocad  و Microsoft Excel را به خدمت گرفته و با  Import کردن ابزار آلات و منوهای WaterGems روی رابط گرافیکی این محصولات باعث گسترده شدن کارآیی WaterGems شده است. WaterGEMS از جمله نرم افزارهای کامل شبکه توزیع آب می باشد که قابلیت مدل سازی طراحی، مدیریت و آنالیز کیفی را به طور کامل در محیط GIS در اختیار طراح قرار می دهد.

راهنمای استفاده از نرم افزار EGOUT

1- مقدمه 

نرم افزار طراحـی شبـکه فاضلاب EGOUT بر اساس زبان برنامه نویسی Visual Basic  می باشد. برنامه بطور مستقیم با AutoCAD نسـخه های 2000  و 20002 ارتباط بر قرار می کـند. نرم افزار از اطلاعات ترسیمی در نقشه استفــاده می کـند. و بدون نیـاز به ورود داده های متنی شبکه را طراحی و داده های طراحی را بر روی پلان ثبت می کند. برنامه داده های خروجـی را در جـداول مختـلف ارایه می کند که قابل ارسال به EXCEL می باشد. نقشـه های پروفیـل طولـی نیز در محیط برنامه نمایش داده می شود و در محیط ACAD قابل ترسیم و پلات می باشد. 

2- نصب و راه اندازی نرم افزار EGOUT  

1- CD نرم افزار را در درایو بگذارید.

2- وارد پوشهEGOUT-setup  شوید.

3- فایل SETUP.exe را اجرا نمایید. 

در صورت نمایش پیام وجود فایل گزینه Yes را برای حفظ فایل انتخاب نمایید.

4- وارد پوشه EGOUT شوید و SETUP.exe را اجرا نمایید و مسیر نصب برنامه را تعیین نمایید.

5- وارد مسیری که برنامه نصب شده شوید و EGOUT.exe را اجرا نمایید. 

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.

نرم 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؟