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.

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؟

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.

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.

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.

با نگرشی به نقشه  فلات ایران این واقعیت مشهود می شود که فلات از لحاظ تعداد رودخانه های دائمی، منطقه ای فقیر است و بسیاری از رودخانه های آن در حقیقت رودخانه های فصلی و یا مسیلهای اند که چند ماه یا چند روز در سال جریان آب را دارا هستند. قسمت اعظم جریان آب این گونه رودخانه ها و مسیلها به طرق مختلف هدر می روند و تنها مقدار اندکی از آن در زمین نفوذ می کند و مخازن آب زیرزمینی را که در سازندهای زمین شناسی متفاوتی تشکیل شده اند، تغذیه می کند. ایرانیان از دیرباز به دلیل زندگی در چنین شرایط اقلیمی به اهمین استفاده از این منابع حیاتی زیرزمینی پی برده و از چند هزار سال پیش تاکنون با حفر قنات و چاه نه تنها برای ادامه زندگی خود، بلکه با ابداع راههای مناسب بهره برداری از مخازن آب زیرزمزنی به ملل دیگر نیز خدمات بزرگی کرده اند. سفرنامه ها و خاطرات مستشرقان و سیاحان در ادوار تاریخ حاوی شرح حکایاتی درباره این ابداعات بزرگ ایرانیان است و شاید کمتر کتابی در زمینه هیدرولوژی و هیدروژئولوژی در جهان نگاشته شده است که در مقدمه آن ذکری از شاهکار تکنیک حفاری و ساختمان جالب و در عین حال تحسین برانگیز قنات نرفته باشد.

معرفی کوتاه:

می توان گفت که DRAIN یک مدل چند منظوره تحت ویندوز است که برای طراحی و تجزیه و تحلیل رواناب های شهری و حوضه های طبیعی استفاده می گردد. این برنامه برای نخستین بار در ژانویه سال 1998 به وسیله کمپانی Watercom استرالیا عرضه گردید. این مدل توسط Geoffrey O’Loughlin از ترکیب دو مدل ILSAX و PIPE ساخته شده است.

این برنامه قادر است سیستم های زهکشی در تمامی ابعاد و مساحت ها تا حدود 10 کیلومتر مربع تجزیه تحلیل و طراحی نماید. این برنامه می تواند به واسطه روابط موجود بارش هایی را با هر پایه زمنی به رواناب تبدیل کرده و سیستم های زهکشی را شامل لوله ها، کانال ها و جویها با قواعد هیدرولیکی طراحی نماید. در یک بسته نرم افزاری DRAIN مدل های هیدرولوژیکی ILSAX؛ مدل های روند یابی هیدرولوژیکی و مدل های هیدرولیکی جریانات ناپایدار و شبه پایدار وجود دارد هنین برنامه توانایی طراحی سیستم ها را به صورت خودکار داشته و می تواند به برنامه های CAD و GIS متصل گردد.

معرفی کوتاه:

سازمان های دولتی و غیر دولتی متعددی روش های مختلفی برای حفاظت از محیطهای آبی در مناطق شهری ابداع کرده اند که بیشتر روی منابع نقطه ای آلودگی ها و بطور کلی منابع آلوده کننده نقطه ای تاکید داشته اند؛ بطوری که فاضلاب های مرکز صنعتی از مهم ترین نقاط ترکز می باشند. اما اکنون توجهات بیشتر به سمت منابع آلوده کننده پخشی و غیر نقطه ای متمرکز شده است که در این میان پرداختن به بحث رواناب شهری به عنوان مهمترین حامل آلودگی در مناطق شهری از جایگاه ویژه ای برخوردار است.

کنترل آلودگی در آبراهه ها و مسیر های انتقال معمولا دارای مشکلاتی می باشد... زیرا آلودگی در تمام سطح حوضه و به عبارتی هر جایی که باران به سطح زمین می رسد وجود دارد و در صورتی که جریان زیاد گردد، تمام سطوح مجاور مسیر کانال را می تواند بگیرد. به همین دلیل اقدامات موفق در خصوص مدیریت رواناب در مناطق شهری باید با دیدگاه حوضه ای انجام شود و تاکید ویژه بر روی اخذ آلودگی و کنترل مواد آلاینده در مبدا باشد که این فرآیند نیازمند ترکیب علوم مختلف شامل طراحی شهری، هیدرولوژی شهری، آمایش سرزمین و... می باشد.

یکی از برنامه هایی که امکان شبیه سازی کیفیت و کمیت رواناب در حوضه های شهری را فراهم می آورد و تأثیر دامنه وسیعی از اقدامات سازه ای و رایج در مدیریت کمیت و کیفیت رواناب شهری را مورد تحلیل قرار می دهد برنامه MUSIC می باشد.

مرزهای مهندسی سد با به کارگیری درسهای آموخته از طرحهای شکست خورده گسترش بسیاری یافته است. اغلب مسائل قابل انتساب به علتهای ساده و غالبا مربوط به ارزیابی غلط کیفیت و کمیت پارامترهای پی سدها بوده است. نظر باینکه توانائی سازند های طبیعی در محل های احداث سد و مخزن، برای نگهداری یا هدایت آب بسیار متفاوت می باشند، هر ساختگاه سد ویژگیهای مختلفی دارد که توجه و بررسی خاطی را طلب می کند.

از مدتها قبل مهندسین زیادی آمار شکست و حوادث پیش آمده در سدهای مخزنی را برای ارتقاء دانش صنعت سد سازی جمع آوری نموده تا این سازه های مسلم مفید را براساس بهره برداری مناسب از یافته های موجود ایمن تر طراحی نموده و یا این سازه ها مناسب تر ساخته شوند. از سالهای ١٩٧٤ تا ١٩٨٣ کمیسیون جهانی سدهای بزرگ اقدام به چاپ نشریاتی نموده که در مجموع سعی گردید تا در مطالعات مذکور به سئوالات زیر را پاسخ لازم داده شود:

شرایط مرزی و شرایط اولیه

در این قسمت با معرفی شرایط مرزی و شرایط اولیه، مسایل مهم مربوط به تعیین این شرایط در هنگام شبیه سازی آب های زیرزمینی تشریح می شود.

شرایط مرزی

شرایط مرزی به محدودیت هایی گفته می شود که بر شبکه مدل اعمال می شود تا اندرکنش بین محدوده شبیه سازی و محیط اطراف مدل را نشان دهد و به کمک آن نتیجه تغییرات محیط بر روی محدوده مدل مشاهده می شود. انتخاب درست شرط مرزی یک گام حیاتی در طراحی مدل ها می باشد. وجود خطا در آن می تواند باعث ایجاد خطاهای قابل توجهی در نتایج شبیه سازی شود. انتخاب نوع شرط مرزی بستگی به مدل مفهومی، ویژگی های فیزیکی و نوع اطلاعات صحرایی موجود دارد. شرایط مرزی بسته به موقعیت شان در محدوده شبیه سازی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

معیارهای تقسیم بندی گستره مدل به اجزای کوچک تر

همان طور که در قسمت روشهای حل عددی اشاره شده است برای حل معادلات دیفرانسیل جزیی باید محیط را به اجزای کوچک تر تقسیم کرد. در روش تفاضل های محدود معمولا منطقه مطالعاتی با استفاده از خطوط موازی عمود بر هم یا غیر عمود در فضای منحنی الخط به تعدادی جز چهار ضلعی (سلول) تقسیم می شود. در روش اجزای محدود یا حجم محدود، منطقه به تعدادی المان چندضلعی تقسیم می شود. هر قدر ابعاد سلول ها کوچک تر باشد تعداد سلول ها بیش تر شده و دقت محاسبات افزایش می یابد. با افزایش تعداد سلول ها، داده های ورودی بیش تری مورد نیاز بوده و حجم کار آماده سازی داده ها و نیز حجم عملیات محاسباتی به مراتب بیش تر خواهد شد، البته در مناطق دور از محل های مورد توجه و مکان های فاقد آمار و اطلاعات، کوچک کردن اندازه سلول ها کمک چندانی به افزایش دقت محاسبات نمی کند. از سوی دیگر (با توجه به مسایلی همچون ناهمگنی آبخوان) انتخاب سلول هایی با ارائه - ابعاد بزرگ باعث ایجاد خطا و عدم دست یابی به نتایج با دقت قابل قبول می شود. عوامل موثر بر اندازه سلول در جدول زیر شده اند.