آب و فاضلاب و اثرات آن بر محیط زیست

- بررسی و تحلیل کلی مسائل ویژه حاد زیست محیطی

- معرفی نحوه جمع آوری فاضلاب در بخشهای مختلف منطقه، نارسایی و پیامدهای نامطلوب  آن

- انواع فاضلاب

میزان فاضلاب صنعتی یا پساب ایجاد شده از تولیدات صنعتی در منطقه قابل توجه نبوده و نسبت به کل فاضلابهای تولیدی نقش چندانی ایفا نمی‌کند گزارش" شناخت واحدهای صنعتی شهر تهران – سال 1375 تعداد واحدهای صنعتی مستقر در منطقه دو را 36 واحد یعنی 26/1 درصد کل واحدهای صنعتی مناطق بیستگانه شهر تهران عنوان کرده است . و نظر به اینکه طی سالهای اخیر تعدادی از این واحدها نیز به خارج از شهر تهران انتقال یافته‌اند، از تعداد و نقش آنها کاسته شده است.

-  روشهای دفع فاضلاب

مجموعه کامل انواع شیوه های دفع فاضلاب شامل: چاههای جذبی، جوی خیابانها، مسیلها، قنوات، سپتیک تانکها، شبکه گردآوری فاضلاب، در منطقه دو مورد استفاده قرار می‌گیرد.

چاههای جذبی و جوی خیابانها و کانابها مثل خیابان زنجان اصلی ترین حجم فاضلاب منطقه شامل فاظلاب خانگی و آبهای سطحی را جمع آوری و هدایت می‌کنند.

مسیلهای طبیعی و انسان ساخت موجود نیز در کنار قنوات قدیمی کار جمع آوری و هدایت بخش دیگری از فاضلاب را در منطقه بعهده دارند که شامل مسیل فرحزاد، مسیل کوی مطهری (به موازات اتوبان شیخ فضل الله نوری)، درکه و سیل برگردان غرب که مجموعه فاضلاب جاری در این مسیلها تا رودخانه کن هدایت می‌شوند.

انتقال آبهای سطحی ناشی از بارندگی از وظایف اصلی مسیلهای فوق بوده در حالیکه کار هدایت قسمتهایی از فاضلابهای شهری در مناطقی که دفع فاضلاب دچار مشکل می‌گردد نیز بصورت غیر مجاز به عهده این مسیلها قرار گرفته است.

سپتیک تانکها و تصفیه خانه های کوچک در تعداد زیادی از ساختمانهای بلند مرتبه، مجتمع‌های مسکونی و شهرک هایی که در منطقه دو احداث گردیده، کار گرد آوری و دفع فاضلاب را بعهده دارند.

البته در برخی از این شرکتها از چاههای جذبی و یا سایر شیوه های دفع فاضلاب نیز استفاده می‌شود.

شهرک فرهنگیان از یکصد چاه جذبی جهت فاضلاب استفاده می‌کند.

شهرک پاس علیرغم داشتن تصفیه خانه فاضلاب، به دلیل از کار افتادن و خرابی سیستم، عملاً فاضلاب خود را به مسیل موجود در غرب بزرگراه شیخ فضل الله (مسیل کوی مطهری) هدایت می‌کند.

بخشی از فاضلاب شهرک قدس به علت شکستگی حاصله در لوله گذاریهای زیرزمینی، قبل از رسیده به تصفیه خانه شهرک قدس، در شمال بزرگراه همت به مسیل کوی مطهری وارد می‌گردد.

مجتمع های آتی ساز و سامان 1و2و3 ساخته شده در اراضی بستر رودخانه درکه، علیرغم داشتن تصفیه خانه و سپتیک تانک با عملکرد ناقص آنها، با مشکل دفع فاضلاب مواجه می‌باشد . به گفته کارشناس اداره آب و فاضلاب، شهرداری بخشی از آب حاصل از فاضلابهای نیمه تصفیه شده آنرا جهت آبیاری فضای سبز مورد استفاده قرار می‌دهد.

در نواحی شمال بزرگراه اوین از غربی ترین نقاط تا شرقی ترین آن، شهرکهای متعددی ساخته شده است که روشهای دفع فاضلاب آنها چاههای جذبی یا سپتیک تانکها هستند. هیچکدام از این روشها نتوانسته اند پاسخگوی نیاز اهالی باشند. مثلاُ شهرک تامین اجتماعی عملاً فاضلاب خود را به دره حسنک در شمال دره فرحزاد وارد می‌کند. و یا نشتی فاضلاب شهرک مخابرات در اراضی پایین دست به سطح زمین راه پیدا کرده و محیط اطراف فروشگاه شهروند را نمناک کرده است.

کوی فراز، کیهان، پلیس نیز از شهرکهایی هستند که مسائل مشابه شهرکهای یاد شده دارند فاضلاب زندان اوین نیز با وجود مجهز بودن به سپتیک تانک وارد رودخانه درکه می‌شود.

شبکه گرد آوری فاضلاب در کوی نصر و شهرآرا وشهرک قدس به عنوان مدرن ترین سیستم دفع فاضلاب از زمان تاسیس شهرکهای مزبور احداث گردیده و مورد بهره برداری قرار دارد.

- جمعیت فعلی تحت پوشش شبکه گرد آوری فاضلاب در منطقه:

جمعیت منطقه بر اساس بر آورد سال 1380 بالغ بر 542000 نفر تعیین گردیده است. با توجه به جمعیت تحت پوشش شبکه گردآوری فاضلاب شهرک قدس، کوی نصر و شهر آرا که جمعاً بالغ بر 125000 نفر است، 23 ر صد اهالی منطقه از روش دفع فاضلاب به کمک شبکه گرد آوری و 77 درصد باقیمانده بطور عمده از روشهای سنتی یعنی چاههای جذبی و روشهای جذبی کنترل شده یعنی سپتیک تانکها و حمل فاضلاب استفاده می‌نمایند.

-  بر آورد حجم فاضلاب تولید شده

بدلیل عدم انطباق مناطق شهرداری و شرکت آب و فاضلاب، آمار دقیقی از مصرف آب مشترکین در منطقه دو بدست نمی‌آید. ولی با توجه به برآورد جمعیت در سال 80 که جمعیت را حدود 542000 نفر میداند و با اعمال میانگین سرانه مصرف آب در شهر تهران که روزانه 323 لیتر اعلام شده است . فاضلاب تولید شده در منطقه روزانه حدود 140000 منر مکعب تخمین زده می‌شود. این میزان شامل پساب های خانگی، اداری، خدماتی، کارگاهی می‌باشد و فاضلابهای سطحی و آبیاری فضاهای سبز را در بر نمی‌گیرد.

- پیامدها و مشکلات ناشی از دفع فاضلاب با روشهای فعلی

طبق استاندارهای بین المللی شهری که دارای شبکه جمع آوری . انتقال و تصفیه فاضلاب نیست در تعریف «شهر سالم» نمی‌گنجد و تهران چنین است.

در منطقه دو نیز بدون در نظر گرفتن پسابهای ناشی از آبیاری فضاهای سبز و آبهای سطحی در هر ثانیه حدود 1600 لیتر فاضلاب تولید می‌شود که رقمی کمتر از 200 لیتر آن در تصفیه خانه شهرک غرب مورد تصفیه قرار گرفته و بقیه بدون هر استفاده ای دفع می‌گردد. « اگر طرح تصفیه خانه های تهران بطور کامل اجرا شود 25000 لیتر در ثانیه پساب بهداشتی فاضلاب که هم اکنون هدر می‌رود در جنوب تهران بدست می‌‌آید که برای  مصارف کشاورزی فوق العاده موثر و مفید است . (25000 لیتر در ثانیه برای 5/10 میلیون جمعیت) ضمن آنکه از تخریب فاجعه بار محیط زیست نیز جلوگیری می‌کند و این برابر با ساخت دو سد در جنوب تهران است. ( به نقل از شرکت فاضلاب تهران).

تمامی شیوه های موجود دفع فاضلاب در منطقه منجربه ایجاد آلودگیهای وسیع و گسترده زیست محیطی می‌شود که در زیر به مختصری از هر یک اشاره خواهد شد.

1-  سیستم چاههای جذبی و سپتیک تانکها

حدود 80 در صد از فاضلابهای خانگی تولید شده در منطقه به وسیله چاههای جذبی و سپتیک تانکها دفع می‌شوند و با توجه به عملکرد بسیار ناقص سپتیک ها و حتی برخی از تصفیه خانه های محدود و کوچک در منطقه باید گفت بخش عمده فاضلاب به لایه های داخلی زمین هدایت می‌گردند که پیامدهای زیر را در پی دارد.

آلودگی آبهای زیرزمینی و قنوات

با استمرار تخلیه فاضلابهای شهری و صنعتی به این منابع غلظت مواد و عناصری

چون ازت، دتر جنت ها (پاک کننده ها) فلزات سنگین نظیر مس، سرب، روی، کادمیوم، ارسینک در آن رو به افزایش است. غلظت این مواد مصرف آبهای زیرزمینی را جهت شرب محدود نموده است. کاهش قدرت خود پالایی رسوبات آبرفتی دشت تهران ، عدم رعایت حرائم ضروری بین کف چاههای جذبی تا سطح آزاد آبهای زیرزمینی ، ورود مستقیم فاضلاب به قنوات دایر بعنوان راه حلی جهت دفع معضل فاضلابهای خانگی که توسط چاه کن های محلی صورت میگیرد و یا ساخت و ساز در حریم قنوات باعث می‌شوند آبهای زیرزمینی و قنوات بوسیله فاضلابها بشدت آلوده شدند. خطر ریزش ساختمانهایی که حریم را رعایت نکرده اند و ریزش دیواره های قنوات از پیامدهای ثانوی چنین مشکلی می‌باشد.

بالا آمدن سطح آبهای زیرزمینی

ورود روزانه 2000000 متر مکعب فاضلاب به داخل زمین در تهران باعث بالا آمدن آبهای زیرزمینی شده و نظم طبیعی لایه های خاک را بهم ریخته و سبب لغزنده شدن لایها های زیرزمین خاک می‌گردد . از طرفی در این شرایط قنوات نقش زهکش را برای فاضلابها ایفا می‌نمایند و این خود یکی از دلایل آلودگی قنوات می‌باشد.

آلودگی محیط زیست شهری

در بخشهای شمال منطقه که ساختار زمین سنگی است بدلیل جاذب نبودن خاک، فاضلابها به سطح زمین راه یافته، پس از آلوده کردن اراضی پایین دست به همراه جریان آبهای سطحی وارد جویها، نهرها، کانالها شده و نهایتاً همراه با آب رودخانه های فرحزاد و درکه و آبهای سطحی دیگر به مسیل برگردان غرب وارد شده و به همراه نهر فیروزآباد خود را به اراضی کشاورزی جنوب تهران می‌رسانند.

اما در خصوص سپتیک تانکها و نشت فاضلاب از آنها به داخل زمین و یا مسیلها و رودخانه های فرحزاد و درکه و همچنین تخلیه غیر مجاز آنها در جویها و نهرها و در فضاهای باز شهری باید گفت که شدت این آلوده سازی بسیار گسترده می‌باشد. 

برکه های تثبیت فاضلاب

مقدمه:

برکه های تثبیت فاضلاب گودال های خاکی هستنند که فاضلاب خانگی و دیگر فاضلاب ها برای مدت طولانی در آن ها نگهداری شده و با عمل ته نشینی و به کمک نور،  حرارت، رشد جلبک ها و میکروارگانیسم ها مواد آلی موجود در فاضلاب تجزیه و تثبیت می گردند.

فرایند های طبیعی در تصفیه فاضلاب در برکه نقش اساسی  داشته و برکه ها جزء روش های ارزان قیمت تصفیه فاضلاب هستند. مهمترین معایب برکه ها تولید بو، پرورش حشرات ، بالا بودن غلظت جامدات معلق در پساب، نیاز به زمین زیاد و اتلاف آب به علت تبخیر و نشت والودگی اب های زیر زمینی
می باشد.

متداولترین نوع برکه ها برکه های اختیاری تثبیت فاضلاب هستند. که در آنها همزیستی میان جلبک ها و باکتری ها  در جریان است. برکه های اختیاری دو نوع می باشند یکی برکه های اختیاری اولیه که فاضلاب خام را دریافت می کنندو دیگری برکه های اختیاری ثانویه که فاضلاب ته نشین شده یا پساب برکه بی هوازی را دریافت میکنند و برکه تثبیت اختیاری مورد بررسی ما از نوع دوم است.

رنگ فاضلاب در برکه های اختیاری به رنگ سبز دیده می شود. غلظت جلبک ها در پساب برکه های اختیاری با توجه به میزان بار گذاری و درجه حرارت معمولا در محدوده 2000- .500 میکروگرم کلروفیل a در هر لیتر قرار دارد .گاهی رنگ برکه به صورت قرمز یا صورتی در می آید به ویژه زمانی که بار آلی ورودی به آنها بالاست و به سبب وجود باکتری های اکسید کننده سولفید می باشد.[1]گزارش بانک جهانی (Shuval .et. al 1986) مفهوم برکه های تثبیت فاضلاب را که سیستم بسیار مناسبی برای استفاده خروجی آن در کشاورزی است تصدیق کرد. جدول (1) مزایا و معایب برکه ها را در مقایسه با سایر فرآیندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب با سرعت زیاد و سرعت کم، فراهم کرده است. نکته اینکه لاگن های هوادهی شده و سیستم WSP به عنوان سیستم های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب با سرعت کم بررسی شده اند برکه های تثبیت، فرآیندهای تصفیه فاضلاب ترجیح داده شده اند در کشورهای در حال توسعه که زمین غالباً با هزینه و موقعیت معقول در دسترس است و نیروی کار متخصص اندکی وجود دارد. 

بلایای طبیعی

چکیده  

ما در کشوری زندگی می­کنیم که به صورت سنتی از زلزله به عنوان بلا یاد می­شود. از نظر متخصصان، زمین لرزه پدیده­ای کاملا طبیعی است که در راستای تکامل کره­ زمین اتفاق می­افتد. حال باید دید که چرا زمین­لرزه می­تواند چنین خسارت بار و مصیبت آفرین باشد؟ شاید کلید آن در عدم درس گرفتن از اتفاقات گذشته و فراموشی است. زلزله همانند باران، که بصورت متناوب اتفاق می­افتد، یک پدیده تکرار پذیر است. تنها تفاوت آن در مقایسه با باران این است که زمان تکرار آن بسیار طولانی است و گاهی به صدها سال می­رسد. در نتیجه عمر بشر آنچنان کوتاه است که نمی­تواند وقوع زمینلرزه ها را بصورت تکرار پذیر و متناوب ببیند. تاریخ کهن ایران زمین علاوه بر مکتوب نمودن حوادث بشری، حوادث طبیعی را نیز ثبت نموده است. گاهی چنین به نظر می­رسد که در کوچکترین فعالیتهای روزمره از وجود چنین گنجینه کهنی غافل می­شویم و همان اشتباهی را که نیاکان ما مرکتب شده­اند را دوباره تکرار می­کنیم. بحث زمین لرزه نیز از چنین مقوله ای مستثنا نیست و تاریخ ما گزارشهایی از زمین لرزه های مخرب در گوشه و کنار این مرز و بوم ارائه می­نماید. در این بین تاریخ نویسان گزارشهای متعددی را از زمینلرزه های ویرانگری در شهر تبریز ارائه نموده­اند. در مقاله حاضر پس از مرور اجمالی تاریخ زمین لرزه های شهر تبریز، به بررسی گسل مسبب این زلزله­ها خواهیم پرداخت و در نهایت خواهیم دید که در حال حاضر شرایط ساخت و ساز در این شهر چگونه است و طرح جامع کشوری این کشور را به کدامین سو کشانده است.

مقدمه

این واقعه را تصور کنید :

پایتخت کشور در کمتر از چند ثانیه زیر و رو می شود. خانه های مسکونی و ساختمان های بزرگ از هم پاشیده شده و بر روی خاک فرود می آید. گرد و غبار و اوار تمام شهر را فرا می گیرد. آتش از نقاط مختلف شهر زبانه می کشد. و دودی سهمگین آسمان را پوشانده است. فریاد و گریه و ناله از هر سو به گوش می رسد و بازماندگان این فاجعه به کوچه ها و خیابان ها ریخته و نومیدانه آوار را در پی گرفتن عزیزانشان پس می زنند. تعداد مجروحین و معدودمین لحظه به لحظه فزونی می یابد و پزشکان باقیمانده بیمارستان های ویران و نیمه ویران شهر به علت قطع منابع انرژی در تجهیز دستگاه های بیمارستانی نیمه سالم و سالم ناتوان می باشند.

ادارات دولتی، زندان، سرباز خانه ها و ... همگی ویران شده و ساکنان آنها هر یک به سویی می گریزند، و در غیاب نیروهای کارآمد نظامی و انتظامی دسته های غارتگر از این رج و مرج سود جسته و درگوشه گوشه شهر به غارت و چپاول باقی مانده اموال مردم مشغول هستند، اصلی ترین منابع ارنژی شهر، آب و برق، قطع شده و نیروهای امداد ناتوان از انجام وظیفه خود در مهار آتش و یاری رساندن به بازماندگان این فاجعه عظیم می باشند. این چهره شهری است که روزی .... نامیده می شد و زلزله به این گونه نابودش نمود.

زمین همواره در حال تغییر و لایه های زیرین آن در حال تحول و جابجایی است. حاصل این تغییر و تحول زلزله را پدید می آورد که در طی آن همیشه آدمی بر حسب موقعیت اقلیمی و جغرافیایی و یا نوع مقاوم سازی محیط خویش در برابر این واقعه، خسارات جانی و مالی و کم و بیشی را متحمل شده است.

از سویی، زلزله در قرآن کریم نیز به عنوان نشانه ای از عظمت خداوندگاری معرفی شده است که بدیهی است باید با اندیشه در آن، ارتباطش با طبیعت را کشف نمود تا بل از این رهگذر اندکی از حقایق دستگاه آفرینش بر ما روشن گردد.

با هدف تشریح و شناخت زلزله و نیز چگونگی راه های پیشگیری و مقابله با آن این تحقیق انجام شده است و امید که توانسته باشیم شناخت اجمالی از زلزله، زلزله های جهان، زلزله تهران و مدیریت آن را بیان نماییم.

یک قرن همراه با بلایای طبیعی

انسان همواره از زمین لرزه وحشت دارد . هر سال در اثر خرابی های عظیمی که زمین لرزه ها به وجود می آورند ، افراد زیادی جان خود را از دست میدهند .زمین لرزه ها اگر شدید باشند ، بزرگترین سوانح و بلایای طبیعی[1] را باعث می شوند . سالانه حداقل دو زمین لرزة‌بزرگ و هزاران لرزة کوچک تر در زمین رخ میدهد فقط در موارد معدودی می توان زمین لرزه را پیش بینی کرد  از قبل اخطارها و توصیه های لازم را به اطلاع مردم رساند.

وقوع سیلاب و آثار مخرب آن

سالیان متمادی است انسان در تقابل با پدیده های طبیعی بوده و همواره در معرض خطرات ناشی از وقوع پدیده های زیانباری نظیر سیل قرار داشته است. در حال حاضر نیز سالانه خسارات مالی و جانی فراوانی بر اثر بروز سیلابهای عظیم به مردم وارد می شود. به طور مثال وقوع سیلاب در 12 استان کشور طی بهمن ماه سال 1371 باعث قربانی شدن بیش از 220 نفر و خساراتی بالغ بر دهها میلیارد ریال گردید (1).

مسئله مهم دیگری که همزمان با حرکت آب و وقوع سیلابها رخ می دهد. حرکت ذرات خاک از سطح حوضه های آبخیز و ورود این ذرات به مجاری طبیعی همچنین جابه جایی این ذرات در طول
رودخانه ها از نقطه ای به نقطه دیگر می باشد که اثرات جنبی و مضاعف بروز سیلابها محسوب گردیده و موجب روبگذاری یا فرسایش و تغییر در تراز بستر رودخانه و در نتیجه تغییر در تراز سطح آب می گردد. افزایش تراز بستر و بالا آمدن کف منجر به کاهش ظرفیت مجاری طبیعی شده. همچنین پر شدن مخازن سدها و کانالهای آبیاری از رسوب از سایر عوارض آن می باشد. بنابراین پیش بینی تراز سطح آب با در نظر گرفتن مسئله رسوب در مجاری طبیعی از اهمیت خاصی برخوردار است. تغییرات بستر رودخانه ها که به دو صورت بالا آمدن بستر (Aggradation) و کف کنی (Degradation) است یکی از پدیده های مهم مهندسی رودخانه می باشد. این امر زمانی بوجود
می آید که که وضعیت تعادلی پارامترهای مختلف رودخانه تحت شرایطی بهم بخورد. منظور از پارامترهای مذکور، دبی جریان، دبی رسوبات، مقطع و سیب رودخانه و اندازه مواد بستر می باشد. شرایطی که باعث بهم زدن این تعادل می باشد ممکن است طبیعی و یا توسط بشر باشد. مسائل فوق علاوه بر اینکه باعث تغییر رژیم رودخانه می شود سبب خواهد شد تا سازه های هیدرولیکی اطراف رودخانه نیز در مخاطره قرار گیرند.

پیش بینی شرایطی که تحت آن شرایط، بالا آمدن یا کف کنی بستر رودخانه بوجود می آید. همچنین تعیین میزان آن، در نتیجه چگونگی تاثیر آن بر شرایط هیدرولیکی رودخانه موضوعی است که از دیرباز مورد توجه مهندسین هیدورلیک قرار گرفته است. روشهای مختلفی نیز پیشنهاد گردیده است. تعدادی از این روشها با استفاده از فرضیات متعدد و بکار گیری اصول حاکم بر حرکت نخستین ذره (Incepient Motion) بوجود آمده اند و روابط جبری نسبت ساده ای را تشکیل می دهند که در آن پروفیل نهایی بستر را بدست می دهند.  تعداد دیگری از روشها با بکار بردن فرضیات کمتری و بکار بردن معادله پیوستگی رسوب منجر به پیدایش معادله ای می شود که با حل آن می توان تغییرات بستر رودخانه را نسبت به زمان پیش بینی نمود.

بطور کلی روابط حاکم بر حرکت جریانهای سیلابی و جریان در مجاری فرسایش پذیر معادلات جریان غیر ماندگار موسوم به معادلات Saint Venant  می باشند. از آنجا که تاثیر متقابلی بین تغییرات بستر و شرایط هیدورلیکی جریان وجود دارد در رودخانه های آبرفتی علاوه بر حل همزمان معادلات مذکور شامل:  1- معادله پیوستگی جریان (معادله بقاء جرم سیال)        Continuity Equation            

2- معادله ممنتم (معادله بقاء اندازه حرکت)                        Mcmentum Equation

لازم است معادله پیوستگی رسوب (Sediment Continuity Eqution) نیز حل شود. همچنین به دو معامله کمکی جهت برآورد ظرفیت حمل رسوب رودخانه و تعیین شیب خط انرژی نیاز می باشد. از قدیمیترین مدلهایی که در این رابطه بوجود آمده مدل HEC-6 می باشد که در سال 1977 توسط اداره مهندس ارتش امریکا تهیه گردیده است. در این مدل ابتدا پروفیل سطح آب با استفاده از معادله انرژی محاسبه  می شود ( در این قسمت مدل ریاضی پیش بینی پروفیل سطح آب بر اساس جریان متغیر تدرجی برای کانالهای غیر فرسایشی موسوم به HEC-2 می باشد) و برای هر فاصله زمانی با بکار بردن معادله پیوستگی رسوب و یک رابطه تجربی برای محاسبه میزان رسوب حمل شده، پروفیل بستر را محاسبه می کند. مدلهای دیگری هم سپس از آن بوجود آمده اند که اکثراً به صورت
بسته های نرم افزاری به بازار عرضه شده اند.

مدل تهیه شده در این پایان نامه یک مدل ریاضی یک بعدی غیر ماندگار برای کانالهای فرسایش و غیر فرسایشی است که معادلات کامل جریان غیر ماندگار و معادله پیوستگی رسوب را بطور همزمان و با استفاده از روش عددی حل می نماید.

روشهای عددی شامل روش تقاضای محدود و روش المانهای محدود است ولی روش تقاضاهای محدود کاربرد بیشتری دارد. در روش تقاضاهای محدود. معادلات دیفرانسیل جزیی حاکم با استفاده از
شم های (Schemes) دیفرانسیل به معادلات جبری تبدیل می شوند. این شم ها متفاوت بوده و کاربرد آن ها در یک مسئله خاص ممکن است مزایا و معایبی را به همراه داشته باشد.

مسئله مهمی که در حل معادلات حاکم وجود دارد مسئله کوپلینگ (Couqling) بین معدلات جریان و رسوب است. منظور از کوپلینگ در نظر گرفتن تغییرات در کلیه متغیرها در محاسبه مقدار نهایی هر متغیر وابسته است و این کار با استفاده از شم دو مرحله ای پیش بینی و تصحیح میسر شده است. در هر مرحله معادلات مذکور بطور همزمان حل می شوند. به عبارت دیگر در صورتی که معادله پیوستگی رسوب بعد از حل کامل معادلات جریان حل می شد کوپلینگ ایجاد نمی گردید.  بنابراین مدل حاضر یک مدل کوپل شده می باشد. ضمناً کوپلینگ بین معادلات باعث افزایش پایداری مدل نیز می گردد. کاربرد روشهای کوپل نشده در شرایطی که شیب کف زیاد باشد منجر به بروز ناپایداری عددی
می شود و جهت ایجاد پایداری بایستی از عملیات سعی و خطا در هر گام زمانی بهره جست ولی در مدل حاضر نیازی به سعی و خطا نیست و مدل از پایداری خوبی برخوردار است و همین امر زمان اجرای مدل را به شدت کاهش می دهد. همچنین کاربرد شم صریح مک.

انتخاب روشی مناسب جهت بازسازی خلاء‌های آماری بارندگی

- مقدمه و هدف

اولین قدم در بررسیهای علمی- مهندسی  مربوط به محیط نظیر پروژه های آبی،تحقیقات منطقه ای هواشناسی کشاورزی و نظایر آن ،  مطالعات هواشناسی است، به طوریکه مطالعات سایر بخشها، مانند هیدرولوژی، سیلخیزی، فرسایش و رسوب ، و پهنه بندی های آگروکلیمایی وغیره بر آن متکی است.

بدیهی است دسترسی به داده‌های کافی و دقیق شبکه ایستگاه‌های هواشناسی از یک طرف موجب کوتاهتر شدن مدت مطالعات گردیده و از طرف دیگر موجب  بر آورد دقیقتر پارامترهای هدف و تقلیل هزینه های اجرایی طرحها می گردد.  

از آنجا که آمار هواشناسی و به ویژه بارندگی در ایران با خلاء‌های گسترده ناشی از عدم دیده‌بانی یا مشکوک بودن ارقام مواجه است، لذا دستیابی به یک روش صحیح بازسازی خلاء‌های آماری ضروری به نظر می‌رسد.

آنچه در این پژوهش دنبال می‌شود انتخاب روشی مناسب جهت بازسازی خلاء‌های آماری بارندگی می‌باشد به طوریکه آمار بازسازی شده با آنچه واقعیت داشته ولی به دلایلی ثبت نگردیده حتی الامکان نزدیک باشد.

1-2- فرایند بارش و ویژگی‌های آن

1-2-1- بارش

بارش شامل کلیه نزولات جوی مانند باران، برف و تگرگ می‌باشد که در اقلیم های مختلف باران و یا برف قسمت عمده از آن را تشکیل می‌دهد. بارش یکی از ورودی های اصلی سیکل هیدرولوژی می‌باشد. بارندگی در مناطق مرطوب با پراکنش منظم و در تمام طول سال اتفاق می‌افتد، در حالیکه در مناطق خشک و نیمه خشک پراکنش نامنظم است و حتی گاهی در یک بارندگی کوتاه مدت بیش از 50% بارندگی سالانه بوقوع می‌پیوندد.

1-2-2- فرایند بارش

به طور کلی مکانیسم بارندگی ناشی از افزایش رطوبت نسبی هوا تا حد معینی است که این پدیده یا در اثر تبخیر از سطح آب یا سطوح نمناک یا در اثر کاهش دمای هوا حاصل می‌شود و یا ممکن است تلفیقی از این دو باشد.

سرد شدن هوا در طبیعت عمدتاً معلول صعود هواست. در این عمل که تقریباً به حالت آدیاباتیک می‌باشد. هوا ضمن صعود به علت کاهش فشار سرد می‌شود. مکانیسم‌های اصلی صعود هوا عبارتند از صعود جبهه‌ای، صعود کوهستانی، صعود جابجایی و صعود سیکلونی.

چرخه آبی در اتمسفر سه مرحله مجزا از هم تشکیل می‌دهد که عمدتاً عبارت از تبخیر، تراکم و بارندگی هستند. تفاوت تبخیر و تراکم امری واضح و روشن است ولی تفاوت تراکم و بارندگی توضیح بیشتری نیاز دارد.

به طور کلی فرایند تراکم شامل یک انباشتگی حداکثر از مولکولهای بخارآب تا رسیدن به حد ذرات ریز است در صورتیکه فرایند بارندگی، مرحله‌ای از پیوستن ذرات ریز یا قطرکها و سیکل قطرات مایع و یا تراکمی از بلورهای یخ می‌باشد.

عمل تراکم احتیاج به یک هسته[1] که هسته تراکم[2] نامیده شده دارد تا مولکولهای آب در اطراف آن جمع شوند. ذرات گرد و خاک معلق در هوا می‌توانند به عنوان هسته‌های تراکم عمل کند. ذرات دارای یون روی هسته‌ها اثر می‌کنند، زیرا یونها با داشتن الکتریسیته ساکن مولکولهای آب را در باندهای قطبی خود جذب می‌کند. یونها در اتمسفر شامل ذرات نمک ناشی از تبخیر از سطح دریا و یا ترکیبات سلفور و نیتروژن ناشی از احتراق می‌باشند. قطر این ذرات از 3-10 تا 10 میکرون تغییر می‌کند که این ذرات به عنوان هواویز[3] شناخته می‌شوند. برای مقایسه باید متذکر شد که اندازه یک اتم حدود 4-10 میکرون است، بنابراین کوچکترین هواویز ممکن است فقط از چند اتم تشکیل شده باشد.

قطرات ریز که در اثر حرکت تلاطمی حمل می‌شوند بوسیله تراکم و برخورد با ذرات مجاور خود رشد می‌کند تا اینکه به اندازه کافی بزرگ شوند، این عمل تا آنجا ادامه می یابدکه نیروی جاذبه زمین بر اصطکاک غالب شود و شروع به ریزش کنند. افزایش بیشتر اندازه قطرات در نتیجه برخورد آنها با قطرات دیگر در مسیر ریزش صورت می‌گیرد. گاهی وقتیکه قطره به سمت پائین حرکت می‌کند هنگام عبور از لایه‌های گرمتر تبخیر می‌شود و اندازه قطره کاهش یافته و بنابراین ممکن است قطره باز به اندازه یک هواویز تبدیل شود و به واسطه حرکت تلاطمی هوا به سمت بالا حرکت کند در حرکت به سمت بالا فقط یک سرعت 5/0 سانتیمتر بر ثانیه کافی است تا یک قطر 100 میکرونی را حرکت دهد. (محمدپور، 1373)

چرخه تراکم، ریزش، تبخیر و صعود به طور متوسط حدود 10 بار قبل از اینکه قطره به اندازه بحرانی حدود 1/0 میلیمتر برسد اتفاق می‌افتد.

1-2-3- انواع بارندگی

هوای مرطوب در اثر صعود و سرد شدن به مرحله‌ای می‌رسد که دیگر قادر به نگهداری رطوبت خود نیست ،در نتیجه تولید بارندگی نموده که بر مبنای نحوه صعود هوای مرطوب، بارندگیها را به صورت زیر تقسیم‌بندی می‌کنند:

الف- بارندگیهای همرفتی[4]

در اتمسفر آرام هوای اشباع و غیر اشباع مجاور سطح زمین بر اثر تشعشعات خورشید بویژه به روش غیر مستقیم گرم و در نتیجه منبسط شده و به طور عمودی جابجا می‌شود. در حین صعود بسته به وضعیت رطوبتی طبق گرادیان آدیاباتیک خشک (یعنی 10 درجه سانتیگراد به ازاء هر کیلومتر) و یا آدیاباتیک اشباع (یعنی 4 تا 8 درجه سانتیگراد به ازاء هر کیلومتر) سرد شده و در یک ارتفاع که ارتفاع تراکم نامیده می‌شود به نقطه میعان می‌رسد. از این ارتفاع به بالا ابرها شروع به تشکیل شدن می‌کند و اگر جریان قائم اولیه جابجایی شدت داشته باشد،این عمل می‌تواند مدتها ادامه یابد. مسلماً سیستم ابر حاصله پس از رسیدن به نقطه سرد و یا دارای تلاطم نسبتاً شدید،ایجاد باران خواهد نمود. بنابراین بارندگیهای حاصل که به کنوکسیون شهرت دارند محصول هوای گرم بوده که اغلب با رعد و برق و طوفان همراهند. قسمت اعظم این بارندگیها به صورت باران و یا همراه با تگرگ می‌باشد. این بارندگیها عمدتاً در مناطق گرمسیری و استوایی دیده می‌شود، چون در آنجا بر اثر ضعف عادی بادها جریانات هوا اغلب عمودی است.