دوره 15، شماره 1 - ( بهار و تابستان 1403 )                   جلد 15 شماره 1 صفحات 93-78 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

rezaei moghadam H, Sheikh V, Azarakhshi M, Hosseinalizadeh M, Mohamadi J. (2024). Design and Construction of an Automatic Discharge and Sediment Load Monitoring Equipment. J Watershed Manage Res. 15(1), 78-93. doi:10.61186/jwmr.15.1.78
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1254-fa.html
رضایی مقدم حسن، شیخ واحدبردی، آذرخشی مریم، حسینعلی زاده محسن، محمدی جهانگیر. طراحی و ساخت دستگاه پایش خودکار سیل و رسوب پ‍‍ژوهشنامه مديريت حوزه آبخيز 1403; 15 (1) :93-78 10.61186/jwmr.15.1.78

URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1254-fa.html


1- گروه آبخیزداری، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان & دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران،
2- دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان و دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
3- گروه مهندسی طبیعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربت حیدریه، تربت حیدریه، ایران و گروه مهندسی طبیعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربت حیدریه، تربت حیدریه، ایران
4- گروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان و گروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
5- گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان و گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
چکیده:   (1534 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: برنامه‌ریزی‌های کلان و منطقه‌ای نیازمند داده‌های اندازه‌گیری شده از متغیرهای محیطی از جمله رواناب و رسوب معلق خروجی از آبخیزها است. داده، پایه و اساس تولید اطلاعات و دانش است و مدیریت علمی یک سیستم بدون پایش و اندازه‌گیری آن مقدور نیست. مدیریت سیستم آبخیز و منابع آب نیز از این قاعده کلی مستثنی نیست. با توجه به توسعه اقتصادی اجتماعی جوامع، تغییرات اقلیمی و فشار فزاینده بر منابع طبیعی و آبخیزها و بالتبع افزایش سیلاب‌ها و رسوبات ناشی از آن‌ها، در آینده نزدیک، احتمالاً الزام بیشتری برای دستیابی به اطلاعات صحیح‌تر درباره رسوب و رواناب وجود خواهد داشت.اگرچه ابزار و ادوات متعددی برای اندازه‌گیری مولفه‌های رواناب و رسوب توسط تعدادی از شرکت‌های خارجی تولید و روانه بازار شده اند، اما ازیک سو قیمت تمام شده آنها در کشور ایران بسیار بالا است و از سوی دیگر دستگاهی که بطور یکجا هر دو مولفه را پایش نماید وجود ندارد. از طرفی پیش نیاز شبیه­ سازی دقیق و کارآمد داده و اطلاعات دقیق و کافی جهت واسنجی و اعتبارسنجی مدل­ های شبیه ­سازی می ­باشد. داده و اطلاعات به عنوان ابزاری مهم در مدیریت و برنامه‌ریزی منابع آب و آبخیزها محسوب می‌شوند. فراهمی داده و اطلاعات در مدیریت سیستم آبخیز و منابع آب، به ارتقای بهره‌وری و بهینه‌سازی استفاده از منابع آب، پیشگیری از خطرات طبیعی مانند سیلاب و خشکسالی، مدیریت کیفیت آب، بهبود مدیریت عرضه و تقاضای آب کمک می‌کند. بنابراین، هدف این پژوهش، طراحی و ساخت یک دستگاه پایش سیل و رسوب با قابلیت ثبت خودکار ارتفاع جریان رواناب خروجی از آبخیزها و نمونه‌برداری برنامه‌ریزی شده از رواناب جهت اندازه‌گیری بعدی رسوب معلق با استفاده از سنسورها و ادوات ارزان قیمت می‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش یک دستگاه پایش رواناب خروجی و نمونه‌بردار رسوب معلق طراحی و ساخته شد که در خروجی زیر حوضه مورد مطالعه نصب شد. بدین منظور، سطح مقطع منظمی در خروجی زیرحوضه مورد مطالعه احداث گردیده و با نصب این دستگاه ابتکاری، هیدروگراف سیلاب خروجی حوضه و نمونه‌برداری بار معلق رسوب انجام شد. در این پژوهش از سنسورهای رطوبت ­سنج آنالوگ جهت اندازه ­گیری ارتفاع رواناب با فواصل 3 سانتی­ متر (دقت اندازه ­گیری 3
سانتی ­متر) استفاده شده است. جهت برداشت نمونه رسوب از پمپ­ هایDC سوپاپ­دار استفاده شد که با ایجاد خلا در ظروف نمونه­ گیر باعث انتقال نمونه رواناب به داخل ظروف می­ گردد. برای ارزیابی قابلیت دستگاه در شرایط واقعی و طبیعی، دستگاه طراحی شده، طی مدت دو سال در خروجی یکی از زیر حوضه‌های اراضی لسی شرق گلستان در بالادست روستای قپان علیا از توابع شهرستان کلاله نصب گردید تا در صورت وقوع رخداد سیل، هیدروگراف آن ثبت شده و اگر ارتفاع سیل به مقادیر تعریف شده توسط کاربر (ارتفاع 20 و 60 سانتی­ متری رواناب در شاخه صعودی و یک نمونه رواناب در 20 سانتی­ متری ارتفاع رواناب در شاخه نزولی هیدروگراف سیلاب) رسید نسبت به تهیه و ذخیره نمونه رواناب در یک بطری با گنجایش نیم لیتری اقدام نماید و همزمان با اخذ نمونه رواناب، به کاربر پیامک هم ارسال نماید تا نسبت به جایگزینی ظروف پر شده با ظروف خالی نمونه‌برداری اقدام نماید. شایان ذکر است این دستگاه امکان برداشت نمونه رواناب به هر تعداد و در هر ارتفاعی را با توجه به نیازهای تحقیقاتی دارا می ­باشد. از مزایای برجسته این دستگاه می‌توان به اطلاع ­رسانی آن از طریق پیامک اشاره کرد که کاربر را از وضعیت خروجی منطقه اعم از برداشت نمونه رواناب، قطعی جریان برق دستگاه، وضعیت شارژ باطری تعبیه شده برای فعال نگه‌داشتن دستگاه در زمان قطع جریان برق و وقوع رویداد سیل آگاه می ­سازد. همچنین کاربر می­ تواند از طریق گوشی همراه در هر لحظه از زمان با دستگاه ارتباط برقرار کرده و از وضعیت کارکرد دستگاه طراحی شده (برق، باتری، میزان حافظه و ثبت یا عدم ثبت رویداد) از طریق پیامک استعلام بگیرد. همچنین جهت ثبت داده‌های دقیق بارندگی، یک دستگاه باران‌نگار ثبات ترازویی ساخت شرکت واچداگ (WatchDog) در داخل زیرحوضه مورد مطالعه نصب گردید.
یافته­ ها: در طول این دو سال، تنها سه رخداد بارش منجر به رواناب و سیل در این زیرحوضه اتفاق افتاد و دستگاه طراحی شده، هیدروگراف هر سه رخداد را با موفقیت ثبت و مخابره نمود. همچنین در هر یک از این وقایع سیل ثبت شده، حداقل دو نمونه رواناب (یک نمونه در شاخه صعودی هیدروگراف و یک نمونه هم در شاخه نزولی هیدروگراف) توسط دستگاه برداشت و ذخیره گردید تا برای تعیین میزان بار معلق به آزمایشگاه منتقل شود. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد دستگاه پایش خودکار رواناب و رسوب طراحی شده، با اندازه‌گیری پارامترهای مختلفی مانند دبی جریان، ارتفاع آب و بار رسوب معلق یکی از ابزارهای مهم و کاربردی برای پایش رواناب و رسوب در خروجی حوزه­ های آبخیز می ­باشد.
نتیجه­ گیری: داده و اطلاعات به عنوان ابزاری مهم در مدیریت و برنامه‌ریزی منابع آب و آبخیزها محسوب می‌شوند. فراهمی داده و اطلاعات در مدیریت سیستم آبخیز و منابع آب، به ارتقای بهره‌وری و بهینه‌سازی استفاده از منابع آب، پیشگیری از خطرات طبیعی مانند سیلاب و خشک سالی، مدیریت کیفیت آب، بهبود مدیریت عرضه و تقاضای آب کمک می‌کند. بنابراین نمونه اولیه دستگاه طراحی شده، نشان داد که این دستگاه از قابلیت خوبی جهت تولید صنعتی ابزار پایش رواناب و رسوب ارزان قیمت برای مدیریت علمی آبخیزهای کوچک مقیاس برخوردار می­باشد.


 
متن کامل [PDF 1099 kb]   (551 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: بلايای طبيعی (سيل، خشکسالی و حرکت های توده ای)
دریافت: 1402/5/30 | پذیرش: 1402/9/29

فهرست منابع
1. Al-Hamdan, O. Z., Pierson, F. B., Nearing, M. A., Williams, C. J., Hernandez, M., Boll, J., Nouwakpo, S. K., Weltz, M. A., & Spaeth, K. (2017). Developing a parameterization approach for soil erodibility for the Rangeland Hydrology and Erosion Model (RHEM). Transactions of the ASABE, 60(1), 85-94. [DOI:10.13031/trans.11559]
2. Arabkhedri, M., & Khani, S. H. (2001). Validity of Extrapolation Methods for Estimating the Mean Annual Suspended Sediment yield (17 hydrometric Stations in the Country). Journal of Agriculture and Natural Resources Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 3, 123-132 (In Persian).
3. Barzegari banadkohi., F. (2015, December 2015.). Construction and performance evaluation of digital suspended sediment sampler International Conference on Science and Engineering, Dubai UAE (In Persian).
4. Bshir, D., & Garba, M. (2003). Hydrological monitoring and information system for sustainable basin management. In Proceedings of the First Annual Conference of the Nigerian Association of Hydrological Sciences, Federal University of Technology, , Yola, Adamawa, Nigeria
5. Buytaert, W., Dewulf, A., De Bièvre, B., Clark, J., & Hannah, D. M. (2016). Citizen science for water resources management: toward polycentric monitoring and governance? In (Vol. 142, pp. 01816002): American Society of Civil Engineers. [DOI:10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000641]
6. Depetris, P. (2021). The Importance of Monitoring River Water Discharge. Frontiers in Water, 3, 745912. [DOI:10.3389/frwa.2021.745912]
7. Dosskey, M., Hoagland, K., & Brandle, J. (2007). Change in filter strip performance over ten years. Journal of soil and water conservation, 62(1), 21-32.
8. Edwards, T. K., Glysson, G. D., Guy, H. P., & Norman, V. W. (1999). Field methods for measurement of fluvial sediment. US Geological Survey Denver, CO.
9. Eltner, A., Mulsow, C., & Maas, H.-G. (2013). Quantitative measurement of soil erosion from TLS and UAV data. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 40, 119-124. [DOI:10.5194/isprsarchives-XL-1-W2-119-2013]
10. Gellis, A. C. (2013). Factors influencing storm-generated suspended-sediment concentrations and loads in four basins of contrasting land use, humid-tropical Puerto Rico. Catena, 104, 39-57. [DOI:10.1016/j.catena.2012.10.018]
11. Heidarnejad, M., Golmaee, S. H., Mosaedi, A., & Ahmadi, M. Z. (2006). Estimation of sediment volume in Karaj Dam Reservoir (Iran) by hydrometry method and a comparison with hydrography method. Lake and Reservoir Management, 22(3), 233-239. [DOI:10.1080/07438140609353900]
12. Hunger, M., & Döll, P. (2008). Value of river discharge data for global-scale hydrological modeling. Hydrology and Earth System Sciences, 12(3), 841-861. [DOI:10.5194/hess-12-841-2008]
13. Isazade, G. V., & Aliegigy, B. Z. (2022). Simulation of Flood Prone Areas using Perceptron Neural Network and GIS (Study Area: Zolachai watershed, Salmas City), . Journal of Watershed Management Research, 12(24), 108-197(In Persian). [DOI:10.52547/jwmr.12.24.97]
14. Kiyani Majd, M., Nohtani, M., Dehmardeh Ghaleh No, M. R., & Shikh, Z. (2023). Simulating the Runoff of Watersheds in Dry Areas on A Monthly Scale using the SWAT Model (Case Study: Lar Watershed), . Journal of Watershed Management Research, 14(27), 135-145(In Persian). [DOI:10.61186/jwmr.14.27.135]
15. Kothyari, U., Tiwari, A., & Singh, R. (1997). Estimation of temporal variation of sediment yield from small catchments through the kinematic method. Journal of hydrology, 203(1-4), 39-57. [DOI:10.1016/S0022-1694(97)00084-X]
16. Mohammadi Ostadkalateh, A. (2002). Optimizing the relationship between discharge and suspended sediment in selected stations of Gorganrud River Gorgan University] (In Persian).
17. National Meteorological Organization of Iran. (2021).
18. Nehls, T., Nam Rim, Y., & Wessolek, G. (2011). Technical note on measuring run-off dynamics from pavements using a new device: the weighable tipping bucket. Hydrology and Earth System Sciences, 15(5), 1379-1386. [DOI:10.5194/hess-15-1379-2011]
19. Nystuen, J. A. (1999). Relative performance of automatic rain gauges under different rainfall conditions. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 16(8), 1025-1043. https://doi.org/10.1175/1520-0426(1999)016<1025:RPOARG>2.0.CO;2 [DOI:10.1175/1520-0426(1999)0162.0.CO;2]
20. Pinson, W. T., Yoder, D. C., Buchanan, J. R., Wright, W. C., & Wilkerson, J. B. (2004). Design and evaluation of an improved flow divider for sampling runoff plots. Applied Engineering in Agriculture, 20(4), 433-438. [DOI:10.13031/2013.16489]
21. Porhemmat, J., & Dumiri Ganji, M. (2005). Analysis of sediment supply relations in the hydrometric stations of Handijan-Jarhiri basin. Proceedings of the 3rd National Conference on Erosion and Sedimentation in Tehran, Iran's Soil Conservation and Watershed Research Center., Tehran (In Persian).
22. Radatz, T. F., Thompson, A. M., & Madison, F. W. (2013). Soil moisture and rainfall intensity thresholds for runoff generation in southwestern Wisconsin agricultural watersheds. Hydrological Processes, 27(25), 3521-3534. [DOI:10.1002/hyp.9460]
23. Sadeghi, S., Mizuyama, T., Miyata, S., Gomi, T., Kosugi, K., Fukushima, T., Mizugaki, S., & Onda, Y. (2008). Determinant factors of sediment graphs and rating loops in a reforested watershed. Journal of hydrology, 356(3-4), 271-282. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2008.04.005]
24. Sharma, R., Mishra, D. R., Levi, M. R., & Sutter, L. A. (2022). Remote Sensing of Surface and Subsurface Soil Organic Carbon in Tidal Wetlands: A Review and Ideas for Future Research. Remote Sensing, 14(12), 2940. [DOI:10.3390/rs14122940]
25. Stagnaro, M., Colli, M., Lanza, L. G., & Chan, P. W. (2016). Performance of post-processing algorithms for rainfall intensity using measurements from tipping-bucket rain gauges. Atmospheric Measurement Techniques, 9(12), 5699-5706. [DOI:10.5194/amt-9-5699-2016]
26. Stewart, B. (2015). Measuring what we manage-the importance of hydrological data to water resources management. Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences, 366, 80-85. [DOI:10.5194/piahs-366-80-2015]
27. Stomph, T., De Ridder, N., Steenhuis, T., & Van de Giesen, N. (2002). Scale effects of Hortonian overland flow and rainfall‐runoff dynamics: Laboratory validation of a process‐based model. Earth Surface Processes and Landforms: The Journal of the British Geomorphological Research Group, 27(8), 847-855. [DOI:10.1002/esp.356]
28. Tan, Q., Liu, S., Chen, X., Wu, M., Wang, H., Yin, H., He, D., Xiong, H., & Zhang, J. (2012). Design and evaluation of a novel evodiamine-phospholipid complex for improved oral bioavailability. Aaps Pharmscitech, 13, 534-547. [DOI:10.1208/s12249-012-9772-9]
29. Telvari, A. R. (2003). The relationship between the amount of suspended sediment and some watershed characteristics in Dez and Karkheh sub-basins. . Research and Construction,, 3(5), 56-68 (In Persian).
30. Terakawa, A. (2003). Hydrological data management: Present state and trends. Secretariat of the World Meteorological Organization.
31. USGS. (2006). Benefits of the USGS Stream Gauging Program - Users and uses of US stream flow data. . 82.
32. WMO. (2008). Guide to Hydrological Practices. World Meteorological Organization.
33. Wood, E. F. (1998). 'Hydrologic measurements and observations: An assessment of needs. Proc., 1997 Abel Wolman Distinglished Lecture and Symposium on Hydrologic Sciences,
34. Yu, B., Shi, Z., & Zhang, Y. (2023). Linking hydrological and landscape characteristics to suspended sediment-discharge hysteresis in Wudinghe River Basin on the Loess Plateau, China. Catena, 228, 107169. [DOI:10.1016/j.catena.2023.107169]
35. Zoratipour, A., Mahdavi, M., Khalighi Sigaroudi, S., Salajgheh, A., & Shams al-Maali, N. (2008). Investigating the effect of sediment classification on the improvement of hydrological methods for estimating the suspended load of rivers (case study: Taleghan watershed). Iranian Natural Resources Journal, 4(61), 819-831 (In Persian).

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به (پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز (علمی-پژوهشی می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2025 CC BY-NC 4.0 | Journal of Watershed Management Research

Designed & Developed by : Yektaweb