2-3 بر روش های بهینه سازی فراگیر (GO)………………………………………………………………….11
2-3-1 الگوریتم PSO……………………………………………………………………………………………………….12
2-3-2 مقایسه الگوریتم PSO با سایر روش های محاسبات تکاملی…………………………………………..12
2-4 بر منابع…………………………………………………………………………………………………………..15
2-4-1 بر مدل های مفهومی بارش- رواناب……………………………………………………………….15
2-4-2 بر مطالعات صورت گرفته جهت بهینه سازی مدل های هیدرولوژیکی ………………….16
2-5 خلاصه و جمع بندی فصل ………………………………………………………………………………………….18
فصل سوم- منطقه تحقیق، تئوری و روش تحقیق …………………………………………………………………..19
3-1 معرفی منطقه تحقیق……………………………………………………………………………………………………20
3-1-1 حوضه آبریز سد کرج……………………………………………………………………………………………..20
3-1-2 آب رودخانه کرج…………………………………………………………………………………………………..24
3-1-3 داده ­های مورد استفاده……………………………………………………………………………………………..26
3-2 معرفی مدل ARNO…………………………………………………………………………………………………..27
3-2-1 ارتباط مفاهیم اساسی مدل ARNO……………………………………………………………………………28
3-2-2 مدول توازن رطوبت خاک (soil moisture balance)…………………………………………………..30
3-2-3 مدول تبخیر و تعرق پتانسیل……………………………………………………………………………………..36
3-2-4 مدول آبهای زیرزمینی…………………………………………………………………………………………….39
3-2-5 مدول روندیابی سهموی…………………………………………………………………………………………..40
3-2-5-1 روندیابی جریان رودخانه از بالادست…………………………………………………………………….40
3-2-5-2 روندیابی جریان لایه ای………………………………………………………………………………………41
3-2-6 مدول ذوب برف (snowmelt module)…………………………………………………………………….43
3-2-7 ملزومات کالیبراسیون مدل ARNO…………………………………………………………………………..43
3-3 معرفی روش بهینه سازی PSO……………………………………………………………………………………..45
3-3-1 مفاهیم و منطق حاکم بر روش بهینه سازی PSO………………………………………………………….49
3-3-2 چارچوب تحلیلی الگوریتم بهینه سازی PSO………………………………………………………………52
3-3-3 شناخت پارامترهای کنترل کننده PSO………………………………………………………………………..56
3-3-4 ورودی های الگوریتمPSO………………………………………………………………………………………59
3-4 روش تحقیق………………………………………………………………………………………………………………61
3-4-1 توسعه برنامه کامپیوتری بر مبنای الگوریتم PSO………………………………………………………….62
3-5 خلاصه و جمع بندی فصل…………………………………………………………………………………………..65
 
فصل چهارم- اعمال روش تحقیق بر منطقه مورد مطالعه، بحث و بررسی نتایج…………………………….67
 
4-1 پردازش داده ها (Data processing)…………………………………………………………………………….68
4-1-1 منحنی هیپسومتری (Hypsometric curve)…………………………………..…….………………………68
4-1-2 پیشنهاد یک رابطه رگرسیونی بین دما و ارتفاع……………………………………………………………..70
4-1-3 محاسبه دمای میانگین حوضه بر اساس منحنی هیپسومتری.……………………………………………77
4-1-4 تولید سری زمانی تبخیر و تعرق پتانسیل حوضه…………………………………………………………..80
4-2 توسعه مدل برف…………………………………………………………………………………………………………96
4-2-1 نتایج حاصل از مدل برف……………………………………………………………………………………….108
4-3 کالیبراسیون مدل با بهره گرفتن از الگوریتم بهینه سازی PSO………………………………………………..110
4-3-1 انتخاب پارامترهای مناسب برای الگوریتم PSO…………………………………………………………110
4-3-2 انتخاب تعداد particle ها و تعداد مراحل تکرار.………………………………………………………111
4-3-3 تولید بهترین هیدروگراف خروجی شبیه سازی………………………………………………………….111
4-3-4 اعتبار سنجی مدل………………………………………………………………………………………………….114
4-4 بحث درباره پارامترهای مدل ARNO…………………………………………………………………………..115
4-4-1 پارامترهای مورد استفاده در کالیبراسیون……………………………………………………………………115
4-4-2 مقادیر برآورد شده پارامترها و بحث درباره آنها…………………………………………………………116
4-5 خلاصه و جمع بندی فصل…………………………………………………………………………………………121
 
فصل پنجم- نتیجه گیری، جمع بندی و ارائه پیشنهاد برای تحقیقات آتی………………...……………….122
 
5-1 خلاصه تحقیق………………………………………………………………………………………………………….123
5-2 نتیجه گیری ها.…………………………………………………………………………………………………………123
5-2-1 محدودیت های بهینه سازی یک مدل هیدرولوژیکی …………………………………………………..124
5-3 ارائه پیشنهاد برای مطالعات آتی………………………………………………………………………………….125
 
مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………127
پیوست …………………………………………………………………………………………………………………………131
چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………….145
 
 
 
                                               فهرست جداول
عنوان                                                                                                        صفحه
جدول (3-1) مقادیر تقریبی پارامترهای انتشار و پخش در حالت های مختلف……………………………42
جدول (4-1) اطلاعات مربوط به منحنی هیپسومتری حوضه آبریز کرج………………………………………69
جدول (4-2) رابطه خطی بین ارتفاع و دمای ماکزیمم روزانه و درونیابی
به ازای ارتفاع میانه حوضه ……………………………………………………………………………………………….74
جدول (4-3) مقادیر متوسط دمای ماکزیمم، مینیمم، میانگین روزانه در بازه 7 ساله مورد بررسی…….75
جدول (4-4) مقادیر محاسبه شده Lapse rate برای دمای متوسط روزانه…………………………………..76
جدول (4-5) تقسیم حوضه به 1000 زیر بازه با مساحت مساوی.……………………………………………..78  
جدول(4-6) محاسبه دمای میانگین بلند مدت ماهیانه حوضه…………………………………………………….81
جدول (4-7) مقادیر در دماهای مختلف و به ازای ارتفاع های مختلف………………………………..88
جدول (4-8) محاسبه رگرسیون خطی بین دمای میانگین ماهیانه و تبخیر و تعرق پتانسیل………………89
جدول (4-9) جدول محاسبه رگرسیون خطی بین داده های ماهیانه…………………………………………….90
جدول (4-10) اعداد حاصل از کالیبراسیون…………………………………………………………………………117
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
عنوان                                                                                                          صفحه
فصل دوم
شکل (2-1) طبقه بندی انواع روش های بهینه سازی.…………………………………………………………………13

 
فصل سوم
 
شکل (3-1) نمایش شبکه رودخانه ای و ایستگاه های واقع در حوضه کرج…………………………………21
شکل (3-2) نمایش پهنه های هیدرولوژیکی حوضه رودخانه کرج…………………………………………….22
شکل (3-3) نمایش شماتیک ریز آبه ها و رودخانه های فرعی حوضه کرج………………………………..23
شکل (3-4) وارنگه رود از شاخه های دائمی و پرآب رودخانه کرج…………………………………………24
شکل (3-5) سد امیر کبیر و حوضه کوهستانی رودخانه کرج……………………………………………………25
شکل (3-6) نمایش شماتیک پروسه های موجود در حوضه آبریز……………………………………………..28
شکل (3-7) نمایش شماتیک روندیابی………………………………………………………………………………….29
شکل (3-8) نمایش کمیت های معرفی شده در مدل ARNO………………………………………………….30
شکل (3-9) توزیع تجمعی ظرفیت اشباع خاک………………………………………………………………………32
شکل (3-10) رواناب تولید شده توسط یک ورودی متئورولوژیکی مؤثر……………………………………33
شکل (3-11) نمایش نحوه عملکرد مدل ARNO……………………………………………………………………36
شکل (3-12) نمایش رفتار دسته جمعی ماهیان برای یافتن غذا…………………………………………………45
شکل (3-13) رفتار گروهی دسته به هنگام دفاع از خود.………………………………………………………….46
شکل (3-14) جستجوی پرندگان برای یافتن غذا……………………………………………………………………46
شکل (3-15) نمایش شماتیک یک مسئله بهینه سازی………………………………………………………………47
شکل (3-16) اصل جدایی………………………………………………………………………………………………….47
شکل (3-17) اصل هم ترازی……………………………………………………………………………………………..47
شکل (3-18) اصل پیوستگی………………………………………………………………………………………………48    
شکل(3-19) تمایل هر particle برای نزدیک شدن به محل آشیانه…………………………………………….48
شکل (3-20) تمایل particle برای نزدیک شدن به نزدیک ترین محل به آشیانه………………………….48
شکل (3-21) تبادل اطلاعات بین particle ها……………………………………………………………………….49
شكل (3-22) نمایش شماتیک موقعیت و سرعت particleها در فضای جستجو…………………………49
شکل(3-23) نمایش PSO در دو حالت فراگیر و محلی…………………………………………………………..51
شکل (3-24) چند نمونه از توپولوژیهای مورد استفاده در الگوریتم PSO…………………………………..51
شکل (3-25) نمایش هندسی بردار سرعت به عنوان برآیندی از سه مؤلفه
ممنتوم، شناختی و اجتماعی…………………………………………………………………………………………………54
شکل (3-26) نمایش عملکرد PSO در فضای دو بعدی…………………………………………………………..55
شکل (3-27) ناپایداری سرعت در صورت استفاده از ضرایب شتاب بزرگ………………………………..57
شکل (3-28) تأثیر اندازه swarm……………………………………………………………………………………….60
شکل (3-29) نمایی از روش تحقیق…………………………………………………………………………………….61
شکل (3-30) فلوچارت الگوریتم PSO……………………………………………………………………………….64
شکل (3-31) نحوه عملکرد الگوریتم PSO در بهینه سازی مدل ARNO……………………………………65
شکل (3-32) تعامل اجزای مختلف مدل ARNO…………………………………………………………………..66
 
فصل چهارم
 
شکل (4-1) منحنی هیپسومتری حوضه آبریز رودخانه کرج………………………………………………………70
شکل (4-2) نمایشisotherm صفر درجه ((freezing level و خطوط هم دما
در یک محدوده کوهستانی………………………………………………………………………………………………….72
شکل (4-3) مقادیر متوسط دمای ماکزیمم، مینیمم و میانگین روزانه سه ایستگاه
در بازه 7 ساله مورد بررسی ……………………………………………………………………………………………….75
شکل (4-4) مقایسه دمای پیشنهاد شده توسط مدل های خطی برازش داده شده
به دمای متوسط روزانه و مقادیر مشاهداتی دمای متوسط روزانه ایستگاه ها…………………………………77
شکل (4-5) سری زمانی دمای میانگین روزانه حوضه……………………………………………………………..80
شکل (4-6) دمای میانگین بلند مدت ماه های سال…………………………………………………………………85
شکل (4-7) مقادیر بیشترین ساعات تابش در عرض جغرافیایی 36………………………………………….87
شکل (4-8) رابطه رگرسیونی درجه 2 برای محاسبه …………………………………………………………88
شکل (4-9) رگرسیون خطی بین داده های ماهیانه…………………………………………………………………..90
شکل (4-10) تبخیر و تعرق پتانسیل به روش thornthwaite اصلاح نشده…………………………………91
شکل(4-11) مقادیر تابش فرازمینی روزانه…………………………………………………………………………….93
شکل (4-12) محاسبه تبخیر و تعرق پتانسیل در ایستگاه سینوپتیک آبعلی
(به روش فائو پنمن- مونتیت)…………………………………………………………………………………………….94
شکل (4-13) مقایسه مقادیر برآورد شده تبخیر و تعرق پتانسیل توسط
دو روش پنمن و Thornthwaite اصلاحی (بر حسب mm)…………………………………………………….95
شکل (4-14) سری زمانی مجموع ماهیانه تبخیر و تعرق پتانسیل به دو روش
فائو پنمن مونتیت و Thornthwaite اصلاح شده……………………………………………………………………95
شکل (4-15) مقادیر میانگین بلند مدت مجموع تبخیر و تعرق پتانسیل ماهیانه
با دو روش پنمن و thornthwaite اصلاح شده…………………………………………………………………….95
شکل (4-16) سری زمانی تبخیر و تعرق پتانسیل حوضه آبریز کرج…………………………………………..96
شکل (4-17) سری زمانی مقادیر روزانه………………………………………………………………………….98
شکل (4-18) سری زمانی در محل ایستگاه سینوپتیک آبعلی……………………………………………….99
شکل (4-19) مقایسه سری زمانی تابش ورودی با بهره گرفتن از
و تابش ورودی واقعی……………………………………………………………………………………………………….99
شکل (4-20) نحوه محاسبه تابش خالص و میزان ذوب برف………………………………………………….100
شکل (4-21) رابطه خطی بین اختلاف دمای ماکزیمم و ممینیموم مطلق روزانه و رطوبت نسبی……101
شکل (4-22) مقایسه مقادیر روزانه رطوبت نسبی مشاهداتی و محاسباتی برای ایستگاه آبعلی………101
شکل (4-23) مقایسه مقادیر مشاهداتی و محاسباتی………………………………………………………..102
شکل (4-24) فلوچارت مدل ذوب برف……………………………………………………………………………..107
شکل (4-25) هیتوگراف مربوط به بارش اولیه……………………………………………………………………..109
شکل (4-26) هیتوگراف مربوط به بارش فرضی (بارش مازاد + ذوب برف)……………………………..109
شکل (4-27) مقایسه هیدروگراف شبیه سازی و مشاهداتی در دوره کالیبراسیون………………………..112
شکل (4-28) مقایسه مقادیر دبی روزانه مشاهداتی و محاسباتی در دوره کالیبراسیون………………….112
شکل (4-29) مقایسه هیدروگراف شبیه سازی و مشاهداتی در دوره صحت سنجی…………………….114
شکل (4-30) مقایسه مقادیر دبی روزانه مشاهداتی و محاسباتی در دوره صحت سنجی………………114
شکل (4-31) سری زمانی مقادیر رطوبت میانگین خاک ( )………………………………………………..119
شکل (4-32) سری زمانی تبخیر و تعرق واقعی برآورد شده توسط مدل…………………………………..119
شکل (4-33) توزیع تجمعی رطوبت خاک………………………………………………………………………….120
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


چکیده:
یکی از چالشها و اهداف عمده در هیدرولوژی مهندسی تعیین یک مدل بارش- رواناب مناسب جهت مشخص کردن پاسخ حوضه نسبت به یک بارش مشخص با بهره گرفتن از پارامترهای موجود در مدل است. پاسخ حوضه تابعی از مشخصات حوضه آبریز و مقادیر پارامترهای مدل است. لذا ضروری است که این پارامترها به نحوی مناسب برآورد گردند. کالیبراسیون مدل مستلزم بهینه کردن یک تابع هدف است، در این تحقیق ضریب کارآیی یا ضریب Nash & Sutcliffe به عنوان تابع هدف مد نظر قرار گرفت و بیشینه آن به طور خودکار جستجو گردید.
به منظور تحقق این امر از الگوریتم بهینه سازیPSO (Particle Swarm Optimization) برای برآورد مقادیر پارامترهای مدل مفهومی بارش- رواناب ARNO، با بهره گرفتن از داده های مشاهداتی روزانه بهره گرفته شد و توسط آنها بهترین هیدروگراف روزانه محاسباتی مشخص گردید.
در این تحقیق، حوضه آبریز رودخانه کرج در بالادست ساختگاه سد امیرکبیر مورد مطالعه قرار گرفت. ورودی های مدلARNO به صورت دو سری زمانی بارش و تبخیر و تعرق پتانسیل هستند. از آن جا که تبخیر و تعرق پتانسیل تابع دما است و با توجه به اختلاف ارتفاع زیاد نقاط مختلف حوضه، یک مدل رگرسیونی (بر اساس بهترین ضریب تعیین) به منظور محاسبه رابطه بین دما و ارتفاع، برای محاسبه دمای میانگین در هر روز پیشنهاد گردید. هم چنین با توجه به کوهستانی بودن و زیر صفر بودن دمای هوای بخش عمده ای از حوضه در فصول بارش، سهم عمده ای از نزولات جوی به صورت برف بوده و برف به مدت طولانی در این مکانها به صورت ذخیره باقی می ماند. از این رو اصلاح فایل بارش اولیه امری ضروری است. این کار با جدا کردن سهم برف از مجموع نزولات و اضافه نمودن مجدد برف ذوب شده و تشکیل یک فایل ثانویه بارش که بتوان آن را به عنوان ورودی به مدل بارش- رواناب معرفی نمود، انجام گردید.
در نهایت با اصلاح فایل بارش به عنوان ورودی اصلی مدل و هم چنین ساختن فایل تبخیر و تعرق پتانسیل، مدل مفهومی بارش رواناب ARNO توسط الگوریتم بهینه سازی PSO به صورت خودکار کالیبره شد و ضریب کارآیی (Sutcliffe & Nash) برابر 8108/0 در مرحله کالیبراسیون برای حوضه کوهستانی کرج به دست آمد.
کلمات کلیدی: PSO، ضریب کارآیی، رواناب مشاهداتی، رواناب محاسباتی، دما، تبخیر و تعرق، ذوب برف.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فصل اول- مقدمه
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
یک مدل درک ساده ای است از یک سامانه واقعی (مانند پروسه پیچیده تبدیل بارش به رواناب). می توان مدل را یک تئوری، قانون و یا یک ایده ساختاری دانست. با توسعه یک مدل امکان توضیح ساده یک سامانه پیچیده فراهم می شود. هر نوع مدل مناسب یک موقعیت و هدف خاص بوده، هیچ مدلی را نمی توان برتر از دیگری دانست، هر مدل نقاط ضعف و قوت داشته، انتخاب آن بستگی زیادی به سامانه مورد مطالعه برای مدل کردن و هیدرولوژی منطقه دارد.
از سوی دیگر به هنگام استفاده از مدل های مفهومی (مانند مدل بارش- رواناب ARNO که مبنای این تحقیق قرار گرفته است.) با تعدادی پارامتر روبرو می شویم که معرف چکیده ای از ویژگی های حوضه هستند. بیشتر این پارامترها از کمیت های قابل اندازه گیری حوضه به دست نمی آیند، لذا لازم است از طریق کالیبراسیون مدل برآورد شوند، در واقع بیشتر مدل های مفهومی بارش- رواناب، به ویژه نوع پیوسته آن ها، از شمار زیادی پارامتر برخوردارند و سری پارامترهای مناسب باید در یک فضای بزرگ چند بعدی یافت شوند. سطح پاسخ تابع هدف این مدل ها اغلب از بهینه های موضعی زیادی برخوردار هستند. لذا می توان گفت که کالیبراسیون خودکار در مورد این مدل ها امری راهگشا و ضروری است. [خزایی، 1388]
در میان انواع روش های بهینه سازی تابع هدف، الگوریتم PSO (Particle Swarm Optimization) به عنوان روشی نسبتاً جدید و کاربردی از مجموعه وسیع روش های هوش جمعی Swarm Intelligence Methods))، به منظور کالیبراسیون مدل بارش- رواناب ARNO در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است.
 
1-1- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق:
بهره برداری و استفاده مطلوب از منابع آب و مدیریت بهینه آن مستلزم شناخت بهتر مدل هیدرولوژیکی است. بارش و به دنبال آن تشکیل رواناب سطحی از فازهای مهم چرخه هیدرولوژیکی محسوب می شود و اساس کار مدل هیدرولوژیکی، بررسی رابطه بین بارش و رواناب است. کالیبراسیون دستی مدل های هیدرولوژیکی از اوایل دهه 1960 مورد توجه قرار گرفته است، ولی به دلیل وقت گیر بودن و پیچیدگی آن، از اواخر دهه مذکور بحث کالیبراسیون خودکار مورد توجه قرار گرفت. کالیبراسیون خودکار (Auto Calibration) نیازمند انتخاب یک تابع هدف مناسب، یک الگوریتم جستجو و یک معیار برای به اتمام رساندن الگوریتم است.
مدل ARNO یک مدل بارش- رواناب مفهومی است که به صورت گسترده در مطالعاتی هم چون برنامه ریزی آب، تحلیل جریانهای کم، تحلیل سیلهای حدی، پیش بینی زمان واقعی سیل و مطالعات اثرات تغییر اقلیم در نقاط مختلف دنیا با موفقیت به کار گرفته شده است، از طرف دیگر به هنگام استفاده از این نوع مدل ها به دلیل داشتن پارامترهای زیاد (که مستقیماً قابل اندازه گیری نیستند)، بحث کالیبراسیون و مطابقت هر چه بیشتر هیدروگرافهای مشاهداتی و شبیه سازی امری بسیار مهم و حائز اهمیت بوده و به عنوان اصلی ترین چالش مطرح است. چنان چه بتوان یک مدل با ضریب کارآیی ( ) بالا ارائه داد، مدل مورد نظر در پیش بینی سیلاب ها و همچنین برآورد دبی خروجی، کاربردی و قابل اتکا خواهد بود، بنابراین هدف از ارائه یک مدل این است که هیدروگراف شبیه سازی حتی المقدور بیشترین انطباق را با هیدروگراف مشاهداتی (اندازه گیری شده در خروجی حوضه) داشته باشد. در این تحقیق کوشش شده است تا هیدروگراف خروجی به نحوی مناسب با الگوریتم بهینه سازی PSO شبیه سازی گردد.
 
1-2- اهداف و سئوالات تحقیق:
به طور مشخص هدف نهایی در این تحقیق دستیابی به بهترین و مناسب ترین پارامترهای مدل بارش – رواناب ARNO به منظور شبیه سازی هیدروگراف خروجی است، به نحوی که هیدروگراف تولید شده بتواند دبی خروجی را با دقت مناسبی پیش بینی نماید، به عبارت دیگر چنان چه بتوان یک هیدروگراف شبیه سازی خروجی با ضریب تصمیم گیری مناسب ارائه داد، می توان از آن در مواردی نظیر کنترل سیلاب و مدیریت منابع آب بهره جست.
در این تحقیق کوشش شده تا به سئوالات زیر پاسخ گفته شود:
1- یک مدل مفهومی نظیر مدل ARNO تا چه حد در شبیه سازی پروسه پیچیده بارش- رواناب مؤثر و کاربردی است؟
2- استفاده از الگوریتم های جستجو (به طور اخص الگوریتم PSO) به منظور دستیابی به پارامترهای مدل تا چه حد مؤثر وگره گشا است؟ یا به عبارتی اهمیت استفاده از کالیبراسیون خودکار در یک مدل مفهومی تا چه حد بوده و چگونه در قضاوت و تصمیم گیری آتی تأثیر گذار است؟
3- آیا با بهره گرفتن از متد بهینه سازی مذکور می توان مقادیر پارامترهایی که به طور خاص دریک مدل مفهومی هیدرولوژیکی، قابل اندازه گیری نیستند به دست آورد یا آن را اصلاح نمود؟ به عبارت دیگر استفاده از یک مدل مفهومی بارش- رواناب و دستیابی به یک هیدروگراف شبیه سازی مناسب توسط آن تا چه حد می تواند در درک پروسه های واقعی موجود در حوضه و نحوه ارتباط میان آنها به ما کمک کند؟
4- تأثیر پردازش داده ها در ارائه یک هیدروگراف شبیه سازی مناسب و دارای انطباق بیشتر با واقعیات فیزیکی موجود در حوضه تا چه حد است؟
 
1-3- ساختار پایان نامه:
این تحقیق شامل پنج فصل به شرح زیر است:
فصل اول که شامل بیان مسئله، ضرورت و اهمیت تحقیق، تعاریف مفاهیم کلی و بیان ساختار کلی پایان نامه است.
فصل دوم که در آن به سابقه و مبانی استفاده از مدل های هیدرولوژیکی بارش- رواناب مفهومی و به طور اخص مدل ARNO پرداخته می شود، هم چنین در این فصل به پیشینه و چارچوب کلی روش های بهینه سازی به خصوص روش PSO نیز اشاره می گردد.
فصل سوم که در آن به بررسی منطقه مورد مطالعه پرداخته می شود و سپس در ادامه مباحث تئوری تحقیق نظیر ساختار و عملکرد مدل ARNOو هم چنین روش ارائه یک برنامه کامپیوتری بر مبنای الگوریتم بهینه سازی PSOدر دستور کار قرار می گیرد.
فصل چهارم به تجزیه و تحلیل نتایج حاصله از بهینه سازی مدل ARNO و هم چنین بررسی تأثیرات توسعه مدل برف و استفاده از یک فایل بارش مناسب بر روی جواب ها، می پردازد.
فصل پنجم به نتیجه گیری کلی و ارائه پیشنهادات اختصاص دارد.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فصل دوم- مبانی و بر منابع
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2-1 کلیات و تعاریف:
قبل ازبحث اصلی، تعاریف بخشی از اصطلاحاتی که در این تحقیق مورد استفاده قرار می گیرد ذیلاً ارائه می­گردد.
ابتدا به تعریف اصطلاحات مربوط به روش بهینه سازی مورد استفاده در این تحقیق یعنی الگوریتم بهینه سازی (Particle Swarm Optimization) PSO اشاره می شود:

• Particle: درالگوریتم(Particle Swarm Optimization) PSO ، هر Particle معرف یک راه حل بالقوه برای یک مسئله بهینه سازی است، که در نهایت بهترین راه حل، مقدار بهینه برای تابع هدف را تعیین می کند. [در این تحقیق یک Particleمجموعه ای از پارامترهای مدل است که در نهایت بهترین آن بیشترین ضریب Nash-Sutcliffe را معرفی خواهد نمود.]
• Swarm: به مجموعه particle ها که در هر مرحله ساخته می شوند گفته می شود. [در لغت به معنی دسته حشرات است.]
• Position: معرف بردار موقعیت هر particle است که وضعیت آن را در swarm مشخص می کند.
• Velocity: معرف برداری است که سرعت و جهت حرکت particle را در swarm مشخص می نماید.
• Iteration: معرف تعداد تکرارها و مراحل الگوریتم PSOاست.
• Pbest: معرف بهترین موقعیت یکparticle یا (مجموعه پارامترها) در هر مرحله نسبت به موقعیت های پیشین آن است.
• Gbest: معرف موقعیت بهترین particle در هر iteration است.
• w: پارامتر وزنی الگوریتمPSO موسوم به اینرسی وزنی (inertia weight) است.
• و : دو ضریب ثابت و مثبت هستند که به ترتیب پارامترهای شناختی(cognitive) و اجتماعی (social) خوانده می شوند. [به این دو پارامتر در مجموع ضرایب شتاب             acceleration coefficients)) گفته می شود.]
• (chi): فاکتور انقباض یا فاکتور محدود سازی constriction factor)) است که متناوباً به همراه برای محدود کردن سرعت به کار می رود.

در مورد مفاهیم مورد استفاده در مدل بارش- رواناب ARNO با توجه به کثرت پارامترهای موجود، در این جا صرفاً به توضیح مختصر درباره مفاهیم کلی اکتفا کرده و در ادامه به تفصیل به بررسی پروسه های موجود درآن پرداخته می شود:

1. تبخیر و تعرق پتانسیل ((evapotranspiration: معرف میزان آبی است که به صورت تبخیر           evaporation)) و تعرق (transpiration)، در صورت در دسترس بودن آب کافی، از سطح حوضه تبخیر می شود. میزان آن با توجه به دما و پارامترهای دیگری نظیر باد و میزان تابش خورشید (radiation) قابل محاسبه است. در این تحقیق تبخیر و تعرق پتانسیل از روش Thornthwaithe محاسبه گردیده است که متعاقباً به شرح آن پرداخته خواهد شد.
2. ضریب کارآیی (ضریب Nash & Sutcliffe): این ضریب معمولاً به منظور ارزیابی قدرت یک مدل در پیش بینی مورد استفاده قرار می گیرد و با توجه به این که خروجی مدل در این تحقیق رواناب روزانه است، می توان این ضریب را به صورت زیر تعریف کرد:

(2-1)
که در آن دبی مشاهداتی، دبی برآورد شده (یا شبیه سازی) توسط مدل و میانگین دبی مشاهداتی و N تعداد داده ها است. همان طور که مشاهده می گردد صورت این کسر در حقیقت معرف مجموع مربعات اختلاف بین دبی های مشاهداتی و محاسباتی است. چنان چه این دو هیدروگراف کاملاً بر یکدیگر منطبق باشند (در حالت ایده آل) صورت کسر صفر گردیده و ضریب در این حالت برابر 1 می شود. دامنه این ضریب ما بین و 1 است.
همان طور که گفته شد تابع هدف به منظور بهینه سازی در این تحقیق ضریب کارآیی لحاظ شده و می توان گفت که الگوریتم PSO به دنبال بهترین ضریب کارآیی است و از آن جایی که مخرج این کسر همواره عدد ثابتی است، لذا در حقیقت مینیمم شدن صورت کسر مد نظر ما است و این همان مفهومی است که در کتابهای مرجع آمار روش حداقل مجموع مربعات (method of least squares) نامیده می شود و در آمار برای به دست آوردن رگرسیون غیر خطی (بهترین برازش (fitness)) از این روش استفاده می گردد.

• منحنی هیپسومتری (Hypsometric curve): توضیحی است از رابطه تجمعی موجود بین ارتفاع و مساحت های مرتبط با هر یک از بازه های ارتفاعی. محور عمودی مقادیر ارتفاع حوضه را نشان می دهد و محور افقی منحنی مزبور، مساحت نقاطی از حوضه را نشان می دهد که ارتفاع آنها بزرگتر یا مساوی ارتفاع یاد شده باشند. به این ترتیب در منحنی هیپسومتری کمترین ارتفاع حوضه با مساحت کل حوضه آبریز متناظر است و ارتفاع مربوط به بلندترین نقطه حوضه در این منحنی با صفر متناظر می گردد، لذا می توان گفت که منحنی هیپسومتری یک منحنی اکیداً نزولی است. [می توان این منحنی را به صورت بی بعد (با در صد مساحت) هم بیان نمود.] این منحنی یک تفسیر کمی از وضعیت توپوگرافی منطقه ارائه می دهد و چنان چه مشاهده خواهد شد در برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل و هم چنین محاسبه ذوب برف از آن استفاده خواهد گردید.

2-2- انواع مدل های هیدرولوژیکی شبیه سازی
بر اساس یک طبقه بندی از انواع مدل های هیدرولوژیکی، مدل ها به دو دسته مدل های غیرقطعی ((stochastic و مدل های قطعی (deterministic) تقسیم بندی می شوند. مدل های غیر قطعی در حقیقت روشی هستند برای برآورد توزیع های احتمالاتی از خروجی ها با در نظر گرفتن تغییرات تصادفی   (random variation) برای یک یا چند متغیر ورودی. کلی ترین نمایش این متغیرها در یک میدان تصادف (random field) است. میدان تصادف محدوده ای است از مکان و زمان که مقدار متغیر در هر نقطه از آن محدوده با یک توزیع احتمال تعریف می گردد. در یک مدل قطعی (جبری) از عنصر یا جزء تصادفی آن صرف نظر می شود. هر ورودی ثابت دارای یک خروجی ثابت است. می توان مدل های قطعی را برای “پیش بینی به صورت تقویمی” یعنی تعیین زمان وقوع در آینده معین (forecast) [پیش یابی] و مدل های غیر قطعی را برای پیش بینی (prediction) (بدون تعیین زمان واقعی وقوع در آینده) مطرح کرد.
تمام پدیده های هیدرولوژیکی کمابیش دارای مقداری تصادف randomness)) هستند، در مواقعی که نوسانات حاصل در خروجی کوچک و یا صرف نظر کردنی باشد، استفاده از یک مدل قطعی می تواند مناسب باشد. در غیر این صورت استفاده از یک مدل غیر قطعی ضروری است.

2-3- جمع­بندی.. 13
فصل سوم: مواد و روش­های به کار رفته در تحقیق.
3-1- مقدمه.. 15
3-2- مدل­های بهینه­سازی.. 15
3-2-1- مدل­های بهینه­سازی تک­هدفه.. 15
3-2-2- مدل­های بهینه­سازی چندهدفه.. 17
3-3- مدل­های حل اختلاف.. 18
3-4- مدل شبیه­سازی سیستم.. 21
3-4-1- روش ماتریس پاسخ واحد.. 21
3-5- جمع­بندی.. 26
 
فصل چهارم: ساختار مدل­های شبیه­سازی سیستم و بهینه­سازی حل اختلاف
4-1- مقدمه.. 28
4-2- محاسبه­ی ماتریس پاسخ آبخوان.. 30
4-3- شبیه­سازی شرایط موجود.. 32
4-4- مدل بهینه­سازی.. 39
4-5- مقایسه­ مقادیر کمبود در دو حالت شبیه­سازی- بهینه­سازی و بهینه­سازی   43
4-6- مدل حل اختلاف.. 44
4-6-1- معرفی توابع مطلوبیت.. 44
4-6-2- فرمول­بندی مدل حل اختلاف Nash. 47
4-6-3- فرمول­بندی مدل CR(I). 53
4-6-4- فرمول­بندی مدل CR(II). 56
4-6-5- مقادیر مطلوبیت­های تأمین نیاز حاصل از مدل­های حل اختلاف   59
4-6-6- مقایسه­ نتایج مدل­های مختلف حل اختلاف.. 59
4-7- تخصیص آب با بهره گرفتن از رویکرد همکارانه.. 61
4-8- جمع­بندی.. 65
فصل پنجم: مطالعه­ موردی
5-1- مقدمه.. 67
5-2- داده ­های پایه.. 68
5-3- مدل بهینه­سازی سیستم.. 72
5-3-1- معرفی توابع مطلوبیت…….. 72
5-3-2- وزن نسبی شرکت­کنندگان.. 73
5-4- متدولوژی و ابزار حل مدل.. 74
5-4-1- نتایج حاصل.. 75
5-4-1-1- نتایج سال آبی 51-1350.. 75
5-4-1-2- نتایج سال آبی 67-1366.. 83
5-4-1-3- نتایج سال آبی 78-1377.. 89
5-4-2- مقایسه­ نتایج مدل حل اختلاف Nash و مدل CR(II)….. 95
5-4-3- مسئله­ تخصیص آب با رویکرد همکارانه در مورد سال آبی 51-1350   96
5-5- جمع­بندی.. 97
فصل ششم: نتایج و پیشنهادات
6-1- مقدمه.. 100
6-2- نتایج حاصل.. 100
6-3- پیشنهادات برای مطالعات آتی.. 102
فصل هفتم: مراجع
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست پیوست­ها
پیوست شماره یک- ضرایب پاسخ
پیوست شماره دو- آشنایی با نرم­افزار LINGO
پیوست شماره سه- آشنایی با نرم­افزار MODFLOW
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
شکل ‏2‑1: منابع آب­های سطحی و منطقه کشاورزی آبخوان تهران.. 13
شکل ‏3‑1: فرم کلی تابع مطلوبیت ذوزنقه­ای [4].. 21
شکل ‏3‑2: مفهوم ضریب پاسخ برای منابع تحریک­کننده و تحریک شونده نقطه­ای[2].. 24
شکل ‏3‑3: پارامترهای یک سیستم آبخوان که می ­تواند توسط MODFLOW شبیه­سازی شود [2].. 26
شکل ‏4‑1: بهره ­برداری دو مصرف ­کننده به صورت تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی.. 29
شکل ‏4‑2: نمای شماتیک سیستم فرضی در محیط نرم­افزار Visual MODFLOW… 31
شکل ‏4‑3: مقایسه­ نتایج افت چاه 1 در LINGO و Visual MODFLOW… 31
شکل ‏4‑4: مقایسه­ نتایج افت چاه 2 در LINGO و Visual MODFLOW… 32

شکل ‏4‑5: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از شبیه­سازی وضع موجود برای مصرف ­کننده­ بالادست.. 37
شکل ‏4‑6: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از شبیه­سازی وضع موجود برای مصرف ­کننده­ پایین­دست.. 37
شکل ‏4‑7: نتایج حاصل از شبیه­سازی وضع موجود.. 38
شکل ‏4‑8: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینه­سازی برای مصرف ­کننده­ بالادست.. 41
شکل ‏4‑9: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینه­سازی برای مصرف ­کننده­ پایین­دست.. 41
شکل ‏4‑10: نتایج حاصل از مدل بهینه­سازی.. 42
شکل ‏4‑11: مقایسه­ مقادیر کمبود در دو مدل برای مصرف ­کننده­ بالادست   43
شکل ‏4‑12: مقایسه­ مقادیر کمبود در دو مدل برای مصرف ­کننده­ پایین­دست   43
شکل ‏4‑13: نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز آبی مصرف­ کنندگان.. 45
شکل ‏4‑14: نمودار تابع مطلوبیت افت تراز آبخوان در محل چاه­ها   45
شکل ‏4‑15: نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز زیست­محیطی.. 46
شکل ‏4‑16: نمودار تابع مطلوبیت مرتبط با هزینه­ برداشت آب مصرف­ کنندگان   46
شکل ‏4‑17: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینه­سازی Nash برای مصرف ­کننده­ بالادست.. 51
شکل ‏4‑18: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینه­سازی Nash برای مصرف ­کننده­ پایین­دست.. 51
شکل ‏4‑19: نتایج حاصل از مدل بهینه­سازی Nash. 52
شکل ‏4‑20:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(I) برای مصرف ­کننده­ بالادست.. 54
شکل ‏4‑21:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(I) برای مصرف ­کننده­ پایین­دست.. 54
شکل ‏4‑22: نتایج حاصل از مدل CR(I). 55
شکل ‏4‑23:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(II) برای مصرف ­کننده­ بالادست.. 57
شکل ‏4‑24: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(II) برای مصرف ­کننده­ پایین­دست.. 57
شکل ‏4‑25: نتایج حاصل از مدل CR(II). 58
شکل ‏4‑26: نتایج کمبودهای آبی مدلهای مختلف حل اختلاف برای بالادست رودخانه.. 60
شکل ‏4‑27: نتایج کمبودهای آبی مدل­های مختلف حل اختلاف برای پایین­دست رودخانه.. 60
شکل ‏4‑28: مقایسه­ مقادیر کمبود آبی مصرف ­کننده­ بالادست قبل و بعد از همکاری.. 64
شکل ‏4‑29 : مقایسه­ مقادیر کمبود آبی مصرف ­کننده­ پایین­دست قبل و بعد از همکاری.. 64
شکل ‏5‑1:موقعیت کلی منطقه­ طرح و محدوده­ مدل (آبخوان) در حوضه­ی آبریز ابهر [5].. 67
شکل ‏5‑2: نمودار جریان رودخانه­ی ابهر در سال­های آبی مختلف.. 68
شکل ‏5‑3: مقادیر مختلف نیازهای صنعت، شهری، کشاورزی.. 69
شکل ‏5‑4: موقعیت چاه­های موجود در منطقه.. 70
شکل ‏5‑5 : نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز آبی مصرف­ کنندگان.. 72
شکل ‏5‑6: نمودار تابع مطلوبیت افت تراز آبخوان در محل چاه­ها.. 72
شکل ‏5‑7 : نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز زیست­محیطی رودخانه   73
شکل ‏5‑8: نمودارتابع مطلوبیت مرتبط با هزینه­ برداشت آب مصرف­ کنندگان   73
شکل ‏5‑9: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 51-1350.. 76
شکل ‏5‑10: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پایین­دست سال آبی 51-1350.. 76
شکل ‏5‑11: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 51-1350.. 78
شکل ‏5‑12: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پایین­دست سال آبی 51-1350.. 78
شکل ‏5‑13: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 51-1350.. 80
شکل ‏5‑14: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پایین­دست سال آبی 51-1350.. 80
شکل ‏5‑15: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 67-1366.. 84
شکل ‏5‑16: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پایین­دست سال آبی 67-1366.. 84
شکل ‏5‑17: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 67-1366.. 86
شکل ‏5‑18: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پایین­دست سال آبی 67-1366.. 86
شکل ‏5‑19: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 67-1366.. 88
شکل ‏5‑20: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پایین­دست سال آبی 67-1366.. 88
شکل ‏5‑21: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 78-1377.. 90
شکل ‏5‑22: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پایین­دست سال آبی 78-1377.. 90
شکل ‏5‑23: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 78-1377.. 92
شکل ‏5‑24: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پایین­دست سال آبی 78-1377.. 92
شکل ‏5‑25: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 78-1377.. 94
شکل ‏5‑26: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پایین­دست سال آبی 78-1377.. 94
شکل ‏5‑27: مقایسه­ نتایج برداشت از آب سطحی در دو مدل Nash و CR(II)  95
شکل ‏5‑28: مقایسه­ نتایج برداشت از آب زیرزمینی در دو مدل Nash و CR(II)  96
فهرست جداول
جدول ‏4‑1: اطلاعات ورودی مسئله (مقادیر به میلیون متر مکعب).. 29
جدول ‏4‑2: ماتریس­های پاسخ چاه 1 و چاه 2.. 30
جدول ‏4‑3: مقادیر برداشت آب سطحی بالادست حاصل از شبیه­سازی در محیط Excel 33
جدول ‏4‑4: مقایسه­ مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرف ­کننده (مقادیر به میلیون متر مکعب).. 36
جدول ‏4‑5: مقایسه­ مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرف ­کننده (mcm)  40
جدول ‏4‑6: مقایسه­ مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرف ­کننده (mcm)  50
جدول ‏4‑7: مقایسه­ مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرف ­کننده (mcm)  53
جدول ‏4‑8: مقایسه­ مقادیر تخصیص و مقادیر کمبود دو مصرف ­کننده(mcm)  56
جدول ‏4‑9: مجموع مقادیر هزینه در مدل­های مختلف برای دو مصرف ­کننده­ بالادست و پایین­دست (تومان).. 58
جدول ‏4‑10: مقایسه­ مقادیر مطلوبیت­های تأمین نیاز مصرف­ کنندگان   59
جدول ‏4‑11: مقادیر رهاسازی آب در ماه­های مختلف.. 63
جدول ‏5‑1: جریان رودخانه ابهر در سال­های آبی مختلف (mcm).. 68
جدول ‏5‑2: مقادیر نیاز شهری، صنعت،کشاورزی و حقابه­های زیست­محیطی طرح (mcm). 69
جدول ‏5‑3: ماتریس پاسخ چاه 1.. 71
جدول ‏5‑4: مقادیر ضرایب برگشتی به آب سطحی و آب زیرزمینی.. 71
جدول ‏5‑5: مقادیر ضرایب برگشتی از مصارف مختلف.. 71
جدول ‏5‑6: مقادیر وزن نسبی شرکت­کنندگان در مطالعه­ موردنظر.. 74
جدول ‏5‑7: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 51-1350 (mcm). 75
جدول ‏5‑8: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 51-1350 (mcm). 77
جدول ‏5‑9: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 51-1350 (mcm). 79
جدول ‏5‑10: مقادیر جریان زیست­محیطی مربوط به بالادست و پایین­دست رودخانه سال آبی 51-1350.. 81
جدول ‏5‑11: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 67-1366 (mcm). 83
جدول ‏5‑12: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 67-1366 (mcm). 85
جدول ‏5‑13: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 67-1366 (mcm). 87
جدول ‏5‑14: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 78-1377 (mcm). 89
جدول ‏5‑15: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 78-1377 (mcm). 91
جدول ‏5‑16: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 78-1377 (mcm). 93
جدول ‏5‑17: مقادیر رهاسازی آب در ماه های مختلف.. 97
 
چکیده
وجود ذینفعان مختلف در بهره ­برداری از سیستم­های منابع آب با اولویت­های متفاوت و معمولاً در تضاد، مناقشاتی را به وجود می­آورد که حل و رفع این مناقشات به خصوص در سالهای اخیر مورد توجه محققان بسیاری قرار گرفته است و راهکارهای متفاوتی برای حل این مشکل ارائه شده­ است. یکی از این روش­ها رویکرد حل اختلاف Nash می­باشد. در این پایان نامه یک سیستم مرکب رودخانه-آبخوان که وظیفه­ی تأمین نیاز آبی دو منطقه­ بالادست و پایین­دست را بر عهده دارد در نظر گرفته شده و وضعیت مناقشه­ی سیستم شبیه­سازی شده است. با بهره گرفتن از رویکرد Nash مسئله­ حل مناقشه بین مصرف­ کنندگان آب که از هر دو منبع آب سطحی و زیرزمینی استفاده می­ کنند تحلیل گردیده و نتایج حاصل از آن با دو روش حل اختلاف دیگر مقایسه شده است. این مسئله با توجه به محدودیت­های موجود برای برداشت آب زیرزمینی (افت تراز آبخوان) و همچنین محدودیت برداشت آب سطحی (تأمین نیاز زیست­محیطی) حل شده است. از نرم­افزار VisualMODFLOW برای شبیه­سازی سیستم رودخانه-آبخوان و نرم­افزار LINGO برای حل مسئله­ بهینه­ حاصل استفاده شده است. مطالعه­ موردی، مناقشه­ی موجود در بین مصرف­ کنندگان بخش­های مختلف شهری، صنعتی و کشاورزی دو منطقه­ ابهر و خرمدره را که از منابع سطحی و زیرزمینی به صورت تلفیقی استفاده می­ کنند در نظر دارد و از روبکرد حل اختلاف Nash برای بهبود این مناقشه استفاده می­ کند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که مدل Nash    می ­تواند با رعایت مقادیر وزن­های نسبی و مطلوبیت­های تعیین­شده پاسخی را ارائه دهد که حاصل مشارکت  ذی­نفعان بوده و مطلوبیت کل سیستم را به ماکزیمم مقدار برساند.
 
 
 
 
 
 
 
 

1-         فصل اول: کلیات

1-1-     مقدمه

آب برای حفظ زندگی انسان­ها و محیط زیست ضروری است. تقریباً در هر منطقه­ای از جهان تأمین آب به دلیل افزایش تقاضاهای وابسته به صنعتی شدن، شهری شدن و رشد جمعیت، دشوارتر شده است[35]. بر اساس گزارش جهانی آب جمعیت جهان در قرن اخیر سه برابر شده و به تناسب آن مصرف آب برای اهداف انسانی 6 برابر افزایش داشته است[36]. علاوه بر این شرایط آب و هوایی مثل گرم­شدن زمین وضعیت را در آینده بدتر خواهد کرد. از آنجایی که آب از نظر مکانی و زمانی به طور نامنظم توزیع شده است، بارندگی­های منظم در بعضی مناطق با خشکسالی­های بلندمدت در سایر مناطق مغایرت دارد. همچنین منابع آب شیرین جهان بر اساس مرزهای سیاسی تفکیک نشده است، بنابراین توزیع و استفاده از منابع آب محدود، می ­تواند منجر به ایجاد مناقشات محلی، منطقه­ای و حتی در سطوح بین ­المللی شود. مدیریت پیشرفته­­ی آب، حل مناقشات و همکاری می ­تواند چنین مشکلاتی را بهبود بخشد چراکه روند حل مناقشات آب با بهره گرفتن از علوم حقوق، مهندسی، اقتصاد، زمین­ شناسی و اقتصاد سیاسی قانونمند شده است[12].
حل موفق مناقشات ملی و بین ­المللی آب، نیاز به درک درستی از ذات مناقشه و همچنین مدلسازی و تحلیل مسائل اساسی آن برای رسیدن به یک توافق نهایی در خصوص اینکه چه مقدار از آب مشترک به هر کشور و یا گروهی تخصیص یافته است، دارد. طبیعت و جریان مناقشه و همکاری بین گروه­های درگیر بر پایه­ تکنولوژی­ها و روش­های جدید می ­تواند به مدیریت موثر منابع آب کمک کند و بدین وسیله کشمکش میان گروه­های درگیر در مسئله­ آب را کاهش دهد[35].
از آنجایی که منابع آب سطحی پاسخگوی نیازهای كشاورزی، شرب و صنعتی نبوده و استفاده­ی بیش از حد از منابع آب زیرزمینی نیز سفره ­های آب زیرزمینی كشور را با مشكلات متعددی مواجه ساخته است، لذا بهره ­برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی، به عنوان راه­حلی مناسب در این زمینه مورد توجه قرار گرفته است[3]. امروزه مدیریت جامع منابع آب، با تأکید بر بهره ­برداری مشترک یا تلفیقی از منابع آب­های سطحی و زیرزمینی، در دستور کار کلیه­ سازمان­های بهره ­برداری قرار گرفته است. توسعه­ بهره ­برداری از آب­های زیرزمینی در مقایسه با سدسازی دارای مزایای متعددی بوده و مشکلات به مراتب کمتری دارد. از این میان می­توان به هزینه­ کمتر، عدم وجود مشکل رسوب و تبخیر، مشکلات کیفی کمتر، و عدم وجود مشکلات اجتماعی و فرهنگی اشاره نمود[10].
بهره ­برداری تلفیقی منابع آب بالطبع اختلافات بین کاربران را بیشتر می­ کند چراکه همواره تعاملاتی بین    آب­های سطحی و زیرزمینی وجود دارد و همچنین در بهره ­برداری از آب­های زیرزمینی که به صورت پمپاژ از چاه­ها می­باشد، نیز مسائلی همچون اندرکنش چاه­ها و تأثیر پمپاژ در افت آبخوان نیز مورد توجه هستند، مسئله­ دیگری که به خصوص در بهره ­برداری تلفیقی اهمیت بیشتری پیدا می­ کند بحث کیفیت می­باشد که روند حل مناقشه را با پیچیدگی­های بیشتری روبرو می­سازد. در این تحقیق از بحث کیفیت صرفنظر شده است.
با توجه به مطالبی که در بخش مقدمه ذکر شد نیاز به یک مدل حل مناقشه برای رفع اختلافات بین ذینفعان امری ضروری به نظر می­رسد. این تحقیق تلاش دارد با ارائه­ یک مدل مناسب، علاوه بر در نظر گرفتن منافع مصرف­ کنندگان در برداشت از منابع آبی، مسائل دیگری همچون آبخوان­ها را که با توجه به برداشت بی­رویه و غیراصولی از چاه­ها با افت قابل­توجهی روبرو شده ­اند و همچنین نیاز زیست­محیطی رودخانه که برای حفظ اکوسیستم امری ضروری می­باشد مورد توجه قرار دهد.
 

1-2-     ضرورت انجام تحقیق

امروزه بهره ­برداری تلفیقی از منابع آب­های سطحی و زیرزمینی به دلایلی که در بخش قبلی ذکر شد بیشتر در دستور کار سازمان­ها قرار گرفته است. از طرفی مسائلی همچون افزایش جمعیت، گرم شدن زمین و کاهش شدید منابع آب باعث تشدید اختلافات در میان کاربران شده است، بنابراین ارائه­ راه­حلی مناسب امری ضروری به نظر می­رسد. از آنجایی که در زمینه­ بهره ­برداری تلفیقی از منابع آب­های سطحی و زیرزمینی با رویکرد حل اختلاف مطالعات بسیار کمی صورت گرفته است (در فصل دوم پیشینه­ی مطالعات بررسی شده است)، لذا این مطالعه می ­تواند مفید واقع شود.

1-3-     اهداف و دامنه­ تحقیق

این تحقیق تلاش دارد با ارائه یک مدل مناسب، علاوه بر در نظر گرفتن منافع مصرف­ کنندگان در برداشت از منابع آبی، مسائل دیگری همچون آبخوان­ها را که با توجه به برداشت بی­رویه و غیراصولی از چاه­ها با افت قابل­توجهی روبرو شده ­اند و همچنین نیاز زیست­محیطی رودخانه که برای حفظ اکوسیستم امری ضروری می­باشد مورد توجه قرار دهد. توجه به این موضوع که برداشت آب از آبخوان با تأخیر زمانی همراه است به این معنی که اگر برداشت از آب زیرزمینی در یک ماه به خصوصی انجام شود این مسئله در ماه­های بعدی بروز پیدا خواهد کرد نیز بر پیچیدگی روند حل مناقشه می­افزاید. بنابراین اهداف این تحقیق را به طور کلی می­توان به 3 دسته تقسیم ­بندی کرد:

• تأمین حداکثر نیاز مصرف­ کنندگان
• توجه به مسائل زیست­محیطی
• به حداقل رساندن افت آبخوان­ها

1-4-     روش­شناسی (متدلوژی) نیل به اهداف تحقیق

با توجه به اهدافی که در فوق ذکر شد، در این تحقیق ، ابتدا یک سیستم فرضی که شامل دو مصرف ­کننده­ بالادست و پایین­دست می­باشد و از منابع آبی موجود به صورت تلفیقی بهره گرفته می­ شود در نظر گرفته شد، مدل شبیه­سازی وضعیت موجود (به منظور مشخص شدن علل بروز اختلاف) و مدل بهینه­سازی کلاسیک (به منظور درک بهتر وضعیت سیستم) اجرا شد. سپس از سه روش مختلف حل اختلاف برای حل مسئله­ مناقشه بهره گرفته شد و نتایج این سه مدل و مدل بهینه­سازی کلاسیک با یکدیگر مقایسه شد. در انتها روش حل اختلاف Nash در حل مناقشه­ی دشت ابهر به کار رفت. لازم به ذکر است از روش ماتریس پاسخ واحد در به دست آوردن ضرایب پاسخ سیستم بهره گرفته شده است، همچنین استخراج ضرایب پاسخ با بهره گرفتن از نرم­افزار Visual MODFLOW انجام شده است. نهایتاً برای اجرای مدل­های بهینه­سازی حل اختلاف از مدل LINGO استفاده شده است.
 

1-5-     مشارکت علمی (نوآوری تحقیق)

این تحقیق در نظر دارد با در نظر گرفتن یک سیستم مرکب رودخانه- آبخوان که در آن بهره ­برداری از منابع آب به صورت تلفیقی انجام می­پذیرد، مناقشه­ی میان مصرف­ کنندگان در بخش­های مختلف شرب، کشاورزی و صنعت را که در دو منطقه­­ی بالادست و پایین­دست دشت ابهر می­باشند را با بهره گرفتن از مدل حل اختلاف Nash حل کند. همانطور که قبلاً ذکر شد بحث حل اختلاف در برنامه ­ریزی منابع آب سابقه­ چندان زیادی ندارد و به خصوص در زمینه­ بهره ­برداری تلفیقی از منابع آب تحقیقات بسیار کمی صورت گرفته است، بدین منظور استفاده از روش Nash در حل مناقشه­ی این سیستم تلفیقی می ­تواند نوآوری این تحقیق به حساب آید.
 

1-6-     ساختارتحقیق

مطالعه­ حاضر در قالب 6 فصل تنظیم گردیده است. در فصل دوم مروری بر سوابق مطالعاتی مرتبط با موضوع این تحقیق خواهد شد. تشریح مواد و روش­های به کار رفته در تحقیق در فصل سوم گنجانده شده است که شامل شبیه­سازی سیستم و رویکرد حل اختلاف می­باشد. در فصل چهارم رویکردهای موجود در فصل 3 در قالب یک مثال ساده تشریح خواهند شد و نتایج حاصل از هر کدام با یکدیگر مقایسه می­شوند، در انتهای فصل چهارم نیز با فرض رویکرد همکارانه در تخصیص آب، مقادیر آب رها شده توسط بالادست محاسبه خواهند شد. در فصل پنجم به شرح مختصری از منطقه مورد مطالعه، داده ­ها و اطلاعات مورد نیاز اشاره می­ شود و مدل حل اختلاف Nash در تخصیص آب بین دو منطقه در سه سال آبی مختلف به کار خواهد رفت. در فصل ششم نتیجه ­گیری و پیشنهادات حاصل از تحقیق ارائه شده و در انتها مراجع مورد استفاده معرفی می­گردند.

1-2-ضرورت حفاظت از مناطق ساحلی.. 6
1-2-1-حفاظت سواحل.. 7
1-2-2-انواع طرحهای حفاظت از سواحل.. 7
1-3- تشریح مناطق ساحلی استان گیلان و منطقه بندی آن.. 8
1-3-1- تحلیل موقعیت استان.. 8
1-3-2-سواحل دریای خزر در استان گیلان.. 11
1-3-3-ویژگیهای اقلیمی استان گیلان (دما-رطوبت-باد). 16
1-3-4-منطقه بندی پیشنهادی جهت بکارگیری در مدل تاپسیس… 21
1-3-5-معرفی اقلیمی مناطق ساحلی استان گیلان.. 22
1-3-5-1-منطقه اول ( آستارا). 22
1-3-5-2-منطقه دوم: تالش(طوالش). 33
1-3-5-3-رضوانشهر. 34
1-3-5-4-بندرانزلی.. 34
1-3-5-5-رشت… 46
1-4-معرفی انواع و تشریح عملکرد موجشکنها.. 67
1-4- موج شکنهای صندوقه ای پوشیده شده با بلوک بتنی مستهلک کننده موج.. 73
1-4-4-طریقه دیگرتقسیم بندی موج شکنها براساس نوع سازه ای.. 73
1-5-معرفی معیارهای موثر در جانمایی موج شکن.. 75
1-6-تشریح معیارهای موثر در جانمایی موج شکن.. 76
1-7-معرفی و تشریح مدل تاپسیس.. 126
فصل دوم : بر تحقیقات انجام شده
بر تحقیقات انجام شده.. 129
بر تحقیقات انجام شده.. 130
فصل سوم : روش تحقیق
روش تحقیق :.. 134
3-1-وزندهی معیارهای موثر در جانمایی موج شکن.. 135
3-2-مقداردهی معیارهای موثردر جانمایی موج شکن در مناطق ساحلی استان گیلان.. 136
3-3-بکارگیری معیارهای جانمایی موج شکن در مدل تاپسیس.. 149
فصل چهارم : نتایج
نتایج:.. 163
فصل پنجم : بحث و نتیجه گیری
بحث و نتیجه گیری:.. 164
منابع و مآخذ:.. 166
 
فهرست جداول
عنوان                                                                                                             صفحه
 
جدول( 1-1): سهم واحدهای طبیعی تشکیل دهنده استان گیلان.. 9
جدول(1- 1): منطقه بندی مناطق ساحلی دریای خزر در استان گیلان   22
جدول( 1-2 ): جانمایی موج شکن ها.. 75
جدول(1-3): وضعیت مورفودینامیكی ساختارهای رسوبی بستر سواحل جنوبی دریای خزر.. 85
جدول (1-4) وضعیت عوارض مورفودینامیكی در ناحیه بخش خشك ساحل. 86
جدول شماره (1-5): فراوانی زمانی سیستمهای اثر گذار بر سواحل جنوبی دریای خزر.. 104
جدول شماره (1-6): منشأ و فراوانی سامانه های مؤثر بر ترازهای توفانی سواحل جنوبی دریای خزر.. 105
جدول شماره (1-7): ویژگی های عمده تراز توفانی، فراوانی سامان ههای مؤثر و ویژگی های مسیرحركتی در هریک از خوشه ها.. 108
جدول (1-8) : سرعت جریانات دریایی m/m در خزر جنوبی سرعت میانگین و حداکثر جریان آب و جهت آن در شمال انزلی.. 119
جدول 3-1-مقادیروزنی معیارهای موثر در جانمایی موج شکن.. 135
جدول( 3-2): مقدار معیار شیب بستر (ماهیت منفی).. 136
جدول(3-3): مقداری معیار طوفانی بودن دریا (ماهیت منفی).. 136
جدول (3-4): مقدار معیار ارتفاع موج دریا (ماهیت منفی).. 137
جدول (3-5): مقداری معیار جریانهای دریایی (ماهیت منفی).. 137
جدول( 3-6): مقدار معیار شدت باد (ماهیت منفی).. 138
جدول(3- 7): مقدار معیار شرایط پی و جنس خاک بستر دریا (ماهیت مثبت)   138
جدول (3-8): مقدار معیار میزان رسوبات ساحلی (ماهیت منفی).. 139
جدول (3-9) :مقداری معیار دسترسی به مصالح ساختمانی (ماهیت مثبت)   139
جدول( 3-10): مقدار معیار کاربری موج شکن (ماهیت مثبت).. 140
جدول (3-11) : مقدار معیار عوامل اقتصادی و سیاسی (ماهیت مثبت)   140
جدول (3-12): مقدار معیار اثرات زیست محیطی و اکوتوریسم (ماهیت منفی).. 141
جدول( 3-13):مقدار معیار محدوده بندر وتعداد و ابعادو سهولت تردد کشتیها (ماهیت مثبت).. 141
جدول (3-14) : معیار توسعه آتی بندر (ماهیت مثبت).. 142
جدول(3-15): مقدار معیار هزینه تعمیر و نگهداری (ماهیت منفی)   142
جدول(3-15): مقدار معیاراستفاده تفریحی از بنادر و موج شکنها (ماهیت مثبت).. 143
جدول(3-17): مقدار معیار احتمال لایروبی آتی محوطه بندری (ماهیت منفی).. 143
جدول(3-18) : مقدار معیار وجود بندرگاه های مجاور (ماهیت منفی)   144
جدول( 3-19) : مقدار معیار میزان بالاامدگی دریاsetupوپیشروی موج در ساحلrunup (ماهیت منفی).. 144
جدول3(-20) مقدار معیار احتمال پدیده انعکاس در مجاورت موج شکن (ماهیت منفی).. 145
جدول(3-21) : مقدار معیار مدل شکست امواج در ناحیه ساحلی (ماهیت منفی).. 145
جدول (3-22) : مقدار معیار ارضای معیارهای ایین نامه ای طراحی بنادر(نوسان آب در محدوده بندر)(ماهیت منفی).. 146
جدول(3-23) : مقدار معیاراقلیمی(دما) (ماهیت منفی).. 146
جدول(3-24) : مقدارمعیار اقلیمی(رطوبت) (ماهیت منفی).. 147
جدول(3-25) : مقدارمعیار ارتباطات تجاری با همسایگان (ماهیت مثبت)   147
جدول(3-26):مقدارمعیار لرزه خیزی (ماهیت منفی).. 148
 
 
فهرست نمودار
عنوان                                                                                                            صفحه
نمودار( 1-1): میانگین دمای ماهانه در استان گیلان.. 17
نمودار( 1-2): نقشه همدمای استان گیلان ( 2000- 1976 ) (كمانگر،1382).. 17
نمودار(1-3): میانگین رطوبت نسبی ماهانه در استان گیلان.. 18
نمودار (1-4): نقشه همباران استان گیلان ( 2000-1976 ) (كمانگر،1382)   19
نمودار (1-5): درصد فصلی بارش در استان گیلان.. 20

نمودار (1-6): حداكثر بارش روزانه شهرهای پرباران استان گیلان   21
نمودار(1-7): تغییرات ماهانه دمای میانگین آستارا.. 25
نمودار (1-8): تغییرات فصلی دمای آستارا.. 25
نمودار (1-9): روند تغییرات سالانه دمای آستارا.. 25
نمودار (1-10): تغییرات ماهانه رطوبت میانگین آستارا.. 26
نمودار (1-12): روند تغییرات سالانه رطوبت آستارا.. 26
نمودار (1-11): تغییرات فصلی رطوبت آستارا.. 26
نمودار (1-13): میانگین ماهانه بارندگی آستارا.. 27
نمودار(1-14):میانگین فصلی بارندگی آستارا.. 27
نمودار(1-15): روند تغییرات مجموع بارندگی سالانه آستارا.. 27
نمودار (1-16): میانگین ماهانه تعداد روزهای بارانی آستارا.. 28
نمودار (1-17): روند تغییرات سالانه تعداد روزهای بارانی آستارا   28
نمودار (1-18): حداكثر بارندگی 24 ساعته آستارا.. 28
نمودار( 1-19): میانگین ماهانه تعداد روزهای صاف آستارا.. 29
نمودار( 1-20): میانگین ماهانه تعداد روزهای نیمه ابری آستارا   29
نمودار (1-21): میانگین ماهانه تعداد روزهای تمام ابری آستارا   29
نمودار(1-22): میانگین ماهانه تعداد روزهای یخبندان آستارا.. 30
نمودار (1-23): روند تغییرات سالانه تعداد روزهای یخبندان آستارا   30
نمودار (1-24): میانگین ماهانه تعداد ساعات آفتابی آستارا.. 30
نمودار (1-25): روند تغییرات سالانه تعداد ساعات آفتابی آستارا   31
نمودار (1-26): میانگین ماهانه فشار هوای ایستگاه آستارا.. 31
نمودار (1-27): روند تغییرات سالانه فشار هوای ایستگاه آستارا   31
نمودار (1-28): میانگین ماهانه سرعت باد آستارا.. 32
نمودار (1-29): روند تغییرات سالانه سرعت باد آستارا.. 32
نمودار (1-30): میانگین فصلی باد آرام آستارا.. 32
نمودار (1-31) : نمودار تغییرات ماهانه دمای میانگین بندرانزلی   37
نمودار (1-32): نمودار تغییرات فصلی دمای بندرانزلی.. 38
نمودار (1-33): نمودار روند تغییرات سالانه دمای بندرانزلی.. 38
نمودار (1-34): نمودار روند تغییرات سالانه رطوبت بندرانزلی.. 38
نمودار (1-35): نمودار تغییرات فصلی رطوبت بندرانزلی.. 39
نمودار (1-36): نمودار میانگین فصلی بارندگی بندرانزلی.. 39
نمودار (1-37) : نمودار میانگین ماهانه بارندگی بندرانزلی.. 39
نمودار (1-38): نمودار روند تغییرات مجموع بارندگی سالانه بندرانزلی   40
نمودار (1-39): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای بارانی بندرانزلی.. 40
نمودار (1-40): نمودار روند تغییرات سالانه تعداد روزهای بارانی بندرانزلی.. 40
نمودار (1-41): نمودار حداكثر بارندگی 24 ساعته بندرانزلی.. 41
نمودار (1-42): نمودار روند تغییرات سالانه تعداد ساعات آفتابی بندرانزلی.. 41
نمودار (1-43): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای نیمه ابری بندرانزلی.. 41
نمودار (1-44): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای تمام ابری بندرانزلی.. 42
نمودار( 1-45): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای یخبندان بندرانزلی.. 42
نمودار (1-46): نمودار روند تغییرات سالانه تعداد روزهای یخبندان بندرانزلی.. 42
نمودار( 1-47): نمودار میانگین ماهانه تعداد ساعات آفتابی بندرانزلی   43
نمودار (1-48): نمودار روند تغییرات سالانه فشار هوای ایستگاه انزلی   43
نمودار (1-49): نمودار روند تغییرات سالانه سرعت باد بندرانزلی   43
نمودار (1-50): نمودار میانگین ماهانه سرعت باد بندرانزلی.. 44
نمودار (1-51): نمودار میانگین ماهانه فشار هوای ایستگاه انزلی   44
نمودار (1-52): نمودار میانگین ماهانه دمای آب و دمای هوای انزلی   44
نمودار (1-53): نمودار میانگین فصلی باد آرام بندرانزلی.. 45
نمودار (1-54): نمودار میانگین ماهانه شوری آب در بندر انزلی   45
نمودار (1-56): نمودار میانگین ماهانه تفاضل دمای آب و هوا در انزلی   46
نمودار (1-57): نمودار میانگین ماهانه PH آب در بندر انزلی.. 46
نمودار(1-58) : نمودار تغییرات ماهانه دمای میانگین رشت.. 49
نمودار (1-59): نمودار تغییرات فصلی دمای رشت.. 50
نمودار( 1-60): نمودار روند تغییرات سالانه دمای رشت.. 50
نمودار( 1-61): نمودار تغییرات ماهانه رطوبت میانگین رشت.. 50
نمودار( 1-62): نمودار تغییرات فصلی رطوبت رشت.. 51
نمودار( 1-63): نمودار روند تغییرات سالانه رطوبت رشت.. 51
نمودار( 1-64): نمودار میانگین ماهانه بارندگی رشت.. 51
نمودار( 1-65):نمودار میانگین فصلی بارندگی رشت.. 52
نمودار( 1-66) : نمودار روند تغییرات مجموع بارندگی سالانه رشت   52
نمودار (1-67): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای بارانی رشت   52
نمودار( 1-68): نمودار روند تغییرات سالانه تعداد روزهای بارانی رشت   53
نمودار( 1-69): نمودار حداكثر بارندگی 24 ساعته رشت.. 53
نمودار( 1-70): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای صاف رشت.. 53
نمودار( 1-71): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای نیمه ابری رشت   54
نمودار( 1-72): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای تمام ابری رشت   54
نمودار( 1-73): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای یخبندان رشت   54
نمودار( 1-74): نمودار روند تغییرات سالانه تعداد روزهای یخبندان رشت   55
نمودار( 1-75): نمودار میانگین ماهانه تعداد ساعات آفتابی رشت   55
نمودار(1-76): نمودار روند تغییرات سالانه تعداد ساعات آفتابی رشت   55
نمودار( 1-77): نمودار میانگین ماهانه فشار هوای ایستگاه رشت   56
نمودار( 1-78) : نمودار روند تغییرات سالانه فشار هوای ایستگاه رشت   56
نمودار (1-79): نمودار میانگین ماهانه سرعت باد رشت.. 56
نمودار( 1-80): نمودار روند تغییرات سالانه سرعت باد رشت.. 57
نمودار( 1-81) : نمودار میانگین فصلی باد آرام رشت.. 57
نمودار( 1-82) : تغییرات ماهانه دمای میانگین لاهیجان.. 61
نمودار( 1-83): تغییرات فصلی دمای لاهیجان.. 61
نمودار( 1-84): روند تغییرات سالانه دمای لاهیجان.. 61
نمودار (1-85): میانگین ماهانه رطوبت نسبی لاهیجان.. 62
نمودار (1-86): میانگین فصلی رطوبت نسبی لاهیجان.. 62
نمودار( 1-87): تغییرات سالانه رطوبت نسبی لاهیجان.. 62
نمودار (1-88) : نمودار میانگین ماهانه بارندگی لاهیجان.. 63
نمودار (1-89): نمودار میانگین فصلی بارندگی لاهیجان.. 63
نمودار( 1-90): نمودار روند تغییرات مجموع بارندگی سالانه لاهیجان   63
نمودار( 1-91): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای بارانی لاهیجان   64
نمودار (1-92): نمودار روند تغییرات سالانه تعداد روزهای بارانی لاهیجان.. 64
نمودار(1-93): حداكثر بارندگی 24 ساعته لاهیجان.. 64
نمودار (1-94): نمودار میانگین ماهانه تعداد روزهای یخبندان لاهیجان   65
نمودار (1-95): نمودار روند تغییرات سالانه تعداد روزهای یخبندان لاهیجان.. 65
نمودار (1-95): نمودار ترازهای توفانی قابل مشاهده از مشاهدات ساعتی سواحل جنوبی دریای خزر.. 97
نمودار (1-96): نمودار رابطه تغییرات تراز آب دریا(Δhc) با دوره میانگین داده های اولیه.. 97
نمودار (1-97): دندروگرام تحلیل خوشه ای نقشه های همدیدی زمان رخداد تراز توفانی بالاتر از50 سانتیمتر.. 98
نمودار (3-1) امتیاز مناطق مورد بررسی جهت احداث موج شکن (خروجی مدل تاپسیس).. 161
 
فهرست شکل ها
عنوان                                                                                                             صفحه
 
شکل(1-1): نقشه سیاسی استان گیلان.. 10
شکل( 1-2 ): نقشه گیلان.. 21
شکل(1-8): نقشه منطقه لنگرود.. 66
شکل(1-3): ریخت شناسی بستر دریای خزر (The Caspian Sea, 1987)… 80
شکل( 1-4 ): منطقه ریخت شناسی ساحلی.. 82
(شكل 1-5)… 84
شكل (1-6) سوراخ های زیستی روی بستر دریای خزر.. 85
شکل(1-7): انواع موجك های ماسه ای در منطقه مورد بررسی.. 86
شکل (1-8): نقشه عمق سنجی دریای خزر.. 90
شکل (1-9): تغییرات مورفولوژیکی دهانه رودخانه سفیدرود در دریای خزر.. 91
شکل (1-10): سهم رودخانه های حاشیه خزر در ورود آب به حوضچه دریای خزر.. 92
شکل (1-11: دریای طوفانی).. 92
شکل(1-12): اثر مد توفان بر سطح دریا و مد نجومی.. 94
شکل (1-13): نقشه محدوده مورد مطالعه و موقعیت ایستگا ههای ترازسنجی   96
شکل (1-14): الگوهای گردشی سطح 500 و 1000 میلیبار مؤثر بر ترازهای توفانی بیش از 5/0.. 101
شکل شماره (1-15): میانگین مسیرهای عمده سیستم ها با منشا ده گانه   106
شکل شماره (1-16):میانگین مسیرهای عمده رودبادهای 500 هكتوپاسكال   106
شکل شماره (1-17): مسیرهای ده گانه سامانه های موثر بر ترازهای توفانی بیش از 50 سانتیمتر.. 107
شکل شماره (1-18): جزر و مد.. 108
شکل شماره (1-19): تصاویر جز و مد.. 110
شکل شماره (1-20): نمای نزدیک از مش محاسباتی در جنوب دریای خزر.. 112
شکل شماره (1-21): اصلاحات اعمال شده به جهت و سرعت باد مدل ECMWF Operational 113
شکل (1-22): سری زمانی ارتفاع موج و نمودار پراكندگی داده های مدل در مقایسه با بویه امیرآباد در مارس و آوریل 2002. 114
شکل (1-23): گلموج حاصل از مدلسازی و اندازه گیری در محل بویه نكادر سال 1992.. 115
شکل (1-24): نمودار پراكندگی ارتفاع موج حاصل از مدلسازی و داده های ماهواره ای برای نقطه Tr-2-3. 115
شکل (1-25): ارتفاع موج به متر در دوره بازگشت 100 ساله بر اساس توزیع TGUM/ ML (بخش جنوبی خزر).. 116
شکل (1-26) جریان های آبی در دریای خزر.. 117
شکل (1-27) : پراکنش رسوب های سطحی در کف دریای خزر.. 118
شکل (1-28) : بنادر و شهرهای ساحلی دریای خزر.. 118
شکل (1-29) : جریان های دریایی در دریای خزر (ماخذ دکتر امین سحابی)   119
شکل (1-30) :گلباد ایستگاه های هواشناسی استان گیلان.. 122
شکل (1-31) : ایستگاه آستارا.. 123
شکل (1-32): ایستگاه تالش.. 123
شکل (1-33): ایستگاه انزلی.. 124
شکل (1-34) : ایستگاه رشت – فرودگاه.. 124
شکل (1-35) : ایستگاه رشت – کشاورزی.. 125
شکل (1-36) : ایستگاه كیاشهر (آستانه).. 125
شکل (1-37) : کانون سطحی زمین لرزه فیرزو آباد.. 126
فهرست نقشه ها
عنوان                                                                                                            صفحه
 
نقشه (1-1): نقشه منطقه آستارا.. 23
نقشه (1-2): نقشه منطقه تالش.. 33
نقشه (1-3): نقشه منطقه رضوانشهر.. 34
نقشه( 1-4): نقشه منطقه بندرانزلی.. 34
نقشه(1-5): نقشه منطقه رشت.. 46
نقشه( 1-6 ): نقشه منطقه آستانه اشرفیه.. 58
نقشه( 1-7): نقشه منطقه لاهیجان.. 59
نقشه(1-9):نقشه منطقه رودسر.. 67

چکیده

موج شكن ها سازه هایی هستند كه بنادر را در برابر اثرات ویران كننده امواج دریاها حفاظت میكنند. تاریخ ساخت موج شكن ها به 4000 الی 5000 سال پیش میرسد. فینیقی ها اولین كسانی بودند كه اقدام به ساخت موج شكن های اولیه نمودند. در قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم موج شكن های مشابهی ساخته شد كه بر اثر حوادث و خرابی های زیادی كه به بار آوردند همگی از نظر مهندسی مردود شناخته شدند. دو موج شكن الجیز (ALGIERS) و كاتانیا (CATANTA) از این نمونه اند. كه هر دو به علت لغزیدن تخته سنگهایشان بر روی یكدیگر بكلی ویران گشتند. لذا برای مقابله با چنین خرابیها لازم آمد تا مطالعاتی در این زمینه انجام گیرد. موج شكن ها سازه های دیواره ای شكلی هستند كه با استهلاك انرژی امواج , حوضچه آرامشی در سمت ساحلی خود ایجاد می نمایند .از محیط آرام ایجاد شده بوسیله بازوهای موج شكن استفاده های دیگری نیز می شود كه از آن جمله می توان باراندازی , و باربرداری و عملكرد ایمن شناورها و نیز حفاظت از تسهیلات بندری و مناطق و گردشگاه های ساحلی را بر شمرد . علاوه بر موارد فوق الذكر موج شكن ها می توانند با بهبود شرایط ورودی بنادر و هدایت جریانهای دریائی و ایجاد ترازهای متفاوت آب, روند رسوبگذاری را كنترل نمایند. برای طراحی و جانمایی موج شکن علاوه بر بررسی ضروریت طرح، انجام عملیات هیدروگرافی و مطالعات و جمع آوری اطلاعات مربوط به عمق آب و مقدار و ارتفاع جذر و مد- ارتفاع متوسط امواج- جهت وزش باد های موسمی – میزان قدرت و نوع طوفانهای دریایی در منطقه- جهت و شدت وزش باد غالب- مطالعه بستر دریا بوسیله گمانه زنی و تعیین میزان و ارتفاع لای و رسوبات و همچنین تعیین نوع بستر(بستر سنگی یا بستر ماسه ای) موردنیاز میباشد. با بدست آوردن تمامی اطلاعات مذکور، طراحی با مد نظر قرار دادن این داده ها و همچنین بر اساس کارایی مورد نیاز موج شکن از لحاظ وسعت مورد نیاز حوضچه میزان سطح آب خور حوضچه جهت استفاده نوع کاربری و تعداد و تناژ نوع شناور هایی که برای استفاده از حوضچه یا وسعت محدوده ساحل حفاظتی مد نظر کارفرما میباشد و در واقع براساس نوع کاربری تعریف شده توسط کارفرما، اقدام به جانمایی و طراحی موج شکن مینماید. در این تحقیق سعی برآن است که بامنطقه بندی مناطق ساحلی براساس معیارهای دارای اولویت فوق با بکارگیری مدل تصمیم گیری چند معیاره TOPSIS مکانهای دارای اولویت احداث موج شکن براساس منطقه بندی ساحلی را مشخص نماییم.
 


 
 
 
 
 
 
 
 

فصل اول :

کلیات تحقیق

1-1-معرفی اهمیت مناطق ساحلی

دریاها و اقیانوسها بیش از 60 درصد از سطح زمین رامی پوشانند و متجاوز از 97 درصد آب موجود در کره زمین را در خودجای داده و نقشی حیاتی درچرخه انرژی وغذایی ایفامی کنند. انسانها برای بسیاری ازمسایل بویژه انرژی و موادمعدنی به دریاهاواقیانوسهاوابسته اند. دریاهاواقیانوسهاسکونتگاه موجودات زنده ومنبع غذایی بسیارمهم هستند . دریاهاواقیانوسها همچنین محلی برای تفریح، یادگیری ، تقویت قوای تخیل و ابداع در انسانها هستند . بسیاری از منابع مهم دریاها و اقیانوسها در نزدیک سواحل آنها متمرکز هستند . در سال 1997 تقریباً 601 میلیون نفر دارند در سواحل یا در نزدیکی سواحل واقع شده بودند.درصد شهرهای جهان که هر کدام جمعیتی بیش از 6بررسی منابع ساحلی جهان و آشنایی با آن برای کلیه کسانی که در سطوح مختلف درگیر مدیریت یکپارچه مناطق ساحلی هستند مهم و ضروری است . در حقیقت بخش اعظمی مدیریت یکپارچه مناطق ساحلی بر محور نحوه بهره برداری درست وحفاظت از این منابع استوار است . اکوسیستمهای ساحلی منابع زاینده زیست محیطی هستند که نقش بسیار تاثیرگذاری در حیات کره زمین ایفا می نمایند.مناطق ساحلی به دلیل برخورداری از انواع منابع طبیعی و غیر طبیعی موجود در آنها دارای ارزش و اهمیت بالای اقتصادی،اجتماعی و زیست محیطی می باشند و دارای ارزش اقتصا دی بسیار بالایی هستند که در برخی از موارد اقتصاد کشورها و جوامع به شدت به آن وابسته است . از نظر زیست محیطی مناطق ساحلی به دلیل دارا بودن اکوسیستمهای مولد و حساس دارای اهمیت وارزش فوق العاده ای می باشند.
مناطق ساحلی جهان را از زوایای مختلف می توان مورد توجه و بررسی قرار داد:
 
1-1-1- ابعاد و اندازه سواحل و مناطق ساحلی جهان
سواحل جهان طولی به اندازه 1634701 کیلومتر دارند . مساحت سواحل از خط ساحلی تا فلات قاره (عمق دویست متری ازخط ساحلی)بالغ بر 242811 هزار کیلومتر مربع و مساحت قلمرو سرزمینی مجموع کشورها 18869هزار کیلومتر مربع میباشد. مساحت منطقه ویژه انحصاری کشور ها در حدود 1021084هزار کیلومتر مربع است . بر اساس آخرین اطلاعات موجودنزدیک به 39 درصد جمعیت جهان در فاصله 100 کیلومتری از سواحل زندگی می کنند .
 
 
 
 
1-1-2- اکوسیستمهای ساحلی
خصوصیات سواحل ، اطلاعات پایه و مرجعی برای ارزیابی اکوسیستم های ساحلی و نحوه مدیریت آنها ارائه می دهند.
 
1-1-3- ارزش و اهمیت اقتصادی منابع اکوسیستمی
ارزش گذاری اقتصادی برای اکوسیستمها و خدماتی که ارائه می دهند کار سخت و پیچیده ای است . با این حال عده ای ازدانشمندان و اقتصاددانان کوشیده اند با بهره گرفتن از روش های گوناگون برآوردهایی از ارزش کالاها و خدمات اکوسیستمها تهیه انجام داده اند . بر (Costanza et al., 1997) نمایند. یکی از این موارد، مطالعه ای است که کوستانزا و دیگران در سال 1997اساس این مطالعات ارزش سالانه خدمات اکوسیستمی ارائه شده توسط کل اکوسیستمهای موجود در بیوسفر چیزی بین 16 تا 33تریلیون دلار آمریکا برآورد شده است که نزدیک به 8/1 برابر بزرگتر از ارزش تولید ناخالص ملی کل کشورهای جهان است.تشکیل خاک به دلیل اهمیتی که برای کشاورزی دارد از پر ارزش ترین خدمات اکوسیستمی است . خدمات تفریحی و تنظیم و عرضه آب در رده بعدی قرار دارند .بدیهی است سهم قابل توجهی از این خدمات توسط اکوسیستم های ساحلی ارائه می شوند.
 
1-1-4- انواع منابع و کاربردهای مناطق ساحلی
کاربری های ساحلی انواع متعددی دارند ولی در یک تقسیم بندی کلی می توان آنها را به چهار دسته تقسیم بندی نمود . این چهار دسته عبارتند از:
الف) استخراج منابع

• صید و صیادی
• جنگلداری
• نفت و گاز
• معدن

ب) زیرساختها

• حمل و نقل
• بنادر
• اسكله هاوموجشکنها
• دفاع و حفاظت ساحلی

ج)توریسم و اوقات فراغت
د)حفاظت و نگهداری از تنوع زیستی
منابع ساحلی را می توان به دو دسته منابع تجدید شونده و تجدید ناپذیر تقسیم بندی نمود.
-استخراج منابع ( صید و صیادی)
منابع تجد ید شونده ساحلی عمدتا منابع شیلا تی هستند که توسط صید تجاری و صید تفریحی و پرورش آبزیان بهره برداری می شوند .
-استخراج منابع (منابع جنگلی)
منابع جنگلی یکی دیگر از منابع تجدید شونده در مناطق ساحلی هستند که عمدتاً بر روی استخراج و بهره برداری از جنگلهای مانگرو استوار است . مانگرو به طور تار یخی منبعی برای سوخت، ساخت لوازم خانگی و سا یر استفاده ها در مناطق ساحلی بوده است ولی طی سالهای اخیر بهره برداری بی رویه از آن بویژه برای سوخت بطور روز افزونی در حال افزا یش بوده است .
-استخراج منابع (منابع نفت و گاز)
منابع نفت و گاز از جمله مهمتر ین منابع تجد ید ناپذیر هستند که در اغلب مناطق ساحلی وجود داشته و با سرعت زیادی درحال استخراج می باشند . بعضی از مناطق ساحلی و دریایی دارای ذخایر عظیمی از نفت و گاز و بعضی دارای ذخایر فراوانی ازطلا، کبالت، فسفر و سایر سنگهای با ارزش معدنی هستند . به این دسته از کانیهای ارزشمند باید شن و سنگ را نیز که در بعضی مناطق ساحلی به وفور یافت می شوند اضافه کرد.ذخایر انرژی ساحلی 11.8درصد از کل ذخایر نفت جهان و 25 درصد ذخایر گاز جهان را تشکیل می دهند.
-استخراج منابع (منابع معدنی )
سواحل همچنین دارای منابع معدنی مانند شن و ماسه، نمک و صخره های مرجانی هستند که ضمن ا ینکه بخش قابل توجهی از فعالیتها را در مناطق ساحلی به خود اختصاص می دهند نیاز به مدیریت درست منابع دارند و بدون استفاده درست از آنها مشکلات زیادی بوجود خواهد آمد .
– زیرساختها

 
 
 
 
فهرست مطالب
عنوان……………………………………………………………………………………………………………………………………صفحه
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………….14
1-2- اهمیت ارزیابی اثرات زیست‌محیطی……………………………………………………………………………………………..14
1-3- مفهوم ارزیابی اثرات زیست‌محیطی………………………………………………………………………………………………15
1-4- مفهوم انتقال بین حوزه­ای آب……………………………………………………………………………………………………..17
فصل دوم: سوابق مطالعاتی
2-1- پیشینه ارزیابی اثرات زیست‌محیطی در جهان………………………………………………………………………………….20
2-2- پیشینه ارزیابی اثرات زیست‌محیطی در ایران…………………………………………………………………………………..22
2-3- طرح­های انتقال بین حوزه­ای آب در ایران و جهان……………………………………………………………………………23
2-3-1- طرح­های انتقال آب بین حوزه­ای داخلی…………………………………………………………………………………..23
2-3-2- طرح­های انتقال آب بین حوزه­ای خارجی…………………………………………………………………………………..26
2-4- سوابق مطالعاتی طرح­های انتقال آب و ارزیابی زیست­محیطی آن­ها در ایران و جهان……………………………….27
فصل سوم: مواد و روش­ها
3-1- اهداف، نیازها و ضرورت­های طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم………………………………………………30
3-2- قوانین، مقررات و آیین­نامه­ های زیست­محیطی مرتبط با طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم………………31
3-2-1- قوانین و مقررات…………………………………………………………………………………………………………………..31
3-2-2- آیین نامه­ها………………………………………………………………………………………………………………………….32
3-2-3- معیارهای یونسکو در مورد طرح­های انتقال آب بین حوزه­ای………………………………………………………….32
3-3- موقیت مکانی طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم……………………………………………………………………33
3-4- مشخصه­های مکانی و فنی طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم……………………………………………………34
3-5- ضرورت انجام ارزیابی اثرات زیست­محیطی طرح انتقال آب از سد کوچری به قم…………………………………..39
3-6- انتخاب روش ارزیابی………………………………………………………………………………………………………………..40
3-6-1- ماتریس ایرانی……………………………………………………………………………………………………………………..42
3-7- تعیین محدوده­های مطالعاتی طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم…………………………………………………45
3-8- وضعیت موجود محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی در طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم……………………50
3-9- وضعیت موجود محیط­زیست بیولوژیکی در طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم…………………………….52
3-10- وضعیت موجود محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی در طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم……………….52
3-10-1- ویژگی­های جمعیتی……………………………………………………………………………………………………………53
۳-10-2- آثار تاریخی و وضعیت گردشگری…………………………………………………………………………………………54
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل نتایج
4-1- بررسی اثرات طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم بر محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی………………………..58
4-1-1- اثرات به وجود آمده در صورت عدم اجرای طرح بر محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی……………………………58
4-1-2- اثرات به وجود آمده در صورت اجرای طرح بر محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی………………………………….59
4-2- بررسی اثرات طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم بر محیط­زیست بیولوژیکی………………………………..61
4-2-1- اثرات به وجود آمده در صورت عدم اجرای طرح بر محیط­زیست بیولوژیکی…………………………………….61
4-۲-۲- اثرات به وجود آمده در صورت اجرای طرح بر محیط­زیست بیولوژیکی…………………………………………..61
۴-۳- بررسی اثرات طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی……………………..62
۴-۳-۱- اثرات به وجود آمده در صورت عدم اجرای طرح بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی…………………………62
۴-۳-۲- اثرات به وجود آمده در صورت اجرای طرح بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی………………………………..63
۴-۳-۲-۱- اثرات به وجود آمده در صورت اجرای طرح بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی در مرحله اجرایی…….63
۴-۳-۲-۲- اثرات به وجود آمده در صورت اجرای طرح بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی در مرحله بهره­برداری.65
4-4-ماتریس ارزیابی اثرات زیست­محیطی طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم……………………………………..67
4-5- تجزیه و تحلیل اثرات و جمع بندی نتایج ماتریس…………………………………………………………………………….73
4-5-۱- تجزیه و تحلیل اثرات و پیامد‌ها در مرحله اجرایی…………………………………………………………………………73
4-5-2- تجزیه و تحلیل اثرات و پیامد‌ها در مرحله بهره­برداری……………………………………………………………………73
4-5-3- جمع بندی نتایج ماتریس………………………………………………………………………………………………………..73
فصل پنجم: نتیجه ­گیری
5-1- نتیجه ­گیری……………………………………………………………………………………………………………………………..79
5-2- راهکارهای کاهش اثرات بر محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی……………………………………………………………..80
5-2-۱- راهکارهای کاهش اثرات بر محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی در مرحله اجرایی…………………………………80
5-2-۲- راهکارهای کاهش اثرات بر محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی در مرحله بهره­برداری……………………………..80
5-3- راهکارهای کاهش اثرات بر محیط­زیست بیولوژِکی……………………………………………………………………….83
5-4- راهکارهای کاهش اثرات بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی…………………………………………………………….85
5-4-۱- راهکارهای کاهش اثرات بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی در مرحله اجرایی……………………………….85
5-4-۲- راهکارهای کاهش اثرات بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی در مرحله بهره برداری………………………..85
5-5- پایش زیست­محیطی………………………………………………………………………………………………………………….88
5-5-۱- پایش محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی………………………………………………………………………………………..89
5-5-2- پایش محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی………………………………………………………………………………………90
5-6- مدیریت زیست­محیطی………………………………………………………………………………………………………………90
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
عنوان……………………………………………………………………………………………………………………………………صفحه
شکل (3-1) موقعیت کلی محدوده طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم……………………………………………..33
شکل (3-2) موقعیت سرشاخه­های دز تا سد کوچری………………………………………………………………………………35
شکل (3-3) تصویری از بندهای دره­دزدان، دره­دایی، دره چشمه­سرداب و دره­لکو در طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم………………………………………………………………………………………………………………………………………..36
شکل (3-4) مسیر خط لوله انتقال آب و موقعیت راه­های دسترسی در طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم..38
شکل (3-5) مراحل ارزیابی اثرات زیست­محیطی با ماتریس ایرانی…………………………………………………………….43
شکل (3-6) محدوده بلافصل ارزیابی اثرات زیست­محیطی در طرح انتقال آب از سد کوچری به قم………………..47
شکل (3-7) مرز اکولوژیکی ارزیابی اثرات زیست­محیطی در طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم………….49
شکل (3-8) مرز اقتصادی-اجتماعی ارزیابی اثرات زیست­محیطی در طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم..50
شکل (4-1) اثرات طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم در مرحله اجرایی بر محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی60
شکل (4-2) اثرات طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم در مرحله اجرایی بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی…………………………………………………………………………………………………………………………………………65
شکل (4-3) درصد فراوانی اثرات و پیامدهای مطلوب و نامطلوب در مرحله اجرایی……………………………………..77
شکل (4-4) درصد فراوانی اثرات و پیامدهای مطلوب و نامطلوب در مرحله بهره­براری…………………………………77
 
 
 
 
فهرست جداول
عنوان……………………………………………………………………………………………………………………………………صفحه
جدول (1-1) انواع انتقال­های بین حوزه­ای…………………………………………………………………………………………….18
جدول (2-1) نام کشورها و سال تصویب قانون ارزیابی اثرات زیست­محیطی……………………………………………….21
جدول (3-1) مفاهیم اعداد استفاده شده در ماتریس ارزیابی……………………………………………………………………..44
جدول (3-2) محدوده و کیفیت اثرات سودمند و مخرب در ماتریس ایرانی…………………………………………………45
جدول (3-3) محدوده و کیفیت پیامدهای مطلوب و نامطلوب در ماتریس ایرانی………………………………………….45
جدول (3-4) تقسیمات سیاسی-اداری استان­های واقع در محدوده مورد مطالعه در سال 1390…………………………53
جدول (4-1) ماتریس ارزیابی اثرات زیست­محیطی طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم در مرحله اجرایی..69
جدول (4-2) ماتریس ارزیابی اثرات زیست­محیطی طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم در مرحله بهره برداری……………………………………………………………………………………………………………………………………………70
جدول (4-3) خلاصه نتایج ماتریس ارزیابی اثرات زیست­محیطی طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم در مرحله اجرایی……………………………………………………………………………………………………………………………………………71
جدول (4-4) خلاصه نتایج ماتریس ارزیابی اثرات زیست­محیطی طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم در مرحله بهره­برداری……………………………………………………………………………………………………………………………………..72
جدول (4-5) تعداد و درصد فراوانی اثرات و پیامدهای مطلوب و نامطلوب در مرحله اجرایی…………………………75
جدول (4-6) تعداد و درصد فراوانی اثرات و پیامدهای مطلوب و نامطلوب در مرحله بهره­برداری……………………76
جدول (5-1) عمده اثرات نامطلوب طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم بر محیط­زیست فیزیکی-شیمیایی و راهکارهای کاهش آن ها……………………………………………………………………………………………………………………82
جدول (5-2) عمده اثرات نامطلوب طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم بر محیط­زیست بیولوژیکی و راهکارهای کاهش آن ها……………………………………………………………………………………………………………………84
جدول (5-3) عمده اثرات نامطلوب طرح انتقال آب از سد کوچری به شهر قم بر محیط­زیست اقتصادی-اجتماعی و راهکارهای کاهش آن ها……………………………………………………………………………………………………………………87
 
فصل اول
 
مقدمه
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-1- مقدمه
از مهم‌ترین موضوعاتی که در فرایند تکوین و تکامل مدیریت محیط‌زیست در چند دهه گذشته به ویژه در دهه ۶۰ میلا‌دی مورد توجه قرار گرفت، اتخاذ رویکرد‌های پیشگیرانه برای رویارویی با مخاطرات زیست‌محیطی ناشی از فعالیت‌های انسانی بوده است. ارزیابی اثرات زیست‌محیطی به عنوان ابزاری برای شناسایی و پیش ­بینی اثرات و پیامد‌های طرح‌ها و پروژه‌ها بر رفاه بشر و همچنین محیط‌زیست در ابتدا در کشور‌های توسعه یافته و به تدریج به عنوان موضوعی همه­گیر در سراسر جهان مطرح و به یک الزام قانونی ناظر بر اجرای طرح‌ها و پروژه‌های عمرانی، تبدیل شد. از این رو، کمتر کشوری را در جهان می‌توان یافت که فاقد قوانین و مقررات ارزیابی اثرات زیست‌محیطی باشد. در حقیقت این الزام قانونی را می‌توان در اکثر قریب به اتفاق کشور‌های جهان مشاهده کرد. جمهوری اسلا‌می ایران نیز از این قاعده مستثنا نبوده و این موضوع از سال ۱۳۷۳ در ایران از جایگاه قانونی برخوردار شده است و براساس آن، تعدادی از طرح‌ها و پروژه‌های اثرگذار بر محیط‌زیست در مرحله امکان سنجی و مکان­ یابی، مشمول تهیه گزارش ارزیابی اثرات زیست‌محیطی شدند. همچنین تخصیص اعتباراتی که از سوی سازمان‌های بین‌المللی نظیر بانک جهانی برای اجرای بسیاری از طرح‌ها و پروژه‌های عمرانی به کشور‌های در حال توسعه اعطا می‌شود نیز مشمول مطالعات ارزیابی اثرات زیست‌محیطی شده است[10].
1-2- اهمیت ارزیابی اثرات زیست‌محیطی
با توجه به اهمیت بسیار زیاد محیط‌زیست در سطح جهان و روند رو به رشد تخریب محیط‌زیست، امروزه توجه به ملا‌حظات زیست­محیطی در فرایند برنامه ­ریزی به عنوان یک ضرورت جهانی و ملی و تنها راه رسیدن به توسعه پایدار مطرح شده است.
ارزیابی اثرات زیست­محیطی، پیامد‌های احتمالی فعالیت‌های عمرانی را بر محیط‌زیست، شناسایی و با اتخاذ روش‌های مناسب، از بروز آن‌ ها جلوگیری می‌کند. هدف از انجام ارزیابی زیست­محیطی در مراحل تهیه طرح‌ها و پروژه‌ها، شناسایی هرگونه پیامد‌های زیست­محیطی در مراحل پیش از اجرا، حین اجرا و پس از اجراست تا بتوان تخریب و زیان‌های وارده بر محیط­زیست را به حداقل ممکن رساند. بنابراین می‌توان ارزیابی زیست­محیطی را ابزاری برای بررسی پیامد‌های منفی پروژه‌ها و مشخص کردن اقدامات اصلا‌حی برای استفاده بهینه از منابع در راستای حفاظت از محیط‌زیست دانست[20].
در گذشته حفاظت از محیط‌زیست بیشتر از جنبه واکنشی و پس از بروز بحران مطرح بود و اقدامات پیشگیرانه در حاشیه قرار داشت. در حالی که رویکرد جدید مبتنی بر ارزیابی زیست‌محیطی در تمام محیط‌ها و طرح‌های توسعه به طور یکپارچه و از آغاز مد نظر قرار دارد.
ارزیابی زیست­محیطی با بهره گرفتن از روش‌های مختلف، سود و زیان گزینه‌های مختلف را بررسی و گزینه‌های بهینه و اصلح را برای پیشبرد اهداف طرح‌ها و پروژه‌ها ارائه می‌کند.
در ضمن ارزیابی اثرات زیست‌محیطی بر پایش، مراقبت و کنترل تغییرات محیطی در زمان بهره ­برداری پروژه‌‌ها نیز توجه دارد و در صورتی که مسایل حاد زیست‌محیطی در مراحل بهره ­برداری از پروژه یا طرح بروز کند، به سرعت می‌توان برای اصلا‌ح فرایند‌ها اقدام کرد. به طور خلا‌صه از مهم‌ترین ضرورت‌های ارزیابی اثرات زیست‌محیطی می‌توان موارد زیر را بر شمرد:

• افزایش کیفیت محیط‌زیست.
• کاهش هزینه‌های دولت برای حفاظت از محیط‌زیست.
• ارتقای جایگاه دولت در مجامع جهانی.
• دستیابی به اهداف توسعه پایدار.
• سازگاری بین اهداف توسعه و حفاظت از محیط‌زیست.
• رفع و ترمیم خسارت‌های وارده بر محیط‌زیست.
• به کارگیری و تلفیق موازین زیست‌محیطی در برنامه‌ریزی‌ها.
• تسهیل همکاری، هماهنگی و مشارکت دستگاه‌های اجرایی.
• شناسایی دقیق فرایند‌های زیست‌محیطی.
• پیش بینی بروز اثرات زیست‌محیطی مهم و پایدار[10].

1-3- مفهوم ارزیابی اثرات زیست‌محیطی
مطالعات ارزیابی اثرات زیست‌محیطی، یک فرایند نظام­مند است که نتایج و پیامد‌های احتمالی ناشی از اجرای یک طرح یا پروژه پیشنهادی را بر محیط‌زیست پیش ­بینی می‌کند و راهکار‌های کاهش اثرات سوء و مهم را بر محیط‌زیست ارائه می‌دهد.
در گزارش مشترکی که برنامه محیط‌زیست سازمان ملل متحد، سازمان محیط‌زیست کانادا و یونسکو ارائه داده‌اند، ارزیابی اثرات زیست‌محیطی به عنوان روشی که به کمک آن شناخت، پیش‌بینی، تشریح و تبیین و تبادل اطلا‌عات درباره اثرات منفی نوع بارگذاری طرح‌ها و پروژه‌ها بر انسان، سلا‌مت جامعه و زیست بوم‌هایی که انسان برای استمرار حیات خود به آن‌ ها وابسته است، میسر می‌شود، تعریف شده است.
کانتر یکی از صاحب‌نظران محیط‌زیست، ارزیابی زیست‌محیطی را پیش‌بینی و شناخت نظام­مند پیامد‌های زیست‌محیطی ناشی از اجرای طرح‌ها، پروژه‌ها، برنامه‌ها، فعالیت‌های دولتی و خصوصی و مانند آن‌ ها بر مؤلفه‌های فیزیکی، شیمیایی، زیست‌شناختی، فرهنگی، اجتماعی و اقتصادی کل محیط‌زیست تعریف می کند[22].
به طور اساسی این اطلا‌عات به پیش‌بینی تغییرات زیست‌محیطی می‌پردازد که ممکن است در اثر اجرای گزینه‌های مختلف یک پروژه، پدید آید. افزون بر این، توصیه بهترین روش برای کاهش تغییرات حاصل از انتخاب و اجرای یکی از گزینه‌ها، در زمره وظایف ارزیابی اثرات زیست‌محیطی قرار دارد[15].
به طور خلا‌صه از مجموعه مطالب یادشده، موارد زیر قابل استنتاج است:

• ارزیابی اثرات زیست‌محیطی روشی است که از ساختار درونی و بیرونی ضابطه‌مند برخوردار بوده و آثار و پیامد‌های سوء فعالیت‌های پروژه‌ها را بر محیط‌زیست پیش ­بینی می‌کند.
• کاربرد و اجرای این روش به اطلا‌عات زیست‌محیطی هدفمند نیاز دارد.
• ارزیابی اثرات زیست‌محیطی ابزاری برای تصمیم‌گیری و تصمیم‌سازی است که به واسطه آن می‌توان ملا‌حظات زیست‌محیطی را در فرایند‌های تصمیم‌گیری و تصمیم‌سازی ادغام کرد.
• در چارچوب مطالعات ارزیابی اثرات زیست‌محیطی، محیط‌زیست در مفهوم جامع آن مورد توجه قرار می‌گیرد و تمام مؤلفه‌های طبیعی، اجتماعی، فرهنگی، بهداشتی و اقتصادی با روشی هدفمند ارزیابی و اثرات فعالیت‌ها براین مؤلفه‌ها تعیین می‌شود.

به این ترتیب، به طور خلا‌صه ارزیابی اثرات زیست‌محیطی عبارت است از روشی که با بهره گرفتن از آن می‌توان اثرات بالقوه نوع تصمیم‌ها، سیاست‌ها، برنامه‌ها، طرح‌ها و پروژه‌ها و بارگذاری آن‌ ها را بر محیط‌زیست، پیش‌بینی و تدابیر و تمهیدات لا‌زم را برای کاهش خسارت‌های وارده بر محیط‌زیست اتخاذ کرد.
 
 
1-4- مفهوم انتقال بین حوزه­ای آب
انتقال بین حوزه­ای آب عبارت است از تشخیط ناحیه­ای با کمبود آب و تامین کمبودها به وسیله انتقال آ­ب­های اضافی ناحیه دیگری با آب نسبتا فراوان.
فلسفه این طرح­ها این است که فقط آب مازاد حوزه مبدا منتقل شود و در آن حقابه­های فعلی و آینده و محیط­زیست حوزه مبدا اولویت دارند. سیستم­های آبی حوزه مبدا تحت تاثیر قرار نخواهند گرفت و مصرف­ کنندگان حوزه مبدا با بهره ­برداری پروژه مخالفت نخواهند کرد. آب منتقل شده فقط برای برآورده کردن تقاضاهای فعلی مصرف خواهد شد تا تضمین کند که سفره ­های آب زیرزمینی و منابع آب سطحی که بیش از حد برداشت می­شوند، در یک روش پایدار مصرف شوند و هرگز برای ارضای نیازهای توسعه زمین و کشاورزی جدید استفاده نخواهد شد[8].
در رابطه با انتقال بین حوزه­ای آب استدلال­های مختلفی وجود دارد که در برخی موارد ممکن است باعث چنین انتقال­هایی شود و در برخی موارد از این امر جلوگیری کند. با مقایسه سرانه منابع آب تجدیدپذیر سالانه حوزه های موجود در کشوری با آب و هوای خشک، ممکن است این نتیجه حاصل شود که جمعیتی فراوان در نواحی با سرانه منابع آب تجدیدپذیر کم، با از بین رفتن امنیت غذایی روبرو خواهند شد. چنین وضعیتی باعث افزایش برداشت­ها از آب زیرزمینی، خشک شدن رودخانه­ها، آلودگی فروان آب و زوال سواحل رودخانه و اکوسیستم آن می­ شود و احتمال از بین رفتن ثبات و پایداری و ایجاد جنگ­های داخلی یا خارجی وجود خواهد داشت. در اکثر کشورهایی که با تغییرات زمانی و مکانی آب روبرو هستند، پروژه­ های انتقال بین حوزه­ای آب، راه حل نهایی تامین کمبود آب و ایجاد تعادل اقتصادی بین مناطق مختلف به نظر می­رسد و از جمله پروژه­ های زیرساختی است. این پیش­بینی­ها کشورهای فراوانی را به روی آوردن به انتقال بین حوزه­ای آب وادار کرده است[8].
انتقال آب در دو حالت داخلی و خارجی صورت می­گیرد. انتقال داخلی حالتی است که آب بین نواحی داخل کشور منتقل می­ شود و حاکمیت، اختیار تام در انتقال آب دارد و انتقال خارجی حالتی است که آب از رودخانه­های مرزی (بر روی مرز یا متقاطع با آن) و یا از کشورهای مجاور به داخل کشور انتقال داده می­ شود و برداشت­ها نیاز به انجام هماهنگی با کشورهای مجاور دارد.
این انتقال­ها می ­تواند به صورت­های مختلفی انجام پذیرد که در جدول (1-1) دسته­بندی شده است[8].
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فصل دوم
 
سوابق مطالعاتی
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2-1- پیشینه ارزیابی اثرات زیست‌محیطی در جهان
آمریکا پیشگام ارزیابی زیست‌محیطی در جهان است. در اوایل دهه ۶۰ میلادی، مقدمات تدوین قانون ملی سیاست‌های محیط‌زیست در آمریکا بنا نهاده و در سال ۱۹۶۹ تصویب شد. این قانون تمام پروژه‌هایی را که توسط دولت، حمایت مالی می‌شدند را شامل می‌شد. در این قانون برای نخستین بار بر لزوم انجام ارزیابی اثرات زیست‌محیطی قبل از تصویب پروژه‌ها تاکید شد.
هر چند در ابتدا، اجرای این قانون به دلیل ابهامات و عدم اجماع در خصوص نحوه تهیه گزارش با کندی پیش رفت اما به تدریج با ظرفیت‌سازی‌هایی که در این خصوص به وجود آمد، زمینه‌های لا‌زم برای توسعه این رویکرد فراهم شد و این رویکرد توانست به جایگاه مناسبی در نظام برنامه‌ریزی و چگونگی ادغام ملا‌حظات زیست‌محیطی در پروژه‌های عمرانی، در این کشور دست یابد.
با برگزاری کنفرانس سران زمین در ریودوژانیروی برزیل در سال ۱۹۹۲ و تصویب بیانیه ریو درباره محیط‌زیست و توسعه که در ۲۷ اصل به تصویب اکثر قریب به اتفاق کشور‌های جهان از جمله جمهوری اسلا‌می ‌ایران رسید، در اصل هفدهم مقرر شد، فعالیت‌هایی که احتمال می‌رود تاثیر مخرب قابل توجهی بر محیط‌زیست بگذارند، باید از نظر تاثیرات زیست‌محیطی، بررسی شوند.
با تصویب این اصول و دستورکار ۲۱ که از آن به عنوان منشور جامعه جهانی برای رویارویی با معضلا‌ت زیست‌محیطی در هزاره سوم یاد می‌شود، به تدریج موضوع ارزیایی اثرات زیست‌محیطی در بسیاری از کشور‌ها نهادینه شده و به عنوان یک الزام قانونی به تصویب رسیده است. جدول (2-1) سال تصویب قانون ارزیابی اثرات زیست­محیطی را در چند کشور منتخب جهان نشان می‌دهد[14].
گرچه با قانونی شدن موضوع ارزیابی زیست‌محیطی در بسیاری از کشور‌های جهان بیش از گذشته بر حفاظت از محیط‌زیست تاکید شده است، با وجود این، هنوز مشکلا‌ت و تنگنا‌هایی در این خصوص مشاهده می‌شود.
البته به رغم مشکلا‌ت موجود فراروی ارزیابی، در بسیاری از کشور‌های در حال توسعه، روند‌ها رو به بهبود بوده و با توجه به موفقیت بسیاری از کشور‌های توسعه یافته در خصوص ارزیابی اثرات زیست‌محیطی، بسیاری از کشور‌های در حال توسعه درصدند تا از یک سو کیفیت گزارش‌های ارزیابی را ارتقا دهند و از سوی دیگر، مشارکت مردم، همکاری‌های تکنیکی و آموزش را تقویت کنند.
 

ماخذ: قوانین و مقررات مورد نیاز ارزیابی زیست­محیطی در ایران (1380)، پروژه ظرفیت سازی و تقویت بنیادی ارزیابی اثرات زیست­محیطی در ایران، گزارش شماره 7، سازمان حفاظت محیط­زیست، برنامه عمران سازمان ملل متحد.
به این ترتیب ارزیابی اثرات زیست‌محیطی فعالیت‌های عمرانی بر محیط‌زیست به عنوان یک ابزار مهم برای ادغام ملا‌حظات زیست‌محیطی در تصمیم‌گیری‌های اقتصادی به منزله یک اصل مهم مورد توجه قرار گرفته است. البته به دلیل تفاوت‌های اجتماعی و اقتصادی کشور‌ها، چگونگی ارزیابی اثرات زیست‌محیطی بر اساس نوع و ماهیت، مقیاس و اندازه پروژه، میزان سرمایه ­گذاری، حساسیت محیط و… متغیر است.
2-2- پیشینه ارزیابی اثرات زیست‌محیطی در ایران
ارزیابی اثرات زیست­محیطی در ایران از پیشینه چندان طولا‌نی برخوردار نیست اما به لحاظ سابقه، می‌توان نشانه‌ها و احکامی ‌از ارزیابی را در قوانین کشور مشاهده کرد که در برخی از مفاد آن‌ ها به جنبه‌هایی از ارزیابی اثرات زیست‌محیطی اشاره شده است. از مهم‌ترین این قوانین می‌توان به ماده ۷ قانون حفاظت و بهسازی محیط‌زیست مصوب سال ۱۳۵۳ اشاره کرد که براساس آن مقرر شد، چنانچه اجرای هریک از طرح‌های عمرانی یا بهره‌برداری از آن‌ ها به تشخیص سازمان حفاظت محیط‌زیست یا قانون و مقررات مربوط به حفاظت محیط‌زیست مغایرت داشته باشد، سازمان حفاظت محیط‌زیست، مورد را به وزارتخانه یا مؤسسه مربوط اعلا‌م کند تا با همکاری سازمان‌های ذیربط به‌منظور رفع مشکل اقدام شود[10].
در سال ۱۳۵۴ نیز در آیین­نامه اجرایی جلوگیری از آلودگی هوا، کمیسیون‌های مجلسین وقت، صدور پروانه تاسیس هر نوع کارخانه و کارگاه جدید و توسعه و تغییر کارخانه‌ها و کارگاه‌های موجود، به رعایت مقررات و ضوابط حفاظت و بهسازی محیط‌زیست موکول شده بود[10].

1-3- اهداف پایان نامه 3
1-4- چارچوب پایان نامه 3
فصل دوم 5
بر ادبیات فنی 5
2-1- مقدمه 5
2-1-1-……………………………………………………………. ساختار بتن 7
2-1-2-………………………………………… ساختار فاز سنگدانه 7
2-1-3-………………………. ساختار سیمان خمیر هیدراته 7
2-1-4-…………….. مواد جامد در خمیر هیدراته شده 8
2-1-5- فضاهای خالی در خمیر سیمان هیدراته شده 9
2-1-6-……………………….. فضاهای بین لایه ای در C–S–H 9
2-1-7-…………………………………………………….. فضاهای مویینه 10
2-1-8-……………………………………………………….. حباب های هوا 10
2-1-9-…………………………………………………….. آب بین لایه ای 11
2-1-10-……………………………………………………………………. مقاومت 11
2-2- نفوذ یون کلراید 13
2-2-1- مكانیزمهای انتقال یون كلرید و عوامل مؤثر بر آن 14
2-3- کربناسیون 17
2-3-1-… فرایند شیمیایی- فیزیکی کربناتاسیون 18
2-3-2- عوامل موثربر فرایند کربناتاسیون بتن 18
2-3-3- تاثیر عوامل خارجی (شرایط محیطی) بر کربناتاسیون بتن 26
2-3-4- تاثیرشرایط اجرایی بر کربناتاسیون بتن 29
2-3-5-…………….. تاثیر کربناتاسیون بر خواص بتن 31
2-4- تاثیر کربناتاسیون بر یون کلرید 33
2-4-1- تاثیر کربناتاسیون بر مقیدسازی یون کلرید 33
2-4-2- پدیده توام کربناسیون و نفوذ یون کلراید 34
2-4-3-………………………………………………………… بررسی پدیده 34
2-4-4- انواع مدل های تاثیر توامان کربناسیون و نفوذ یون کلراید 38
2-4-4-4-……………………………………… مدل song و همکاران 40
2-4-5- رفتار کربناسیون و نفوذ کلراید به طور همزمان 41
فصل سوم 43
3- مصالح، روش های ساخت و آزمایش ها 43
3-1- مقدمه 43
3-2- دوده سیلیس 43
3-2-1-…………………………………. مواردمصرف دوده سیلیس 44
3-2-2-…………….. اثر واکنش پوزولانی دوده سیلیس 44
3-2-3-……………….. میزان حرارت زایی دوده سیلیس 44
3-3- مشخصات مصالح مصرفی 45
3-3-1-………………………………………………………………………. سیمان 45
3-3-2-…………………………………………………………………. سنگدانه 45
3-3-3-……………………………………………………………………………… آب 46
3-3-4-………………………………………………… فوق روان کننده 46
3-4- ساخت و عملآوری آزمونههای بتنی 47
3-4-1-………………….. طرح اختلاط نمونه آزمایشگاهی 47
3-4-2-………………………………………………………………. ساخت بتن 51
3-5- آزمایش های فیزیکی 55
3-5-1-……………….. آزمایشهای تعیین نفوذ كلراید 55
3-5-2- آزمایشهای خواص مكانیكی و نفوذ‌پذیری بتن 56
3-6- آزمایشهای صورت گرفته در آزمایشگاه 56
3-6-1- آزمایش تسریعشده نفوذ یون کلرید در بتن(RCPT) 56
3-6-2- آزمایش مقاومت الکتریکی سطحی به روش ونر 59
3-6-3-…………………………………………………….. مقاومت فشاری 61
3-4-6-…………………………………. آزمایش جذب آب موئینه 62
3-6-5-………………………………. تعیین عمق کربناتاسیون 62
3-6-6-……………….. تعیین میزان نفوذ یون کلراید 63
فصل چهارم 65
4- توسعه دستگاه 65
4-1- مقدمه 65
4-2- لوازم استفاده شده در ساخت دستگاه 66
4-3- هدف ساخت دستگاه 66
4-4- اجزاء دستگاه 68
4-4-1-……………………………………………… شمای کلی دستگاه 68
4-4-2-…………………………………………… طراحی مدار فرمان 76
4-4-3-……………………………………… رگولاتور و فشار شکن 77
4-4-4- پیچ های کنترل کننده سطح آب توسط فلوتر 78
4-4-5-……………………………… صافی – پمپ آب – یکطرفه 79
4-4-6-…………… غلظت سنج، رطوبت سنج و دما سنج 81
4-4-7-…………………………………………… دستگاه رطوبت گیر 83
4-5- نحوه کار با دستگاه 83
فصل پنجم 95
5- نتایج آزمایشها و تجزیه و تحلیل آن ها 95
5-1- مقدمه 95
5-2- مقاومت فشاری نمونه ها 95
5-3- آزمایش تسریعشده نفوذ یون کلرید در بتن (RCPT) 96
5-4- آزمایش مقاومت الکتریکی سطحی به روش ونر 97
5-5- آزمایش جذب آب موئینه 98
5-5-1-………………………………. تعیین عمق کربناتاسیون 99
5-6- تعیین میزان نفوذ یون کلراید 100
5-7- مقایسه نتایج آزمایشها 101
5-7-1- بررسی اثر کربناسیون و نفوذ یون کلراید در مقاومت فشاری بتن 101
5-7-2-…………………………………………… بررسی جذب موئینه 106
5-7-3-………………………………. بررسی مقاومت الکتریکی 108
5-7-4- بررسی آزمایش تسریع شده نفوذ یون کلراید 110
5-7-5-……………………………………. بررسی عمق کربناسیون 111
5-7-6-………………………………. بررسی نفوذ یون کلراید 113
5-7-7-………………………… بررسی در اندازه نانو TEM 114
5-7-8- بررسی روابط بین مشخصات مکانیکی و فیزیکی بتن ها 117
فصل ششم 119

6- نتیجه گیری و پیشنهادات 119
6-1- نتایج 119
6-2- پیشنهادات 122
7- فهرست مراجع 123
پیوست 128
8- دستآورد ها و تقدیر و تشکر 128
8-1- دستاوردهای پایان نامه 128
8-2- تقدیر و تشکر 130
 
فهرست اشکال
عنوان                                               صفحه
شکل ‏2‑1 محدوده های ابعاد قسمت های جامد و فضاهای خالی در خمیر سیمان هیدراته شده 9
شکل ‏2‑2 انواع آب های موجود در ساختار سیلیکات کلسیم هیدراته شده [5]. 11
شکل ‏2‑3 ترتیب مقاومت در برابر کربناتاسیون برای انواع سیمانها ]43[ 20
شکل ‏2‑4 اثر چگالی بتن بر عمق کربناتاسیون ]43[. 22
شکل ‏2‑5 سهولت در تشخیص جبهه کربناتاسیون با افزایش نسبت آب به مواد سیمانی 23
شکل ‏2‑6 تاثیر میزان ماسه در بتن بر کربناتاسیون ]43[ 24
شکل ‏2‑7 تاثیر غلظت ماسه در ملات بر ضریب نفوذپذیری دیاکسید کربن در بتن ]23[. 25
]24[ 26
شکل ‏2‑9 روند روبه رشد غلظت دیاکسیدکربن در جو ]49[ 27
شکل ‏2‑10 تاثیر فاصله نمونه های بتنی از ساحل بر کربناتاسیون ]51[ 29
شکل ‏2‑11 تاثیر میزان تراکم بتن بر عمق کربناتاسیون بتن ]19[. 31
شکل ‏2‑12 الگوریتم كلی نرم‌افزار CONDOUR 39
شکل ‏2‑13 شمای كلی بررسی دوام بتن تحت اثر نفوذ گاز و گرما به بتن 41
شکل ‏2‑14رفتار توامان کربناسیون و نفوذ یون کلراید 42
شکل ‏3‑1نمودار دانه بندی سنگدانه 46
شکل ‏3‑2 دستگاه میکسر – مخلوط کننده سنگدانه و سیمان 52
شکل ‏3‑3 ساخت لجن دوده سیلیس 53
شکل ‏3‑4 مخلوط کردن آب و هم زدن لجن 53
شکل ‏3‑5 مخلوط کردن تدریجی لجن دوده سیلیس 53
شکل ‏3‑6 اندازه گیری اسلامپ 54
شکل ‏3‑7 مخزن آب – جهت نگهداری بتن تا 90 روز 55
شکل ‏3‑8 دسیکاتور و نحوه آمادهسازی نمونه ها جهت آزمایش RCPT 57
شکل ‏3‑9 تصویر شماتیک دستگاه RCPT 58
شکل ‏3‑10 دستگاه و محفظههای آزمایش RCPT 58
شکل ‏3‑11 نمایی از شکل شماتیک دستگاه و مراحل انجام آزمایش دستگاه سنجش مقاومت الکتریکی 60
شکل ‏3‑12 میزان تاثیر ابعاد نمونه بر مقادیر ضریب صحیح مقاومت الکتریکی ویژه 61
شکل ‏3‑13 نمایی از مراحل برش نمونه ها 62
شکل ‏3‑14 نمایی از مراحل مختلف آزمایش تعیین عمق کربناتاسیون و تعیین PH اعماق بتن 63
شکل ‏3‑15 محلول نیترات نقره 63
شکل ‏3‑16 نمایی از مراحل مختلف آزمایش تعیین میزان نفوذ کلراید 64
شکل ‏4‑1 دستگاه ساخته شده نگهداری بتن در چرخه همزمان كربناسیون و انتشار یون كلرید 69
شکل ‏4‑2 شیر برقی مربوط به آب 70
شکل ‏4‑3 شیر برقی مربوط به گاز 70
شکل ‏4‑4 لوله ارتباطی آب به قطر یک اینچ 71
شکل ‏4‑5 لوله ارتباطی گاز به قطر دو اینچ 71
شکل ‏4‑6 اتصال لوله های دستگاه با بهره گرفتن از دستگاه اتو 72
شکل ‏4‑7 مراحل تکمیل لوله کشی دستگاه 72
شکل ‏4‑8 آب بندی لوله های ارتباطی از داخل مخازن 72
شکل ‏4‑9 شیر تخلیه هوای مخازن 73
شکل ‏4‑12 تابلو برق و فرمان 73
شکل ‏4‑11 لوازم داخلی تابلو برق 75
شکل ‏4‑12 برنامه نویسی PLC 77
شکل ‏4‑13 قطعه PLC استفاده شده در این دستگاه – شرکت FATEK کره ای 77
شکل ‏4‑14 فشار شکن و کپسول گاز دی اکسید کربن 78
شکل ‏4‑17 پیچ های فلوتر 78
شکل ‏4‑16 پمپ آب و صافی ها 79
شکل ‏4‑17 صافی و یکطرفه 79
شکل ‏4‑18 پمپ آب با قدرت بالاتر 80
شکل ‏4‑19 ترانسمیتر کمیت های محیطی با پورت سریالMod Bus TM-1280 تولید داخلی – شرکت تیکا 81
شکل ‏4‑20 سنسور TM-1280 تولید داخلی – شرکت تیکا 81
شکل ‏4‑21 شمای داخلی سنسور 81
شکل ‏4‑22 مشخصات فنی سنسور 82
شکل ‏4‑23 اتصالات و ترمینال های سنسور 82
شکل ‏4‑24 دستگاه رطوبت گیر 83
شکل ‏4‑25 کپسول گاز و نکات ایمنی 84
شکل ‏4‑26 نکات ایمنی محیطی 84
شکل ‏4‑27 مرحله اول کار با دستگاه 84
شکل ‏4‑28 مرحله دوم کار با دستگاه – ورود رمز 84
شکل ‏4‑29 مرحله سوم کار با دستگاه – ورود به تنظیمات 85
شکل ‏4‑30 مرحله چهارم کار با دستگاه – تنظیمات جزر و مد و شیر برقی مربوط به آب 85
شکل ‏4‑31 مرحله پنجم کار با دستگاه – تنظیمات دستگاه رطوبت گیر 85
شکل ‏4‑32 روشن بودن رطوبت گیر 86
شکل ‏4‑33 مرحله ششم کار با دستگاه – تنظیمات شیر برقی مربوط به گاز 86
شکل ‏4‑34 مرحله هفتم کار با دستگاه – شروع به کار دستگاه 87
شکل ‏4‑35 علامت نشانگر روشن بودن شیر برقی مربوط به گاز 87
شکل ‏4‑36 باز کردن شیر کپسول گاز 88
شکل ‏4‑37 تنظیم فشار گاز دی اکسید کربن 88
شکل ‏4‑38 هواگیری مخازن 89
شکل ‏4‑39 صفحه اصلی HMI 89
شکل ‏4‑40 نمودار افزایش یا کاهش گاز دی اکسید کربن 90
شکل ‏4‑41 میزان افزایش یا کاهش دما 90
شکل ‏4‑42 نمودار افزایش یا کاهش رطوبت 91
شکل ‏4‑43 میزان رطوبت قبل از شروع به کار کردن دستگاه رطوبت گیر 91
شکل ‏4‑44 میزان رطوبت پس از شروع به کار کردن دستگاه رطوبت گیر 91
شکل ‏4‑45 روش ذخیره اطلاعات صفحه نمایش در حافظه جانبی 92
شکل ‏4‑46 ذخیره سازی اطلاعات 92
شکل ‏4‑47 نمونه صفحه نمایش ذخیره شده. 92
شکل ‏4‑48 تنظیمات برنامه 93
شکل ‏4‑49 شمای کلی دستگاه 94
شکل ‏5‑1 نتایج آزمایش مقاومت فشاری در سن 28 روز 103
شکل ‏5‑2 نتایج آزمایش مقاومت فشاری در سن 90 روز 103
شکل ‏5‑3 S3510 105
شکل ‏5‑4 S350 105
شکل ‏5‑5 S4510 106
شکل ‏5‑6 S450 106
شکل ‏5‑7 نتایج جذب موئینه 28 روزه 107
شکل ‏5‑8 نتایج جذب موئینه 90 روزه 108
شکل ‏5‑9 نتایج آزمایش 28 روزه مقاومت الکتریکی (kHz) 109
شکل ‏5‑10 نتایج آزمایش 90 روزه مقاومت الکتریکی (kHz) 110
شکل ‏5‑11 نتایج آزمایش RCPT 28 و 90 روزه 111
شکل ‏5‑12 نتایج عمق کربناسیون 28 و 90 روزه 112
شکل ‏5‑13 S3510 112
شکل ‏5‑14 S350 113
شکل ‏5‑15 S3510کربناته شده 113
شکل ‏5‑16 نتایج نفوذ یون کلراید 28 و 90 روزه 114
شکل ‏5‑17 ریز ساختار بتن با 10 درصد دوده سیلیس S3510 شاهد 115
شکل ‏5‑18 ساختار غیر کریستالی S3510شاهد 115
شکل ‏5‑19 ریز ساختار بتن با 10 درصد دوده سیلیس S3510 کربناته 116
شکل ‏5‑20 ساختار غیر کریستالی S3510کربناته 116
شکل ‏5‑21 رابطه شار عبوری 28 و 90 روزه با مقاومت الکتریکی بتن کربناته 117
شکل ‏5‑22 رابطه شار عبوری 28 و 90 روزه با مقاومت الکتریکی بتن شاهد 118
شکل ‏8‑1 برگه ثبت اختراع 128
شکل ‏8‑2 پوستر جشنواره خوارزمی 129
شکل ‏8‑3 تائیدیه دانشگاه علم و صنعت ایران 130
شکل ‏8‑4 تائیدیه دانشگاه صنعتی امیرکبیر 130
فهرست جداول
عنوان                                                     صفحه
 
جدول ‏2‑1 پارامترهای موثر در نفوذ یون کلرید به بتن 17
جدول ‏2‑2 اثر نرمی بلین بر عمق کربناتاسیون بتن[38] 21
جدول ‏2‑3 طرحهای اختلاط بتن 36
جدول ‏2‑4 تركیبات محلول 37
جدول ‏2‑5 عمق نفوذ كلراید 37
جدول ‏3‑1 ترکیبات شیمیایی دوده سیلیس و سیمان 45
جدول ‏3‑2 مشخصات سنگدانه ها در اندازه گیری های اولیه برای بدست آوردن طرح اختلاط 48
جدول ‏3‑3 طرح اختلاط نمونه های بتنی 50
جدول ‏3‑4 دسته‌بندی بتن براساس استاندارد ASTM C1202 58
جدول ‏3‑5 تبدیل نتایج آزمایش ونر به میزان نفوذ یون کلرید 61
) 95
) 96
جدول ‏5‑3 نتایح آزمایش RCPT (کولومب) 97
جدول ‏5‑4 نتایح آزمایش مقاومت الکتریکی (kHz) 98
جدول ‏5‑5 نتایح آزمایش جذب موئینه (درصد تغییر وزن نمونه ها) 99
جدول ‏5‑6 نتایج عمق کربناسیون (میلیمتر) 100
جدول ‏5‑7 نتایج نفوذ یون کلراید 101
فصل اول

1-          مقدمه

1-1-         مقدمه و اهمیت موضوع

بتن، به عنوان پرمصرفترین و مهمترین مصالح ساختمانی قرن بیستم معرفی شده است. مصرف سرانۀ بتن در دنیا در حدود یک تن است. لذا، بتن پس از آب، بیشترین ماده­ای است که بشر مصرف می کند. این، در حالی است که فقط حدود دو قرن از ابداع سیمان و بتن گذشته است و این مصرف به سرعت در حال فزونی می­باشد [1و2].
دوام بتن از جمله مسائلی است که امروزه در مباحث توسعه پایدار از اهمیت بالایی برخوردار بوده و عمر سازه های شهری را تحت الشعاع خود قرار می دهد و در آینده ای نزدیک از مهمترین شرایط پذیرش بتن های در حال ساخت، طول عمر آن خواهد بود که باید قبل از ساخت، آزمایش های لازم بر روی آن صورت گیرد.
با توجه به شرایط واقعی شهری همانند تهران، بتن دائما در معرض کربناسیون و گاه نفوذ یون کلرید به طور همزمان است. از یک سو آلاینده ها با ورود گازهای سمی و مخرب و از سوی دیگر فعالیت های مربوط به جلوگیری از یخ زدگی معبر شهری با ورود مواد مضر دارای کلرید و نمک، به سلامت بتن آسیب جدی وارد می کند.
تاکنون آزمایش های مختلفی برای بررسی دوام بتن در برابر کربناسیون(نفوذ و تاثیر گازهای موجود در هوا) و در برابر نفوذ یون کلراید (نفوذ و تاثیر گازهای موجود در نمک و آب) انجام شده است اما در هیچیک از آزمایش ها در هیچ نقطه ای از دنیا تا، به حال تاثیر این دو عامل بسیار مخرب به طور همزمان بررسی نشده است و از این حیث نیز این پروژه دارای ارزشی مضاعف است.

1-2-         ضرورت انجام تحقیق

هم اکنون در تمامی پروژه های عمرانی بزرگ دنیا، تمامی آزمایش های دوام برای بتن انجام می گیرد که می تواند عمر پروژه را افزایش دوچندانی دهد. در راستای موارد فوق الذکر، بررسی دوام بتن آن پروژه مهم شهری و کشوری، از لحاظ حملات کلریدی و کربناسیون، بسیار حیاتی خواهد بود و می تواند عمر پروژه را افزایش چشمگیری دهد. با انجام چنین پروژه ای عمر پروژه های شهری و کشوری افزایش چشمگیری پیدا خواهد کرد زیرا می توان قبل از انجام بتن ریزی به بهینه عمر بتن دست پیدا نمود و آن را پیش بینی کرد. با توجه به این تخمین و پیش بینی، چرخه های تعمیر و نگهداری نیز به تعویق افتاده و عمر سازه های شهری افزایش چشمگیری خواهد یافت و این امر صرفه جویی ارزی بسیار بالایی را به ارمغان خواهد داشت.
برای سنجش چنین مواردی، ساخت دستگاهی که بتواند علاوه بر شبیه سازی حملات کلریدی، کربناسیون را نیز توامان اعمال کند، ضروری می نماید. تا کنون در بررسی های آزمایشگاهی عوامل مخرب کربناسیون و نفوذ یون کلرید ، به طور جداگانه انجام می شده است و نتایج واقعی بدست نمی آمده است و متعاقب آن، نتایج حاصل از بررسی دوام نمونه های بتنی از واقعیت به دور بوده است زیرا در حالت طبیعی و در محیط هایی که بتن ریزی انجام می شود، گاز CO2 ناشی از دود کارخانه ها و اتومبیل ها و نیز یون های مضر کلرید ناشی از آب باران و نمک پاشی سطح معابر شهری وجود دارد.
هدف استفاده از این دستگاه آن است که با بکارگیری آن در محیط های آزمایشگاهی، نگهداری نمونه های بتنی در شرایطی انجام گیرد که بتواند تحت کربناسیون(نفوذ و تاثیر گازهای موجود در هوا) و نیز نفوذ یون کلرید(نفوذ و تاثیر گازهای موجود در نمک و آب) به طور همزمان قرار گرفته و بتواند جوابگوی شرایط واقعی محیطی که بتن در آن قرار می گیرد، باشد و نتایج آزمایش های صورت گرفته بر روی بتن به واقعیت نزدیک تر شود. ضمنا در کارخانه ها و کارگاه های بتن سازی که بحث کنترل دوام بتن بسیار مهم است، و نیز در پروژه های پل سازی، اعم از پل های اتومبیل رو و پل های راه آهن و نیز در بندرسازی، می توان از این دستگاه که قابل حمل است استفاده نمود تا از نتایج آزمایشات کاملا اطمینان حاصل کرد. در صورت دانستن نتایج دقیق، شاهدکاهش هزینه های تعمیر و نگهداری خواهیم بود زیرا با تغییر در طرح اختلاط بتن، عمر بتن افزایش پیدا خواهد کرد. بهتر است از این دستگاه برای بررسی دوام بتن هایی که در پروژه های مناطق جنوبی کشورمان تولید می شود، که خرابی ناشی از کربناسیون و حمله یون های کلریدی، بالاست استفاده گردد تا بتوان به نتایج دقیق تری در آزمایشات نمونه های بتنی دست پیدا کرد و بدین وسیله طرح اختلاط بتن بهبود چشمگیری پیدا کرده و عمر سازه های بتنی افزایش قابل ملاحظه ای یابد زیرا بتن جدید حاصل از آزمایشاتی که به شرایط واقعی نزدیک تر باشد، عمر بیشتری خواهد داشت.

1-3-         اهداف پایان­ نامه

در این پایان نامه بررسی کربناسیون و نفوذ یون کلرید به طور همزمان بر روی بتن های با نسبت آب به سیمان مختلف و همچنین بتن با دوده سیلیس و بتن خودتراکم صورت خواهد گرفت و سپس به مدلسازی و ارائه مدلی که بتواند جوابگوی شرایط واقعی محیطی که بتن در آن قرار می گیرد، پرداخته خواهد شد. ضمنا برای انجام آزمایش ها، دستگاهی که بتواند شبیه سازی دقیق و کاملی از شرایط کربناسیون و حمله یون کلریدی را انجام دهد، ساخته خواهد شد تا بتوان تاثیر همزمان این دو عامل مخرب بتن را سنجید.

1-4-         چارچوب پایان نامه

پایان نامه حاضر مشتمل بر شش فصل می­باشد، که سعی شده مطالب مورد نیاز پایان نامه به صورت موجز با رعایت حفظ مفهوم به ترتیب اهمیت آورده شود.
فصل اول “مقدمه”
در این فصل مقدمه­ای در مورد کلیات و اهداف پایان نامه آورده شده و لزوم انجام پایان نامه ذکر شده است.
فصل دوم ” بر ادبیات فنی”
در این فصل به اختصار در مورد شناخت پدیده کربناسیون، نفوذ یون کلراید و اعمال توامان این دو پدیده بررسی شده است.
فصل سوم “مواد و مصالح و روش های آزمایش”
در این فصل در مورد مصالح استفاده شده در تحقیق حاضر بحث شده است و روش های آزمایشی که بتن ها با آن آزمایش شده اند به طور کامل بررسی شده است.
فصل چهارم “دستگاه نگهداری در بتن در چرخه همزمان نفوذ یون کلراید و کربناسیون”
در این بخش به طور کامل نحوه ساخت دستگاه ، ایده اولیه و تمام جوانب آن توضیح داده شده است. ضمنا تمام مراحل استفاده از دستگاه به تفصیل شرح داده شده است.
فصل پنجم “نتایج آزمایش ها و تجزیه و تحلیل آن ها “
در این فصل پس از ارائه نتایج تمام آزمایش های صورت گرفته بر بتن های نگهداری شده در محیط استاندارد، آب نمک، چرخه همزمان نفوذ یون کلراید و کربناسیون و تحت اعمال کربناسیون به تنهایی، تمامی نتایج تحلیل و بررسی شده است.
فصل ششم “نتیجه گیری و پیشنهاد “
در این فصل سعی شده نتایج حاصل از بررسی­ها و ارزیابی­های صورت گرفته به صورت خلاصه آورده شده و به سؤالات مطرح شده در قسمت اهداف پایان نامه پاسخ داده شود و در نهایت پیشنهاد­هایی برای ادامه تحقیق در آینده ارائه گردد.
فصل دوم

2-          بر ادبیات فنی

2-1-         مقدمه

در این فصل به بررسی و مرور تحقیقات انجام شده در زمینه نفوذ یون کلراید، اعمال کربناسیون و اعمال توامان نفوذ یون کلراید و کربناسیون می پردازیم. همانطور که مستحضرید، بتن پر مصرف ترین مصالح ساختمانی است. این ماده معمولا از مخلوط نمودن سیمان پرتلند، ماسه، سنگ شکسته و آب تشکیل می شود. در اغلب کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد، از 10 به 1 نیز فراتر رفته است. میزان مصرف امروز بتن در جهان بالغ بر 5/5 میلیون تن در سال است.
دلایل زیادی برای این پر مصرف ترین مصالح مهندسی ذکر شده است:
بتن مقاومت بالایی در مقابل آب دارد. برخلاف چوب و فولاد معمولی، توانایی بتن برای مقاومت در مقابل آب و عدم ایجاد خرابی در آن، از مصالحی ایده آل برای کنترل و ذخیره کردن و حمل و انتقال آب ساخته است.
سهولت شکل دادن به آن برای ساخت اجزای مختلف سازه که به راحتی به درون قالب ها با شکل های مختلف ریخته می شود. [1].
سیمان پرتلند و سنگدانه به آسانی قابل دسترسی و ارزان می باشند.
بتن مسلح که در آن از فولاد و بتن استفاده می شود، طوری طراحی می شود که دو مصالح بتن و فولاد تواما برای تحمل نیروهای وارد به قطعه مقاومت کنند.
بتن پیش تنیده، که در آن با کشیدن کابل های پیش تنیدگی و آرماتورها در بتن فشاری اولیه ایجاد می کنند، برای تحمل تنش های کششی بیشتر در حین بارگذاری قطعات، طراحی شده اند. [2].
بتن به عنوان یکی از مهمترین مصالح ساختمانی در جهان مطرح می­باشد و با توجه به اینکه کمتر از دو قرن از اختراع آن با ترکیبات امروزی می­گذرد، کماکان رفتار آن در شرایط مختلف در هاله­ای از ابهام قرار دارد. بتن علیرغم سادگی آشکار آن، دارای ساختار بسیار پیچیده­ای است و روابط بین ساختار ماده و مشخصات آن، که معمولاً برای درک و کنترل مواد مختلف سودمند است، را نمی­توان به سادگی به کار برد. بتن شامل یک توزیع غیرهمگن از تعداد زیادی اجزاء جامد است و نیز دارای منافذی است که دارای شکل­ها و اندازه­ های گوناگونی می­باشند. تمامی این منافذ و یا بخشی از آنها از محلول­های قلیایی پر شده ­اند. روش­های تحلیلی علم مواد و مکانیک جامدات، در مصنوعاتی که نسبتاً همگن هستند و پیچیدگی بسیار کمتری از بتن دارند به خوبی به کار برده می­ شود. از جمله این مواد می­توان به فولاد، پلاستیک­ها و سرامیک­ها اشاره نمود. به نظر نمی­رسد که این روش­ها بتوانند در مورد بتن خیلی موثر واقع شوند[1]. در واقع واژه بتن (Concrete) از واژه لاتین (Concretus) به معنای “رشد کردن” اشتقاق یافته است [1] و بنا بر دانش تکنولوژی بتن فرایند هیدراتاسیون سیمان و محصولات حاصل از آن تا سال­ها پس از ساخت ادامه خواهند داشت. این امر سبب مطرح شدن بتن به عنوان یک موجود زنده می­باشد. نیاز به آب برای ادامه حیات و بارورتر شدن آن، تاثیرپذیری از شرایط محیطی مانند دما، رطوبت و یون­های مخرب، تغییر خواص با گذشت زمان و بالاخره پیری مصالح تشکیل دهنده آن مؤید زنده بودن این ماده می­باشد [2].
در مقایسه با سایر مواد، ساختار بتن یک مشخصه ایستا و ثابت از این ماده نیست. دلیل این امر نیز آن است که دو جزء از سه جزء کاملاً متمایز در ساختار بتن، یعنی خمیر سیمان و ناحیه انتقال بین خمیر و سنگدانه با گذشت زمان و به طور مستمر تغییر می­ کنند، از طرفی دیگر بر خلاف سایر مصالح، که به صورت یک “کالای آماده برای مصرف” ارائه می­شوند، بتن ماده­­ای است که اغلب می­باید درست قبل از مصرف در محل کارگاه یا نزدیک آن ساخته شود. از این رو اگر در دو مرحله بتنی با مشخصات یکسان در دو کارگاه متفاوت ساخته شود، نمی­توان از رفتار یکسان آنها مطمئن بود.
به طور کلی، به هر ماده یا محصولی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن، تشکیل شده باشد، بتن اطلاق می­ شود. تاریخ ساخت و کاربرد بتن به عنوان مصالح ساختمانی از قدمت چند هزار ساله برخوردار می­باشد و سازه­های ساخته شده از این جنس در ایران و جهان گواه این امر می­باشند. با این تعریف، بتن طیف وسیعی از محصولات را شامل می­ شود ولی در اینجا منظور از بتن، ماده ساخته شده با سیمان پرتلند، آب و سنگدانه (و افزودنی) می­باشد.
ساخت بتن با سیمان پرتلند پس از پیدایش سیمان پرتلند در سال 1827 آغاز شده و در طی این دوران به یکی از پرمصرفترین مصالح در صنعت ساختمان تبدیل شده است که این خود گواه پارامتر­ها و ویژگی­های منحصر بفرد آن می­باشد. مقاومت عالی بتن در مقابل آب، سهولت فرم­پذیری بتن در اشکال و اندازه­ های مختلف، ارزان­تر بودن و سهولت دسترسی به مصالح تشکیل­دهنده آن تقریباً در هر نقطه از جهان، از علل متعدد این امر می­باشند. طی سالیان گذشته، نوع و کیفیت مصالح بتنی و روش­های ساخت به­ طور قابل ملاحظه­ای تغییر کرده است.
اجزاء اصلی تشكیل­دهندة بتن، عبارتند از سنگدانه­، سیمان و آب. در سال­های اولیه، استفاده از بتن به دلیل کم بودن مقاومت کششی آن، محدودتر بود ولی در اواسط قرن نوزدهم میلادی برای اولین بار از تسلیح بتن استفاده شد و به این ترتیب با لاغر شدن اعضای بتنی، امکان طرح دهانه­های بزرگتر و استفاده از تنش­های طراحی بالاتر، به عنوان یکی از مهم­ترین پیشرفت­ها در زمینة استفاده از بتن فراهم گردید. با توجه به اینکه مواد اولیه برای ساخت بتن در همه جای دنیا در دسترس است، استفاده از آن در سطح دنیا از همان ابتدا رو به گسترش گذاشت.
بتن از سه فاز مختلف تشکیل شده است. این فازها عبارتند از: سنگدانه، خمیر و ناحیة انتقال. مشخصات مکانیکی و دوام بتن به هر سه فاز ذکر شده وابسته است. بنابراین برای ارزیابی و تعیین مشخصات بتن باید هر سه فاز بررسی شوند. این بررسی­ها باید از دو دیدگاه صورت گیرد. دیدگاه اول، بررسی هر یک از سه فاز به صورت مستقل و دیدگاه دوم، بررسی اثر این سه فاز بر یکدیگر.

2-1-1-         ساختار بتن

2-1-2-         ساختار فاز سنگدانه

در واقع سنگدانه تعیین کننده وزن واحد حجم، مدول (الاستیسیته) و پایداری ابعادی بتن می باشد. این خواص بتن تا حدود زیادی بستگی به وزن مخصوص ظاهری و مقاومت سنگدانه ها دارد آن هم به نوبه خود به خواص فیزیکی سنگدانه بیشتر از خواص شیمیایی آن وابسته است. [2].
علاوه به تخلخل، شکل و بافت سنگدانه های درشت نیز در خواص بتن تاثیر دارند .
وجود سنگدانه های با ابعاد بزرگتر و همچنین نسبت زیادی سنگدانه های مسطح و طویل در بتن باعث به وجود آوردن لایه نازک آب در فصل مشترک خمیر و سنگدانه شده و این لایه در ضعیف نمودن پیوستگی خمیر و سنگدانه (در ناحیه انتقال) بسیار موثر است [3].

2-1-3-         ساختار سیمان خمیر هیدراته

سیمان پرتلند غیرهیدراته پودر خاکستری رنگی است که از ذرات زاویه داری و در اندازه های بین 1 تا 50 میکرون تشکیل شده است. المانهای اصلی تشکیل دهنده سیمان عبارتند از: کلسیم، سیلیسیوم، آلومینیوم، آهن، منیزیم، سدیم، پتاسیم و گوگرد. این المانها در طبیعت خالص نیستند و به صورت اکسید وجود دارند. سیمان از آسیاب نمودن کلینکر با مقدار کمی سولفات کلسیم به دست می آید. ترکیبات اصلی کلینکر سیمان شامل C3S، C2S، C3A،C4AF است که در دمای 14700 درجه سانتی گراد با ذوب شدن و ترکیب شدن این اکسید ها حاصل می شوند.
هر یک از خواص سیمان تحت تاثیر یکی از اکسیدهای مرکب است، اکسیدهای C3S، C2S حدود 75 درصد سیمان را تشکیل می دهند و ویژگی های مفید سیمان از قبیل چسبندگی مقاومت و ثبات حجمی را این دو اکسید می سازند.
واکنش سیمان با آب را هیدراتاسیون (آبگیری) می گویند. آبگیری C3S خیلی سریع است ولی آبگیری C2S کند می باشد. در نتیجه C3S باعث ایجاد مقاومت کوتاه مدت و C2S باعث ایجاد مقاومت بلند مدت می شود. حرارت ایجاد شده در زمان آبگیری ناشی از واکنش سریع C3S با آب است. C3A اکسید ناپایداری است که شدیدا تحت تاثیر حملات شیمیایی به خصوص حمله سولفات ها قرار می گیرد. از واکنش C3A با سولفاتها ترکیبی به نام اترنژیت حاصل می شود که در مجاورت آب افزایش حجم می دهد و به این ترتیب باعث ترک خوردن و خرد شدن بتن می گردد. C3A در مقاومت سیمان نقش کمی دارد در عوض باعث گیرش آنی سیمان می شود. گیرش آنی به دلیل واکنش سریع C3A با آب رخ می دهد. واکنش C3A خالص با آب بسیار شدید است و به سفت شدن فوری خمیر که به گیرش آنی معروف است منتهی می گردد. برای جلوگیری از این امر در هنگام تولید سیمان سنگ گچ (H2O2، CaSO4) به کلینکر سیمان افزوده می شود. گیرش آنی برگشت ناپذیر است. C4AF در تولید سیمان به شکل کاتالیزور حرارتی عمل می کند. اگر مقدار C4AF در سیمان کم شود حرارت لازم برای تولید کلینکر سیمان افزایش می یابد و باعث غیراقتصادی شدن تولید سیمان می گردد.
هنگامی که پودر سیمان در آب ریخته می شود سولفات کلسیم و ترکیبات دمای بالای کلسیم تمایل به حل شدن پید کرده و مایع جدید سریعا از ذرات یونی مختلف اشباع می شود. در نتیجه تشکیل ترکیبات حاصل از کلسیم سولفات، آلومینات و یون های هیدروکسیل چند دقیقه پس از هیدراتاسیون سیمان ابتدا بلورهای سوزنی شکل سولفوآلومینات کلسیم هیدراته شده، موسوم به اترینگات ظاهر می گردند. پس از چند ساعت بلورهای بزرگ منشوری شکل هیدروکسید کلسیم و بلورهای کوچک الیافی شکل سیلیکات کسلیم هیدراته شده، فضاهای خالی خمیر را که قبلا توسط آب و ذرات سیمان اشغال شده بود پر می کنند. بعد از چند روز بسته به میزان نسبت اکسید آلومینیوم به سولفات سیمان پرتلند، اترینگیات ناپایدار شده و به مونوسولفات هیدراته شده به شکل صفحات شش وجهی در می آید. صفحات شش وجهی شکل همچنان متعلق به هیدروکسید کلسیم هیدراته شده می باشد که در خمیر هیدراته شده کم سولفات یا در سیمان های با C3A زیاد تشکیل می شود [4].

2-1-4-         مواد جامد در خمیر هیدراته شده

1- هیدروکسید کلسیم
2- سولفوآلومینات کلسیم
3- دانه های کلینکر هیدراته نشده
4- سیلیکات کلسیم هیدراته
فاز سیلیکات کلسیم هیدراته که مختصرا با C–S–H نشان داده می شود، حدود 50 تا 60 درصد حجم مواد جامد خمیر سیمان کاملا هیدراته شده را تشکیل داده و بنابراین مهمترین بخش مواد جامد خمیر در تعیین خواص آن می باشد. علت نشان دادن این ترکیب به شکل C–S–H این است که نسبت به ترکیبات آن کاملا مشخص نشده و در آن نسبت C به S بین 5/1 تا 2 و نیز آب شیمیایی آن بسیار متغیر است. شکل ذرات C–S–H نیز از کریستال های ضعیف الیافی شکل تا شبکه های منسجم تغییر می کند. به علت شکل کلوییدی و تمایل به خوشه ای شدن آن بلورهای C–S–H تنها با دستگاه میکروسکوپ الکترونی قابل شناسایی دقیق است. ساختار بلورین داخلی C–S–H نیز هنوز معلوم نشده است. قبلا تصور می شد که بلورهای آن شبیه ماده معدنی طبیعی توبرمورایت است و از این رو گاه به C–S–H ژل توبرمورایتی نیز گفته می شد. [5]. با بهره گرفتن از دستگاه های مختلف اندازه گیری مساحت سطح C–S–H در حدود 100 تا 700 متر مربع بر گرم پیشنهاد شده است. مقاومت ماده اساسا به نیروهای واندروالس، اندازه حرفات ژلی یا فاصله بین قسمت جامد که در حدود 18 آنگستروم است نسبت دا