جدول ۳-۲۰: مقدار رواناب حاصل از شدت بارش­های نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت ۲ سال و ۱۰ سال ۷۷
جدول ۳-۲۱: مقادیر حداکثر، حداقل و متوسط رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت ۲ سال و ۱۰ سال در حوزه آبخیز سمبورچای ۷۸
جدول ۳-۲۲: متوسط بارش سالانه و فصلی حوزه آبخیز سمبورچای به میلیمتر ۷۸
جدول ۳-۲۳: متوسط بارش سالانه و فصلی در زیرحوزه­های منطقه مورد مطالعه ۷۹
جدول ۳-۲۴: ارتفاع رواناب فصلی حوزه آبخیز سمبورچای بر حسب سانتیمتر ۷۹
جدول ۳-۲۵: ارتفاع رواناب سالانه زیر حوزه ­های منطقه مورد مطالعه بر حسب سانتیمتر ۷۹
جدول ۳-۲۶: ارتفاع رواناب فصلی زیر حوزه ­های منطقه مورد مطالعه بر حسب سانتیمتر ۸۰
جدول ۳-۲۷: زمان تمرکز حوزه آبخیز سمبورچای ۸۱
جدول ۳-۲۸: زمان تمرکز زیرحوزه­های حوزه آبخیز سمبورچای ۸۱
جدول ۳-۲۹: برآورد دبی پیک سیلاب با بهره گرفتن از روش دیکن ۸۱
جدول ۳-۳۰: برآورد ضریب هر یک ازپارامترها درAHP 82
جدول ۳-۳۱: برآورد رابطه رگرسیونی بین جفت پارامترها ۸۳
جدول ۳-۳۲: نتایج همبستگی مقایسه زوجی پارامترهای موثر در استحصال رواناب ۸۵
جدول (۳-۳۳): مساحت و درصد طبقات ۸۷
جدول ۳-۳۴: حجم رواناب سالانه و فصلی برای حوزه آبخیز سمبورچای بر حسب مترمکعب ۸۸

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

جدول ۳-۳۵: حجم رواناب سالانه زیرحوزه­ها بر حسب مترمکعب ۸۸
جدول ۳-۳۶: حجم رواناب فصلی زیرحوزه­ها بر حسب مترمکعب …………………………………………………۸۹
فصل اول
مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته
۱-۱- مقدمه
مراتع یکی از مهم­ترین و با ارزش­ترین منابع طبیعی تجدید­شونده می­باشند که نقش بسیار مهمی در حفاظت خاک، تولید آب، تولید گوشت و مواد لبنی دارند. علاوه بر آن محصولات فرعی مرتع همچون محصولات دارویی، صنعتی، خوراکی، حفظ حیات­وحش، تلطیف هوا، پایداری محیط زیست و نیز ذخیره ژن­های گیاهی از جمله استفاده­های دیگری است که ارزش حاصل از آن­ها به مراتب از ارزش تولید علوفه‌ بیشتر بوده است (مقدم، ۱۳۷۷). بنابراین توجه به استفاده­های چندگانه آن از طریق افزایش تولید و کاهش تخریب مراتع با بهره ­برداری صحیح و انجام عملیات اصلاح و احیاء امری ضروری و اجتناب­ناپذیر است.
به دلیل واقع شدن ایران در مناطق خشک و نیمه­خشک کره زمین، تأمین آب شیرین سالم و کافی همواره مشکل بوده است. این واقعیت، سختی زندگی مرتع­داران و مدیریت دام و بازدهی پایین تولید علوفه در مراتع را به دنبال داشته است. در مراتع مناطق جغرافیایی خشک و نیمه­خشک دسترسی به آب مهم‌ترین اولویت است. این اهمیت فقط برای مصرف گله­های دامی نیست بلکه به خاطر زیستن و بقاء مرتع داران در این مناطق جغرافیایی نیز می­باشد. مالکیت و حق استفاده از منابع آبی در این مناطق حداقل به اندازه حق بهره ­برداری از مراتع دارای اهمیت است. به همین دلیل آب اساسی­ترین نیاز بهره­برداران از مراتع در مناطق خشک و نیمه­خشک است (ایفاد^[۱]، ۲۰۰۴).
در مراتع و به خصوص مراتع قشلاقی کشور، بحران کمبود آب برای مصرف انسان و شرب دام همیشه وجود داشته است. به طوری که بیان می­ شود ظرفیت مراتع برای تغذیه احشام در بسیاری از مراتع نقاط خشک بیشتر به علت کمبود آب آشامیدنی محدود می­ شود تا کمبود علوفه (آکادمی ملی علوم واشنگتن، ۱۳۶۴). استحصال آب تمیز از بارندگی­های خیلی کم و همچنین ذخیره کردن آب جمع آوری شده در یک منبع، از مزایای روش جمع­آوری رواناب به شمار می ­آید (پیترسون^[۲]، ۱۳۶۶). برخی دیگر نیز به کارگیری آب باران را برای رسیدن به توسعه پایدار منابع آب لازم می­دانند و استفاده از آن را یک فن­آوری کوچک مقیاس اقتصادی و کاربردی می­دانند که در مناطق خشک و نیمه­خشک به طور معنی­داری به حفظ طبیعت و اکولوژی نیز کمک می­ کنند (اندرو^[۳]، ۲۰۰۰). کشور ایران در منطقه­ای واقع است که متوسط بارندگی سالانه آن کمتر از یک سوم میزان بارندگی سالیانه جهان است و میزان آن ۲۵۰ میلی‌متر گزارش شده است (کردوانی، ۱۳۷۹؛ محسنی ساروی، ۱۳۷۶).
رواناب آبخیزهای مرتعی از چند جهت دارای اهمیت می­باشند. رواناب وقتی که در مخازن ذخیره­ای جمع می­ شود، آب مصرفی دام را تأمین می­ کند. همچنین منبع آبی برای مناطق پایین­دست یا مصارف محلی، صنعتی و کشاورزی در خارج از حوزه آبخیز را فراهم می­نماید. رواناب به دلیل اینکه موجب شروع فرسایش، انتقال رسوب و مواد حل شدنی در درون رودخانه یا سد می­باشد دارای اهمیت است. بنابر­این، رواناب بیشترین آلودگی وارد شده به مسیر آب را تولید می­نماید (محسنی ساروی، ۱۳۸۷).
جمع­آوری آب باران، با اهداف و انگیزه­ های گوناگونی صورت می­گیرد که هدف اصلی آن، بهینه­سازی و مدیریت بهره ­برداری از آب باران بر اساس نیاز و مصرف است. بدین معنی که چون باران همواره و هر روز نمی­بارد و یا بارش ناکافی است، از آن بهره برد. بدین ترتیب هر جامعه و هر کشوری که در این زمینه قدم­های بزرگ‌تر و مؤثرتری بردارد، موفق­تر و آبادتر خواهد بود (طهماسبی و همکاران، ۱۳۸۵). جمع­آوری آب باران نه تنها برای تأمین آب در ایام و روزهای بدون باران است، بلکه برای کنترل جریان رودخانه­ها و جلوگیری از آسیب رساندن به نواحی مسکونی و زراعتی پایین­دست هم صورت می­گیرد. همچنین برای تولید انرژی (برق) یا پرورش آبزیان جمع­آوری می­ شود. در بسیاری از مناطق خشک و نیمه­خشک با جمع­آوری آب باران و تنظیم آن در بالا­دست حوزه ­های آبخیز، برای تقویت و بهبود عملکرد محصولات دیم­کاری برنامه­ ریزی می­ شود. بخشی از طرح­های آبخیزداری با همین هدف و نیز حفاظت آب و خاک صورت می­گیرد. به این ترتیب امکان کوتاه کردن دوره­ های خشک به وجود می ­آید و دوره خشک سه ماهه، به دو ماه یا کمتر تقلیل می­یابد و صدمه وارد شده به محصول یا هر نوع پوشش گیاهی کاهش پیدا می­ کند (طهماسبی و همکاران، ۱۳۸۴). امکان دارد جمع­آوری آب باران برای تغذیه سفره ­های آب زیرزمینی، چشمه­ها و قنات­ها باشد. برای این کار، در بالا­دست قنوات و چشمه­ها در آبراهه­ ها، با احداث بندهای کوتاه، ولی متعدد از حرکت و خروج سریع رواناب جلوگیری می­ شود. این سیلاب­ها به تدریج در زمین نفوذ می­ کنند و باعث افزایش آب‌دهی قنات­ها و چشمه­ها می­شوند و در نتیجه، از تبخیر آب و آلودگی آب جلوگیری می­ کنند. به علاوه افت سطح ایستایی را، که امروزه مسئله مبتلا به اکثر دشت­های کشور ما است را تا حدودی جبران می­ کند (طهماسبی و همکاران، ۱۳۸۴). استحصال آب عبارتست از جمع­آوری و ذخیره نمودن بارش در زمینی که در آن به منظور افزایش رواناب تغییراتی اعمال شده است (مایرز^[۴]، ۱۹۶۴).کوریر^[۵] (۱۹۷۳) جمع­آوری آب را فرایند جمع­آوری بارش طبیعی از آبخیزها برای استفاده مفید تعریف کردند.
مفاهیم هیدرولوژیکی قرار دادی نخستین بار در سال­های ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ زمانی که منابع جریان بالادست رودخانه­ها به عنوان عاملی موثر بر جریان­های پایین دست مورد توجه قرار گرفته بودند، توسعه یافته است. از آنجایی که اغلب فعالیت­های مربوط به کاربری اراضی با سوء استفاده از منابع و اثرات منفی بر پایین دست رودخانه­ها همراه می­باشد لذا یک مبنای مناسب برای تصمیم ­گیری ضروری به نظر می­رسد. مفهوم سطح منبع متغیر محدوده کاملی از جریانات دامنه­ای را در بر می­گیرد. واقعیت این است که این مفهوم یک سیستم پویا و دینامیک است که دارای تغییرات زمانی و مکانی بسیاری می­باشد و در شرایط بحرانی مختلف، وضعیت­های متفاوتی را در مسیرهای متنوع ارائه می­نماید. پویایی جریان­های سیلابی تابعی از طول شیب و موقعیت گذرگاه­ها است. همچنین تراکم زه­کش­های پویا در سطح حوزه در این امر بی­تاثیر نخواهد بود به طوری که در طول یک بارش سنگین، تراکم زه­کشی و طول شیب نقش فعالی را ایفا می­نماید. تمام قسمت­ های سطح یک حوزه آبخیز به طور مساوی در ایجاد رواناب دخالت ندارند. بسیاری از محققین درباره مفهوم سطح منبع متغیر تولید جریان رودخانه­ای، گزارش­های­ بسیاری را ارائه نموده ­اند. در واقع این مفهوم فرض می­ کند که مناطق خاصی از سطح آبخیز در ایجاد رواناب دخالت دارند در صورتی که مناطق دیگر به عنوان مناطق تغذیه کننده و ذخیره کننده عمل می­ کنند (هولت^[۶]، ۱۹۷۴). عوامل مهمی که در تعیین سطح تولید کننده رواناب دخالت دارند شامل وضعیت فیزیکی آبراهه، خصوصیات خاک و رگبار می­باشد. کف دره­ها عموماً مناطقی هستند که در تولید رواناب دخالت دارند در حالی که سر یال­ها مناطق تغذیه کننده می­باشند. مناطق بین کف دره­ها و سر یال­ها اغلب به عنوان مناطق دینامیکی مطرح می­باشند که ممکن است در تولید رواناب یا در تغذیه آن شرکت نمایند. این مسأله بستگی به مقدار و خصوصیات موقتی رگبار، رطوبت قبلی و خصوصیات خاک منطقه دارد. می­توان گفت مناطق منبع، مناطقی هستند که پتانسیل بالایی برای تولید رواناب حتی با مقدار کمی بارش را دارند که می­توان با بهره گرفتن از سطح منبع متغیر، مناطق منبع یا مناطق تولید کننده رواناب را شناسایی و برای کنترل آلودگی­ها، استحصال رواناب، کودپاشی و دفع فاضلاب و مواد زائد کشاورزی استفاده کرد. همان­طور که می­دانیم برای حفظ کیفیت خاک در مراتع و تولید خوب علوفه نیاز به کودپاشی همواره احساس می­گردد. با مشخص کردن مناطق تولید کننده رواناب می­توان مدیریت درست و اصولی را برای کودپاشی در نظر بگیریم و مناطق مورد نظر را با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهره ­برداری قرار داد و مناطقی که چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. همچنین یکی از عوامل اصلی تخریب مراتع و چرای بیش از حد مراتع، کمبود منابع آب در مراتع نمی ­باشد بلکه عدم توزیع یکنواخت منابع آبی در سطح مراتع می­باشد که پس از مشخص شدن عرصه ­های تولید رواناب می­توان مدیریت جامعی را برای توزیع آبشخوار در مراتع انجام داد. از اهمیت دیگر تعیین سطح منبع متغیر جلوگیری از آلودگی در پایین دست حوزه آبخیز می­باشد که با شناسایی مناطق منبع می­توان رواناب را در بالا دست حوزه آبخیز کنترل کرد. با دانستن این موضوع آبخیزدار قادر خواهد بود مناطقی را که می­توان با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهره ­برداری قرار داد و مناطقی که در آن‌ها چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. با همین روش مناطق مطمئن برای ریختن آشغال و فاضلاب، مواد زائد کشاورزی و دفن به آسانی انتخاب می­شوند (محسنی ساروی، ۱۳۸۷).
۱-۲- هدف و ضرورت تحقیق:
امروزه تلاش­ های بسیاری در جهت کاهش زمان و هزینه­ های مربوط به مکان­ یابی و تعیین مناطق بالقوه برای معرفی تکنیک­های جمع­آوری در نواحی که نیازمند این فرایند است مانند اکوسیستم­های کشاورزی آبی و دیم صورت پذیرفته است. سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS^[7])، رویکرد مناسبی را ارائه می­نماید، زیرا این سامانه قابلیت پردازش ساختارهایی برای جمع­آوری، ذخیره­سازی، تحلیل و تبدیل داده ­های مکانی و زمانی را به منظور اهداف خاص را دارا می­باشد (پادماواتی^[۸] و همکاران،۱۹۹۳؛کوسکان و موساگلو^[۹]،۲۰۰۴). پیشرفت تکنولوژی­های کامپیوتری و بسته­های GIS ای، امکان ارزیابی و درون­یابی داده ­ها را در محدوده­های تخصصی به منظور مدیریت مکانی و آنالیز داده ­ها را برای کاربران فراهم می­سازد. بنابراین ترکیبی از خصوصیات مکانی حوزه ها، راندمان بالاتری را در پردازش هیدرولوژیکی منطقه به همراه دارد. بدین ترتیب پتانسیل کاربرد GIS برای مدل‌سازی هیدرولوژیکی به ویژه هنگامی که دقت و صحت مدل­سازی توسط برآوردهای توزیع مکانی و زمانی پارامترهای منابع آبی تحت تأثیر قرار گرفته باشد قابل ارزیابی می­باشد (کلارک و گانگوداگامگ^[۱۰]، ۲۰۰۱).
برای مشخص کردن مکان مناسب اجرای برنامه ­های مختلف با بهره گرفتن از GIS لازم است به شرایط مورد نیاز برای هر برنامه توجه شود و سپس نقشه­های مختلف را با هم تلفیق کرد تا مکان مناسب اجرای طرح­ها مشخص شود. از اینرو انجام این پژوهش می ­تواند دستورالعمل مناسبی را در اختیار مرتع­داران جهت تأمین آب از طریق روش­های استحصال آب باران قرار دهد. استفاده از GIS علاوه بر افزایش دقت، سبب افزایش سرعت انجام کار، تنوع و کیفیت بهتر ارائه نتایج، کاهش هزینه­ها، بایگانی و تکثیر راحت­تر آن‌ها می­گردد. بنابراین این پژوهش با اهداف زیر صورت گرفته است:
۱- کارآیی GIS در مدیریت منابع طبیعی برای ذخیره ، تجزیه و تحلیل ، تلفیق داده ­ها و ارائه نتایج حاصل از اطلاعات، با تأکید بر ذخیره نزولات آسمانی در سطح مراتع.
۲- مکان­ یابی عرصه ­های مناسب برای استحصال آب باران در سطح حوزه آبخیز.
۳- توزیع و مدیریت مناسب آب باران با بهره گرفتن از الگوی سطح منبع متغیر.
۱-۳- تعریف استحصال رواناب و اهمیت بررسی آن
در نظر عامه استحصال آب به صورت زیر تعریف می­ شود: جمع­آوری رواناب­ها از سطح بام­ها، زمین­ها و همچنین آب­های گذران فصلی جهت استفاده از رواناب­ها.
جمع­آوری آب باران عبارت است از مجموعه اقدامات و عملیات و فعالیت­هایی که به ذخیره شدن رواناب­های سطحی ناشی از بارش در داخل بانکت­ها، سطح تراس­ها و درون حوضچه­ها و استخرهای ذخیره­ی آب برای مصارف گوناگون منجر می­ شود. این آب برای آبیاری محصولات و مصارف خانگی و … ذخیره می­ شود تا در ایام بی­باران، کمبود آب حدالامکان جبران شود (طهماسبی و همکاران ، ۱۳۸۵).
در تعریف جمع­آوری آب باران بین متخصصان آب­شناسی و آبیاری اختلاف نظر وجود دارد. بعضی از این کارشناسان حتی احداث سدهای مخزنی را هم در زمره­ی کارهای جمع­آوری آب باران می­دانند (کلاف،۱۹۷۹). بسیاری از تحقیقات در هند و پاکستان و فلسطین اشغالی نشان می­دهد که تلاش اصلی در این جهت است که مردم ساکنان مناطق خشک و نیمه­خشک، با فناوری و روش­هایی آشنا شوند که از بارندگی موجود با ایجاد رواناب بیشتر، جمع­آوری مناسب، ذخیره­ی سریع‌تر و عملی­تر و محافظت در مقابل تبخیر و هدررفت، به آب بیشتری دسترسی پیدا کنند و امکان استمرار زندگی آن‌ها با حفظ الگوی کشاورزی و دامپروری محقق گردد (حسینی ابریشمی، ۱۳۷۳).
باید توجه داشت در اکثر مناطقی که آب به اندازه­ کافی وجود ندارد، به دلیل تراکم کم جمعیت، زمین­های بسیاری وجود دارد، در نتیجه حداقل ۵ تا ۲۰ برابر آنچه که می­توان با آب باران موجود و آب زیرزمینی و … به زیر کشت برد، زمین موجود است. بنابراین امکان تخصیص بخشی از اراضی برای جمع­آوری رواناب و سیلاب در بسیاری از این مناطق وجود دارد (طهماسبی و همکاران، ۱۳۸۵).
جمع­آوری آب باران به روش­های گوناگونی انجام می­ شود. در مناطق خشک و نیمه­خشک، کمبود آب با جمع­آوری آب باران تا حدودی قابل جبران است، این کار شامل ایجاد رواناب، جمع­آوری و ذخیره و حفاظت از آب ذخیره­شده است تا به مصرف گیاه و محصول مورد نظر برسد، یعنی از یک طرف در حد امکان در عمق ریشه و در دسترس ریشه ذخیره شود و از طرف دیگر در سطح خاک خیلی راکد باقی نماند که تبخیر شود (طهماسبی و همکاران، ۱۳۸۵).
جمع­آوری آب باران در مفهوم گسترده، کلیه روش­های مربوط به متمرکز کردن، ذخیره­سازی و جمع­آوری رواناب حاصل از آب باران را به منظور مصارف خانگی و کشاورزی را دربر می­گیرد (راکشتورم^[۱۱]، ۲۰۰۰؛ شودرلند و فن^[۱۲]، ۲۰۰۰). این سیستم­ها می­توانند در سه گروه عمده طبقه ­بندی شوند: ۱- حفظ رطوبت در مکان (حفاظت آب و خاک) ۲- تمرکز رواناب به منظور کشت محصولات در سطح زمین ۳- جمع­آوری و ذخیره رواناب از سقف­ها و سطح زمین (در ساختار­های مختلف به منظور مصارف خانگی و کشاورزی) (فالکن مارک و راکشتورم^[۱۳]، ۲۰۰۴).
استفاده تولیدی نیز شامل تأمین آب شرب و ذخیره آن، تمرکز رواناب­ها برای گیاهان، درختچه­ها و درختان و یک استفاده کمتر متداول یعنی پرورش ماهی و اردک می­باشد.
واژه استحصال آب برای اولین بار توسط گدس^[۱۴] (۱۹۶۳) به کار برده شد، اگر چه این واژه یک واژه­ی هیدرواگرونومی^[۱۵] است، اما هنگامی که برای مهار رواناب سطحی به کار برده شود، می­توان آن را جزو واژگان هیدرولوژی به حساب آورد. علت این امر مبتنی بر توان بالقوه استحصال آب در تأمین و حفاظت آب، مهار سیلاب­ها و فرسایش خاک است. مایرز^[۱۶] (۱۹۷۵) و پاسی و کالیس^[۱۷] (۱۹۸۶) بر اساس تعریف گدس، “جمع­آوری و ذخیره هر نوع رواناب سطحی برای مصرف در کشاورزی” را استحصال آب نامیده­اند.
تعاریف فوق هر چند دارای مفهوم گسترده­ای است اما بیانگر تعریف کاملی از استحصال آب نمی ­باشد، زیرا جمع­آوری و ذخیره رواناب­های سطحی تنها نمی­تواند با هدف مصرف آب برای کشاورزی و محدود به آن باشد. از این رو متخصصین زیادی سعی در ارائه‌ تعاریف جامع­تر و گویاتر بعد از تعریف ارائه شده توسط گدس نمودند. به نحوی که هر یک با هدف ویژه مورد نظر خود تعاریفی را بیان داشته اند (اسمعلی و عبداللهی، ۱۳۸۹).
پاسی و کالیس (۱۹۸۶) با محدود کردن موضوع استحصال آب به جمع­آوری آب باران و رواناب­های ناشی از آن از طریق احداث سطوح آبگیر کوچک مقیاس که نزولات جوی مستقیما بر آن‌ها نازل می­ شود، به صورت “جمع­آوری و ذخیره آب باران در محل نزول، جهت تأمین آب برای مصارف مختلف” تعریف کرده ­اند.
مایرز (۱۹۶۴) بیان داشت “به فرایند جمع­آوری و ذخیره بارش از زمینی که به منظور افزایش رواناب حاصل از باران و ذوب برف دست‌کاری شده باشد” را استحصال آب گویند.
هادسون^[۱۸] (۱۹۸۱) با ارائه تعریف مشابه، استحصال آب در محل نزول ریزش­های جوی و در اولین مراحل تشکیل رواناب­های سطحی را به عنوان استحصال آب برای تأمین و حفاظت آب تلقی نموده است.
با توجه به تعاریف فوق استحصال آب مشتمل بر جمع­آوری ذخیره و بهره ­برداری از آب­های جمع­آوری شده است که منشأ آب­های استحصالی نیز بارش­های جوی و رواناب­های ناشی از آن‌ها در اولین مراحل تشکیل و قبل از پیوستن به رودخانه­های دائمی است.
الگوهای بارش در نواحی نیمه­خشک از لحاظ پراکنش مکانی و زمانی، غیرقابل پیش ­بینی هستند. بنابراین برای دستیابی به یک مدیریت موفق، کنترل رواناب از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می­باشد (امبیلینی^[۱۹] و همکاران، ۲۰۰۰). گذشته از این، با توجه به اینکه در چنین مناطقی، حجم اندکی از بارندگی به ناحیه ریشه می­رسد، تولید ضعیف محصول و حتی در برخی موارد، عدم موفقیت محصول می ­تواند از جمله عوامل محدود کننده در چنین مناطقی باشد که استحصال آب از رواناب باران می‌تواند به مشکل کم آبی در منطقه کمک کند (راکشتورم ،۲۰۰۰). مورد دیگر مربوط به توزیع بارندگی می­باشد. توزیع بارندگی فرآیندی در خصوص تکرار بارش در فصل خشک می­باشد که در چنین مناطقی قابلیت دسترسی آب در خاک در طول فصل رشد، ضعیف می­باشد (راکشتورم، ۲۰۰۰). این امر موجب کاهش پتانسیل تولید محصول و در شدت­های زیاد موجب افزایش خطر نابودی محصول می­گردد. به این ترتیب کنترل و جمع­آوری رواناب در این مناطق از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا حجم رواناب دریافتی می ­تواند به طور موثری برای حمایت از محصولات کشاورزی طی یک روش محیطی و اقتصادی مناسب، بهره ­برداری گردد (زیادت^[۲۰] و همکاران، ۲۰۰۶).
این واقعیت که بارش باران در مناطق خشک و نیمه­خشک بسیار ناچیز است و یک میلی‌متر آب ذخیره شده برابر یک لیتر در مترمربع است. اهمیت ذخیره­ی آب، جدا از مقدار آب جمع­آوری شده، مشخص می­ شود. از میان سه عامل خاک، آب و انرژی خورشیدی، آب مهم­ترین عامل محدود کننده تولیدات گیاهی در مناطق خشک است. در بسیاری از نقاط کشور به علت عدم وجود منابع با کیفیت مناسب آب، زندگی و حیات عده­ی زیادی از مردم به بهره ­برداری از رواناب و استحصال آب بستگی دارد. به عنوان مثال در منطقه چابهار جمعیتی معادل ۳۳۸۴۰۷ نفر از طریق استفاده از رواناب و سیل که با مشارکت اهالی احداث شده، به حیات خود ادامه می­ دهند (ازکیا، ۱۳۷۴). در شهرستان بیرجند، ۸۲ هزار هکتار اراضی دیم گندم با بهره گرفتن از آب باران و بندسار به وجود آمده است. در گناوه حوزه آبخیز دره­ی گپ، با بهره گرفتن از بندسارها به کشت خرما اشتغال دارند (صفاری، ۱۳۸۳). در کل منافعی که مردم از جمع­آوری آب دارند، بر زندگی اجتماعی و اقتصادی آن‌ها موثر است و نقش کلیدی در احیا و جلوگیری از تخریب زمین­ها توسط فرسایش آبی و بادی و ایجاد زمین­های بایر دارد.
هنگامی که استحصال آب برای ذخیره­سازی آن در توده خاک مد نظر باشد، در این صورت سهولت دسترسی گیاهان به آب را دنبال خواهد داشت. نتایج تحقیقات انجام شده بر این نکته تاکید دارند که میزان آب موجود در پروفیل خاک، به ویژه در عمق سطحی خاک، تابعی از رطوبت موجود در عمق­های زیرین است و استحصال ریزش­های جوی در محل نزول، عامل اصلی در افزایش رطوبت مورد نیاز گیاهان در محل استقرار آن‌ها تلقی می­ شود. این موضوع در شرایطی که میزان بارندگی در فصل رشد گیاهان کافی نباشد، از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و ذخیره رطوبت در خاک در فصول پرباران تا حد قابل توجهی نیاز گیاهان را تأمین می­ کند (راویتز^[۲۱] و همکاران، ۱۹۸۱).
در انتخاب روش، قبل از هر چیز جنبه­ های فرهنگی و اجتماعی باید مورد توجه قرار گیرد، زیرا در موقعیت و شکست فن­آوری­ها اثر می­ گذارد. از این رو باید به خواست­ها و علائق مردم و همچنین هزینه­ های لازم توجه خاص به عمل آید. علاوه بر ملاحظات اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی، در یک برنامه استحصال آب رعایت جنبه­ های فنی که باعث پایداری می­ شود، از اهمیت والایی برخوردار است و باید مورد توجه قرار گیرد.
با توجه به اهمیت جمع­آوری آب باران در ایران و استفاده از آن در کشاورزی و شرب به چند نکته اشاره می­کنیم:
۱- هدر رفتن ۴۰ تا ۵۰ میلیارد متر مکعب در سال از آب­های سطحی کشور.
۲- فروکش کردن سطح سفره آب زیرزمینی و ضرورت تغذیه بیشتر آن.

۳-۴-۱- مفاهیم و تعاریف اولیه Streamline ها
تعریف کلی SL ها، ، بدین صورت است که شیب منحنی SL ها برابر با سرعت در هر لحظه داده شده از زمان می باشد.
در اینجا پارامتری است که از SL تبعیت می کند در حالی که زمان (فیزیکی) واقعی است.
از آنجا که SL ها مستقل از زمان هستند، SL ها توصیف کننده مسیر میدان جریان در هر لحظه داده شده در زمان می باشند.
پارامتر ، مدت زمانی که نیاز است یک ذره، مسافت معینی را در راستای SL در زمان واقعی داده شده طی کند، اندازه گیری می کند.
دقت شود که در شبیه سازی مخزن، هم و هم شکل مسیر حرکت SL ها مهم هستند. در حالی که در سایر کاربردها تنها مسیر حرکت SL ها مورد توجه است.
۳-۴-۱-۱- برخی از تعاریف Streamline
با توجه به اینکه شیب منحنی SL ها برابر با سرعت در هر لحظه داده شده از زمان می باشد، رابطه زیر برقرار می باشد.
معادلات (۳٫۱۹) و (۳٫۲۰) به صورت زیر می تواند نوشته شود.
حذف پارامتر زمان: در دو بعد،
در سه بعد:
ساده ترین وضعیت: معادلات جداشدنی باشد. برای مثال، و باشد آن گاه یا می شود. شکل ۳-۳ را ببینید.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

شکل ۳-۳: رسم میدان برای . SL ، از شروع شده و تا نقطه دنبال شده است [۳۹].
۳-۴-۱-۲- Potential Flow
فرض کنید یک جریان غیرچرخشی^[۸۰] و مستقل از دیورژانس ( جریان غیر قابل تراکم^[۸۱]) در دو بعد داریم:
تابع تحلیلی (پتانسیل مختلط) به صورت زیر تعریف می شود،
از معادله کوشی- ریمان، می دانیم که:
تعریف می کنیم ، یا
بنابراین هارمونیک است، و
و
همچنین داریم:
که بیان می کند منحنی های و بر هم عمودند.
تابع تابع پتانسیل نامیده می شود و تابع جریان (Stream Function) نامیده می شود.
از آنجا که سرعت عمود بر سطوح منحنی () می باشد، تابع باید توصیف کننده SL ها باشد [۳۹].
۳-۴-۲- مقدمه ای بر روش Streamline در شبیه سازی مخازن
شبیه سازی جریان سیال بر مبنای SL ، توجه بسیار زیادی را در سال های اخیر به خود جلب کرده است. و هم اکنون به عنوان یک روش کارامد نسبت به روش های سنتی مدل سازی جریان سیال نظیر Finite-Difference مورد توجه است. شبیه سازی بر مبنای SL ، مخصوصا در مخازن با ابعاد بالا و دارای پیچیدگی های زمین شناسی و ناهمگن که جریان سیال متاثر از موقعیت چاه ها و خاصیت سنگ های مخزن ( نفوذ پذیری، تخلخل و … ) و گرانش می باشد، موثر است. اما از طرف دیگر تاثیرات فشار موئینگی در این روش به خوبی مدل نمی شود [۴۰].
شبیه سازی بر مبنای SL بر ۶ اصل بنا شده است:
تعقیب کردن مسیر SL ها در سه بعد در مختصات TOF
تغییر معادله سه بعدی اشباع به چندین معادله یک بعدی در راستای SL ها
به روز رسانی پریودیک SL ها
حل عددی معادله ی بعدی در راستای SL ها
لحاظ کردن اثر گرانش به کمک اپراتور Splitting
گسترش روش به سیال های متراکم^[۸۲]
از مزایای اولیه روش SL، محاسبات سریع تر، بهبود دقت (کاهش پراکندگی عددی^[۸۳])، قابلیت نمایش مدل های زمین شناسی با جزئیات بالا، نمایش کمی جریان و تطبیق سریع تاریخچه مخزن می باشد. سرعت و دیگر ویژگی های متنوع این روش، باعث سودمند واقع شدن این روش در بسیاری از کاربرد ها شده است.
سیال ها به جای حرکت بین دو گرید گسسته در روش های سنتی، به طور طبیعی در راستای SL ها حرکت می کنند. حرکت سیال بین گرید های گسسته در مدل سازی مخزن به روش های سنتی FD ، به دلیل ملاحظات پایداری و همگرایی این روش، منجر به محدودیت در انتخاب مرحله زمانی (Time-Steps) می شود. در حالی که با حرکت سیال در راستای SL ، محدودیت های پایداری از بین می رود و این روش به ازای هر مرحله زمانی پایدار است. در نتیجه به دلیل محدودیت های مربوط به گریدها و انتخاب مرحله زمانی، در روش های سنتی ، مراحل زمانی کوچک انتخاب می شوند و این منجر به محاسبه مکرر معادلات اشباع و فشار می شود. که از نظر محاسباتی بسیار پر هزینه است. اما در روش SL ها به دلیل انتخاب مرحله زمانی بزرگ، مسیر SL ها متناوبا به روز می شوند و این باعث هر چه سریع تر شدن این روش می شود[۴۱].
مدل بر مبنای SL جایگزینی برای شبیه سازهای سنتی بر مبنای گرید نمی باشد. اما نقش مهمی در پر کردن فضای خالی میان مدل های زمین شناسی و شبیه سازهای جریان ایفا می کند [۴۲].
۳-۴-۳- تاریخچه مدل سازی مخزن بر پایه Streamline
امروزه شبیه سازی بر پایه SL بر حداقل چهار روش دیگر مدل سازی جریان در مخزن مقدم است. روش های Line-Source/Sink به طور گسترده در صنعت نفت مورد استفاده قرار می گرفته است[۴۳، ۴۴]. این روش از جواب های تحلیلی برای فشار و توزیع سرعت در مخزن استفاده می کنند. محدودیت اصلی این روش نیاز به شرایط همگنی و ضخامت ثابت مخزن می باشد. روش مبتنی بر Streamtube جامع تر است و به صورت موفقیت آمیز در مدل سازی waterflooding و Miscible Flooding به کار گرفته شده است [۴۵-۴۷]. در این روش، محدوده جریان به تعدادی Streamtube تقسیم می شود و محاسبات اشباع سیال در راستای St (Streamtube) ها انجام می شود. اما نیاز به دنبال کردن هندسه St ها در سه بعد, عملی بسیار کند و زمان بر است. بنابراین در اکثر کاربردها، روش St به دو بعد محدود می شود. روش دنبال کردن یک ذره^[۸۴] ، در صنعت نفت برای مدل کردن Tracer-Transport در مخازن هیدروکربنی و همچنین کاربردهایی نظیر آب های زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرد [۴۸]. این روش جابه جایی دسته بزرگی از ذرات را ، در راستای مسیرهای حرکت مناسب، دنبال می کند. در حالی که این روش در نزدیکی Steep-Fronts به خوبی کار میکند، برای پروفایل های هموار مناسب عمل نمی کند. در نهایت، روش Front-Tracking ، جلو سیال^[۸۵] را به عنوان یک درجه آزادی در محاسبات معرفی می کند [۴۹]. محدودیت این روش بار محاسباتی زیاد آن است.
اگرچه روش SL در بسیاری از مفاهیم مشابه روش های پیشین است، اما دارای برخی تعریف های جدید نیز می باشد. به کمک SL ها می توان شبیه سازی را در یک محیط سه بعدی ناهمگن انجام داد. که این امر با تعریف مفهوم زمان پرواز^[۸۶] (TOF) SL محقق شده است. زمان پرواز به طور ساده مدت زمان طی شده توسط یک ذره خنثی در راستای SL ها است. کلید اصلی شبیه سازی بر مبنای SL ها جداسازی اثر ناهمگنی های زمین شناسی از معادلات اشباع می باشد. این جداسازی به کمک زمان پرواز SL به عنوان متغییر تصادفی محقق شده است. تاثیر ناهمگنی زمین شناسی در زمان پرواز SL نهفته شده است. به علاوه، در مختصات TOF ، معادله چند بعدی اشباع به چندین معادله یک بعدی در راستای SL ها کاهش می یابد. که مسلما محاسبات مربوط به معادلات اشباع را ساده خواهد کرد. شبیه ساز SL ، برای مدل سازی میدان های با سرعت متغییر در زمان، جریان های متراکم، تحت تاثیر گرانش و دارای شرایط غیریکنواخت مناسب است. در [۵۰] لیست کاملی از تاریخچه شبیه سازی SL آورده شده است[۴۲].
Muskat در سال ۱۹۳۷ یک توصیف اولیه از معادلات تحلیلی تعریف کننده ، تابع Stream ، ، و تابع پتانسیل، ، برای یک محیط ساده دو بعدی با سیال غیر قابل تراکم ارائه داد. اکثر کارهای صورت گرفته در Streamline ها در زمینه آب های زیرزمینی^[۸۷] بوده است. آفای Fay و Pratts برای اولین بار در زمینه نفت ، از Streamline ها در دو بعد استفاده نمودند. تمام روش های SL سه بعدی از ایده تعقیب یک دسته ذره^[۸۸] به منظور تعریف SL استفاده می کنند. آقای Shafer یک ذره را از تزریق کننده تا تولید کننده به کمک روش رانگ – کوتا ردیابی کرد. روش آقای Shafer به یک سیستم ناهمگن دو بعدی اعمال شد. سپس آقای Pollock [51] ردیابی به کمک رانگ – کوتا را با تعریف تکه ای خطی بودن میدان سرعت در هر گرید ، بهبود بخشید. در نتیجه یک الگوریتم تحلیلی برای ردیابی مسیر SL در هر گرید بدست آمد. آقای Bommer و Schecter معادلات عددی پایستگی جرم را در راستای SL ها ، نگاشت کرد. آقای Dutta-Gupta و King زمان پرواز^[۸۹] را در راستای SL معرفی نمود. و سپس یک مدل بر مبنای SL را بر روی یک سیستم دوبعدی ناهمگن با دو چاه پیاده سازی کردند. سپس روش SL ، به یک سیستم سه بعدی توسط آقای Blunt اعمال شد [۴۱].
۳-۴-۴- روش Streamline
شبیه سازی SL، معادلات سه بعدی سیال را با چندین معادله یک بعدی در راستای SL ها تقریب می زند. و ایده اصلی شبیه سازی SL ، جداسازی تاثیر ناهمگنی زمین شناسی از محاسبات حرکت سیال می باشد. از نظر ریاضی این عمل با به کارگیری زمان پرواز SL به عنوان متغیر مختصات، محقق شده است. در واقع به یک سیستم مختصاتی جدید می رویم که در آن تمام SL ها خطوط مستقیم هستند و فاصله با زمان پرواز جایگزین شده است. تاثیر ناهمگنی، در زمان پرواز و منحنی مسیر SL ها لحاظ شده است. از آنجا که محاسبه اشباع در راستای SL ها از گرید مربوط به آن جدا شده است، در انتخاب مرحله زمانی (Time-Steps) هیچ گونه محدودیتی وجود ندارد.
شبیه سازی SL شامل گام های اصلی زیر می باشد:
دنبال کردن SL ها بر اساس سرعت میدان که معمولا به طور عددی با روش Finite-Difference (FD) محاسبه می شود.
محاسبه زمان پرواز در راستای SL ها
محاسبه معادلات جابه جایی سیال (نظیر اشباع و تمرکز^[۹۰]) در راستای SL ها
به روز رسانی پریودیک SLها به منظور لحاظ کردن اثر تغییر شرایط میدان و تاثیرات جابه جایی سیال
مزیت محاسباتی روش SL به چهار عامل وابسته است: ۱) SL ها نیاز به بروز رسانی زیادی ندارند. ۲) معادلات جابه جایی سیال در راستای SL ها غالبا می تواند به صورت تحلیلی حل شود. ۳) پاسخ عددی معادلات یک بعدی در راستای SL ها به قیود زمین شناسی مسئله محدود نشده است. در نتیجه می توان مرحله زمانی بزرگتری را انتخاب کرد. ۴) زمانی که ناهمگنی بر جابه جایی سیال غالب است، زمان محاسباتی معمولا به طور تقریبا خطی با تعداد گرید ها تغییر می کند [۴۲].
۳-۴-۵- مزایا و معایب Streamline ها در شبیه سازی مخزن

شکل ۳-۲ مجموعه ای از Streamline ها ۶۰
شکل ۳-۳: رسم میدان برای . SL ، از شروع شده و تا نقطه دنبال شده است. ۶۱

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

شکل ۳-۴: مسیر SL ها ۷۰
شکل ۳-۵: شمای کلی فایل های ورودی وخروجی FrontSim 75
شکل ۳-۶: نحوه ارتباط دو نرم افزار ۷۷
شکل۴- ۱: اشباع نفت در اولین بازه زمانی ۸۲
شکل۴- ۲: اشباع نفت در آخرین بازه زمانی ۸۳
شکل۴- ۳: منحنی FOPT بر حسب زمان شبیه سازی ۸۳
شکل۴- ۴: منحنی FWCT بر حسب زمان شبیه سازی ۸۴
شکل۴- ۵: اشباع نفت در آخرین بازه زمانی ۸۵
شکل۴- ۶: اشباع نفت در اولین بازه زمانی برای مخزن ۲ ۸۵
شکل ۴-۷: منحنی NPV بر حسب مکان های مختلف چاه تزریق ۸۸
شکل ۴-۸: مقایسه دو روش بهینه سازی PSO و ژنتیک ۹۲
شکل ۴-۹: کنترلر ILC 93
شکل ۴-۱۰: بلوک دیاگرام مسئله مکان یابی چاه به عنوان مسئله کنترلی ۹۴
شکل ۴-۱۱: نتایج خروجی کنترلر در تکرار های مختلف (مخزن مدل شده به روش SL) 96
شکل ۴-۱۲: نتایج خروجی کنترلر در تکرار های مختلف (مخزن مدل شده به روش FD) 97
شکل ۴-۱۳: نحوه پیاده سازی تکنیک LGR در یک مخزن ۹۹
شکل ۴-۱۴: تکرارهای مختلف الگوریتم جهت رسیدن به نقطه بهینه (شروع قرمز و بهینه آبی) ۱۰۰
شکل ۵-۱: منحنی بر حسب ۱۰۵
شکل ۵-۲: فضای دو بعدی که داده ها به طور نامنظم پراکنده شده اند (سیاه رنگ) و نقطه ای که قرار است تخمین زده شود. (سفید رنگ) ۱۰۸
شکل ۵-۳: تخمین یک تابع دو بعدی نمونه توسط روش Kriging 109
شکل ۵-۴: فلوچارت الگوریتم ترکیبی ژنتیک و Kriging 111
شکل ۵-۵: فلوچارت الگوریتم ترکیبی FDG وKriging 113
شکل ۵-۶: مکان یابی بهینه چاه تزریق به کمک روش ترکیبی FDG و Kriging 114
شکل ۵-۷: مکان یابی بهینه دو چاه تزریق به کمک روش ترکیبی FDG و Kriging 115
شکل ۶-۱: ضرایب اختصاص بین یک تولید کننده و یک تزریق کننده به همراه یک آبده ۱۲۰
شکل ۶-۲: مخزن همگن مدل شده برمبنای SL 121
شکل ۶-۳: فلوچارت الگوریتم ترکیبی ژنتیک و میزان بازدهی چاه ها ۱۲۵
شکل ۶-۴: مقایسه روش پیشنهادی ترکیبی با روش ژنتیک معمولی ۱۲۶
شکل ۶-۵: مقایسه روش پیشنهادی ترکیبی با روش ژنتیک معمولی ۱۲۸
شکل ۶-۶: محل نقاط بهینه چاه های تزریق کننده ۱۲۹
شکل ۷-۱: ساختار اصلی سیستم های فازی خالص ۱۳۳
شکل ۷-۲: ساختار اصلی سیستم های فازی با فازی ساز و غیرفازی ساز ۱۳۴
شکل ۷-۳: بلوک دیاگرام کنترلر فازی پیشنهادی ۱۳۸
شکل ۷-۴: جهت دور شدن چاه ۱۴۱
شکل ۷-۵: تابع عضویت برای ۱۴۲
شکل ۷-۶: تابع عضویت برای ۱۴۲
شکل ۷-۷: تابع عضویت برای جهت خروجی ۱۴۳
شکل ۷-۸: منحنی FOPT برای مخزن۱ ۱۴۴
شکل ۷-۹: منحنی FWPT برای مخزن۱ ۱۴۵
شکل ۷-۱۰: جهت حرکت الگوریتم به ازای شرایط اولیه مختلف ۱۴۵
شکل ۷-۱۱: نفوذپذیری در جهت x 146
شکل ۷-۱۲: منحنی FOPT مخزن ۲ ۱۴۷
شکل ۷-۱۳: منحنی FWPT برای مخزن ۲ ۱۴۷
شکل ۷-۱۴: موقعیت چاه های مخزن شماره ۳ ۱۴۸
شکل ۷-۱۵: منحنی FWPT برای مخزن ۳ ۱۴۸
شکل ۷-۱۶: منحنی FOPT برای مخزن ۳ ۱۴۹
شکل ۷-۱۷: منحنی FOPT برای مخزن ۴ ۱۴۹

تجهیزات که قرار است استقرار یابند.
فضایی که در آن مشتریان و تجهیزات قرار می گیرند.
واحد اندازه گیری که بیان گر فاصله یا زمان بین مشتریان و تجهیزات است.[۴۷]
مسئله مکان یابی کاربردهای گسترده ای از پمپ بنزین تا نیروگاه ها دارد. روله و همکاران در سال ^[۵۴]۱۹۸۹ تقسیم بندی برای مسائل مکان یابی بر اساس تابع هدف ارائه کردند که در نتیجه ی آن مسائل به دو دسته مسائل بخش عمومی و مسائل بخش خصوصی تفکیک شدند. [۴۶] در جانمایی مراکز اعزام آمبولانس های اورژانس، تلاش می شود تا میانگین فاصله یا زمانی را که یک آمبولانس برای رسیدن از نزدیک ترین مرکز به محل وقوع تصادف طی می کند و یا حداکثر فاصله طی شده توسط آمبولانس، حداقل گردد. یکی از بخش های عمومی که مکان یابی آنها از اهمیت قابل توجهی برخوردار است و طی ۳۰ سال گذشته تحقیقات و مطالعات گسترده ای در این زمینه صورت پذیرفته است، مکان یابی مراکز خدمات فوریت های پزشکی است و از طرف دیگر یکی از بحرانهای بعداز زلزله، بحران تخصیص صحیح منابع و نیروهای امداد رسان در راستای کاهش تلفات و بیشینه کردن نجات جان انسانها می باشد. پس از زلزله برای نجات افراد گرفتار شده در زیر آوار تنها در حدود دو روز زمان وجود دارد. از طرف دیگر محدودیت منابع امکان نجات همه زیرآوار ماندگان را منتفی می­ کند. به همین جهت تخصیص نیروهای امداد رسان باید به صورتی انجام گیرد که تعداد نجات یافتگان از زیر آوار بیشینه گردد. بررسی سوابق و مشاهدات مربوط به زلزله­های اخیر کشور مشخص کننده ضعف در تخصیص مناسب امکانات است. این مساله منجر به نا کارا شدن عملیات امداد و نجات و از دست رفتن زمان می­ شود. لازم است مدیر بحران به ابزاری مجهز باشد تا به او در تخصیص مناسب تیمهای جستجو و نجات، تیمهای تثبیت و تیمهای پاکسازی و بازگشایی راه ها کمک کند و در نتیجه هدف بیشینه نجات یافتگان محقق شود. برخورداری از یک سیستم پشتیبانی تصمیم گیری مناسب می ­تواند به تخصیص بهینه و تحقق تابع هدف کمک کند. این پژوهش تلاشی است برای کمک به اتخاذ تصمیمات صحیح در تخصیص تیمهای امداد، تثبیت و پاکسازی در هنگام وقوع بحران.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۳-۲ روش انجام تحقیق
روش انجام یک تحقیق موفق، دارای مراحلی است که باید با دقت انجام شود. در ادامه ی این قسمت به گام های اساسی که در این تحقیق طی شده است، اشاره می گردد.
۳-۲-۲ حوزه ی تحقیق
اولین گام در انجام هر تحقیقی شناخت حوزه ی تحقیق تحت مطالعه است. حوزه ی تحقیق می تواند از روی علاقه ی شخصی، بر اساس تجربه ی قبلی محقق و فعالیت درآن زمینه و با پیشنهاد استاد راهنما یا سازمان خاص، مشخص شود. این تحقیق با پیشنهاد استاد راهنما و هم راستایی با تحقیقات قبلی نگارنده انجام شده است.
۳-۲-۳ تکنیک های جمع آوری داده های تحقیق
این تحقیق به صورت تحقیق کتابخانه ایی و بازدید میدانی از مناطق زلزله زده مثل بم ، ورزقان ، صورت گرفته و از منابع کتابخانه ای و سایت های اینترنتی برای گردآوری اطلاعات استفاده شده است. برای این کار مقالات منتشر شده در سال های ۱۹۷۱ تا ۲۰۱۴ که متمرکز بر موضوع مکان یابی مراکز خدمات فوریت های پزشکی وتخصیص صحیح نیرو های امداد و نجات برای زلزله،بازآرایی توزیع آمبولانس ها بودند، با استفاده ازکلمات کلیدی نظیر خدمات فوریت های پزشکی، آمبولانس، مکان یابی، بازآرایی و تخصیص نیروی انسانی ، جمع آوری و مورد تحلیل قرار گرفته اند به همین جهت از پایگاه های داده“Springer” و “Scopus”،،“Emerald Online” ، “Science Direct” و همچنین منابع دیگری نظیر کتا بهای منتشر شده در این زمینه و پایان نامه های مرتبط،مرکز مدیریت بحران کشور، سازمان نظام مهندسی کشور، پژوهشکده زلزله دانشگاه صنعتی شریف استفاده شده است.پس از بررسی مقالات دریافت شده از منابع مذکور، مقالاتی که ارتباط کمی با موضوع داشتند کنارگذاشته شده و تعداد تقریبی ۵۰ مقاله ی چاپ شده در ژورنال های مختلف مورد بررسی قرار گرفت که درقسمت مرور ادبیات به بخش عمده ای از آنها اشاره می شود.
۳-۳ نحوه ی بررسی ادبیات موضوع
در این مطالعه سعی برآن است تا با بررسی تحقیقات انجا م شده در زمینه ی مسئله ی مورد بررسی و مدل های ارائه شده در این زمینه،شکاف موجود در پژوهش های پیشین را مشخص نموده و در این ارتباط به ارائه مدلی جامع تر و با قابلیت انطباق بیشتر با شرایط موجود در دنیای واقعی پرداخته شود.
۳-۴ شرح مسئله و مدل ریاضی مربوط به مسئله مکانیابی ایستگاه های امدادونجات
۳-۴-۱ بیان مفاهیم و شرح مسئله
در این بخش ابتدا برای درک بهتر مسئله، به بیان برخی از مفاهیم مربوط به موضوع مورد تحقیق می پردازیم و سپس به شرح مسئله پیش رو می پردازیم.
۳-۴-۲ پوشش دهی
در مسائل پوشش دهی که بیشتر کاربرد آنها در بخش عمومی مانند مکان یابی مراکز آتش نشانی، مراکز اورژانس و … است، از پارامتری به نام فاصله پوشش دهی ۷۴ بین مشتری و تجهیز استفاده می کنند و هنگامی یک تقاضا پوشش داده شده تلقی می گردد که در فاصله پوشش دهی آن حداقل یک تجهیز قرار داشته باشد. درمسئله مکان یابی مراکز خدمات فوریتهای پزشکی ارائه شده در این مطالعه از همین مفهوم برای پوشش دهی، هم توسط مراکز EMS و هم توسط بیمارستان ها بهره برده شده است، با این تفاوت که محدودیت مربوط به ظرفیت تجهیز نیز لحاظ شده است.
۳-۴-۳ سطح ادغام نقاط تقاضا
نقاط تقا
ضا بیانگر نقاطی در سطح منطقه تحت بررسی هستند که در آنجا نیاز به خدمات فوریتهای پزشکی به وجود آمده و می بایست یک آمبولانس به آنجا اعزام شود.[۵۰] یکی از مهم ترین دلایل این کاهش دقت به وجود آمدن خطا در محاسبه ی فواصل بین نقاط تقاضا و مراکز خدمات فوریتهای پزشکی یا بیمارستانها است. هرچه تعداد این نقاط تقاضا بیشتر و مناطق مربوطه به هر نقطه کوچکتر باشد بر دقت پاسخ های نهایی افزوده می شود.[۲۶]
تعیین مقدار تقاضای این نقاط نیز مسئله بسیار مهمی است که براساس جمعیت مناطق و یا اطلاعات موجود از روند تقاضا در گذشته مطرح میشود. روند تقاضا در این نوع مسائل برخلاف بسیاری از مسائل دیگر دارای چرخه در طول زمان است. رپدو و برناردو^[۵۵] در سال ۱۹۹۴ تحقیقی بر روی این نوع تقاضای چرخشی در مسائل خدمات فوریت های پزشکی انجام دادند. به خوبی می دانیم که تقاضا در مسائل خدمات فوریت های پزشکی با یک الگوی نسبتاً قابل پیش بینی در طول روز، هفته و حتی یک فصل تغییر می کند. به طور مثال در ساعات اوج ترافیک به دلیل افزایش سوانح و تصادفات این تقاضا به شکل قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.[۴۱]
۳-۴-۴ بازآرایی
همان طور که ذکر شد تقاضا برای خدمات مراکز فوریت های پزشکی در مناطق و زمان های مختلف دارای تغییرات قابل ملاحظه ای است و لازم است برای پاسخ گویی به این تقاضاها ظرفیت مراکز خدمات فوریت های پزشکی نیز در مناطق و زمان های مختلف با توجه به تغییرات تقاضا تغییر کند اشمید و دوئرنر^[۵۶] در سال ۲۰۱۰ برای نخستین بار مسئله مکا نیابی مراکز خدمات فوریت های پزشکی را به صورت چند دوره ای مطرح کردند و بادر نظر گرفتن یک افق برنامه ریزی اقدام به یافتن چیدمان بهینه آمبولانس ها در مراکز خدمات فوریت های پزشکی، در بازه های زمانی مختلف، نمودند تا درنهایت بهترین پوشش دهی ممکن در افق برنامه ریزی حاصل شود. البته این بازآرایی ها و تغییر نحوه توزیع آمبولانسها بین مراکز مختلف باید با درنظر گرفتن تمامی شرایط و اطمینان از اینکه این جابجایی، با توجه به معیارهای تعریف شده، بهصرفه قلمداد میشود، صورت پذیرد.[۵۲]
۳-۴-۵ سرعت تردد و فواصل
این دو پارامتر، پارامترهایی کاملا تاثیرگذار بر مدت زمان خدمت رسانی به بیماران هستند و دقت در تعیین این مقادیر، منجر به ارتقاء کیفیت نتایج حاصل از مدل مسئله خواهد شد. در بسیاری از مطالعاتی که تاکنون انجام شده است از قبیل راجاگوپالان و همکاران^[۵۷]در سال ۲۰۱۰ مقداری ثابت برای پارامتر سرعت تردد آمبولانس ها درنظرگرفته شده است، اما از آنجا که این پارامتر نیز همچون تقاضا وابسته به بازه های زمانی تحت بررسی می باشد نیاز به تعیین دقیق آن احساس می شود.[۴۴] این مسئله در سطح شهرهای بزرگ به دلیل حجم متغیرآمد و شد در ساعت های مختلف شبانه روز و روزهای مختلف هفته نمود بیشتری پیدا می کند. علاوه بر این در مقاله ی اشمید و دوئرنر دلایل زیر برای درنظرگرفتن بازه ی زمانی تحت بررسی در تعیین پارامترسرعت مطرح شده است.[۵۲]
آمبولانس درهر شرایطی اولویت حق عبور و تردد نسبت به سایر وسایل نقلیه را ندارد. تنها در مواردی که جان بیمار در خطر باشد و می بایست در اسرع وقت به بیمارستان رسانده شود، آمبولانس مجاز به استفاده از علایم هشدار دهنده و بالابردن سرعت خود هستند.
حتی در شرایطی که در بالا ذکر شد و آمبولانس ها مجاز به افزایش سرعت خود بودند، بازهم می بایست محدودیت های قانونی وضع شده مربوط به حداکثر سرعت مجاز را رعایت کنند زیرا عدم رعایت این محدودیت، خود می تواند منجر به بروز حوادث و تصادفات سهم گینی شود.
باتوجه به نکات ذکرشده در بالا، لازم به نظر می رسد که به منظور بررسی مسئله مکان یابی و بازآرایی چیدمان آمبولانس ها، متفاوت بودن سرعت وسایل نقلیه در زمان های مختلف را مد نظر قرارداد.
به منظور محاسبه زمان حرکت بین نقاط تقاضا، مراکز خدمات فوریت های پزشکی و بیمارستان ها، فواصل
موجود بین این نقاط با توجه به شرایط بحران زلزله می بایست تعیین گردند؛ در این مطالعه این فواصل به صورت اقلیدسی و با توجه به مختصات نقاط تعیین گردیده اند. همان طور که مشخص است فواصل بین نقاط در بازه های مختلف زمانی تغییرنمی کنند و ثابت هستند.
باتوجه به فواصل و سرعت حرکت وسایل نقلیه در بازه های مختلف، و با توجه به در نظر گرفتن شرایط بحران زلزله ، مدت زمان مورد نیاز برای رسیدن از مراکزخدمات فوریت های پزشکی به نقاط تقاضا و از نقاط تقاضا تا بیمارستان ها در هر بازه زمانی تعیین می گردند.[۵۲]
۳-۴-۶ وابستگی سرعت تردد آمبولانس ها به بازه زمانی و منطقه جغرافیایی با توجه به وقوع زلزله
در تشریح مفاهیم مسئله ذکر شد که در نظرگرفتن سرعت آمبولانس باتوجه به بازه های زمانی مختلف امری ضروری به نظر می رسد. اما علاوه بر بازه های زمانی، مناطق جغرافیایی مختلف در ناحیه تحت بررسی نیز، نقش مهمی در سرعت تردد وسایل نقلیه دارند و حجم آمد و شد در این مناطق می تواند تاثیر زیادی در کاهش یا افزایش سرعت رسیدن آمبولانس ها به محل حادثه داشته باشد. به همین منظور ما در این تحقیق مسئله را با توجه به وابسته بودن سرعت آمبولانس ها به بازه های زمانی و مناطق جغرافیایی در زمان زلزله در نظر می گیریم.
۳-۴-۷ شرح مسئله
در اینجا مسئله با درنظر گرفتن ش
هری که دچار زلزله شده و دارای تعداد مشخصی بیمارستان و آمبولانس است شرح داده می شود. ابتدا می بایست الگوی تقاضا برای خدمات فوریتهای پزشکی در مناطق مختلف شهر و زمان های مختلف را به دست آورد و براساس آن تعداد بازه های زمانی تحت بررسی و افق برنامه ریزی را معین کرد برای مثال اگر افق برنامه ریزی یک هفته ایی و تعداد بازه های زمانی هفت عدد در نظر گرفته شوند ، در حقیقت بازه های زمانی روزهای مختلف هفته خواهند بود. با ادغام تقاضای موجود در هر منطقه ،تعدادی نقطه تقاضا با میزان تقاضای مشخص در دوره های زمانی مختلف مشخص می گردد.تعدادی مکان بالقوه با توجه یه احتمال وقوع زلزله و در نظر گرفتن شرایط آمد و شد آمبولانسها،وضعیت ساختمانها و جغرافیا منطقه ، برای استقرار مراکز خدمات فوریت های پزشکی و اختصاص آمبولانس ها به آنها در سطح شهر در نظر گرفته میشود. هدف تعیین نحوه توزیع آمبولانسها بین این مکانهای بالقوه درهنگام وقوع زلزله ودر دوره های زمانی مختلف براساس تقاضای موجود در آن نقاط است. در صورت بازآرایی این نحوه توزیع در دو دوره متوالی می بایست تعیین گردد که آمبولانس ها از کدام مرکز به کدام مرکز منتقل شوند. همچنین لازم است که نحوه تخصیص تقاضاهای موجود در سطح شهر به مراکز خدمات فوریت های پزشکی مشخص گردد به این معنا که بدانیم هر نقطه تقاضا، نیاز خود را به چه میزان و از کدام مرکز یا مراکز EMS موجود برطرف میکند. همچنین باید تعیین گردد که در صورت نیاز بیمار به انتقال به بیمارستان، وی می بایست به کدام بیمارستان انتقال یابد.
۳-۴-۸ مدل سازی ریاضی مسئله
همانطور که ذکر شد، قصد داریم یک مدل ریاضی به منظور یافتن بهترین استقرار ممکن برای آمبولانس های موجود در سطح یک شهر در هنگام بحران (زلزله ) به گونه ای بیابیم که با در نظر گرفتن فرضیاتی تا حد امکان نزدیک به دنیای واقعی مدلی کاربردی تر و مناسب تر نسبت به مدل های پیشین باشد.
در این بخش، مدل ریاضی مسئله تعریف شده در بخش قبل، ارائه شده است. برای طرح بهتر مدل ریاضی، پس از بیان فرضیات مدل، به تعریف علائم، پارامترها و متغیرها پرداخته و سپس تابع هدف و محدودی تهای آن ارائه می گردند.
۳-۴-۹ فرضیات مدل
در مدل سازی مسئله فرضیاتی در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

مسافت ها به صورت اقلیدسی در نظر گرفته می شوند.
ظرفیت آمبولانسها و بیمارستان ها محدود است.
آمبولانس ها همواره از مراکز استقرار یافته به نقاط تقاضا اعزام می شوند.
تنها یک نوع آمبولانس مدنظر است.
افق زمانی برنامه ریزی را به بازه های زمانی برابر تقسیم می کنیم.
۳-۴-۱۰ تعریف علائم و پارامترها و متغیرهای تصمیم
علائم و پارامترهای متعددی در مدل ریاضی مورداستفاده قرار گرفته است، که تعریف هریک از آنها به شرح زیراست:
مجموعه ها:
I: مجموعه نقاط تقاضا

به طور مثال برای سیستم نفت-آب، اگر آب، فاز تر کننده باشد، آنگاه:

(۱-۶)
نتایج آزمایشگاهی نشان داده است که فشار موئینگی را می توان بر حسب تابعی از درجه اشباع شدگی یکی از فازها بیان کرد [۳]، یعنی:
(۱-۷)
۱-۳- خواص سیال مخازن
چگالی عبارت است از وزن واحد حجم در دمای معین. وزن مخصوص عبارت از وزن واحد حجم مایع به وزن واحد حجم آب در دمای معین [۲].
گرانروی^[۱۴] یکی از ویژگی های فیزیکی است که نشانگر ترکیب شیمیایی یک نمونه روغن است. گرانروی ترکیبات پارافینی بیش از آروماتیک است. گرانروی مطلق معیاری برای اندازه گیری مقاومت در برابر جریان سیال است و واحد آن پویز^[۱۵] است که اندازه گیری آن دشوار است [۲].
۱-۳-۱- فشار مخزن
سیال درون سنگ مخزن تحت درجه ای از فشار قرار دارد که فشار مخزن نامیده می شود. این فشار تابع عمق مخزن است. دو نوع فشار تعریف می شود: فشار هیدرواستاتیکی^[۱۶] و فشار زیر بار^[۱۷] (برای اطلاعات بیشتر به [۲] رجوع شود).
۱-۳-۲- دمای مخزن
با توجه به اینکه هسته زمین مذاب است، دما با افزایش عمق زمین زیاد می شود. دمای مخزن در عمق D با رابطه زیر بدست می آید:
(۱-۸)
که در این رابطه:
دمای مخزن در عمق D.
دمای متوسط سطح زمین و D عمق مخزن است. افزایش دما به ازا هر ۱۰۰ فوت عمق حدود ۶/۱ درجه فارنهایت است [۲].
۱-۴- معادله دارسی^[۱۸]
حرکت سیال در محیط متخلخل با محیط غیر متخلخل تفاوت دارد. حرکت سیال در محیط متخلخل نخستین بار توسط هنری دارسی (Henry Darcy ) هیدرولوزیست فرانسوی بر روی فیلتر های ماسه ای آب بررسی شد. وی معادله ای تجربی در سال ۱۸۵۶ به دست آورد که معادله دارسی نامیده شد.
معادله پیسنهادی دارسی برای عبور جریان آب از درون یک محیط متخلخل به صورت زیر بیان شد:
که در این رابطه، q دبی جریان آب بر حسب سانتی متر مکعب بر ثانیه، A سطح مقطع عمود بر جریان، و به ترتیب فشار آب ورودی و خروجی مخزن می باشد. و L طول محیط متخلخل است. C ضریب ثابت است که بستگی به تراوایی محیط متخلخل نسبت به سیال دارد.
معادله دارسی برای عبور جریان سیالات نفتی در مخازن با شرایط زیر درست است.
منافذ سنگ به وسیله یک نوع سیال پر شده باشد. (نفوذپذیری مطلق)
جریان یکنواخت (Steady State) باشد.
دما ثابت باشد.
جریان سیال آرام باشد.
جریان سیال خطی و افقی باشد.
گرانروی سیال ثابت باشد [۲].
۱-۵- سیالات موجود در مخزن
۱-۵-۱- آب مخزن
آب در مخزن به دو صورت، زیر لایه های نفت زا که تمام حجم حفره های مخزن را پر می کند و آب همراه نفت که در جداره حفره های لایه نفت زا قرار دارد، وجود دارد.
۱-۵-۲- نفت مخزن
نفت موجود در حفره های لایه های نفت زا با مقداری گاز حل شده و آب همراه است
۱-۵-۳- گاز مخزن
گاز در مخزن به دو صورت حل شده در نفت و یا به صورت آزاد در بالای کلاهک مخزن موجود است. هرچه فشار بیشتر و دما کمتر باشد حلالیت گاز در نفت بیشتر است.
۱-۵-۴- انرژی مخزن
وجود نفت، گاز و آب در یک مخزن به تنهایی ارزش برداشت از مخزن را تعیین نمی کند بلکه نیروهایی که باعث رانش این سیالات به سطح زمین می شود نیز اهمیت ویژه ای دارد. عواملی که باعث جریان سیال از یک نقطه در مخزن به محفظه ی چاه تولیدی می شوند، عبارتند از: گرادیان فشار ، نیروی ثقل و نیروی موئینگی [۲].
۱-۶- برداشت نفت از مخازن
برداشت نفت از مخازن به سه روش زیر انجام می شود:
رانش های طبیعی^[۱۹]
رانش های مصنوعی^[۲۰]
بازیافت ثانوی^[۲۱]
۱-۶-۱- رانش های طبیعی
در این حالت انرزی موجود در سیالات مخزن (که با فشار آن ارتباط دارد) در حدی است که با نیروی طبیعی از مخزن به سطح زمین رانده می شود.
۱-۶-۲- رانش مصنوعی
اگر انرزی مخزن جهت برداشت کافی نباشد به کمک پمپ نفت از مخزن بیرون رانده می شود.
۱-۶-۳- بازیافت ثانوی
یک مخزن به دلایل گوناگون ممکن است با تولید بخش کوچکی از نفت درون آن، انرژی لازم جهت رانش طبیعی را از دست بدهد مانند برداشت غیراصولی، بی توجهی در امر نگهداری فشار چاه و نداشتن شناخت کافی از شرایط مخزن. در چنین شرایطی جهت بازیافت باقیمانده نفت با تزریق گاز یا آب به مخزن برداشت دوباره امکان پذیر است. برداشت نفت پس از احیای انرژی مخزن بازیافت دوم نامیده می شود [۲].
۱-۷- انواع چاه های نفت
در یک تقسیم بندی کلی چاه های نفت را می توان به دو دسته کلی چاه های متداول و چاه های غیرمتداول تقسیم بندی کرد:
۱-۷-۱- چاه های متداول^[۲۲]