طراحی و ساخت دستگاه پایش خودکار سیل و رسوب

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: برنامه ریزی های کلان و منطقه ای نیازمند داده های اندازه گیری شده از متغیرهای محیطی از جمله رواناب و رسوب معلق خروجی از آبخیزها است. داده، پایه و اساس تولید اطلاعات و دانش است و مدیریت علمی یک سیستم بدون پایش و اندازه گیری آن مقدور نیست. مدیریت سیستم آبخیز و منابع آب نیز از این قاعده کلی مستثنی نیست. با توجه به توسعه اقتصادی – اجتماعی جوامع، تغییرات اقلیمی و فشار فزاینده بر منابع طبیعی و آبخیزها و بالتبع افزایش سیلاب ها و رسوبات ناشی از آن ها، در آینده نزدیک، احتمالا الزام بیشتری برای دستیابی به اطلاعات صحیح تر درباره رسوب و رواناب وجود خواهد داشت.اگرچه ابزار و ادوات متعددی برای اندازه گیری مولفه های رواناب و رسوب توسط تعدادی از شرکت های خارجی تولید و روانه بازار شده اند، اما ازیک سو قیمت تمام شده آنها در کشور ایران بسیار بالا است و از سوی دیگر دستگاهی که بطور یکجا هر دو مولفه را پایش نماید وجود ندارد. از طرفی پیش نیاز شبیه­ سازی دقیق و کارآمد داده و اطلاعات دقیق و کافی جهت واسنجی و اعتبارسنجی مدل­ های شبیه ­سازی می ­باشد. داده و اطلاعات به عنوان ابزاری مهم در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب و آبخیزها محسوب می شوند. فراهمی داده و اطلاعات در مدیریت سیستم آبخیز و منابع آب، به ارتقای بهره وری و بهینه سازی استفاده از منابع آب، پیشگیری از خطرات طبیعی مانند سیلاب و خشکسالی، مدیریت کیفیت آب، بهبود مدیریت عرضه و تقاضای آب کمک می کند. بنابراین، هدف این پژوهش، طراحی و ساخت یک دستگاه پایش سیل و رسوب با قابلیت ثبت خودکار ارتفاع جریان رواناب خروجی از آبخیزها و نمونه برداری برنامه ریزی شده از رواناب جهت اندازه گیری بعدی رسوب معلق با استفاده از سنسورها و ادوات ارزان قیمت می باشد. مواد و روش ها: در این پژوهش یک دستگاه پایش رواناب خروجی و نمونه بردار رسوب معلق طراحی و ساخته شد که در خروجی زیر حوضه مورد مطالعه نصب شد. بدین منظور، سطح مقطع منظمی در خروجی زیرحوضه مورد مطالعه احداث گردیده و با نصب این دستگاه ابتکاری، هیدروگراف سیلاب خروجی حوضه و نمونه برداری بار معلق رسوب انجام شد. در این پژوهش از سنسورهای رطوبت ­سنج آنالوگ جهت اندازه ­گیری ارتفاع رواناب با فواصل ۳ سانتی­ متر (دقت اندازه ­گیری ۳ سانتی ­متر) استفاده شده است. جهت برداشت نمونه رسوب از پمپ­ هایDC سوپاپ­دار استفاده شد که با ایجاد خلا در ظروف نمونه­ گیر باعث انتقال نمونه رواناب به داخل ظروف می­ گردد. برای ارزیابی قابلیت دستگاه در شرایط واقعی و طبیعی، دستگاه طراحی شده، طی مدت دو سال در خروجی یکی از زیر حوضه های اراضی لسی شرق گلستان در بالادست روستای قپان علیا از توابع شهرستان کلاله نصب گردید تا در صورت وقوع رخداد سیل، هیدروگراف آن ثبت شده و اگر ارتفاع سیل به مقادیر تعریف شده توسط کاربر (ارتفاع ۲۰ و ۶۰ سانتی­ متری رواناب در شاخه صعودی و یک نمونه رواناب در ۲۰ سانتی­ متری ارتفاع رواناب در شاخه نزولی هیدروگراف سیلاب) رسید نسبت به تهیه و ذخیره نمونه رواناب در یک بطری با گنجایش نیم لیتری اقدام نماید و همزمان با اخذ نمونه رواناب، به کاربر پیامک هم ارسال نماید تا نسبت به جایگزینی ظروف پر شده با ظروف خالی نمونه برداری اقدام نماید. شایان ذکر است این دستگاه امکان برداشت نمونه رواناب به هر تعداد و در هر ارتفاعی را با توجه به نیازهای تحقیقاتی دارا می ­باشد. از مزایای برجسته این دستگاه می توان به اطلاع ­رسانی آن از طریق پیامک اشاره کرد که کاربر را از وضعیت خروجی منطقه اعم از برداشت نمونه رواناب، قطعی جریان برق دستگاه، وضعیت شارژ باطری تعبیه شده برای فعال نگه داشتن دستگاه در زمان قطع جریان برق و وقوع رویداد سیل آگاه می ­سازد. همچنین کاربر می­ تواند از طریق گوشی همراه در هر لحظه از زمان با دستگاه ارتباط برقرار کرده و از وضعیت کارکرد دستگاه طراحی شده (برق، باتری، میزان حافظه و ثبت یا عدم ثبت رویداد) از طریق پیامک استعلام بگیرد. همچنین جهت ثبت داده های دقیق بارندگی، یک دستگاه باران نگار ثبات ترازویی ساخت شرکت واچداگ (WatchDog) در داخل زیرحوضه مورد مطالعه نصب گردید. یافته­ ها: در طول این دو سال، تنها سه رخداد بارش منجر به رواناب و سیل در این زیرحوضه اتفاق افتاد و دستگاه طراحی شده، هیدروگراف هر سه رخداد را با موفقیت ثبت و مخابره نمود. همچنین در هر یک از این وقایع سیل ثبت شده، حداقل دو نمونه رواناب (یک نمونه در شاخه صعودی هیدروگراف و یک نمونه هم در شاخه نزولی هیدروگراف) توسط دستگاه برداشت و ذخیره گردید تا برای تعیین میزان بار معلق به آزمایشگاه منتقل شود. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد دستگاه پایش خودکار رواناب و رسوب طراحی شده، با اندازه گیری پارامترهای مختلفی مانند دبی جریان، ارتفاع آب و بار رسوب معلق یکی از ابزارهای مهم و کاربردی برای پایش رواناب و رسوب در خروجی حوزه­ های آبخیز می ­باشد. نتیجه­ گیری: داده و اطلاعات به عنوان ابزاری مهم در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب و آبخیزها محسوب می شوند. فراهمی داده و اطلاعات در مدیریت سیستم آبخیز و منابع آب، به ارتقای بهره وری و بهینه سازی استفاده از منابع آب، پیشگیری از خطرات طبیعی مانند سیلاب و خشک سالی، مدیریت کیفیت آب، بهبود مدیریت عرضه و تقاضای آب کمک می کند. بنابراین نمونه اولیه دستگاه طراحی شده، نشان داد که این دستگاه از قابلیت خوبی جهت تولید صنعتی ابزار پایش رواناب و رسوب ارزان قیمت برای مدیریت علمی آبخیزهای کوچک مقیاس برخوردار می­باشد.

کلیدواژه ها:

Dielectric sensor ، Flood hydrograph ، Observed data ، Suspended sediment sampler ، Vacuum pump ، پمپ خلا ، داده مشاهداتی ، سنسور رطوبت ، نمونه ­بردار بار معلق ، هیدروگراف سیل