ژانویه 27, 2021

ارزیابی و بررسی مدل­ شبیه سازی بادهای موضعی با استفاده از نرم افزار …

کمبود و محدودیت منابع آب، خصوصاً در ایران شرایطی را می­طلبد که از آب حداکثر استفاده صورت گرفته و تا حد امکان از تلفات آن جلوگیری به عمل آید. یکی از اساسی­ترین گام­ها در صرفه جویی و حفاظت بیشتر منابع آب در کشاورزی، به کارگیری سیستم­های آبیاری بارانی، با پتانسیل به دست آوردن راندمان و یکنواختی بالا می­باشد. یکنواختی آبیاری به این معنی است که مقدار یکسانی آب در تمام قسمت­های زمین توزیع شود. عملاً یکنواختی صددرصد در آبیاری امکان پذیر نیست، زیرا عوامل غیر قابل کنترلی در آن نقش دارند. از آنجا که یکنواختی­های زیاد معمولاً با افزایش هزینه­های ثابت و هزینه­های بهره برداری و نگهداری همراه است، بایستی طرح به صورتی باشد که علاوه بر برخورداری از یکنواختی زیاد، از نظر اقتصادی نیز قابل توجیه باشد. عوامل زیادی بر یکنواختی توزیع آب در آبیاری بارانی موثرند که باد به عنوان یکی از عوامل موثر بر راندمان کاربرد آب در آبیاری بارانی ذکر شده است. وجود بادهای شدید در یک منطقه می­تواند عامل محدود کننده­ای در طرح ریزی سیستم آبیاری بارانی بوده و یا حداقل زمان کار آن ­را محدود به شب که در آن سرعت باد کمتر است، بنماید. بعلاوه یکی از راه­های هدررفت آب در مناطق مختلف آب و هوایی ایران، تبخیر-تعرق است. این پدیده سهم مهمی در اتلاف آب، بویژه در مناطق کویری کشور دارد و تابع پارامترهای مختلف اقلیمی و ویژگی­های توپوگرافی هر منطقه است. الویت بندی و تعیین شدت تاثیر هر یک از این پارامترها بر روی تبخیر- تعرق می­تواند ضمن افزایش شناخت از عوامل موثر بر تبخیر – تعرق در هر منطقه به مدیریت منابع آب در آن منطقه بسیار کمک کند. باد یکی از عوامل مهم در پدیده­هایی همچون تبخیر- تعرق و فرسایش بشمار می­آید که خود تاثیر بسزایی در پدیده­هایی همچون تامین نیاز آبی گیاهان، طبقه بندی اقلیمی، تلفات آب از سطح رودخانه­ها و مخازن سدها، ابعاد و اندازه­ی شبکه­های آبیاری و جابجایی ذرات از بستر خود و حمل به مکانی دیگر و … دارد. همچنین آتش سوزی­ها می­تواند توسط عوامل طبیعی یا عوامل انسانی ایجاد شود . در این میان نقش عوامل جوی در وقوع و گسترش آتش سوزی مهم می­باشد. اهمیت شرایط جوی نه تنها به عنوان عامل منفرد برای ایجاد آتش سوزی نیست بلکه می­توان گفت تأثیر عوامل دیگر آتش سوزی، هم چون عوامل انسانی، خود تابعی از عوامل جوی است، چرا که اگر شرایط جوی مساعد نباشد، آتش سوزی ایجاد شده نمی تواند گسترش یابد. رشد آتش و افزایش در سرعت بادهای همرفتی در سطح زمین بطور قابل ملاحظه ای افزایش می­یابد و هر چقدر سرعت وزش باد بیشتر باشد، شدت آتش سوزی نیز زیادتر می گردد، این امر به این دلیل است که وزش باد باعث جابجایی هوا و در نتیجه رسیدن میزان بیشتری اکسیژن به محیط در حال سوختن می­گردد. در این زمینه اگر باد از ناحیه خشکی بوزد اثر زیادتری به علت نداشتن رطوبت در افزایش آتش سوزی دارد. افزایش دما باعث افزایش تبخیر-تعرق و در نتیجه خشک شدن مواد سوختنی می­گردد و می­تواند یکی از عوامل موثر در بروز آتش سوزی باشد. از طرفی منابع بادی، سوخت یک ایستگاه برق بادی می­باشند که ایجاد تنها تغییراتی اندک، اثرات بزرگی بر ارزش تجارتی و سطح کارایی توربین­های تولید کننده­ی نیروی برق و در نتیجه کمک به اقتصاد کشور را دارد. هر زمان که سرعت متوسط باد دو برابر می­شود، انرژی موجود در باد و نیروی برق حاصل از باد به صورت ضریبی از هشت افزایش می­یابد، بنابراین حتی تغییرات اندک در سرعت متوسط می­تواند تغییرات بزرگی در میزان کارایی ایجاد کند. پس این جزئیات و اطلاعات قابل اطمینان در مورد میزان قدرت و سمت وزش باد و اینکه چقدر باد بطور مرتب می­وزد، برای هرگونه برنامه توسعه احتمالی، حیاتی و مهم می­باشد.

1-2. ضرورت انجام تحقیق
باد هم از نظر سرعت و هم از نظر جهت حائز اهمیت است. در اغلب مناطق دنیا نبود ایستگاه­ها یکی از مشکلات اصلی بشمار می آ­ید. لذا در اغلب موارد نیاز به تعمیم سرعت و جهت باد در ناهمواری­ها می­باشد که در طراحی پروژه­ها، از جمله پروژه­های آبیاری تحت فشار در نظر گرفته شود. لازم بذکر است که طبق رابطه­ی حاکم برنولی در حرکت سیالات، حرکت در طبیعت تحت تاثیر اختلاف پتانسیل ارتفاعی، اختلاف پتانسیل سرعت، اختلاف پتانسیل فشار و اختلاف پتانسیل غلظت انجام می­گیرد. با ثابت بودن گذر حجمی سیال و با کاهش سطح مقطع، سرعت عبور افزایش پیدا می­کند. هوا نیز وقتی مابین ساختمان­ها یا کوه­ها یا موانع در حرکت باشد فشرده شده و سرعت باد بطور قابل ملاحظه­ای افزایش می­یابد که بعنوان­­ تونل در طبیعت شناخته می­شود. قرار دادن توربین بادی در چنین تونل­های طبیعی یک راه زیرکانه برای بدست آوردن انرژی از سرعت باد بیشتر از محیط اطراف منطقه است. از طرفی باد یک عامل اساسی و مهم در فرآیند تبخیر-تعرق محسوب می­شود. همچنین سمت و سرعت وزش باد تعیین کننده­ی شدت و نحوه­ی گسترش آتش در محیط جنگل بشمار می­آید. فاینی و همکارانش در سال 2009 با شبیه سازی اثر بیش از 1000 مورد وزش باد بر آتش سوزی های به وجود آمده طی سه سال در سراسر ایالات متحده به پراکندگی دود، پراکندگی جهت پرواز حشرات و پرندگان و سایر کاربردهای دیگر پرداختند. از نظر مدیران آتش نشانی اطلاعات بدست آمده قابل اعتماد، بموقع و دقیق بوده و توانایی تصمیم گیری آگاهانه ایشان را نسبت به ایمنی عمومی و مدیریت آتش سوزی­ها افزایش داده است(Finney et al., 2009)

در سال های اخیر نرم افزار های شبیه سازی باد به طور چشم گیری توسعه و مورد استفاده قرار گرفته است . بعضی نرم افزارها با Gis لینک شده اند یا به طور مستقل اجرا می شوند. استفاده از امکانات Gis و تحلیل های هندسی، مدل رقومی ارتفاعی مدل های شبیه سازی موضعی باد توسعه یافته است که از آن جمله می توان بهWindStation ، Windninja و Windwizard اشاره نمود. در این پژوهش توسط نرم افزار Windninja که یک مدل عددی پایدار است، به شبیه سازی بادهای موضعی در هشت ایستگاه سینوپتیک استان آذربایجان­غربی پرداخته و مقادیر حاصله از شبیه سازی را با مقادیر مشاهداتی در ایستگاه­ها مورد مقایسه قرار خواهیم داد. با توجه به این مهم که بسیاری از طرح­های تحت فشار متاثر از سرعت و جهت باد می­­باشد، دستیابی به روش­های سریع، ساده و با دقت بالا می­تواند کمک شایانی در اجرا و بهره­برداری طرح­های عمرانی و پروژه­های آبیاری تحت فشار و جلوگیری از خسارات به وجود آمده از آتش سوزی و تبخیر را داشته باشد.

1-3. فرضیه­های تحقیق
فرضیه­های تحقیق کنونی بشرج زیر است:

سرعت باد تحت تاثیر ناهمواری­های روی سطح زمین است.
جهت باد تحت تاثیر ناهمواری­های روی سطح زمین است.
می­توان توسط امکانات Gis شبیه سازی سرعت و جهت باد را انجام داد.
1-4. بیان مسئله و اهداف تحقیق