طراحي و ساخت دستگاه پايش خودكار سيل و رسوب

مقدمه و هدف: برنامه‌ريزي‌هاي كلان و منطقه‌اي نيازمند داده‌هاي اندازه‌گيري شده از متغيرهاي محيطي از جمله رواناب و رسوب معلق خروجي از آبخيزها است. داده، پايه و اساس توليد اطلاعات و دانش است و مديريت علمي يك سيستم بدون پايش و اندازه‌گيري آن مقدور نيست. مديريت سيستم آبخيز و منابع آب نيز از اين قاعده كلي مستثني نيست. با توجه به توسعه اقتصادي – اجتماعي جوامع، تغييرات اقليمي و فشار فزاينده بر منابع طبيعي و آبخيزها و بالتبع افزايش سيلاب‌ها و رسوبات ناشي از آن‌ها، در آينده نزديك، احتمالاً الزام بيشتري براي دستيابي به اطلاعات صحيح‌تر درباره رسوب و رواناب وجود خواهد داشت.اگرچه ابزار و ادوات متعددي براي اندازه‌گيري مولفه‌هاي رواناب و رسوب توسط تعدادي از شركت‌هاي خارجي توليد و روانه بازار شده اند، اما ازيك سو قيمت تمام شده آنها در كشور ايران بسيار بالا است و از سوي ديگر دستگاهي كه بطور يكجا هر دو مولفه را پايش نمايد وجود ندارد. از طرفي پيش نياز شبيه سازي دقيق و كارآمد داده و اطلاعات دقيق و كافي جهت واسنجي و اعتبارسنجي مدل هاي شبيه سازي مي باشد. داده و اطلاعات به عنوان ابزاري مهم در مديريت و برنامه‌ريزي منابع آب و آبخيزها محسوب مي‌شوند. فراهمي داده و اطلاعات در مديريت سيستم آبخيز و منابع آب، به ارتقاي بهره‌وري و بهينه‌سازي استفاده از منابع آب، پيشگيري از خطرات طبيعي مانند سيلاب و خشكسالي، مديريت كيفيت آب، بهبود مديريت عرضه و تقاضاي آب كمك مي‌كند. بنابراين، هدف اين پژوهش، طراحي و ساخت يك دستگاه پايش سيل و رسوب با قابليت ثبت خودكار ارتفاع جريان رواناب خروجي از آبخيزها و نمونه‌برداري برنامه‌ريزي شده از رواناب جهت اندازه‌گيري بعدي رسوب معلق با استفاده از سنسورها و ادوات ارزان قيمت مي‌باشد. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش يك دستگاه پايش رواناب خروجي و نمونه‌بردار رسوب معلق طراحي و ساخته شد كه در خروجي زير حوضه مورد مطالعه نصب شد. بدين منظور، سطح مقطع منظمي در خروجي زيرحوضه مورد مطالعه احداث گرديده و با نصب اين دستگاه ابتكاري، هيدروگراف سيلاب خروجي حوضه و نمونه‌برداري بار معلق رسوب انجام شد. در اين پژوهش از سنسورهاي رطوبت سنج آنالوگ جهت اندازه گيري ارتفاع رواناب با فواصل 3 سانتي متر (دقت اندازه گيري 3 سانتي متر) استفاده شده است. جهت برداشت نمونه رسوب از پمپ هايDC سوپاپ دار استفاده شد كه با ايجاد خلا در ظروف نمونه گير باعث انتقال نمونه رواناب به داخل ظروف مي گردد. براي ارزيابي قابليت دستگاه در شرايط واقعي و طبيعي، دستگاه طراحي شده، طي مدت دو سال در خروجي يكي از زير حوضه‌هاي اراضي لسي شرق گلستان در بالادست روستاي قپان عليا از توابع شهرستان كلاله نصب گرديد تا در صورت وقوع رخداد سيل، هيدروگراف آن ثبت شده و اگر ارتفاع سيل به مقادير تعريف شده توسط كاربر (ارتفاع 20 و 60 سانتي متري رواناب در شاخه صعودي و يك نمونه رواناب در 20 سانتي متري ارتفاع رواناب در شاخه نزولي هيدروگراف سيلاب) رسيد نسبت به تهيه و ذخيره نمونه رواناب در يك بطري با گنجايش نيم ليتري اقدام نمايد و همزمان با اخذ نمونه رواناب، به كاربر پيامك هم ارسال نمايد تا نسبت به جايگزيني ظروف پر شده با ظروف خالي نمونه‌برداري اقدام نمايد. شايان ذكر است اين دستگاه امكان برداشت نمونه رواناب به هر تعداد و در هر ارتفاعي را با توجه به نيازهاي تحقيقاتي دارا مي باشد. از مزاياي برجسته اين دستگاه مي‌توان به اطلاع رساني آن از طريق پيامك اشاره كرد كه كاربر را از وضعيت خروجي منطقه اعم از برداشت نمونه رواناب، قطعي جريان برق دستگاه، وضعيت شارژ باطري تعبيه شده براي فعال نگه‌داشتن دستگاه در زمان قطع جريان برق و وقوع رويداد سيل آگاه مي سازد. همچنين كاربر مي تواند از طريق گوشي همراه در هر لحظه از زمان با دستگاه ارتباط برقرار كرده و از وضعيت كاركرد دستگاه طراحي شده (برق، باتري، ميزان حافظه و ثبت يا عدم ثبت رويداد) از طريق پيامك استعلام بگيرد. همچنين جهت ثبت داده‌هاي دقيق بارندگي، يك دستگاه باران‌نگار ثبات ترازويي ساخت شركت واچداگ (WatchDog) در داخل زيرحوضه مورد مطالعه نصب گرديد. يافته ها: در طول اين دو سال، تنها سه رخداد بارش منجر به رواناب و سيل در اين زيرحوضه اتفاق افتاد و دستگاه طراحي شده، هيدروگراف هر سه رخداد را با موفقيت ثبت و مخابره نمود. همچنين در هر يك از اين وقايع سيل ثبت شده، حداقل دو نمونه رواناب (يك نمونه در شاخه صعودي هيدروگراف و يك نمونه هم در شاخه نزولي هيدروگراف) توسط دستگاه برداشت و ذخيره گرديد تا براي تعيين ميزان بار معلق به آزمايشگاه منتقل شود. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داد دستگاه پايش خودكار رواناب و رسوب طراحي شده، با اندازه‌گيري پارامترهاي مختلفي مانند دبي جريان، ارتفاع آب و بار رسوب معلق يكي از ابزارهاي مهم و كاربردي براي پايش رواناب و رسوب در خروجي حوزه هاي آبخيز مي باشد. نتيجه گيري: داده و اطلاعات به عنوان ابزاري مهم در مديريت و برنامه‌ريزي منابع آب و آبخيزها محسوب مي‌شوند. فراهمي داده و اطلاعات در مديريت سيستم آبخيز و منابع آب، به ارتقاي بهره‌وري و بهينه‌سازي استفاده از منابع آب، پيشگيري از خطرات طبيعي مانند سيلاب و خشك سالي، مديريت كيفيت آب، بهبود مديريت عرضه و تقاضاي آب كمك مي‌كند. بنابراين نمونه اوليه دستگاه طراحي شده، نشان داد كه اين دستگاه از قابليت خوبي جهت توليد صنعتي ابزار پايش رواناب و رسوب ارزان قيمت براي مديريت علمي آبخيزهاي كوچك مقياس برخوردار مي باشد.