مطالعه برخی معیارهای فیزیولوژیک و رابطه آنها با عملکرد دانه در ژنوتیپ های گندم تتراپلوئید تحت شرایط تنش خشکی

2091691-3810
واحد بین الملل
پایاننامهي کارشناسیارشد در رشته‌ی مهندسی کشاورزی- اصلاح نباتات
مطالعه برخی معیارهای فیزیولوژیک و رابطه آنها با عملکرد دانه در ژنوتیپ های گندم تتراپلوئید تحت شرایط تنش خشکی
به کوشش:
مصطفی رحیم پور
استاد راهنما :
دکتر‌‌علی دادخدایی
بهمن‌ماه 1392

بسم الله الرحمن الرحیم
به نام خدا
اظهارنامه
اينجانب مصطفي رحيم‌پور (909172) دانشجوي رشته‌ي مهندسي كشاورزي گرايش اصلاح‌نباتات واحد بين‌الملل اظهار مي‌كنم كه اين پايان‌نامه حاصل پژوهش خودم بوده و در جاهايي كه از منابع ديگران استفاده كرده‌ام، نشاني دقيق و مشخصات كامل آن را نوشته‌ام. همچنين اظهار مي‌كنم كه تحقيق و موضوع پايان‌نامه‌ام تكراري نيست و تعهد مي‌نمايم كه بدون مجوز دانشگاه دستاوردهاي آن را منتشر ننموده و يا در اختيار غير قرار ندهم. كليه حقوق اين اثر مطابق با آئين‌نامه مالكيت فكري و معنوي متعلق به دانشگاه شيراز است.
نام و نام خانوادگي: مصطفي رحيم‌‌پور
تاريخ و امضا: 15/11/1392
به نام خدا
مطالعه برخی معیارهای فیزیولوژیک و رابطه آنها با عملکرد دانه در ژنوتیپهای گندم تتراپلوئید تحت شرایط تنش خشکی
به کوشش:
مصطفی رحیم‌پور
پایاننامه ارائه شده به تحصیلات تکمیلی به عنوان بخشي از فعاليتهاي تحصيلي لازم براي اخذ درجه‌ی كارشناسي ارشد
در رشته‌ی:
اصلاح نباتات
از دانشگاه شیراز
شیراز
جمهوری اسلامی ایران
ارزیابی شده توسط کمیته پایاننامه با درجه‌ی: عالی
دکتر علی دادخدایی، استادیار بخش زراعت و اصلاح نباتات (استاد راهنما)
دکتر بهرام حیدری، استادیار بخش زراعت و اصلاح نباتات (استاد مشاور)
دکتر محسن عدالت، استادیار بخش زراعت و اصلاح نباتات (استاد مشاور)
دکتر سید عبدالرضا کاظمینی، دانشیار بخش زراعت و اصلاح نباتات (داور متخصص)
بهمنماه 1392
تقدیم
تقدیم به روح بزرگ پدر و برادر بزرگوارم
و تقدیم به مادر، همسر و فرزند دلبندم
و تمامی دانش‌پژوهان محترم که برای تعالی کشور عزیزمان ایران تلاش و مجاهدت می‌نمایند.

سپاسگزاری
خداوند سبحان را شاکرم که توانستم پس از وقفهای دوباره وارد عرصه علم و ادب گردم. بر خود لازم میدانم که از استاد بزرگوارم جناب آقای دکتر علی دادخدایی که صبورانه راهنمایی بنده را بر عهده داشتند تشکر و قدردانی نمایم. از اساتید محترم جناب آقای دکتر بهرام حیدری و دکتر محسن عدالت که مشاوره بنده را در این مدت بر عهده داشتند تقدیر و تشکر می‌نمایم. از جناب آقای مهندس ایزدی و مهندس متقی که در اجرای این تحقیق همکاری نمودند تقدیر و تشکر می‌نمایم. از دانشجویان محترم که تجربیات خود را در اختیار بنده قرار دادند تقدیر و تشکر میکنم و از همه کسانی که در انجام این تحقیق مرا یاری رساندند سپاسگزارم.
چکیده
مطالعه برخی معیارهای فیزیولوژیک و رابطه آنها با عملکرد دانه در ژنوتیپ‌های گندم تتراپلوئید تحت شرایط تنش خشکی
به کوشش
مصطفی رحیم‌پور
به منظور مطالعه برخی معیارهای فیزیولوژیک و رابطه آنها با عملکرد دانه در ژنوتیپ‌های گندم تتراپلوئید تحت شرایط تنش خشکی، آزمایشی با طرح کرت‌های خرد شده در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در دو شرایط تنش و بدون تنش خشکی با استفاده از 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید (دوروم) در مزرعه پژوهشی دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز در سال زراعی 1392-1391 اجرا شد. براساس عملکرد در شرایط بدون تنش (Yp) و تنش (Ys)، شاخص‌های کمی مقاومت به خشکی از قبیل: شاخص تحمل به تنش (STI)، میانگین هندسی عملکرد در دو محیط (GMP) و شاخص حساسیت به خشکی (SSI) محاسبه شدند. اختلاف بسیار معنی‌داری بین کلیه شاخص‌ها و عملکردهای بدون تنش و تنش وجود داشت که بیانگر وجود تنوع ژنتیکی و امکان انتخاب برای مقاومت به خشکی می‌باشد. با رسم نمودار بای پلات و مشاهده ژنوتیپ‌ها مشخص گردید که در شرايط آبیاری مطلوب بیشترین عملکرد مربوط به ژنوتیپ 733 و 722 و نيز بيشترين STI، GMP وHMP متعلق به ژنوتيپ 741 و یاواروس بود. همچنین بیشترین SSI مربوط به ژنوتیپ‌های 797 و2610KC بود. با محاسبه ضرایب مسیر مشخص گردید که بیشترین اثر مستقیم ضرایب مسیر به وزن هزار‌دانه و عملکرد بیولوژیک اختصاص داشت. که بهترین صفات در ژنوتیپ‌های مورد مطالعه جهت انتخاب ارقام مقاوم در برنامه‌های اصلاحی معرفی می‌شوند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
TOC \o “1-3” \h \z \u فصل اولمقدمه PAGEREF _Toc386495479 \h 21-1- تعریف مسئله PAGEREF _Toc386495480 \h 21-2- تنش خشکی PAGEREF _Toc386495481 \h 31-3-اهمیت گندم PAGEREF _Toc386495482 \h 31-4-تنش خشکی در گندم PAGEREF _Toc386495483 \h 51-5- اهداف مطالعه PAGEREF _Toc386495484 \h 7فصل دوممروری بر پژوهشهای انجام شده PAGEREF _Toc386495486 \h 92-1- تاثیر تنش خشکی بر دمای سایه‌انداز گیاه PAGEREF _Toc386495487 \h 92-2- شاخص تنش PAGEREF _Toc386495488 \h 102-3- اثر تنش خشکی بر صفات مورفولوژیک PAGEREF _Toc386495489 \h 112-4- وراثت‌پذیری PAGEREF _Toc386495490 \h 13فصل سوممواد و روشها PAGEREF _Toc386495492 \h 153-1- مشخصات محل انجام تحقیق PAGEREF _Toc386495493 \h 153-2- ژنوتیپ‌های مورده استفاده و شرایط محل طرح PAGEREF _Toc386495494 \h 153-3- روش اجرای طرح PAGEREF _Toc386495495 \h 203-4- اندازه‌گیری شاخصهای مقاومت به خشکی PAGEREF _Toc386495496 \h 223-5-محاسبه وراثت پذیری عمومی PAGEREF _Toc386495497 \h 233-6- اندازه‌گیری صفات مورفولوژیک، عملکرد و اجزاء عملکرد PAGEREF _Toc386495498 \h 233-7- اندازه گيري دماي سایه‌انداز PAGEREF _Toc386495499 \h 243-7-1- شرايط مكاني و محيطي اندازه‌گيري دماي سایه‌انداز PAGEREF _Toc386495500 \h 243-7-2-زمان مناسب اندازه‌گيري دماي سایه‌انداز در طول روز PAGEREF _Toc386495501 \h 243-7-3- شرايط رشد و نموي گياه جهت اندازه گيري دماي سایه‌انداز PAGEREF _Toc386495502 \h 253-7-4 – تعداد نمونه در هر كرت ادوات و روش اندازه گيري PAGEREF _Toc386495503 \h 25تجزیه آماری داده‌ها PAGEREF _Toc386495504 \h 26فصل چهارمنتایج و بحث PAGEREF _Toc386495506 \h 284-1-تجزیه واریانس داده‌ها PAGEREF _Toc386495507 \h 284-2- تعداد پنجه بارور PAGEREF _Toc386495508 \h 304-3- طول دم گل‌آذین PAGEREF _Toc386495509 \h 314-4-سطح برگ PAGEREF _Toc386495510 \h 324-5- تعداد دانه در سنبله PAGEREF _Toc386495511 \h 344-6- تعداد دانه در سنبلک PAGEREF _Toc386495512 \h 354-7- ارتفاع بوته PAGEREF _Toc386495513 \h 364-8- دمای سایه انداز گیاه PAGEREF _Toc386495514 \h 384-9-عملکرد بیولوژیک PAGEREF _Toc386495515 \h 414-10- عملکرد دانه PAGEREF _Toc386495516 \h 434-11-وزن هزار دانه PAGEREF _Toc386495517 \h 474-12-شاخص برداشت PAGEREF _Toc386495518 \h 484-13- برآورد اجزای واریانس و وراثت‌پذیری عمومی صفات مورفولوژیک و عملکرد PAGEREF _Toc386495519 \h 554-14- همبستگی شاخص های کمی مقاومت به خشکی و عملکرد دانه PAGEREF _Toc386495520 \h 564-15- تجزیه به مولفه‌های اصلی PAGEREF _Toc386495521 \h 584-16- همبستگی و تجزیه ضرایب مسیر صفات اندازه‌گیری شده PAGEREF _Toc386495522 \h 604-16-1- همبستگی و ضرایب مسیر بین صفات اندازه‌گیری شده در شرایط آبیاری مطلوب PAGEREF _Toc386495523 \h 604-16-2- همبستگی و ضرایب مسیر بین صفات اندازه‌گیری شده در شرایط تنش خشکی PAGEREF _Toc386495524 \h 64نتیجه‌گیری کلی PAGEREF _Toc386495525 \h 67پیشنهادات PAGEREF _Toc386495526 \h 69منابع PAGEREF _Toc386495527 \h 70چکیده انگلیسی PAGEREF _Toc386495528 \h 80

فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
TOC \h \z \t “Caption,جدول” \c جدول شماره 3-1 ژنوتیپ‌های مورده استفاده و روش پیاده سازی طرح PAGEREF _Toc386496103 \h 16جدول شماره 3-2 شجره‌نامه ژنوتیپ‌های تهیه شده از مرکز بین‌المللی گندم و ذرت (CIMMYT): PAGEREF _Toc386496104 \h 18جدول 4-1- نتایج تجزیه واریانس تاثیر تنش خشکی بر خصوصیات مورفولوژیک 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496105 \h 28جدول 4-2- نتایج تجزیه واریانس تاثیر تنش خشکی بر خصوصیات مورفولوژیک 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496106 \h 29جدول 4-3 مقایسه میانگین دمای سایه‌انداز 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496107 \h 40جدول4-4- میانگین تاثیر تنش خشکی بر عملکرد و اجزای عملکرد 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید و مقایسه میانگین آنها بر اساس آزمون LSD PAGEREF _Toc386496108 \h 50جدول 4-5- میانگین تاثیر تنش خشکی بر عملکرد و اجزای عملکرد 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید و مقایسه میانگین آنها بر اساس آزمون LSD PAGEREF _Toc386496109 \h 51جدول 4-6- میانگین تاثیر تنش خشکی بر عملکرد و اجزای عملکرد 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید و مقایسه میانگین آنها بر اساس آزمون LSD PAGEREF _Toc386496110 \h 53جدول 4-7- نتایج محاسبه اجزای واریانس و وراثت‌پذیری صفات مورفولوژیک، عملکرد و اجزای آن بین 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496111 \h 55جدول 4-8- ضرایب همبستگی شاخص‌های کمی مقاومت به خشکی و عملکرد دانه در شرایط آبیاری مطلوب و تنش خشکی PAGEREF _Toc386496112 \h 56جدول 4-9- میانگین عملکرد و شاخص‌های تنش در شرایط نرمال و تنش خشکی در ژنوتیپ‌های گندم PAGEREF _Toc386496113 \h 57جدول 4-10- مقادیر ویژه، درصد مقادیر ویژه و درصد تجمعی واریانس 40 ژنوتیپ گندم دوروم PAGEREF _Toc386496114 \h 59جدول 4-13- همبستگی بین صفات اندازه‌گیری شده در شرایط تنش خشکی PAGEREF _Toc386496115 \h 65جدول 4-14- تجزيه عليت عملكرد دانه در شرایط تنش خشکی با توجه به صفات باقيمانده در مدل رگرسيون مرحله‌اي PAGEREF _Toc386496116 \h 66
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
TOC \h \z \t “Closing,شکل” \c شکل4-1: اثر خشکی بر میانگین تعداد پنجه بارور 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496160 \h 30شکل4-2: اثر خشکی بر میانگین طول دم گل‌آذین 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496161 \h 32شکل4-3: اثر خشکی بر میانگین سطح برگ 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496162 \h 33شکل4-4: اثر خشکی بر میانگین تعداد دانه در سنبله 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496163 \h 34شکل4-5: اثر خشکی بر میانگین تعداد دانه در سنبلک 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496164 \h 36شکل4-6: اثر خشکی بر میانگین ارتفاع بوته 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496165 \h 37شکل4-7: اثر خشکی بر میانگین دمای سایه‌انداز 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496166 \h 38شکل4-8: اثر خشکی بر میانگین عملکرد بیولوژیک 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496167 \h 42شکل4-9: اثر خشکی بر میانگین عملکرد دانه 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496168 \h 43شکل4-10: اثر خشکی بر میانگین عملکرد کل 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496169 \h 45شکل4-11: مقایسه اثر خشکی بر کاهش عملکرد 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید در شرایط تنش خشکی و آبیاری مطلوب PAGEREF _Toc386496170 \h 46شکل4-12: اثر خشکی بر میانگین وزن هزار‌دانه 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496171 \h 47شکل4-13: اثر خشکی بر میانگین شاخص برداشت 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید PAGEREF _Toc386496172 \h 49شکل 4-14- نمودار بای پلات شاخص های کمی مقاومت به خشکی و عملکرد دانه در شرایط آبیاری مطلوب و تنش خشکی PAGEREF _Toc386496173 \h 59
فصل اولمقدمه
1-1- تعریف مسئلهاكثر مناطق ايران داراي اقليم خشك و نيمه خشك مي‌باشند. بنابراين يكي از عوامل محدود كننده توليد محصولات كشاورزي در ايران ناشي از تنش خشكي است که با توجه به مرحله‌ رشد گياه مي‌تواند باعث خسارت و در نتيجه كاهش عملكرد گردد.
يكي از روش‌هاي كاهش اثرات مخرب تنش خشكي استفاده از ژنوتیپ‌های مقاوم مي‌باشد. از نظر تكاملي مقاومت به خشكي عبارت است از توان زنده ماندن يك گونه از نسلي به نسل ديگر در شرايط كمبود آب، از نظر كشاورزي مقاومت به خشكي توان توليد اقتصادي يك محصول در شرايط كمبود آب قابل استفاده براي آن محصول تعريف مي‌گردد. درجه مقاومت به خشكي متفاوت است كه شامل تحمل به خشكي و گريز از خشكي مي‌باشد. تحمل به خشكي به مفهوم حالتي است كه در عملكرد محصول كشت شده در محيط حاوي تنش آب هيچ گونه كاهشي ديده نشود. گريز از خشكي حالتي است كه ارقام قبل از محدوديت شديد آب به محصول دهي برسند. و مفيدترين شكل مقاومت به خشكي است (شاه نجات بوشهری و عبد میشانی، 1376).
1-2- تنش خشکیبخش عمده‌ای از غذای دنیا توسط محصولاتی تامین می‌گردد که در مناطق مورد کشت آنها، بارندگی محدودی در فصل رویش وجود داشته و یا اینکه محصولات کشت شده از رطوبت ذخیره در خاک استفاده می‌کنند. خسارات وارده ناشی از گرما و خشکی به گندم، یولاف، ذرت، سورگوم، ارزن و سایر گیاهان زراعی در مناطق پر حرارت و کم باران امری عادی است. بنابر‌این مقاومت به دما و خشکی به خاطر کاهش افت عملکرد در گیاهان واقع در این مناطق مهم می باشد (شاه نجات بوشهری و عبد میشانی، 1376). از بین تنشهای زنده و غیرزنده، تنش خشکي دومين عامل اصلي کاهش عملکرد بعد از عوامل بيماريزا ميباشد و در نتيجه بارندگي کم، دماي بالا و وزش باد حادث ميشود. واکنش گياه نسبت به آن بستگي به مرحلهاي از رشد دارد که خشکي در آن رخ مي‌دهد (احمدی و همکاران، 1388).
با توجه به این‌که متوسط نزولات جوی سالانه ایران 240 ميلیمتر می‌باشد، ایران در رده مناطق خشک و نيمهخشک جهان قرار می‌گیرد (طبق تعريف آمبرژه مناطقی را خشک می‌نامند که بارندگی سالانه آنها کمتر از 250 ميلیمتر باشد و مناطق با بارندگی سالانه 250 تا 450 ميلیمتر را نيمه‌خشک گويند) ( آذری‌کی، 1381). با توجه به نزولات محدود ایران، حدود 45 درصد اراضی زير کشت گندم ديم در ايران دارای نزولات کمتر از 350 ميلیمتر است (محمدی، 1387) که باعث ‌می‌گردد تا تنش خشکی به عنوان مهمترین عامل محدود کننده عملکرد در گیاهان زراعی مورد توجه خاص قرار گیرد.
1-3-اهمیت گندمگندم به عنوان مهمترین عنصر غذائی، به عنوان یک منبع کالری، پروتئین، ویتامین و املاح خاص، دارای ارزش تغذیه‌ای بالايي است (شاه نجات بوشهری و عبد میشانی، 1376). این گیاه بيشترين سطح زير كشت را به خود اختصاص داده است و در اغلب نواحي جهان كشت مي‌شود. گستره کشت آبی از 60 درجه عرض‌ شمالي در شمال اروپا تا 40 درجه عرض جنوبي در آمريكاي جنوبي و از مناطق هم سطح دريا تا ارتفاع 3000 متري از سطح دريا را شامل مي‌شود. از مهمترين كشورهاي توليد كننده گندم در جهان مي‌توان به هند، پاكستان، ايالات متحده آمريكا و كانادا اشاره نمود. ايران يكي از مراكز تنوع و خاستگاه‌هاي اوليه گندم بوده و منابع ژنتيكي غني براي اين محصول در کشورمان وجود دارد (شهبازی و همکاران، 1391). گندم از خانواده گندمیان، از جنس تریتیکوم و مهمترین گیاه زراعی روی کره زمین است (شهبازی و همکاران، 1391). گونه‌های اصلی آن از لحاظ تعداد کروموزوم به سه گروه دیپلوئید (2n=2X=14 AA BB DD)، تتراپلوئید (2n=4X=28 AABB) و هگزاپلوئید (2n=6X=42 AABBDD) تقسیم میشوند. گونههای تتراپلوئید، آمفیپلوئیدی از تلاقی دو دیپلوئید هستند و هگزاپلوئیدها از تلاقی دیپلوئید و تتراپلوئید به‌وجود آمدهاند (توسلی، 1387). ژنوم A از یک گندم دیپلوئید وحشی به نام تریتیکوم بوئئوتیکوم بدست آمده است. این گندم در به وجود آمدن گندم‌های تتراپلوئید دوروم، تورژیدوم، بولونیکوم و پرسیکوم (کارتالیکوم) با فرمول ژنومی AABB موثر بوده است. گونه تتراپلوئید وحشی تریتیکوم دی‌کوکوئیدز با گیاهی از خانواده گندمیان به نام تریتیکوم تاشیئی با فرمول ژنومی DD آمیخته شد و گندم هگزاپلوئید (AABBDD) امروزی را به وجود آورده‌اند. اما منبع ژنوم سوم (ژنومB) در حال حاضر هنوز ناشناخته باقی‌ مانده است (یزدی‌صمدی و عبدمیشانی، 1383).
گندم دوروم تقريباً 8 درصد از توليد جهاني گندم را شامل ميشود (محمدی و همکاران، 1385) و یکی از منابع اولیه به وجود آورنده گندم اولیه است. این گندم گياهي است از خانواده گندمیان، تك لپه، خودگشن، يك‌ساله و روز بلند (نورمحمدی و همکاران، 1376). گندم دوروم با داشتن درصد بالاي پروتئين (12 تا 14 درصد) در مقايسه با برنج (7 درصد) و گندم نان (10 تا 12 درصد) از جمله مهمترين مواد غذايي جهان است (نورمحمدی و همکاران، 1376). گندم دوروم حاوی رنگدانه‌های طبیعی بیشتری نسبت به انواع گندم‌های دیگر است که خاصیت آنتی اکسیدانی و ضد سرطانی دارند. سمولینا محصول اصلی گندم دوروم می‌باشد. تغذیه با ماکارونی تهیه شده از آرد سمولینا، یک روش مناسب برای ورود غذاهای تهیه شده از دانه گندم دوروم به رژیم غذایی است که باعث افزایش پیشگیری ابتلا به بیماری‌های مزمن و افزایش سلامتی می‌گردد، گرچه مقدار آنتی اکسیدان‌ها در سمولینا کم است اما مصرف مداوم آن میزان نیاز  بدن را تأمین می‌نماید. گندم دوروم، ویتامین‌ها، مواد معدنی، آنتی اکسیدان‌ها و فیبر رژیمی بیشتری نسبت به  گندم‌های دیگر دارد (محمدی و همکاران، 1381). گندم دوروم یکی از قدیمی‌ترین گونه‌هاي زراعی غلات می‌باشد (رویو و همکاران، 2009 ) که کشت آن به دلیل تقاضا و همچنین قیمت بالاي جهانی در حال افزایش است (هوشمند و همکاران ، 2005(، پروتئین بالا و استحکام گلوتن آن باعث شده است که این گندم بهترین ماده اولیه براي تولید ماکارونی باشد، هرچند در تهیه نان نیز از آن استفاده می‌گردد (تریبوي و همکاران، 2003 ).
1-4-تنش خشکی در گندمگندم به طور گسترده در مناطقي كشت مي‌شود كه در معرض تنش‌هاي فراوان خشكي هستند. مکانیسم‌هایی كه در مقاومت به خشکی گندم دخالت دارند عبارتند از: زودرسی، که گیاه قبل از مواجهه با تنش خشکی چرخه زندگی خود را کامل می‌کند، سیستم قوی و عمیق ریشه جهت استفاده موثر از رطوبت خاک، مکانیسمی که روزنه‌ها را در ضمن دوره تنش خشکی می‌بندد به نحوی که تلفات آب در گیاه کاهش یابد و سر انجام پوشش مومی روی سطح برگ که تلفات تعرق را کم می‌کند. لذا ارقام گندم توليد شده براي مناطق خشك داراي برگ‌هاي باريك‌تر و نسبت ساقه به ريشه كمتري هستند و از استعداد توليد عملكرد كمتري نسبت به ارقام توليد شده براي مناطق مرطوب برخوردارند (شاه نجات بوشهری و عبد میشانی، 1376).
مقاومت به خشكي صفتي كمي است كه از طريق يك روش واحد آزمايشگاهي قابل اندازه‌گيري نيست زيرا تنش بر مراحل مختلف نموي تاثير داشته و اثر آن با شدت و مدت تنش تغيير مي‌كند (کافی و همکاران، 1386). آبياری گندم در مناطقی که دارای بارندگی زياد هستند ضروری نمیباشد ولی در مناطق کم باران، آبياری باعث جلوگيری از نوسان عملکرد میشود. گندم از اول بهار تا مرحله رسيدن خود روزانه به 3 تا 5 ميليمتر آب نياز دارد. بنابراين در مناطقی که بارندگی کافی نيست، بايد از آبياری تکميلی استفاده کرد (نیازی و همکاران، 1381). محصولات زراعي پاييزه معمولاً از زمان گلدهي تا مرحله رسيدگي فيزيولوژيك با خشكي مواجه مي‌گردند چون در این زمان هوا گرم و تعرق افزایش می‌یابد (Schneider et al., 1969). و کلا اثر زمان ظهور تنش آب ممکن است به اندازه شدت تنش آب اهميت داشته باشد. از زمان سبز شدن تا پايان پنجهزنی، بوتههای جوان گندم آب زيادی مصرف نمی‌کنند. آبياری خيلی زياد در اين مواقع نه تنها فايدهای ندارد، بلکه باعث از بين رفتن تهويه خاک و خارج شدن کودهای شيميايی از ناحيه ريشه میشود. حتی مقداری تنش رطوبت در طول اين دوره که باعث جلوگيری از رشد زياد می‌شود، مفيد است چون مانع سرمازدگی شدید در برخی موارد می‌گردد. نياز آبی گياه در طول دوره حداکثر رويش که همزمان با طويل شدن ساقه است، به سرعت زياد می‌شود. در زمان تشکيل سنبلچهها، تنش رطوبت باعث کاهش تعداد آنها در هر سنبله خواهد شد و کاهش تعداد سنبلچه‌ها باعث کاهش عملکرد نیز می‌گردد (نیازی و همکاران، 1381).
در ارزيابي مقاومت به خشكي بايد به مراحل نموي گياه دقت نمود زيرا بيشترين تنش خشکی که به گیاهان وارد میشود اغلب در زمان گلدهی و تشکيل دانه صورت میگیرد، در اين دوره تبخير و تعرق افزايش میيابد که همزمان با حداکثر نياز گياه به رطوبت میباشد. همچنين در طول اين دوره تنش آب بيشترين اثر سوء را بر عملکرد دانه خواهد داشت. فاصله بين تمايز سلولی سنبلکها و گلدهی، حساسترين دوره نسبت به خشکی میباشد. ارقامی از گندم که گرده افشانی آنها طولانی است، در مقايسه با ارقامی که دوره گردهافشانی کوتاهتری دارند، احتمالا در اثر تنش رطوبت، صدمه کمتری متحمل میشوند (گل‌پرور و همکاران، 1381). اندازه‌گیری عملکرد دانه یکی از شاخص‌های مهم در برنامه‌های اصلاحی گندم برای مقامت به خشکی می‌باشد. اما به دلیل وراثت‌پذیری پایین این صفت، اندازه‌گیری صفات فیزیولوژیک، مورفولوژیک و بیوشیمیایی مرتبط با تنش خشکی در کنار آن ضروری به نظر می‌رسد (Blum et al., 1990). گلستانی و آساد (1998) بیان نمودند که انتخاب بر اساس صفات فیزیولوژیک آسان و دقیق بوده و توارث‌پذیری این صفات نسبتا بالا است. بنابراین بازده ژنتیکی این صفات مطلوب بوده و انتخاب بر مبنای این صفات راه مطمئن و سریعی برای انتخاب جوامع گیاهی و بهبود عملکرد می‌باشد.
پژوهش‌هاي انجام شده در سال‌هاي اخير بيشتر بر روی اثر تنش خشکی بر گندم هگزاپلوئید توسط پژوهشگران داخلی و خارجی صورت گرفته است. اما با توجه به اهمیت گندم دوروم کمتر به اثر تنش خشکی بر روی گندم تتراپلوئید توجه شده است، لذا این مطالعه با اهداف زیر روی مجموعهای از گندمهای تتراپلوئید (دوروم) پایه‌ریزی گردید.
1-5- اهداف مطالعه1-5-1- ارزیابی مجموعه‌ای از ژنوتیپ‌های گندم تتراپلوئید از لحاظ مقاومت به خشکی بر اساس برخی معیارهای مورفولوژیک.
1-5-2- بررسی همبستگیهای موجود بین عملکرد و اجزای آن با شاخصهای کمی مقاومت به خشکی.
1-5-3- ارزیابی شاخص دماي سایه‌انداز(CT) به عنوان معیاری برای گزینش ارقام مختلف تحت شرايط آبياري محدود و آبياري متداول.
1-5-4- محاسبه ضرایب مسیر و همبستگی صفات مورد ارزیابی ژنوتیپ‌های مورد مطالعه.
فصل دوممروری بر پژوهشهای انجام شده2-1- تاثیر تنش خشکی بر دمای سایه‌انداز گیاهآب در همه مراحل رشدي گياه دخالت دارد و همبستگی بالايي بين توليد محصول و آب مصرفي وجود دارد. از ابزارهاي موثر در شناسايي گياهان براي سازگاري با محيط‌هاي كم آب مي‌توان به دماي سایه‌انداز (CT) اشاره نمود. دماي سایه‌انداز گیاه همچنين در شناسايي QTLهاي موثر در سازگاري ارقام به خشكي استفاده مي‌گردد. گزارش شده كه QTL واقع در كروموزوم شماره 4A گندم حدود 30% از تنوع دماي سایه‌انداز گیاه تحت تنش گرما را بيان مي‌كند. در حالي كه 14% تنوع مرتبط با دماي سایه انداز گیاه از QTL واقع در كروموزوم 3B شناسايي شده است (پينتو و همكاران، 2010). بسياري از عوامل بيولوژيك گياهي و متغيرهاي محيطي در توازن انرژي سایه‌انداز گیاه موثرند. اوليور و همكاران (2007) نشان دادند كه دماي سایه‌انداز گیاه با عملكرد محصول و همچنين اماني و همكاران (1996) نشان دادند دماي سایه‌انداز گیاه با هدايت روزنه‌اي مرتبط مي‌باشد. با اندازه‌گيري دماي سایه‌انداز گیاه عوامل موثر در سازگاري محيطي گياه شامل تحمل به خشكي و گرما و… قابل شناسايي مي باشد (Reynolds et al., 2012 ).
ظرفيت نگهداري وضيعت آبي ژنوتيپ‌هاي گندم رشد يافته در شرايط تنش با هم متفاوت است. اين تفاوت توسط درجه حرارت سایه‌انداز گیاه در ساعات بعد از ظهر نشان داده مي‌شود. در رابطه با اين صفت، گندم‌هاي تحت تنش، تنوع ژنتيكي نشان داده‌اند (بلوم و همکاران، 1989). رابطه اختلاف درجه حرارت گياه با هوا و هدايت روزنه‌اي نشان مي‌دهد، ژنوتيپ‌هايي از گندم كه برگ‌ها را در شرايط تنش، خنک‌تر نگه مي‌دارند ممكن است تحت اين شرايط از سرعت فتوسنتزي و در نتيجه عملكرد بالاتري برخوردار باشند. بنابراين اختلاف دماي گياه نسبت به هوا، هم به عملكرد بالقوه (ريچارد، 1993) و هم به عملكرد دانه تحت شرايط تنش ارتباط دارد (بلوم و همكاران 1989). ريچارد (1993) و کافی و همکاران (1386) نشان داند كه كاهش دماي ژنوتيپ‌هاي گندم در رابطه با عملكرد بالقوه گندم بوده است. دماي سایه‌انداز گیاه با عمق ريشه، وضيعت آب قابل دسترس ‌ريشه و تعرق گياه همبستگي دارد (Reynolds et al., 2012 ).
2-2- شاخص تنش از شاخص شدت تنش (SSI) میتوان برای گزینش ژنوتیپهای مقاوم استفاده کرد. شاخص شدت تنش بطور گسترده توسط محققان برای شناسایی ژنوتیپهای حساس و مقاوم استفاده شده است (فیشر و مورر، 1978). سیوسه مرده و همکاران (2006) شاخص شدت تنش را برای گزینش ژنوتیپهای مقاوم پیشنهاد کردند. ازتورك و آيدين (2004) با اعمال پنج تيمار آبي مختلف بر چند رقم گندم نان، از تاثير قابل توجه تنش آبي بر اغلب خصوصيات كيفي گندم گزارش دادند، به طوري كه تمامي تيمارها افزايش قابل توجهي در ميزان درصد پروتئين، حجم رسوب و گلوتن مرطوب نسبت به تيمار آبياري كامل نشان دادند. سي‌وسه‌مرده و احمدی (1382) گزارش نمودند که غلظت كربوهيدراتهاي محلول برگ پرچم در ۲۰ روز پس از گلدهي بيشتر از مرحله خوشه رفتن است.
2-3- اثر تنش خشکی بر صفات مورفولوژیکخشکی باعث بسته شدن روزنه‌ها برای کاهش تعرق، افزایش پتانسیل اسمزی، کاهش میزان غلظت کلروفیل، ایجاد تنش اکسیداتیو و اختلال در فتوسنتز گیاه می‌شود که در نهایت باعث کاهش عملکرد می‌گردد (Demirevska et al., 2008, Zivcak et al., 2013). خصوصیات مورفولوژیک مانند طول ریشه، تعداد پنجه، تعداد سنبله در متر مربع، وزن سنبله، تعداد دانه در سنبله، وزن دانه در سنبله، تعداد پنجه بارور در گیاه، وزن ساقه و غیره در گندم در شرایط تنش رطوبتی تحت تأثیر قرار میگیرد (Mahalakshmi & Bidinger, 1986). اجزاء عملکرد دانه به طور متفاوتی بسته به مرحله رشدی که گیاه با تنش خشکی مواجه می‌شود تحت تأثیر قرار میگیرد (Johnson & Kanemasu, 1982). گودینگ و همکاران (2003) شدت و زمان اعمال تنش خشکی را در گندم بررسی و گزارش کردند که تنش خشکی با کوتاه كردن دوره پرشدن دانه باعث کاهش عملکرد دانه و وزن هزاردانه شده و بیشترین تاثیر آن در دوره پرشدن دانه (بین روزهای اول تا چهاردهم بعد از گرده افشانی) ميباشد. آستين و همکاران (1989) نشان دادند که ارقام جديد در مقايسه با ارقام قديمي ۵۹% دانه بيشتري توليد کردند که اين مسأله به دليل توليد تعداد سنبله بيشتر و تعداد دانه بيشتر درهر سنبله بود. به طوري‌که در ارقام جديد تعداد سنبله بارور در مترمربع ۱۴% بيش از ارقام قديمي بود.
حساسترين مرحله نمو گندم به تنش خشكي مرحله گلدهي است (رنجبری و همکاران، 1384). وینکل (1989) نیز نشان داد که در غلات حساسترین مرحله به تنش‌خشکی حد فاصل سنبله رفتن تا گلدهی است و ارقامی که بتوانند قبل از گلدهی ماده خشک بالایی تولید و ذخیره مواد پرورده در ساقه را افزایش دهند جزء ارقام متحمل به خشکی محسوب می‌شوند. گلستانی عراقی (1376) گزارش نمود با اعمال تنش خشکی در ارقام مختلف گندم، میزان کاهش عملکرد در ارقام مقاوم به خشکی در شرایط یکسان به طور معنیداری کمتر از میزان کاهش آن در ارقام حساس بوده است. بنا به نظر برخي پژوهشگران بوته‌هايي که پنجههاي کم دارند در برخي محيطهاي تنش لزوماً نمي‌توانند مفيد باشند، چرا که پنجهها ميتوانند اثر تنش وارده بر روي ساقه اصلي را تا حدودي جبران کنند (Mahalakshmi & Bidinger, 1986). دري و ایلدرام (2006) با مطالعه بر روي گندم دوروم نشان دادند که اثرات غیر افزایشی براي عملکرد دانه در بوته معنی‌دار هستند. همبستگی مثبت و معنی‌دار شاخص برداشت با عملکرد دانه در گندم دوروم (هوشمند و همکاران، 2005؛ سوباش چاندرا و همکاران، 2009) و در گندم نان (اقبال و همکاران، 2007) گزارش شده است ناصریان و همکاران (2007) و بوتا و همکاران (2005)، با انجام تجزیه علیت بر اهمیت وزن هزار دانه به عنوان معیار انتخاب براي اصلاح عملکرد دانه در گندم اشاره کرده‌اند. مارک و همکاران (1985) گزارش کردند که تنش خشکي بعد از گلدهي باعث کاهش تعداد سلول اندوسپرم دانه در قاعده و راس سنبله شده و در نهايت وزن دانه را کاهش مي دهد. تنش خشکي پس از گلدهي طول دوره پر شدن دانه را کوتاه‌تر کرده و موجب کاهش وزن دانه‌ها مي‌گردد (امام و همکاران، 2007). در مواجهه با تنش خشکي و براي جلوگيري از هدر روي بيش از حد آب، روزنه‌ها بسته مي شوند که اين موضوع در نهايت باعث کاهش فتوسنتز جاري و کاهش مواد پرورده براي پر شدن دانه‌ها مي‌شود که اين امر نيز باعث کاهش ميانگين وزن هر ‌دانه مي‌گردد. در سال‌هاي اخير، افزايش عملکرد دانه بيشتر مربوط به افزايش تعداد دانه و تعداد سنبله در واحد سطح بوده (آرائوس و همکاران 2008) و وزن هزار‌دانه از ثبات نسبي بالا و تغييرپذيري کم در شرايط بهينه براي رشد و نمو گياه برخوردار است (امام، 2011). بر خلاف تعداد دانه در واحد سطح، ارتباط اندکي بين وزن هردانه با عملکرد دانه در واحد سطح وجود دارد (های و والکر، 1989). به هر حال، برهم‌کنش ژنوتيپ و محيط تعيين کننده ميزان همبستگي و تأثير هر يک از اين اجزا در تعيين عملکرد دانه است (جکسون و همکاران 1996).
طالعی و بهرام‌نژاد (2003) و رضائی (1995) شاخص برداشت را به عنوان یکی از مهم‌ترین معیارهاي گزینش در برنامه هاي به‌نژادي گندم دانسته‌اند. کاهش شاخص برداشت در شرايط تنش خشکي بعد از گلدهي به کاهش دسترسي به مواد پرورده جاري طي دوره پر شدن دانه نسبت داده شده است (امام، 2011؛ امام و نیک‌نژاد 2011). کاهش شاخص برداشت در اثر تنش خشکي آخر فصل توسط ساير پژوهش‌گران نيز گزارش شده است (فولکس و همکاران، 2007؛ وانگ و همکاران، 2001). از وزن هزار دانه نیز می‌توان به عنوان عامل مهم در انتخاب ژنوتیپ‌های مقاوم استفاده نمود (خدادادی و همکاران، 1390). مشخص گردیده است كه براي شناخت بهتر روابط بين صفات در گياه، انجام تجزيه عليت يك گام منطقي است (کاشف و خالق، 2004) به طوري كه تجزيه عليت اجزاء تشكيل دهنده ضريب همبستگي را به اثرات مستقيم و غيرمستقيم تقسيم مي‌كند و روابط بين صفات را به صورت ملموس‌تري نشان مي‌دهد (کوپر، 1983). با توجه به اين كه بين صفات مرتبط با عملكرد همبستگي هاي منفي وجود دارد و بين صفات روابط پيچيده‌اي حاكم است لازم است علاوه بر همبستگي ساده از روش‌هاي آماري چند متغيره براي بررسي روابط بين صفات استفاده شود كه تجزيه به مولفه‌ها يكي از اين روش‌هاي موثر مي‌باشد (رحیم و همکاران، 2010).
2-4- وراثت‌پذیریکولاکو (2002) در مطالعه عملکرد و اجزای آن نتیجه گرفت که بالاترین مقدار توارث‌پذیری مربوط به ارتفاع بوته و وزن دانه می‌باشد. باید گفت که وراثت پذیری معیاری مناسب برای گزینش بوده و در برنامه اصلاحی مورد استفاده قرار می‌گیرد (فرشادفر، 1384). مقدم و همکاران (1997) در مطالعه گندم نان گزارش کردند که توارث‌پذیری عملکرد دانه 59% و شاخص برداشت و صفات فنولوژیک 79% است. . اکرام و تاناچ (1991) قابلیت توارث طول سنبله، وزن هزار‌دانه و عملکرد دانه در گندم دوروم را متوسط و پایین گزارش کردند در حالی که سوباش چاندرا و همکاران (2009) وراثت‌پذیري بالایی را در گندم‌هاي تتراپلوئید براي صفات مذکور برآورد نمودند.
فصل سوممواد و روشها3-1- مشخصات محل انجام تحقیقاين پژوهش در دانشكده كشاورزي دانشگاه شيراز واقع در باجگاه با عرض جغرافيايي 29 درجه و 50 دقيقه شمالي و طول جغرافيايي 52 درجه و 46 دقيقه شرقي و ارتفاع 1810 متر از سطح دريا واقع در 16 كيلومتري شمال شيراز انجام گرديد. آب و هواي این منطقه معتدل (متمايل به سرد)، با متوسط بارندگي 386 ميلي‌متر در سال است (فولادمند و سپاسخواه، 1386). در اين منطقه متوسط رطوبت نسبي 50 درصد و حداكثر دما تا 34 درجه سانتی‌گراد تغيير مي‌كند (فولادمند و سپاسخواه، 1386). بافت خاك لوم سنگ‌ريزه‌اي مي‌باشد.
3-2- ژنوتیپ‌های مورده استفاده و شرایط محل طرحاین پژوهش به صورت طرح کرت‌های خرد‌شده در قالب بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در سال زراعی 1392-1391 در دو شرایط آبیاری مطلوب و تنش خشکی با 40 ژنوتیپ گندم تتراپلوئید، در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز واقع در منطقه باجگاه کشت گردید. این دو آزمایش فقط از نظر تیمار آبیاری با یکدیگر تفاوت داشتند. محل قرارگیری ژنوتیپ‌های مورد استفاده و روش اجرای طرح در جدول شماره 3-1 مشخص گردیده است. در این طرح تیمار آبیاری شامل 100% ظرفیت مزرعه و 50% ظرفیت مزرعه به عنوان عامل اصلی و 40 ژنوتیپ گندم به عنوان عامل‌های فرعی طرح لحاظ شدند. یا به عبارتی دور‌آبياري و ژنوتيپ به ترتيب به عنوان کرت‌هاي اصلي و فرعي در نظر گرفته شدند.
جدول شماره 3-1 ژنوتیپ‌های مورده استفاده و روش پیاده سازی طرحشماره ژنوتیپ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 R1 712 710 737 KC2610 727 سیمره 706 797 714 740 756 708 760 16EDYT تارو3 769 730 789 791 ياواروس 703 746 792 733 798 9EDYT 764 3EDYT 713 722 741 5EDYT 719 729 793 781 747 717 720 771 Irrigated
R2 793 ياواروس 797 تارو3 769 16EDYT KC2610 771 712 745 764 سیمره 746 710 733 747 3EDYT 789 9EDYT 5EDYT 737 741 714 713 706 719 720 740 727 737 703 722 729 708 730 716 708 710 704 717 R3 741 710 710 سیمره 727 714 713 3EDYT 708 719 712 تارو3 748 729 722 745 771 KC2610 737 717 9EDYT 703 708 713 714 720 706 716 737 746 704 ياواروس 733 5EDYT 740 764 730 740 747 16EDYT ↔3m 240cm R1 سیمره 740 716 737 713 713 719 714 714 741 16EDYT ياواروس 706 748 745 722 717 737 710 712 تارو3 703 3EDYT 727 9EDYT 746 708 729 771 710 5EDYT KC2610 704 733 764 720 747 730 740 708 Drought
R2 745 713 740 KC2610 ياواروس 733 727 720 737 16EDYT 746 729 703 719 710 748 سیمره 716 740 9EDYT 737 تارو3 704 747 722 710 3EDYT 771 706 730 714 713 708 5EDYT 741 714 708 764 717 712 R3 720 741 719 717 737 714 730 745 708 16EDYT 772 9EDYT 713 714 733 740 3EDYT 5EDYT 747 748 713 746 KC2610 تارو3 708 710 737 727 729 703 710 771 706 712 ياواروس 704 716 764 740 سیمره ژنوتیپهای گندم تتراپلویید مورد استفاده در این مطالعه عبارتند از:
ارقام شاهد: ژنوتیپهای مقاوم به خشکی شامل:
یاواروس و سیمره: دیررس و بهاره، مبداء مکزیک، متحمل به تنشهای گرما و خشکی
ژنوتیپهای مرکز بینالمللی گندم و ذرت (CIMMYT): 32 لاین از42 IDYN (جدول شماره 3-2).
ژنوتیپهای تهیه شده از مرکز داراب به نامهای:
3EDYT-87-88، 5EDYT-87-88 ، 9EDYT-87-88، 16EDYT-87-88 .
ژنوتیپ‌های تهیه شده از بانک بذر کرج: KC2610. و تارو 3
جدول شماره 3-2 شجره‌نامه ژنوتیپ‌های تهیه شده از مرکز بینالمللی گندم و ذرت (CIMMYT):شجره‌نامه شماره ژنوتیپ
YAVAROS 79 703
CBC 514 CHILE/3/AUK/GUIL//GREEN 706
CBC 509 CHILE/5/2*AJAIA_16//HORA/JRO/3/GAN/4/ZAR 708
RCOL/THKNEE_2/3/SORA/2*PLATA_12//SOMAT_3 710
CANELO_9.1/SNITAN/10/PLATA_10/6/MQUE/4/USDA573//QFN/AA_7/3/ALBA-D/5/AVO/ HUI/7/PLATA_13/8 /THKNEE_11/9 /CHEN/ ALTAR 84 /3/HUI/POC//BUB/RUFO/4/FNFOOT 712
MINIMUS_6/PLATA_16//IMMER/3/SOOTY_9/RASCON_37/9/USDA595/3/D67.3/RABI//CRA/4/ALO/5/HUI/YAV_1/6/ARDENTE/7/HUI/YAV79/8/POD_9 713
PLATA_10/6/MQUE/4/USDA573//QFN/AA_7/3/ALBA-D/5/AVO/HUI /7/PLATA _13/8/ RAFI97/ 9/ MALMUK_1/SERRATOR _1/10/ ARMENT //SRN_3/NIGRIS_4/3/CANELO_9.1 714
GUAYACANINIA/GUANAY//PORRON_4/BEJAH_7/3/VANRRIKSE_12/SNITAN 717
CBC509CHILE/6/ECO/CMH76A.722//BIT/3/ALTAR84/4/AJAIA_2/5/KJOVE_1/7/AJAIA_12/F3LOCAL(SEL.ETHIO.135.85)//PLATA_13/8/SOOTY_9/RASCON_37//WODUCK/CHAM_3 719
SOMAT_3.1//WODUCK/CHAM_3/5/AJAIA_16//HORA/JRO/3/GAN/4/ZAR/7/CHEN_11/POC//TANTLO/5/ENTE/MEXI_2//HUI/4/YAV_1/3/LD357E/2*TC60//JO69/6/FULVOUS_1/MFOWL_13 720
SOMAT_3/PHAX_1//TILO_1/LOTUS_4/3/GUANAY/5/NETTA_4/DUKEM_12//RASCON_19/3/SORA/2*PLATA_12/4/GREEN_18/FOCHA_1//AIRON_1 722
PLATA_6/GREEN_17/3/CHEN/AUK//BISU*2/5/PLATA_3//CREX/ALLA/3/SOMBRA_20/4/SILVER_14/MOEWE 727
THKNEE_11/SNITAN*2//SOMAT_4/INTER_8 729
TOPDY_18/FOCHA_1//ALTAR 84/3/AJAIA_12/F3LOCAL (SEL .ETHIO . 135.85) // PLATA_13 /4/ SOMAT_3/GREEN_22/5/VRKS _3/3/AJAIA_12/F3LOCAL(SEL.ETHIO.135.85)//PLATA_13 730
CMH85.797//CADO/BOOMER_33/4/ARMENT//SRN_3/NIGRIS_4/3/CANELO_9.1 733
ALTAR84/STINT//SILVER_45/3/GUANAY/4/GREEN_14//YAV_10/AUK/ 5/SOMAT_4/INTER_8 737
ALBIA_1/ALTAR 84//YAZI_1/4/CREX//BOY/YAV_1/3/PLATA_6/5/ SOMAT _4/INTER_8/6/ LIRO_2/ CANELO_9 740
ادامه جدول شماره 3-2 شجره‌نامه ژنوتیپ‌های تهیه شده از مرکز بین‌المللی گندم و ذرت (CIMMYT):
شجره‌نامه شماره ژنوتیپ
SOMAT_4/INTER_8/4/GODRIN/GUTROS//DUKEM/3/THKNEE_11/5/CNDO/PRIMADUR//HAI-OU_17/3/SNITAN 741
PLATA_10/6/MQUE/4/USDA573//QFN/AA_7/3/ALBA-D/5/AVO/HUI/7 /PLATA_13/8/RAFI97/9/MALMUK_1/SERRATOR_1/10/ARMENT//SRN_3/NIGRIS_4/3/CANELO_9.1/11/SHAG_21/DIPPER_2//PATA_2/6/ARAM_7/CREX/ALLA/5/ENTE/MEXI_2/HUI/4/YAV_1/3/LD357E/2*TC60/JO 746
ALTAR 84/BINTEPE 85/3/STOT//ALTAR 84/ALD/4/POD_ 11/YAZI _ 1/5 / VANRRIKSE_12/ SNITAN /6/SOOTY_9/RASCON_37/ WODUCK /CHAM_3 747
CBC 509 CHILE/5/2*AJAIA_16//HORA/JRO/3/GAN/4/ZAR 756
ALTAR 84 760
ALTAR 84/BINTEPE 85/3/STOT//ALTAR84/ALD/4/POD_11/YAZI _1/5/ VANRRIKSE_12/ SNITAN/6/ SOOTY_9/RASCON_37// WODUCK / CHAM _3 764
MINIMUS_6/PLATA_16//IMMER/3/SOOTY_9/RASCON_37/9/USDA595/3/D67.3/RABI//CRA/4/ALO/5/HUI/YAV_1/6/ARDENTE/7/HUI/YAV79/8/POD 769
CBC 514 CHILE/3/AUK/GUIL//GREEN 771
ALTAR 84/STINT//SILVER_45/3/GUANAY/4/GREEN_14// YAV_10 /AUK/5/SOMAT_4/ INTER_8 781
KOFA/3/SOMAT_3/PHAX_1//TILO_1/LOTUS_4 789
RCOL/THKNEE_2/3/SORA/2*PLATA_12//SOMAT_3 791
TADIZ/9/USDA595/3/D67.3/RABI//CRA/4/ALO/5/HUI/YAV_1/6/ARDENTE/7/HUI/YAV79/8/POD_9 792
ALBIA_1/ALTAR 84//YAZI_1/4/CREX//BOY/YAV_1/3/ PLATA_6/5/ SOMAT _4/INTER_8/6 / LIRO_2 /CANELO_9 793
PLATA_10/6/MQUE/4/USDA573//QFN/AA_7/3/ALBA-D/5/AVO/ HUI /7/ PLATA_13/8/RAFI97/9 /MALMUK_1/ SERRATOR_1/10 /ARMENT / /SRN_3 /NIGRIS_4/3/CANELO_9.1 797
CNDO/VEE//PLATA_8/3/6*PLATA_11/4/GUANAY/10/PLATA_10/6/MQUE/4/USDA573//QFN/AA_7/3/ALBA-D/5/AVO/HUI/7/PLATA_13/8 /THKNEE_11/9/CHEN/ALTAR 84/3/HUI/POC // BUB /RUFO/4/FNFOOT/11/ADAMAR_15//ALBIA_1/ALTAR 84/3/SNITAN 798
3-3- روش اجرای طرحقبل از انجام طرح، عملیات خاک‌ورزی شامل شخم عمیق و دوبار دیسک عمود بر هم انجام پذیرفت. قبل از کاشت از کود سوپرفسفات تریپل به میزان 150 کیلوگرم در هکتار و یک‌سوم کل کود اوره مصرفی (100 کیلوگرم در هکتار) و همچنین به میزان 100 کیلوگرم در هکتار از کود سولفات پتاسیم استفاده گردید.
هر کرت شامل 4 ردیف 2 متری بود که بر روی دو پشته کشت گردید. ردیفهای کناری هر پشته به عنوان اثر حاشیه و از دو ردیف وسط جهت نمونهبرداری صفات و اندازهگیری عملکرد و اجزای آن در انتهای فصل رشد استفاده شد. تراکم کاشت برابر 250 بوته در هکتار در نظر گرفته شد. شایان ذکر است که کاشت 240 نمونه این طرح با دست و به مدت یک هفته به طول انجامید. پس از کاشت بذور، اولین آبیاری در تاریخ 28 آبان‌ماه 1391 انجام پذیرفت. با توجه به بارش باران و همچنین کاهش دما اولین نیاز آبی گیاه با توجه به ظرفیت زراعی مزرعه در تاریخ 14 اسفند‌ماه 1391 برآورد و آبیاری صورت گرفت. دور آبیاری‌های بعدی گیاه با توجه به بارش و ظرفیت زراعی مزرعه انجام گرفت و اولین تنش خشکی در مرحله خروج سنبله از برگ پرچم (Booting) اعمال گردید که در ادامه شیوه اعمال تنش آورده خواهد شد.
در طی آزمایش از علفکش توفوردی به میزان 5/1 لیتر در هکتار در تاریخ 5 اسفندماه 1391 برای مبارزه با علف‌های‌ هرز پهن برگ شامل خاکشیر طبی (Descuraina sophila L.)، پیچک (Convolvullus arvensi) و خاکشیر تلخ (Sisymbrium irio L.) در اواسط مرحله پنجه زنی گندم استفاده شد، قابل ذکر است که در تاریخ 31 فروردین‌ماه 1392 به صورت مکانیکی علف‌های هرز باقیمانده وجین شدند. از کود نیتروژنه (اوره 300 کیلوگرم در هکتار) در سه نوبت، مرحله کاشت، مرحله پنجهزنی و ظهور سنبله استفاده گردید که یک سوم کود اوره در زمان کاشت شامل 100 کیلوگرم در هکتار استفاده گردید و مابقی آن در مراحل پنجهزنی و ظهور سنبله مورد استفاده قرار گرفت.
برای آزمایش اول تیمار آبیاری متداول و برای آزمایش دوم تیمار آبیاری محدود (افزایش دور آبیاری در زمان خروج سنبله از برگ پرچم (Booting)) در اواسط اردیبهشت ‌ماه که زمان خروج سنبله از برگ پرچم بود تنش اعمال گردید. به این شکل که پس از اعمال محدودیت آبیاری طول دوره آبیاری با حذف یک دور آبیاری نسبت به نرمال در هر مرحله از آبیاری انجام پذیرفت شایان ذکر است که انجام آبیاری و اعمال محدودیت در تمامی مراحل با توجه به ظرفیت زراعی مزرعه صورت گرفت که برای اقدام به این عمل قبل از آبیاری از 2 عمق خاک مزرعه شامل 30-0 و 60-30 سانتی‌متری نمونه‌برداری انجام می‌گرفت و نمونه‌ها داخل آون در دمای 105 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت خشک گردیده و سپس میزان رطوبت وزنی آ‌‌ن‌ها تعیین گردید و پس از آن آب مورد نیاز برای آبیاری تا رسیدن رطوبت خاک به حد ظرفیت مورد نظر در اختیار مزرعه قرار گرفت.
از روابط زیر برای محاسبه نیاز آبی گیاه استفاده گردید.
θm= تر خاک وزن -خشک خاک وزن خشک خاک وزن=θm رطوبت وزنی خاک که از طریق فرمول بالا به دست می‌آید.
چون Fc به صورت حجمی بود، بنابراین از فرمول زیر جهت به دست آوردن ارتفاع آب مورد نیاز استفاده گردید.
dn=Fc- θm100=dn ارتفاع آب مورد نیاز برای آبیاری
چگالی ظاهری خاک باجگاه 5/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب در نظر گرفته شد.
3-4- اندازهگیری شاخصهای مقاومت به خشکیبرای محاسبه شاخصهای مقاومت به خشکی شاخصهای مورفولوژیک و فیزیولوژیک طی زمان اندازه گیری گردید.
3-4-1- شاخص حساسیت به خشکی (SSI) فیشر و مورر (1978)
SSI = 1-1-
3-4-2- شاخص تحمل به تنش (STI) فرناندز (1992):

3-4-3-میانگین هارمونیک(HMP) فرناندز (1992):
HMP=2Yp×YsYp+Ys3-4-4- میانگین هندسی عملکرد در دو محیط (GMP) فرناندز (1992):

در این روابط Yp و Ys به ترتیب میزان عملکرد هر ژنوتیپ در شریط نرمال و تنش و Yp و Ys به ترتیب میانگین عملکرد ژنوتیپها در شرایط نرمال و تنش است.
3-5-محاسبه وراثت پذیری عمومیمحاسبه وراثت پذیری عمومی با استفاده از فرمول زیر انجام شد (فرشادفر، 1998).
Hb=σ2gσ2g+σ2er = σ2gواریانس ژنتیکی
=r تعداد تکرار
=σ2e واریانس خطای آزمایشی
Hb= وراثت پذیری
واریانس ژنتیکی با توجه به میانگین مربعات ژنوتیپ صفات اندازه‌گیری شده تجزیه واریانس طرح به دست آمد. برای تعداد تکرار، از تکرار موجود در طرح استفاده گردید. برای به دست آمدن واریانس خطای آزمایشی از میانگین مربعات خطا (Ea) محاسبه شده در تجزیه واریانس طرح استفاده گردید.
3-6- اندازهگیری صفات مورفولوژیک، عملکرد و اجزاء عملکردعملکرد دانه: پس از حذف ردیف‌های کناری و 5/0 متر ابتدا و انتهای کرت‌ها بذرهای موجود در مساحت یک متر مربع جدا و عملکرد دانه محاسبه گردید. در ضمن چند نمونه از بذرهای برداشت شده جهت اندازه‌گیری رطوبت به مدت 72 ساعت در دمای 75 درجه سانتی‌گراد آون قرار گرفتند و چون تغییر وزنی چندانی نداشتند لذا پس از برداشت نمونه‌ها، بذرها جدا گردیده توزین شده و وزن بذرها ثبت شد.
عملکرد بیولوژیک: با برداشت بوتهها از سطح خاک، خشک کردن در هوای آزاد (به علت حجم بالای نمونه‌ها) و محاسبه وزن آنها، محاسبه عملکرد بیولوژیک صورت گرفت.
عملکرد سنبله: با جدا کردن سنبلهها از کاه و وزن نمودن آنها انجام گردید.
عملکرد کاه: عملکرد بیولوژیک منهای عملکرد سنبله.
شاخص برداشت: عملکرد دانه تقسیم بر عملکرد بیولوژیک شاخص برداشت را مشخص نمود.
تعداد پنجه بارور: با شمارش تصادفی 10 بوته در هر کرت محاسبه گردید.
علاوه بر صفات فوق تعداد دانه در سنبله، وزن دانه در سنبله، تعداد دانه در سنبلک، ارتفاع بوته و سطح برگ مورد محاسبه قرار گرفت.
3-7- اندازه گيري دماي سایه‌انداز
3-7-1- شرايط مكاني و محيطي اندازه‌گيري دماي سایه‌انداز:اندازه‌گيري دماي سایه‌انداز (CT) در زماني انجام شد كه آسمان صاف و آرام بود و همچنين سطح گياه خشك و با شبنم صبحگاهي، باران و آبياري مرطوب نشده بود (Reynolds et al., 2012 ). البته CIMMYT شرايط اندازه گيري را روز گرم و آفتابي و ابرناكي كم همراه با رطوبت نسبي کمتر از 60% (RH<60%) و دماي بالاي 15 درجه سانتي‌گراد در نظر گرفته است که شرایط اندازه‌گیری دمای سایه‌انداز با شرایط مفروض سیمیت مطابقت داشت. بدین مفهوم که رطوبت نسبی محیط در زمان اندازه‌گیری دمای سایه‌انداز بین 23% تا 2/24% اندازه‌گیری شد.
3-7-2-زمان مناسب اندازه‌گيري دماي سایه‌انداز در طول روز:با توجه به این‌که بهترين زمان وقتي است كه گياه در بيشترين تنش آبي ‌باشد كه اين زمان يك ساعت قبل تا دو ساعت بعد از ظهر مي‌باشد و به طور معمول ساعت 11 تا 14 روز در نظر گرفته مي‌شود لذا اندازه‌گیری دمای سایه‌انداز در ساعت 12 تا 5/13 انجام شد تا کمترین نوسان دمایی در زمان بیشترین تنش آبی اعمال گردد تا کل داده‌های مشاهده شده در شرایط کمترین تغیرات دمایی هوا قرائت شوند.
3-7-3- شرايط رشد و نموي گياه جهت اندازه گيري دماي سایه‌انداز:دو بار از مرحله گرده‌افشانی تا اواخر پر شدن دانه با فاصله زمانی 7-5 روز دمای سایه‌انداز اندازه‌گيري شد نكات مهم كه در اين مرحله رعايت شدند عبارتند از: الف) زمان شروع اندازه‌گيري وقتي بود كه سطح زمين توسط گياه مورد نظر كاملا پوشيده شده بود و زماني كه در 10% گياهان سنبله مشاهده شد اندازه‌گيري متوقف گردید. دقت گردید كه هنگام استفاده از دماسنج مادون قرمز (IRT) تشعشعات خروجي دستگاه با خاك برخورد نكند زيرا دماي خاك با دماي سایه‌انداز متفاوت است و سطح خاك باعث مي‌شود تا در اندازه‌گيري دما خطا ‌رخ دهد. لازم به ذکر است که از دماسنج مادون قرمز جهت اندازه‌گیری دمای سایه‌انداز گیاه استفاده گردید. ب) در اندازه‌گيري مرحله دوم كه پس از طي مرحله گلدهي گياه بود دماي ساقه، برگ و سنبله همزمان قرائت گردید.
3-7-4 – تعداد نمونه در هر كرت ادوات و روش اندازه گيريبراي هر كرت چهار مرتبه نمونه‌برداری صورت گرفت و میانگین آنها ثبت گردید. براي قرائت دقیق دما توسط دستگاه دماسنج مادون قرمز (IRT) بايد به گونه‌ای مستقر می‌شدم كه سايه خود و همچنين كرت‌هاي مجاور روي محل نمونه برداري نباشد. دو قرائت از هر مكان انجام شد و هنگام برابر بودن هر دو قرائت دمای اندازه‌گیری ثبت می‌شد. فاصله دستگاه و زاويه آن



قیمت: 11200 تومان

مطالعه امکان استفاده از مواد حفاظتي نوين سازگار با محيط زيست در صنايع چوب ايران

دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
دانشکده صنایع چوب و کاغذ گروه تکنولوژی و مهندسی چوب
تحقيق نظري جهت اخذ مدرک کارشناسي ارشد (M.SC.)
در رشته حفاظت و اصلاح چوب
عنوان:
مطالعه امکان استفاده از مواد حفاظتي نوين سازگار با محيط زيست در صنايع چوب ايران
تحقیق و نگارش:
ميلاد بهفر شايان
استاد راهنما:
محراب مدهوشي
تابستان ۱۳۹۱

دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
دانشکده صنایع چوب و کاغذ گروه تکنولوژی و مهندسی چوب
تحقيق نظري جهت اخذ مدرک کارشناسي ارشد (M.SC.)
در رشته حفاظت و اصلاح چوب
عنوان:
مطالعه امکان استفاده از مواد حفاظتي نوين سازگار با محيط زيست در صنايع چوب ايران
تحقیق و نگارش:
ميلاد بهفر شايان
استاد راهنما:
محراب مدهوشي
تابستان ۱۳۹۱
صورت‌جلسه دفاع:
تقديم:
آن دو که توانشان رفت تا به توانایی برسم و موهایشان سپید گشت تا رویم سپید بماند.
به آنان که وجودم برایشان همه رنج بوده و وجودشان برایم همه مهر
پدر عزیز و بزرگوارم
به او که رایحه ایمان است و الفبای صداقت و دنیای گذشت، چشمانش تشعشع نور الهی است و دستانش گهواره دعا
مادر مهربان و دلسوزم
به بهشت نمی روم اگر مادرم آنجا نباشد.
تقدیم به همسر عزیزم که امید لخش و روشنایی زندگی من است.
تقدیم به برادرانم که همواره تکیه گاه من بوده اند.
قدرداني:
سپاسگزار کساني هستم که سرآغاز تولد من هستند؛
از يکي زاده مي‌شوم و از ديگري جاودانه؛
استادي که سپيدي را بر تخته سياه زندگيم نگاشت و؛
پدر و مادري که تار مويي از آنها بپاي من سياه نماند.
همسر مهربانم ؛
که همواره در تمامی مراحل این پایان نامه با نهایت محبت ها و صبوری های خود،
مرا در انحام این مهم یاری نمود.
چکيده:
حفاظت چوب مي‌تواند سبب نگهداري و بقاي جنگل‌ها، حفاظت از چوب آلات با چوب برون فراوان، فراهم ساختن امکان استفاده از گونه هاي کم دوام، افزايش عرصه استفاده از چوب در محيط‌هاي مختلف، افزايش عمر مفيد چوب، استفاده از چوب درشرايط تخريب، کاهش استفاده از مواد جايگزين، صرفه اقتصادي، زيست محيطي، گردد. يکي از اهداف صنعت حفاظت چوب جلوگيري از پوسيدگي‌هاي بيولوژيک در چوب است. يکي از راهکارهاي حفاظتي براي مقابله با پوسيدگي قارچي، تيمار چوب با مواد حفاظتي شيميايي کارآمد مي‌باشدکه در اين رابطه حفاظت از محيط زيست را نيز بايد مد نظر قرارداد. براي مقابله با عوامل مخرب بيولوژيکي مي‌توان از تکنيک‌هايي مثل خشک نگه داشتن چوب، استفاده از حشرهکش و قارچکش‌هاي مناسب، استفاده از چوبآلاتي که به طور طبيعي داراي دوام هستند و يا استفاده از چوب‌هاي حفاظت شده يا اصلاح شده، استفاده نمود. همچنين براي محافظت در برابر آتش از مواد کندسوزکننده و ضد آتش و براي جلوگيري از تخريب سطحي چوب مي‌توان از پرداخت‌ها و رنگ‌ها استفاده نمود. با توجه به اين مطلب که کشور ما از جمله کشورهايي است که دچار فقر درختان صنعتي مي‌باشد، مي‌توان با شناسايي مواد حفاظتي مناسب عمر مفيد چوب آلات را از چند سال به چندين سال افزايش داد تا از خروج سرمايه ملي براي واردات چوب کاسته گردد. در اين تحقيق مواد حفاظتي مختلف با تاکيد بر مواد نوين سازگار با محيط زيست از ديدگاه ساختاري بررسي شده‌اند تا بتوان برآوردي مقايسه اي ميان آنها انجام داده و ماده مناسب را با توجه به شرايط و امکانات موجود، انتخاب نمود.
کلمات کليدي: حفاظت چوب، مواد حفاظتي، صنعت چوب، محيط زيست، ايران
فهرست مطالب:
فصل اول: مقدمه……………………………………………………………………………………………………….1
فصل دوم: تاريخچه ………………………………………………………………………………………………….7
فصل سوم: مواد حفاظتي متعارف و نوين چوب……………………………………………………………18
3-1- مواد حفاظتي متعارف چوب در برابر عوامل بيولوژيک………………………………………..19
3-1-1- کرومات مس اسيدي…………………………………………………………………………………….20
3-1-2- آرسنات روي مس آمونياکي(ACZA)…………………………………………………………….22
3-1-3- مس 4 آمونياکي(ACQ)……………………………………………………………………………….24
3-1-3-1- ACQ-A……………………………………………………………………………………..25
3-1-3-2- ACQ-B……………………………………………………………………………………..26
3-1-3-3- ACQ-C……………………………………………………………………………………..26
3-1-3-4- ACQ-D…………………………………………………………………………………….26
3-1-4- کوات مس مايکرونايز شده (MCQ)……………………………………………………………..28
3-1-5- مس قليايي DCOI (ACD)……………………………………………………………………….29
3-1-6- مس دو ظرفيتي (دي متيل دي تيو کاربامات) (CDDC)…………………………………..30
3-1-7- تبوکونازول…………………………………………………………………………………………………31
3-1-8- پروپيکونازول……………………………………………………………………………………………….33
3-1-9- ايميداکلوپرايد……………………………………………………………………………………………….35
3-1-10- EL2………………………………………………………………………………………………………..37
3-1-11- کاپرازل……………… …………………………………….. …………………………………………….37
3-1-12- مس HDO (CXA)…………………………………. …………………………………………….39
3-1-13- نفتانات مس (بر پايه آب)………………………… …………………………………………………41
3-1-14- بورون معدني (بوراکس- اسيد بوريک) SBX……………………….. …………………….43
3-1-15- دي سديم اکتا برات تترا هيدرات DOT……………. ………………………………………..45
3-1-16- کلسيم برات ……………….. …………………………………….. …………………………………..46
3-1-17- برات روي……………… …………………………………….. ………………………………………..46
3-1-18- KDS…………………. …………………………………….. ………………………………………….48
3-1-19- شيمي پليمر بتاين………… …………………………………….. ……………………………………49
3-1-20- پنتاکلروفنول…………………………… …………………………………….. ………………………..51
3-1-21- نفتانات مس بر پايه روغن…………………………. ……………………………………………….53
3-1-22- نفتانات روي…………………….. …………………………………….. ………………………………55
3-1-23- مس 8 کيونيولات…………………… …………………………………….. …………………………56
3-1-24- سه-يدو-دو-پروپينل بوتيل کاربامات……………….. ………………………………………….58
3-1-25- پرمترين……………………… …………………………………….. ……………………………………59
3-1-26- ساي پرمترين………………………… …………………………………….. ………………………….61
3-1-27- ترکيبات آلکيل آمونيوم…………………….. …………………………………….. ………………..63
3-1-28- دي دسيل دي متيل آمونيوم بي کربنات(DDABC) ………………………………………64
3-1-29- کلروپيريفوس………………… …………………………………….. …………………………………64
3-1-30- دو- تيوسياناتومتيل تيو بنزوتيازول (TCMTB)………………… …………………………66
3-1-31- دلتامترين………………………. …………………………………….. ………………………………….67
3-1-32- بيفترين………………………. …………………………………….. ……………………………………68
3-1-33- کاربندازيم…………………. …………………………………….. ……………………………………..69
3-1-34- کلروتالونيل………………….. …………………………………….. ………………………………….70.
3-1-35- بنزيميدازول……………………….. …………………………………….. …………………………….71
3-1-36- کربوکسيمايد…………….. …………………………………….. ……………………………………..73
3-1-37- استات مس دو ظرفيتي……………………. …………………………………….. …………………74
3-1-38- ساي فلوترين………………………….. …………………………………….. ………………………..74
3-1-39- فيپرونيل…………. …………………………………….. ………………………………………………..76
3-1-40- ترکيبات آلي آلومينيوم دار….. ……………………………………………………………………….77
3-1-41- ترکيبات آلومينيوم سه ظرفيتي……………….. …………………………………………………….78
3-1-42- سيليکون آلي…………………. …………………………………….. …………………………………78
3-1-43- توليفلوآنيد…………………… …………………………………….. …………………………………..79
3-2- مواد و روش‌هاي حفاظتي نوين سازگار با طبيعت……………………………………………..86
3-2-1- تيمار حرارتي…………………. …………………………………….. …………………………………..89
3-2-2- ترمو وود…………… …………………………………….. ……………………………………………….90
3-2-3- پلاتو…………… …………………………………….. …………………………………………………….90
3-2-4- فرآيند رتيفيکاسيون و پردور…………………. ………………………………………………………91
3-2-5- تيمار حرارتي روغن………….. …………………………………….. ………………………………..92
3-2-6- استيلاسيون……………………….. …………………………………….. ……………………………….96
3-2-7- فورفوريلاسيون…………………….. …………………………………….. …………………………….97
3-2-8- متيلول (DMDHEU)………………… …………………………………….. …………………….98
3-2-9- واکنش تيمار روغن………… ………………………….. ……………………………………………..99
3-2-10- آب گريزي………….. …………………………………….. …………………………………………100
3-2-11- ترکيبات آلي سيليکون…………………… …………………………………….. …………………100
3-2-12- رزين و تيمار روغن ……………….. …………………………………….. ………………………100
3-2-13- تيمار ملامينه …………….. …………………………………….. …………………………………..101
3-2-14- تيمار روغن داغ……………… …………………………………….. ……………………………….101
3-2-15- فرآيند رويال……………….. …………………………………….. …………………………………102
3-2-16- تغيير پذيري در ميزان اصلاح در چوب………………………… …………………………….102
3-2-17- کايتوزن…………….. …………………………………….. …………………………………………..103
3-2-18- آلفا اسديسون…………….. …………………………………….. …………………………………..106
3-2-19- چريش………. …………………………………….. …………………………………….. ………….108
3-2-20- روغن‌هاي اصلي……….. …………………………………………………………………………….109
3-2-21- وسمه نيل…………….. …………………………………….. ………………………………………..109
3-2-22- پيرتروم…………… …………………………………….. …………………………………………….110
3-2-23- ESR–1721…… …………………………………….. ………………………………………….112
3-2-24-ESR–1980………….. …………………………………….. …………………………………..112
3-2-25- ESR–2067…………….. …………………………………….. ……………………………….112
3-2-26-ESR–2240……………. …………………………………….. …………………………………113
3-2-27-ESR–2325……………… …………………………………….. ……………………………….113
3-2-28-ESR–2711………….. …………………………………….. …………………………………..113
3-3- کندسوز کننده‌ها و مواد ضد آتش………………………………………………………………….114
3-3-1- فرمولاسيون کند سوز کننده‌ها…………………….. ……………………………………………….116
3-3-2- فسفر……….. ………………………………………………………………………………………………116
3-3-3- برون………… …………………………………….. ……………………………………………………..116
3-3-4- آمونيوم سولفات…………. …………………………………….. …………………………………….117
3-3-5- آمونيوم فسفات……… …………………………………….. ………………………………………….118
3-3-6- دي آمونيوم فسفات………. …………………………………….. …………………………………..119
3-3-7- آمونيوم دي هيدروژن فسفات………….. …………………………………….. ………………….119
3-3-8- کلريد روي………………… …………………………………….. …………………………………….120
3-3-9- بوريک اسيد……………… …………………………………….. ……………………………………..121
3-3-10- براکس……………… …………………………………….. ……………………………………………122
3-3-11- گوانيل اوره فسفات……………. …………………………………….. ……………………………124
3-3-12- اندود هاي آماس کننده……………. ……………………………………………………………….125
3-3-13- اندود هاي غير آماس کننده …………….. ……………………………………………………….125
3-3-14- سديم سليکات…………….. ………………………………………………………………………….125
3-4- پرداخت‌هاي نهايي…………….. …………………………………….. …………………………………….127
3-4-1- رزين هاي طبيعي و رزين هاي اصلاح شده…………….. …………………………………..129
3-4-2- شلاک …………….. …………………………………….. …………………………………………….129
3-4-3- کلوفان يا روغن روزين …………………………………….. ………………………………………130
3-4-4- واکس‌ها…………….. …………………………………….. …………………………………………….130
3-4-5- واکس زنبور…………….. …………………………………….. ……………………………………….130
3-4-6- واکس کارنائوبا……………. …………………………………….. ……………………………………131
3-4-7- واکس‌هاي ترکيبي……………. …………………………………….. ……………………………….131
3-4-8- پوشش دهنده هاي وابسته به سلولز……………. …………………………………….. ……….132
3-4-9- استر هاي سلولز(CAB و CAP ) ……………. …………………………………………….132
3-4-10- نيترات سلولز……………. …………………………………….. …………………………………….133
3-4-11- سلولز اتر……………. …………………………………….. ………………………………………….134
3-4-12- آلکيد ها (رزين هاي پلي استري روغن اصلاح شده) ……………………………………135
3-4-13- آلکيد هاي خشک شونده…………….. ……………………………………………………………137
3-4-14- آلکيد هاي استايرن و ونيلي……………. …………………………………………………………137
3-4-15- سيليکون آلکيد……………. …………………………………….. ………………………………….137
3-4-16- آلکيد هاي غير خشک شونده……………. ………………………………………………………138
3-4-17- آلکيد هاي با سختي بالا……………. …………………………………….. ……………………..138
3-4-18- ايزوسيانات ها و پلي اورتان ها……………. …………………………………….. ……………138
3-4-19- تولوئن دي ايزوسيانات(TDI) …………….. …………………………………….. ………….139
3-4-20- هگزا متيلن دي ايزوسيانات (HDI) …………….. …………………………………………..140
3-4-21- آمينو رزين (اوره و ملامين) ……………. ……………………………………… ………………142
3-4-22- رزين هاي پلي استر……………. …………………………………….. …………………………..143
3-4-23- رزين هاي آکريليک…………….. …………………………………….. ………………………….144
3-4-24- رزين هاي آکريليک ترمو پلاستيک…………….. ……………………………………… …….145
3-4-25- رزين هاي ونيلي…………….. …………………………………….. ………………………………145
3-4-26- رزين هاي اپوکسي……………. …………………………………….. …………………………….146
3-4-27- واکنش با آمين‌ها و يا آميد ها (نوکلئوفيل ها) ……………. ……………………………….147
3-4-28- استر هاي اپوکسي…………….. …………………………………….. …………………………….148
3-4-29- پوشش دهنده هاي بر پايه آب…………….. ………………………………………… ………..149
3-4-30- آلکيد ها و پلي استر هاي محلول در آب …………………………………………………….150
3-4-31- رزين هاي آکريليک محلول در آب………….. ………………………………………………..151
3-4-32- رزين هاي اپوکسي بر پايه آب……………. …………………………………………………….151
3-4-33- عوامل ضد واکشيدگي……………. …………………………………….. ………………………..151
3-4-34- جذب کننده هاي UV…………….. ………………………………………………………………152
3-4-35- رنگ‌ها (رنگ دانه ها و رنگ زني) ……………. ………………………………………………153
فصل چهارم: بحث و نتيجه گيري……………. ……………………………………… …………………………..155
فصل پنجم: فهرست منابع……………. ……………………………………….. …………………………………….159
فهرست جدولها:
فصل اول: مقدمه
جدول 1-1- استانداردهاي AWPA پيرامون شرايط متفاوت مصرف
فرآورده هاي تيمار شده………………………………………………………………………………5
جدول 1-2- استانداردهاي اروپايي پيرامون شرايط متفاوت مصرف
فرآورده هاي تيمار شده……………………………………………………………………………..6
جدول1-3- فهرستي از مواد حفاظتي متعارف چوب و برخي از وي‍ژگي هاي آنها……………….81
فصل دوم: تاريخچه
جدول 2-1- تاريخچه حفاظت چوب…………………………………………………………………………..14
فصل سوم: کليات
جدول 3-1-1-ميزان خورندگي فلزات مختلف توسط نفتانات مس بر پايه آب
در غلظت‌هاي مختلف در مقايسه با مواد حفاظتي ديگر…………………………………42
دول 3-4-1- ايزوسيانات و خواص پوششي آن………………………………………………………..140
جدول 3-4-2- تغيير رنگ ايزوسيانات ها…………………………………………………………………..141
جدول 3-4-3- اجزا ترکيبي و ويژگي آنها در توليد پلي استر………………………………………..144
فهرست شکل‌ها:
فصل سوم: کليات
3-1- مواد حفاظتي چوب در برابر عوامل بيولوژيک
شکل 3-1-1- نسبت کوات به اکسيد مس در ماده ACQ………………………………………………..24
شکل 3-1-2- کواترنري آمونيوم کمپاند(کوات)…………………………… ………………………………24
شکل 3-1-3- بنزالکونيوم کلرايد(BAC)………………… …………………………….. ………………….25
شکل 3-1-4- مس قليايي DCOI (ACD)………………….. …………………………….. ………………29
شکل 3-1-5- مس دوگانه (دي متيل دي تيو کرباميد) (CDDC)………………….. ……………….30
شکل 3-1-6- تبوکونازول……………………… …………………………….. …………………………………32
شکل 3-1-7- پروپيکونازول………………… …………………………….. …………………………………..34
شکل 3-1-8- ساختار مولکولي ايميداکلوپرايد………………………………. …………………………….36
شکل 3-1-9- انواع کاپرازل و نسبت ساختار تشکيل دهنده آن…………………… …………………38
شکل 3-1-10- نسبت مواد تشکيل دهنده Copper HDO…………………….. ……………………40
شکل 3-1-11- نفتانيک اسيد……………………. …………………………….. ………………………………41
شکل 3-1-12- نفتانات مس (بر پايه آب)……………………… …………………………….. …………..41
شکل 3-1-13- ساختار شيميايي بورات…………. …………………………….. ………………………….43
شکل 3-1-14- دي سديم اکتا برات تترا هيدرات………………… …………………………….. ………45
شکل 3-1-15- ساختار شيميايي تري متيل برات………………….. ……………………………… …….47
شکل 3-1-16- پليمر بتايين…………………… …………………………….. …………………………………49
شکل 3-1-17- پليمر بتاين با شکل يون مثبت…………………….. ………………………………………50
شکل 3-1-18- پيوند هيدروژني بين چوب و DPAB……………………………………………………50
شکل 3-1-19- پنتاکلروفنول…………………. …………………………….. ………………………………….52
شکل 3-1-20- نفتانات مس…………………. …………………………….. ………………………………….54
شکل 3-1-21- نفتانات روي……………….. …………………………….. …………………………………..56
شکل 3-1-22- مس 8 کيونيولات…… …………………………….. …………………………………………57
شکل 3-1-23- IPBC……………… …………………………….. ……………………………………………..58
شکل 3-1-24- ساختار مولکولي پرمترين…………….. …………………………….. …………………….59
شکل 3-1-25- ساي پرمترين و شباهت ساختاري با حشره کش‌هاي شيميايي…………………..62
شکل 3-1-26- برخي از ترکيبات موجود در محصولات حاوي ساي پرمترين…………………..62
شکل 3-1-27- دي دسيل دي متيل آمونيوم کلرايد(DDAC)…………………………………………..63
شکل 3-1-28- 4,5-Dichloro-2-N-Octyl-4-Isothiazolin-3-One (DCOI)……….64
شکل 3-1-29- ساختار مولکولي کلروپيريفوس…………….. …………………………………………….65
شکل 3-1-30- تيوسياناتومتيل تيو بنزوتيازول…………………… …………………………….. ………..66
شکل 3-1-31- ساختار شيميايي دلتامترين……………… …………………………….. ………………….67
شکل 3-1-32- ساختار شيميايي بيفترين………………….. …………………………….. ………………..68
شکل 3-1-33- کاربندازيم………………. …………………………….. ……………………………………….70
شکل 3-1-34- کلروتالونيل…………………… …………………………….. …………………………………71
شکل 3-1-35- بنزيميدازول……………. …………………………….. ……………………………………….72
شکل 3-1-36- واکنش بنزن و ايميدازول و تشکيل بنزيميدازول………….. ………………………..72
شکل 3-1-37- واکنش اسيدکربوکسيليک با آمين‌ها و تبديل به کربوکسي آميد………………….73
شکل 3-1-38- ساي فلوترين…………….. …………………………….. …………………………………….75
شکل 3-1-39- فيپرونيل……………… …………………………….. …………………………….. …………..76
شکل 3-1-40- توليفلوآنيد…………. …………………………….. …………………………….. ……………79
3-2- مواد و روش‌هاي حفاظتي سازگار با طبيعت
شکل 3-2-1- وابستگي دوام و مقاومت در تيمار حرارتي……………….. ……………………………93
شکل 3-2-2- ساختار کتين و کايتوزن……………. …………………………….. ………………………..104
شکل 3-2-3- کاربردهاي کايتوزن………….. …………………………….. ……………………………….106
شکل 3-2-4- آلفا اسديسون………… …………………………….. …………………………………………107
شکل 3-2-5- هورمون‌هاي جواني………………. …………………………….. ………………………….107
3-3- کندسوزکننده ها و مواد ضد آتش
شکل 3-3-1- آمونيوم سولفات………. …………………………….. ………………………………. …….117
شکل 3-3-2- آمونيوم فسفات…….. …………………………….. …………………………….. ………….118
شکل 3-3-3- دي آمونيوم فسفات………… …………………………….. …………………………………119
شکل 3-3-4- آمونيوم دي هيدروژن فسفات………… …………………………….. ………………….120
شکل 3-3-5- بوريک اسيد……………………… …………………………….. ……………………………..121
شکل 3-3-6- گوانيل اوره فسفات ……………………….. …………………………….. ………………..124
شکل 3-3-7- سديم سليکات………………. …………………………….. …………………………………125
3-4- پرداخت‌هاي نهايي
شکل 3-4-1- قسمتي از زنجيره نيترات سلولز………. …………………………….. ………………….134
شکل 3-4-2-شماره 1 گليسرول، شماره 2 پنتا اريترول……………….. ……………………………..135
شکل 3-4-3-شماره 1 ارتوفتاليک اسيد شماره 2 ايزوفتاليک اسيد…………… …………………..135
شکل 3-4-4- نمايش نموداري ترکيبات آلکيد ها………… …………………………………………….136
شکل 3-4-5- مولکول اورتان (اتيل کاربامات) حاصل از واکنش بين اوره با اتيل الکل……..138
شکل 3-4-6- شکل گيري بيوريت (دي ايزوسيانات+ آب)…………………………………………..140
شکل 3-4-7- واکنش ايزوسيانات با آب توليد دي اکسيد کربن مي‌کند…………………………..140
شکل 3-4-8- واکنش بين اوره و فرمالدئيد…………………………………………………………………142
شکل 3-4-9- توليد زنجيره خطي پلي استر از واکنش گروه دي الکل با گروه
دي کربوکسيليک اسيد………… …………………………….. …………………………….. …………………143
شکل 3-4-10- آکريلات (1) و متاکريلات (2) استر………….. ……………………………… ……..145
شکل 3-4-11- مونومر ونيل استات………… …………………………….. ………………………………146
شکل 3-4-12- واکنش گروه اپوکسي با آمين ثانويه…… …………………………….. ………………147
شکل 3-4-13- واکنش پيوند اسيد با حلقه اپوکسي و توليد گروه هاي هيدروکسيل…………147
شکل 3-4-14- ايجاد پيوند دروني به واسطه بار مثبت حاصل از واکنش پيوند اسيد با حلقه
اپوکسي و توليد گروه هاي هيدروکسيل……………………. …………………………….. ……………….148
شکل 3-4-15- رفتار ويسکوزيته آلکيدها و پلي استرهاي بر پايه آب………… …………………150
فصل اول:
مقدمه
رشد بي سابقه جمعيت جهان در 50 سال گذشته سبب گرديده تا کره خاکي ما به تراکم شش ميلياردي از انسان دست يابد. افزايش چشم گيرجمعيت سبب پديدار شدن مشکلات فراوان در عرصه هاي مختلف گرديده است. رشد جمعيت در حالي است که مصرف مواد اوليه به طور قابل توجهي افزايش يافته، به طوريکه مي‌توان گفت نرخ رشد جمعيت در بسياري از کشور ها بيش از نرخ رشد مصرف کالا در آن کشورها است.
چوب يکي از مهم‌ترين مواد خامي است که در تمامي عرصه هاي تاريخي، از ابتداي خلقت بشر تا امروز در زندگي انسان‌ها وجود داشته و با پيشرفت علم استفاده از آن بهبود يافته و خواص و ويژگي‌هاي بي همتاي آن، جايگاه چوب را در زندگي بشر پايدار گردانده است. با وجود توسعۀ فراوان درساخت مواد مصنوعي فلزي و پلاستيکي هنوز جايگاه چوب به عنوان يک ماده اوليه ويژه، حفظ شده است. به صراحت مي‌توان گفت چوب عمده‌ترين ماده اوليه در جهان است. بسياري از کشورهاي جهان توانايي توليد چوب، بيش از نياز خود را دارند؛ اين در حالي است که بسياري از کشورها از فقر چوب رنج مي‌برند و ساليانه هزينه فراواني را براي جبران اين کمبود متقبل مي‌شوند. يکي از علل استفاده از مواد جايگزين چوب در اين کشورها، همين مسئله است.
حفاظت چوب مي‌تواند سبب نگهداري و بقاي جنگل‌ها، حفاظت از چوب آلات با چوب برون فراوان، فراهم ساختن امکان استفاده از گونه هايکم دوام، افزايش عرصه استفاده از چوب در محيط‌هاي مختلف، افزايش عمر مفيد چوب، استفاده از چوب درشرايط تخريب، اثر بر روي استفاده از مواد جايگزين، صرفه اقتصادي، اجتماعي، زيست محيطي، گردد.
يکي از اهداف صنعت حفاظت چوب جلوگيري از پوسيدگي‌هاي بيولوژيک در چوب است. يکي از راهکارهاي حفاظتي براي مقابله با پوسيدگي قارچي، تيمار چوب با مواد حفاظتي شيميايي کارآمد مي‌باشد که در اين رابطه حفاظت از محيطزيست را نيز بايد مد نظر قرارداد.
براي مقابله با عوامل مخرب بيولوژيکي مي‌توان از تکنيک‌هاي مثل خشک نگه داشتن چوب، استفاده از حشرهکش و قارچکش‌هاي مناسب و يا استفاده از چوبآلاتي که به طور طبيعي داراي دوام هستند و يا استفاده از چوب‌هاي حفاظت شده يا اصلاح شده استفاده نمود. جلوگيري از تماس قارچي با چوب مي‌تواند روش مناسبي براي به حداقل رساندن تکثيرکلوني‌هاي ميکروبي و ياتشکيل کپک در چوب باشد. اصلاح سطح چوب با استفاده از نانوذرات تکثير باکتري‌ها و کلوني‌هاي قارچ‌ها را به طورچشمگيري کاهش مي‌دهد. ذرات نانو روي، با قطر در حدود 30 نانومتر، مي‌تواند وارد حفرههاي سلولي شده و از طريق پونکتوآسيون ها به ديواره سلولي و ساير حفرات رسوخ کرده و در روي ديواره يک اتصال قوي را ايجاد نمايد و اين عمل بافت گردد تا از حملات ميکروبي جلوگيري شود.
تيمار چوب با مواد ضد آتش مي‌تواند، حساسيت چوب در برابر آتش را از بين ببرد و يا کاهش دهد و همچنين استفاده از مواد ضد آب مي‌تواند سبب مقاومت چوب در برابر رطوبت و استفاده از آن در محيط‌هاي آب و در تماس با رطوبت گردد. استفاده از پرداخت‌هاي نهايي مناسب مي‌تواند يکي از ساده‌ترين راهکارهاي حفاظتي به خصوص براي مصارف داخلي باشد.
چوب آلات تيمار شده بايستي دو معياراصلي را رعايت کنند:
1 . نياز مصرف کننده از چوب تيمار شده در محيط مصرف را برآورد کنند.
2 . در محيط مصرف، بايد بدون ايجاد ريسک غير معقول، براي انسان و يامحيطزيست باشند.
آژانس حفاظت چوب آمريکاEPA از جمله سازمان‌هايي است که به تنظيم آييننامهها و ضوابط مورد نياز براي توليد و مصرف مواد حفاظتي مي‌پردازد. بر اساس قانون ايالات متحده آمريکا، هر محصولي پيش از فروش و توزيع، بايد توسط اين سازمان مورد بررسي قرار بگيرد.
درجه حفاظت به دست آمده به مقدار مصرف مواد حفاظتي و نفوذ مناسب و ماندگاري مواد شيميايي بستگي دارد. بعضي از مواد حفاظتي نسبت به بقيه موثرتر هستند، و بعضي براي مصارف خاص مناسب هستند. در شرایط مختلف، روش‌هاي مختلفي از تيمار چوب در دسترس است اما عموما تيمارپذيري برای گونههاي چوبي با درون چوب کم مورد استفاده بوده و پايداري تيمار در برون چوب بيشتر است. براي به دست آوردن تأثير طولاني مدت ونفوذ مناسب و ماندگاري براي هر يک از گونه هاي چوبي ماده شيمايي حفاظتي و روش تيمارخاصي مورد نياز است. براي مواد حفاظتي که در چوب به کارمي‌روند توصيه‌هايي شده است که مي‌توانند در سطح ماندگاري و نفوذ مناسب افزايش بسياري در سالم ماندن ساختار چوب ايجادکنند. بنابراين هزينه عادي جايگزيني چوب تيمار شده در سرويس خيلي کمتر از همان چوب بدون تيمار است. در تشريح روش‌هاي تيمار مواد حفاظتي و گونه هاي چوبي، براي حفاظت مورد نياز در شرايط خاص و در معرض گذاري و خارج از ساختمان به صورت ترکيبي بايد تهيه شوند. همه اين فاکتورها به وسيله انجمن حفاظت گران چوب آمريکا (AWPA) وانجمن آزمايشات و مواد آمريکا (ASTM) مطرح شده‌اند.
محور اصلي اين تحقيق، پيرامون مواد حفاظتي مناسب جهت مقابله با هوازدگي، قارچ‌ها، حشرات و همچنين مواد ضد آب، کند سوز کننده ها و پرداخت‌هاي نهايي با تاکيد بر مواد نوين و سازگار با محيطزيست مي‌باشد. اميد است که آشنايي بهتر با مواد مناسب حفاظتي بتواند مسير استفاده بهينه از چوب به عنوان يک ماده ارزشمند را که در بسياري از کشورهاي پيشرفته مدت‌هاست هموار گشته، را براي کشور ما نيز هموار گرداند. شناخت مواد حفاظتي چوب و چوب‌هاي حفاظت شده باعث تسهيل در انتخاب، شناخت، خريد و نصب صحيح و آگاهانه مصالح مي‌گردد. اهميت به افزايش عمر مفيد چوب و کيفيت آن در سرويس سبب اطمينان بيشتر به اين ماده در صنعت مي‌گردد. با توجه به اين مطلب که کشور ما از جمله کشورهايي است که دچار فقر درختان صنعتي مي‌باشد، اميد است استفاده از مواد و راهکارهاي حفاظتي مناسب بتواند عمر مفيد چوب آلات را از چند سال به چندين سال افزايش دهد تا از خروج سرمايه ملي براي واردات چوب کاسته گردد. استاندارد هاي و قوانين مورد استفاده در اين تحقيق عموما، بر اساس سازمان‌هاي، انجمن حفاظت گران چوب آمريکا(AWPA ) و آژانس حفاظت محيطآمريکا(EPA) ميباشند.
معرفي برخي از استاندارد هاي بين‌المللي پيرامون سميت مواد شيميايي:
جدول 1-1- استانداردهاي AWPA پيرامون شرایط متفاوت مصرف فرآورده هاي تيمار شده به صورت زير مي‌باشند: 
UC1 قابل استفاده در محيط خشک داخلي.
UC2 قابل استفاده در محيط مرطوب داخلي.
UC3A قابل استفاده در محيط خارجي در بالاي سطح زمين در حالتي که محصول با مواد ضد آب پوشش داده شده است.
UC3B قابل استفاده در محيط خارجي در بالاي سطح زمين در حالتي که محصول با مواد ضد آب پوشش داده نشده است.
UC4A قابل استفاده در تماس با زمين براي استفاده عمومي.
UC4B قابل استفاده در تماس با زمين در شرايط سخت.
UC4C قابل استفاده در تماس با زمين در شرايط بسيار دشوار.
UC5A قابل استفاده در محيط دريايي مثل درياهاي شمالي و آب‌هاي شور.
UC5B قابل استفاده در محيط دريايي مثل درياهاي مرکزي و آب‌هاي شور.
UC5C قابل استفاده در محيط دريايي مثل درياهاي جنوبي و آب‌هاي شور.
UCFA قابل استفاده در محيط داخلي در بالاي سطح زمين و مقاوم در برابر آتش.
UCFB قابل استفاده در محيط بيروني در بالاي سطح زمين و مقاوم در برابر آتش.
جدول 1-2- استانداردهاي اروپايي پيرامون شرايط متفاوت مصرف فرآورده هاي تيمار شده به صورت زير مي‌باشد:
HC 1 قابل استفاده در بالاي سطح زمين در رطوبت کم‌تر از 20 درصد و استفاده باپوشش ضد آب.
HC2 قابل استفاده در بالاي سطح زمين در شرايطي که رطوبت گاهاً بالاي 20 درصد و همچنين افزايش ريسک تر شوندگي، استفاده با پوشش ضد آب.
HC3 قابل استفاده در بالاي سطح زمين بدون پوشش و در شرايط رطوبتي بالاي 20 در صد که به صورت مکرر وجود داشته باشد.
HC4 قابل استفاده در تماس با زمين و آب و در شرايط با ريسک رطوبتي بالا و رطوبت پايدار بالاي 20 درصد.
HC5 قابل استفاده در محيط‌هاي آب و حتي آب شور و شرايط رطوبتي مداوم بالاي 20 درصد.
دوز کشنده ميانه LD 50معياري براي سميت مي باشد که در حقيقت مقدار ماده شيميايي است که مي‌تواند از طريق خوردن، تزريق، و يا از طريق پوست، تحت شرايط کنترل شده آزمايشگاهي، 50 درصد تعداد حيوانات مورد آزمايش را از بين ببرد. دوز کشنده ميانه LC 50 نيز مقدار ماده شيميايي موجود در هوا، که قادر است 50 درصد تعداد حيواناتي که با آن ماده در تماس هستند را از بين ببرد (هاي کاريا،2001؛ ميونگر، 2011).
فصل دوم:
تاريخچه حفاظت چوب
چوب، با وجود خواص بي همتاي خود داراي معايبي نيزمي‌باشد. بشر با پي بردن به اين معايب تلاش‌هاي فراواني براي اصلاح و حفاظت اين ماده پر ارزش نموده است. برخي درختان داراي دوام طبيعي بالايي هستند که ازگذشته براي مصارف گوناگون مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در ادامه به قسمتي از تاريخچه حفاظت چوب اشاره شده است (جدول 2-1).
درپيش از ميلادمسيح بوميان استراليايي از چوب مقاوم به قارچ‌ها و موريانه، براي ساخت تابوت استفاده مي‌کردند. در حدود 4000 سال پيش از ميلادمسيح، نوح به فرمان خدا در ساخت کشتي از قير جهت تيمار استفاده نمود. يونانيان در حدود 500 سال پيش از ميلاد مسيح سوراخ‌هايي در ستون‌هاي چوبي ايجاد مي‌کردند و درون آنها را با روغن پر مي‌کردند تا نفوذ عميق رخ دهد و سپس ستون‌ها را بر روي پايههاي سنگي قرار مي‌دادند تا خشک بمانند (جدول 2-1).
79 سال بعد از ميلاد مسيح پلينيوس سکوندوسدر کتاب خود به تيمار چوب آلات توسط روغن سدر به جهت مبارزه با پوسيدگي و حشرات اشاره کرده. در 80 سال بعد از ميلادمسيح، چوب توسط دود تيمار گشت. ماياس در حدود 700 سال بعد از ميلاد مسيح معبدي را در گواتمالا با يک چوب مقاوم به موريانه ساخت. در حدود سال 1225 تا 1225، کنراد ون مگن باخ، کشف کردکه چوب تيمار شده با دود به راحتي تخريب نمي‌گردد. در ايران قديم نيز از کند سوز کننده ها براي حفاظت ارابه هاي جنگي و برج و بارو هاي چوبي استفاده مي‌شده و نيزآثاري از وجود برخي از روغن‌ها در اشياي چوبي مقابر و امام زادهها و مساجد در حدود 700 سال پيش ديده مي‌شود(پارساپژوه و همکاران، 1375).
در سال 1445 فرانکن اسپيگلجوشاندن چوبآلات کليسا در محلول آب نمک را بررسي نمود. در سال 1500 راهبههاي کليساي سان دومنيو موريانهها را توسط کلريدجيوه(II) و اکسيدآرسنيک کنترل کردند.
لئوناردو داوينچي در سال 1519-1452 تابلو هاين قاشي چوبي خود رابا کلريدجيوه(II) و اکسيدآرسنيک(III) اندود کرد. در سال 1590 بيش از 100 کشتي از نيروي دريايي اسپانيا به وسيله کرم کشينابود گرديد.
در سال 1657 يوهان گلوبر روشي ابداع کرد که چوب آلات در آتش کربونيزه و با قطران اندود و سپس در اسيدپيروليگنس(ممحصولي حاصل از تقطير چب) فرو برده مي‌شدند.
در سال 1705، هومبرگ داروساز، کلريدجيوه (II) را براي مقابله با حفاران چوب پيشنهادکرد. ماده اي که به او نسبت دادند يعني اسيدبوريک، امروزه يکي از مهم‌ترين مواد حفاظتي چوب محسوب مي‌گردد(جدول 2-1).
در سده هجدهم و نوزدهم، تثبيت اشياي فرهنگي گران بها نظير چوب محراب کليسا که به شدت توسط حشرات صدمه ديده بودند، به صورت ابتدايي از راه آغشتگي با چسب انجام مي‌شد. در حدود سال 1800 پرتروم به عنوان يک حشرکش شناخته شد .
ناپلئون در سال 1810 ادعا مي‌کرد که کشتي‌هاي جنگي را بايد از گرده بينه هاي قطع شده در زمستان ساخت. معبد ماياس و کليساي چوبي نروژ با قدمت 800 ساله مثال‌هايي از توسعه حفاظت چوب در ساختمان‌ها در گذشته مي‌باشد. اولين روش‌هاي حفاظت شيميايي چوب شامل زغال کردن، ذخيره در آب نمک، قلم موزني با روغن کرئوزوت يا قير بود. در سده هجدهم، سد هاي بلند هلند توسط حمله شديد کرم‌هاي کشتي صدمه ديدند. در سال 1812 کيان آزمايشات خود را با ماده کلريدجيوه(II) به عنوان يک ماده حفاظتي مناسب شروع کرد.
در سال 1815 مراقبت از ناوگان سلطنتي بريتانيا بسيارمشکل شده بود، زيرا بايستي 600 تا 800 کشتي از 1000 کشتي به صورت ذخيره نگهداري مي‌شد تا در صورت بروز جنگ از آنها استفاده گردد.در سال 1817 يک مهندس عمران به نام ويليام چپ منعمر مفيديک کشتي در اين خطوط را تنها 7 تا 10 سال برآورد کرد. همچنين در اين سال توماس ويد کلريدروي را به عنوان ماده حفاظتي معرفي نمود. در سال 1825 فاراديهگزا کلروسيکلوهگزان را کشف کرد.در اواخر سال 1830 روشي بر پايه جابه‌جايي شيره گياهي توسط آگوست بوشري ابداع گرديد که ماده حفاظتي مورد استفاده در اين روش سولفات مس بود (جدول 2-1).
در سال 1831 يک فرانسوي به نام ژان روبرت برآنت روشي براي اعمال مواد حفاظتي در يک محفظه بسته تحت فشار به ثبت رسانيد. در اين روش ابتدا يک خلاء براي خروج هوا از سلول‌ها اعمال مي‌شد و سپس ماده حفاظتي توسط فشار به درون سلول‌ها تزريق مي‌گشت. پيش از آن حفاظت چوب با قلم مو و ياخيساندن اعمال مي‌شد.
در سال 1832 روش کيانيزه کردن توسط جان هوارد کيان داروساز انگليسي ابداع شد که اين نشانهاي از شروع حفاظت مدرن چوب بود. در اين روش چوب آلات با کلريدجيوه(II) در ظروف سر باز سنگي خيسانده مي‌شدند، در صورت استفاده از ظروف فلزي، اين ظروف دچار خوردگي مي‌شدند. اين روش در مقياس کم در اروپا به ويژه در جنوب آلمان براي تيمار تراورس مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1835 مول توانست چوب را با بخار کرئوزوت تيمار کند. در سال 1836 فرانز مول امتيازتيمار چوب با تار و کرئوزوت را دريافت نمود.
در سال 1838 جان بتل روشي عملي براي تيمار چوب آلات توسط کرئوزوت تحت فشار ابداع کرد. در اين روش يک خلاء ابتدايي و سپس فشار و در پايان مرحله خلاء نهايي وجود داشت. در پايان فرايند سلول‌ها پر از کرئوزوت مي‌شدند به همين دليل اين فرآيند سلول پر نام گرفت. در اين روش جذبي در حدود 430 کيلوگرم بر متر مکعب حاصل مي‌شد. در سال 1840 آنا روسائر پودر حشره کش ابداع نمود. در سال 1841 اردامن ترکيب پنتا کلرو فنل را ابداع نمود. در سال 1847 سر ويليام برت سيلندر تحت فشار بزرگي را در لندن راه اندازي کردکه توانايي تحمل 105×9.5 نيوتن بر متر مربع فشار را داشت. اين روش که برنرتیزه نام گرفت مستلزم اشباع تحت فشار چوب آلات با کلريدروي بود که به دليل ارزان بودن کلريدروي، اين روش مورد قبول راه آهن آمريکا و اروپا بود.
در سال 1848 لکور چوب را در معرض آمونيوم کلرايد گرم و اسيد پيروليگنئوس قرار داد. پيش از 1850 اشباع توسط گاز ازن و دي اکسيدکربن ابداع گشت. در سال 1855-185، استيفتر محراب کليساي کفرمارترا در اتريش با نمک طعام تيمارکرد، که به طور کامل در مقابل حشرات بي اثر بود. در سال 1863 بريتانيايکبير بزرگ‌ترين مصرف کننده کلريدجيوه (II)، اين مسئله به دليل سميت اين ماده بود و توانست اين ماده را جايگزين مواد شيميايي مشابه کند.
در سال 1880 روش بولتونيزه کردن توسط سر ساموئل بگستر بولتون اختراع شد. اين روش امکان متعادل سازي چوب آلات خشک نشده را که آماده براي تيمار بتل بودند را، با استفاده از کرئوزوت داغ فراهم مي‌کرد.
در سال 1902 شخصي به نام واسرمان نخستين روش سلول تهي را ابداع نمود. که سبب کاهش مصرف کرئوزوت و اقتصادي شدن روش بتل مي‌شد. اين روش توسط ماکس روپينگعملي شد و به نام روش روپينگ شناخته شده است. اين روش بدون خلاء مقدماتي انجام مي‌گردد.
در سال 1906 شخصي به نام لوريروش سلول تهي ديگري ابداع نمود که نياز به تجهيزات کمتري داشت. اين روش نيز بدون خلاء مقدماتي انجام مي‌گردد.در سال 1912 تا 1913 ترکيبات کروم، به عنوان ترکيبات مقاوم به آبشويي ارائه شدند.
در سال 1939 مولر سويسي اثر ضد حشره د. د. تDDT را کشف نمود. در سال 1945 ليندان و د. د. ت به عنوان حشره کش در بريتانيايکبير مورد استفاده قرار گرفت. در 1947 تا 1953 ليندان و PCP به عنوان حشرهکش در آلمان مورد استفاده قرار گرفت. در 1948 ترکيب حفاظتي پرترويد در آمريکا توليد شد. در سال 1980 اثر دي اکسيدکربن در کنترل آفات در چوب‌هاي انبار شده بررسي شد. در سال 1984 سه کليسا در نروژ توسط فسفات هيدروژن بخار دهي شدند. در 1987 کنترل تخريب چوب توسط حشرات با دي اکسيدکربن توسط پاتنو در سال 1989 گيلبرگ آسيب حشرات بر اشياء موزه را با جايگزيني اکسيژن با نيتروژن کنترل کرد. در سال 1992 بخار دهي کليساي آلمان که توسط آنوبيده مورد هجوم قرار گرفته بود را توسط سولفوريل فلورايد انجام شد. در اوايل سده بيستم، روغن‌ها، ورني ها، رزينهاي طبيعي و موم‌ها عرضه شدند که به تنهايي يا اغلب به صورت مخلوط استفاده مي‌شدند. در آن زمان فرآورده هاي جديدي بر پايه نيترات سلولز يا استات سلولز نيز به عنوان تثبيت کنندههاي چوب عرضه شدند. بعد از جنگ جهاني دوم، صنايع پلاستيک پيشرفت وسيعي داشته و فرآوردههاي مربوط به آن به عنوان تثبيت کنندههاي مناسب مصنوعات چوبي تخريب شده توسط حفاظت کنندگان مورد آزمايش قرار گرفت. در اواسط دهه نوزدهم، باز سازي اشياي بزرگ چوبي غوطه‌ور در آب در اسکانديناوي، نياز به استفاده از يک روش حفاظتي مناسب را آشکارکرد. با کمک هربست تعميرکار دانمارکي، بسياري از اشياء چوبي تخريب شده از راه جايگزين کردن آب چوب با آلوم(سولفات پتاسيم آلومينيم) تثبيت شدند. در سال 1858-1958، با اين روش حدود صد هزار شيءبراي نسل‌هاي آينده در موزه ملي دانمارک حفاظت شدند. در آغاز سال 1930 تحقيقات زيادي در آزمايشگاه فراورده هاي جنگلي آمريکا در مديسون، اغلب توسط استام برروي کاهش همکشيدگي چوب اصلاح شده انجام گشت.
پلي اتيلن گليکول براي تيمارکشتي جنگي واسايسوئدي، باز سازي شده در سال 1961، به کار رفت. پلي اتيلن گليکول براي حفاظت باز ماندههاي مري روزا ناو انگليسي هنري هشتم نيز به کار رفت. پاول در سال 1904 روشي را براي تيمار چوبآلات با قند، جهت کاهش همکشيدگي به ثبت رسانيد (يونگر و همکاران، 2001).
جدول 2-1- تاريخچه حفاظت چوب(يونگر، 2001).
4000 سال پيش از ميلاد مسيح نوح به فرمان خدا در ساخت کشتي از قير جهت تيمار استفاده نمود.
900 سال پيش از ميلاد مسيح مسيح در اديسه هومر، از دي اکسيد سولفور به عنوان ماده ضد عفوني کننده نام برده.
700 سال پيش از ميلاد مسيح حفاظت چوب را با دود و کوره و تعيين فصل مناسب براي قطع درخت توسط هسيودوس.
500 سال پيش از ميلاد مسيح يونانيان سوراخ‌هايي در ستون‌هاي چوبي ايجاد و درون آنها را با روغن پر مي‌کردند تا نفوذ عميق رخ دهد و سپس ستون‌هاراخشک مي‌نمودند.
484-424 سال پيش از ميلاد مسيح هرودوتوس از آلوم به عنوان کند سوز کننده استفاده کرد.
323-356 سال پيش از ميلاد مسيح اسکندرمقدوني براي محافظت از ستون‌هاي پل‌ها، آنها را با روغن زيتون تيمار نمود.
80 سال بعد از ميلاد مسيح چوب توسط دود تيمار گشت.
سال 1519-1452 لئوناردو داوينچي تابلو هاي نقاشي چوبي خود رابا کلريدجيوه(II) و اکسيدآرسنيک(III) اندود نمود.
سال 1630 متداول‌ترين روش‌هاي حفاظت چوب نيم سوز کردن و قير اندود کردن بوده است.
سال 1657 يوهان گلوبر روشي ابداع کردکه چوب آلات در آتش کربونيزه و با قطران اندود و سپس در اسيد پيروليگنوس(محصولي حاصل از تقطير چوب) فرو برده مي‌شدند.
سال 1705 هومبرگ داروساز،کلريدجيوه(II) را براي مقابله با حفاران چوب پيشنهادکرد.
سال 1718 در آغاز سده نوزدهم دايره‌المعارفي حاوي فهرستي از مواد حفاظتي عرضه شد، همچنين در اين سال پادشاه کارلXII سوئدي به هيران هيک حق امتياز براي تيمار چوب بر پايه مس و سولفات آهن اعطا نمود، که اين اولين چوب تيمار شده تجاري تا سال 1720 بود.
سده هجدهم و نوزدهم تثبيت اشياء فرهنگي گران بها نظير چوب محراب کليسا که به شدت توسط حشرات صدمه ديده بودند، به صورت ابتدايي از راه آغشتگي با چسب انجام مي‌شد.
سال 1800 پرتروم به عنوان يک حشر کش شناخته شد.
سال 1810 ناپلئون ادعا مي‌کردکه کشتي‌هاي جنگي را بايد از گرده بينه هاي قطع شده در زمستان ساخت.
سال 1812 کيان آزمايشات



قیمت: 11200 تومان

مطالعه اثرات محلول پاشی عناصر کم مصرف بر خصوصیات کمی وکیفی کنجد

مطالعه اثرات محلول پاشی عناصر کم مصرف بر خصوصیات کمی وکیفی کنجدچکیده
این آزمایش به منظور بررسی تأثیر سطوح مختلف کود نیتروژن (50، 100، 150 و 200کیلوگرم در هکتار) و محلول پاشی عناصر کم مصرف روی، بور و اثرات متقابل روی و بور بر عملکرد کنجد، رقم محلی پلدشت در ایستگاه تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خوی در سال زراعی 1392 انجام شد. نتایج نشان داد که کاربرد کود اوره، روی ارتفاع بوته، ارتفاع اولین شاخه زایشی از زمین، تعداد شاخه جانبی، تعداد کپسول در شاخه فرعی، تعداد بذر در کپسول، وزن هزار دانه، قطر ساقه، درصد پروتئین، عملکرد بیولوژیک، شاخص برداشت، عملکرد روغن، عملکرد دانه معنی دار بود اما بر روی تعداد کپسول در شاخه اصلی و در صد روغن معنی دار نبود. اثر محلول پاشی عناصر ریز مغذی نیز روی همه ی صفات مورد بررسی به جز درصد روغن در سطح احتمال 1% معنی دار بود. اثر متقابل کاربرد کود اوره و محلول پاشی عناصر ریز مغذی روی تعداد کپسول در شاخه اصلی، درصد پروتئین و عملکرد بیولوژیک در سطح احتمال 5% معنی دار شد. بیشترین عملکرد دانه به میزان 880/2437 کیلو گرمدر هکتار با کاربرد کود اوره(100kg/ha) و 145/2400 کیلو گرم در هکتار با محلول پاشی بور مشاهده شد.
واژه های کلیدی: کنجد، کود اوره، عناصر ریز مغذی، محلول پاشی
مقدمه بررسی سطوح مختلف کود نیتروژن و محلول پاشی عناصر کم مصرف روی و بر بر عملکرد کنجد رقم پلدشت.
امروزه دانه های روغنی پس از غلات دومین ذخایر غذایی جهان، در جهت تامین مایحتاج ضروری بشرمی باشند(شریعتی و شهنی زاده، 1379). روند افزايش جمعيت به گونه اي است كه جمعيت 6 ميلياردي سال 1999 به9ميليارد نفردرسال 2050 خواهدرسيد و از طرفي سطوح قابل كشت در دنيا در سال 1998حدوداً به 25/0 هكتاربراي هر نفربوده ودرسال2050بارشد جمعیت به 15/0 هكتاربرايهرنفرخواهدرسيد. ازطرفي دركشورهاي توسعه يافته ودرحال توسعه تقاضا براي كنجاله غني از پروتئينوروغن خوراكي گياهي باعث شدهازمقدارتوليدغلات كاهش ودانه هاي روغني افزايش يابد.به طوري كه ازسال1978تاسال1999توليدغلات21%رشدداشته وبه سطح توليد849/1 ميليون تن رسيده است ولي درمدت مشابه توليددانه هاي روغني 95درصد رشدداشته است وبه سطح توليد 2/277ميليون تن رسيده است.به عبارتي سبدغذايي دنيا از مصرفنشاسته به مصرف چربي و پروتئين گرايش پيداكرده است(پورمند، 1389).
هندوستان مقام نخست را از نظر تنوع گیاهان روغنی و نیز سطح زیرکشت آنها در دنیا به خود اختصاص داده است. از 125 میلیون هکتار سطح کشت دانههای روغنی در دنیا، 23 میلیون هکتار آن در هند زیر کشت 9 گیاه روغنی قرار دارد( احمدی، 1378).
کنجد قدیمی ترین گیاه روغنی جهان است. موطن اصلی این گیاه آفریقا (اتیوپی) بوده اما به سرعت به هندوستان، چین و ژاپن منتقل شده است. کاشت کنجد در ایران سابقه طولانی داشته و در حاضر در نواحی مختلف کشور مانند خوزستان، بلوچستان، یزد، اصفهان و در بعضی از مناطق سرد مانند اراک، همدان، نهاوند، نهاوند و مراغه کشت میشود. متوسط عملکرد آن 700-600 کیلوگرم در هکتار میباشد و پتانسیل آن به بیش از 500 کیلوگرم در هکتار میرسد( افکاری، 1388).
با توجه به سرانه مصرف روغن های نباتی، که تا حدود 12 کیلوگرم در سال می رسد، و واردات روغن در کشور، این محصولات از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند. بر اساس آمار مندرج در مرکز PGRO (مراکز منابع حفاظت شده ژنتیکی گیاه کنجد جهت تحقیقات)، ایران از نظر منابع مهم ژنتیکی گیاه کنجد، در رده هشتم قرار می گیرد.
به علت قرار گرفتن ایران در شرایط آب و هوایی مناطق خشک و نیمه خشک، میزان محدود نزولات جوی همراه با توزیع نامناسب، شرایط شیمیایی خاک های زاعی مناطق زیر کشت محصولات زراعی نامناسب بوده و دارای pH بالایی هستند، به طوری که تحت شرایط موجود مصرف خاکی کود های شیمایی به علت آبشویی ویا تجمع بیش از حد در خاک، رضایت بخشی مناسبی را به همراه ندارد(خلدبرین و اسلام زاده،1380).
استفاده بهینه از مواد تقویت کننده خاک مخصوصا کود های شیمایی به عنوان ابزاری مفید برای نیل به حداکثر تولید در واحد سطح اجتناب ناپذیر به نظر می رسند، با این وجود باید در نظر داشت در ضمن استفاده از این مواد سنتتیک که افزایش تولید در واحد سطح را به همراه دارند، ارتقاء کیفی محصول تولید شده نیز منظور گردد و همچنین از نظر آلودگی های زیست محیطی خصوصا خاک و آب های زیر زمینی به جهت انباشت بیش از اندازه نیترات جلوگیری گردد. امروزه در استفاده از کود های شیمیایی برای افزایش تولید در واحد سطح روشهایی مانند مصرف خاکی، کود دهی به صورت محلول همراه با آبیاری، اختلاط کود با بذر و محلول پاشی برگی رایج می باشند براین اساس محلول پاشی برگی به علت داشتن مزیت هایی از جمله عکس العمل سریع و ایجاد کمترین آلودگی زیست محیطی، همچنین کاهش مصرف کود در جهت نیل به کشاورزی پایدار نقش بسزایی را ایفا می کند(ملکوتی و ضیاییان، 1379).
محققین تخمین زده اند که 60 در صد زمین های زراعی جهان دچار کمبود مواد غذایی هستند که ناشی از کمبود، غیر قابل دسترس بودن یا سمیت بعضی عناصر ضروری می باشد(بوکویچ،2003).
لذا بهبود حاصلخیزی خاک یکی از مهم ترین استراتژی ها برای افزایش تولیدات کشاورزی است. با این وجود هم اکنون نیز حفظ سطح پایداری نیتروژن و فسفر، محدود کننده ترین عناصر برای رشد گیاه بوده و هنوز به صورت یک مشکل باقی مانده است(کاستاگنو و همکاران، 2008).
محققین دیگری نیز گزارش نموده اند که بهبود مدیریت کودها برای بهینه نمودن درآمد اقتصادی و کاهش خسارتهای زیست محیطی ناشی از کاربرد بیش از حد نیتروژن ضروری است(کارانکا و همکاران، 2009).
با توجه به آنچه که بیان گردید مطالب نوین این تحقیق با هدف:
1- مطالعه اثرات محلول پاشی عناصر کم مصرف بر خصوصیات کمی وکیفی کنجد
2- بررسی مقادیر مختلف کود نیتروزن بر عملکرد و اجزای عملکرد کنجد
3- بررسی اثرات متقابل نیتروژن و محلول پاشی عناصر کم مصرف بر عملکرد و اجزای عملکرد کنجد
انجام گرفت.
فصل اول
كليات و بررسی منابع
سطح کشت ، تولید و عملکرد کنجد در جهان و ایران :
سطح زیر کشت کنجد در جهان در سال 2005 بر اساس آمار سازمان خواربار جهانی(FAO)، 7,544,609 هکتار، متوسط عملکرد 4410 کیلو گرم درهکتار و تولید دانه 3,325,679 تن بوده است. در این سال از بین کشورهای تولید کننده کنجد، هند با سطح 1850,000 هکتار و تولید 680,000 تن بالاترین سطح و میزان تولید را به خود اختصاص داده است. در این سال شش کشور صاحب مقام از نظر تولید کنجد بشرح جدول ذیل می باشد.
جدول 1 – تولید کنجد در شش کشور صاحب مقام در جهان در سال 2005 میلادی
کشور تولید (تن)
هند 680,000
چین 654,458
میانمار 550,000
سودان 300,000
اوگاندا 110,000
اتیوپی 61,642
مطابق جدول شماره 2، در سال 2010 میلادی، در میان 10 کشور عمده تولید کننده کنجد در جهان کشور میانمار با تولید 720,000 تن در رتبه اول تولید قرار دارد. کشور هند با تولید 620,000 تن در رتبه دوم و چین با تولید 590,000 تن در رده سوم قرار دارد. متوسط عملکرد کنجد در جهان در این سال 490 کیلو گرم در هکتار بوده است(رشیدی ،1391).
جدول شماره 2- کشور عمده تولید کننده کنجد در جهان در سال 2010 میلادی((FAO
نام کشور عملکرد در هکتار (کیلوگرم) تولید (تن)
میانمار 460 720,000
هند 340 620,000
چین 1220 590,000
اتیوپی 990 310,000
سودان 190 250,000
اوگاندا 610 170,000
نیجریه 380 120,000
بورکینافاسو 720 90,000
نیجر 500 90,000
سومالی 96 70,000
ایران 750 31,848
مجموع جهانی 490 3,840,000
1-2- سطح زیر کشت و تولید کنجد در ایران :
بر اساس آمار پنج ساله (85-81) سطح زیر کشت کنجد در ایران بین 20 الی 40 هزار هکتار در نوسان بوده است. زراعت کنجد در 22 استان کشور انجام می گیرد. مناطق اصلی کشت کنجددر کشوراستان های فارس، خوزستان، جیرفت، بوشهر، اردبیل(مغان)، خراسان شمالی می باشد. پنج استان فارس، خوزستان، جیرفت، خراسان رضوی و اردبیل همه ساله 80 درصد سطح زیر کشت کنجد کشور را به خود اختصاص داده اند. سطح زیر کشت کنجد دیم مربوط به استان های خراسان رضوی، خراسان شمالی و مازندران می باشد. سطح زیر کشت، عملکرد و تولید کنجد کشور طی 16 سال از سال 1370 تا 1385 در جدول شماره 3 موجود می باشد. همانطوریکه جدول شماره 3 نشان می دهد در این دوره 16 ساله، سطح زیر کشت کنجد در کشور از 34200 هکتار به 34804 هکتار رسیده است. بالاترین سطح زیر کشت با 47814 هکتار در سال 1379 و کمترین سطح کشت 27376 هکتار در سال 1373 بوده است و حداقل تولید با 11531 تن در سال 1377 و بالاترین مقدار تولید در سال 1384 با 32862 تن گزارش گردیده است. حداکثر متوسط عملکرد در این دوره در کل کشور 813 کیلوگرم در هکتار و در سال 1384 و حداقل 284 کیلوگرم در سال 1377 حاصل گردیده است. در سال 1391 سطح زیر کشت کنجد در کشور به 43475 هکتار با تولید 39614 تن و عملکرد 912 کیلوگرم در هکتار بوده است(رشیدی ،1391).
جدول شماره1-3سطح زیر کشت، تولید و عملکرد کنجد کشور در فواصل سال های 85-70 در ایران (سطح به هکتار، تولید به تن و عملکرد به کیلوگرم)
ردیف سال زراعی سطح کشت تولید متوسط عملکرد
1 70-69 34200 17950 524
2 71-70 36708 19200 523
3 72-71 33347 16970 509
4 73-72 27376 18405 672
5 74-73 33097 15859 479
6 75-74 33997 18354 540
7 76-75 34619 19875 574
8 77-76 40671 11531 284
9 78-77 45000 24101 536
10 79-78 47814 30744 643
11 80-79 30467 20356 667
12 81-80 34712 25288 729
13 82-81 36461 26106 716
14 83-82 35549 26981 759
15 84-83 40421 32862 813
16 85-84 34804 28205 810
1-3- منشا گیاهی و اهمیت اقتصادی کنجد
کنجد (Sesamum indicium L.) یکی از دانه های روغنی مهم در کشاورزی بیشتر مناطق گرمسیر و نیمه گرمسیر جهان است که احتمالا قدیمی ترین دانه روغنی است که بشر آنرا شناخته و مصرف نموده است(رستگار،1384). در نوشته های تاریخی از کنجد به نام های بنی سید1، جینجلی2 ، سیم سیم 3و تیل 4 نیز یاد شده است(به نقل از لازمی،1385).
منشا گیاه کنجد کاملا مشخص نیست، تعدادی شواهد باستان شناسی مربوط به 4000 سال قبل یا بیشتر ارائه شده حاکی از این است که کنجد یک محصول روغنی باارزش بالا در بابل 5و اسیرا 6 بوده است. در پاکستان نیز بذر سوخته کنجد پیدا شده که به زمان مشابه برمیگردد. بنابراین منشا اولیه کنجد میتواند متعلق به منطقه بین النهرین، یا شبه قاره هند و یا منطقه ایران و افغانستان باشد(کنوین، 1965).
سابقه کشت و پراکندگی گونه های مختلف کنجد در آفریقا، ایران، افغانستان، هندوستان و استرالیا آنقدر زیاد است که در رابطه با محل دقیق اهلی شدن آن اتفاق نظر نیست. واویلف نیز، هند را منشا کنجد دانسته است(خواجه پور، 1386).در حالی که در برخی منابع نیز موطن اصلی کنجد آفریقا ذکر شده ولی به سرعت از طریق آفریقا در هندوستان و چین پراکنده و به مراکز ثانوی انتشار آن آغاز گردید(رستگار ،1384). هرودوت مورخ یونانی (425-484 قبل از میلاد مسیح) در آثار خود به این گیاه در محدوده بین النهرین اشاره می کند و Watt منشاء اصلی کنجد را آسیا و ایران می داند. در قدیمی ترین اطلاعات می توان به کشت آن در ایران توسط حکام شهر اور در فواصل سالهای 2000-2130 قبل از میلاد یعنی 4000 سال پیش دسترسی یافت که اثبات می کند ایران یکی از نقاط عمده کشت کنجد بوده است(رشیدی،1391).

1-Beniseed 2-Gingelly
3-Simsim 4- Till
5- Babylon 6-Assyria
مجموعه های مهم گونه ها، تیپ ها و واریتههای کنجد، اینک در قاره ی آمریکا، هندوستان، شوروی، و به میزان کمتر در ژاپن نگاهداری میشود و مجموعه ی ژن با ارزشی را در اختیار متخصصان اصلاح نژاد قرار میدهد(ناصری،1375).
دانه کنجد به خاطر کمیت و کیفیت بالای پروتئین و روغن خوراکی آن، از ارزش غذایی بالایی برخوردار است. روغن کنجد دوام خوبی دارد و از نظر میزان اسید لینولئیک غنی است. پروتئین کنجد سر شار از اسید آمینه گوگرددار است. دانه کنجد همچنین سرشار از از هیدرات های کربن مفید، مواد معدنی و ویتامین بوده و مستقیما قابل مصرف است. فرآیند های برشته کردن دانه کنجد ان را لذیذ و خوشمزه می کند. دانه کنجد برای مخلفات غذا و تزئین نان، بیسکویت و گوشت پخته نیز به کار میرود(احمدی، 1378).
1-4- خصوصیات گیاهی کنجد
کنجد از خانواده Pedaliacae ، جنس Sesamum و گونه زراعی آن indicum میباشد. کنجد به طور مشخص، بوته ای عمودی یکساله و گاهی چند ساله است که ارتفاع آن به 2- 5/0 متر میرسد. سیستم ریشه ای آن رشد کامل دارد. دارای گل های متعدد بوده و میوه آن کپسول می باشد که حاوی دانه های کوچک روغنی است(برار،1982).
1-4-1- ریشه
دو تیپ عمده ی کنجد معمولا مشخصند: کنجد دیررس که گهگاه به صورت کنجد چند ساله نیز مطرح می شود و سیستم ریشه ی آن گسترده و نفوذی است، و کنجد زودرس که ریشه های آن کمتر گسترده و بیشتر سطحی است. با این وجود، میان آب وهوا و رشد قسمت های بالای بوته و سیستم ریشه رابطه ای نزدیک دارد. در تیپ های زودرس و معمولا تک ساقه، به نسبت تیپ های دیررس تر وانبوه تر، رشد عمودی ریشه سریعتر است، اما در تیپ دوم گستردگی ریشه سریعتر صورت می گیرد(تاتیل،1952).
ریشه های کنجد در خاک های رسی نسبت به خاکهای شنی بیشتر گسترده میشوند. این گیاهان مردابی شدن خاک را حتی برای یک دوره نسبتا کوتاه تحمل نمیکند( هاشمی دزفولی و همکاران، 1376).
1-4-2- ساقه
ساقه کنجد راست و ارتفاع آن بین 50 تا 200 سانتیمتر واکثراً 70 سانتیمتر است. مقطع ساقه معمولاً مربع شکل و گاه مستطیلی و پهن و دارای شیار های عمودی است و ممکن است صاف، کمی کرکدار یا زیاد کرکدار باشد، که مقدار کرک روی ساقه با مقاومت در برابر خشکی مربوط می باشد. رنگ ساقه از سبز روشن تا ارغوانی متغیر و معمولاً سبز تیره است. بر روی ساقه اصلی شاخه های فرعی به وجود  میآیند.در بعضی واریته از پائین ترین گره یک تا سه عدد شاخه فرعی به موازات شاخه اصلی رشد میکند که به آنها اصطلاحا تک شاخه میگویند ولی در برخی ارقام از گرههای مختلف تعداد بیشتری شاخه فرعی بوجود میآیند که آنها را چند شاخه میگویند(رستگار،1384).
بوته ممکن است تک ساقه و یا داری انشعابات جانبی باشد. محل پیدایش شاخه های به تیپ رشدی رقم بستگی دارد. ساقه دهی ممکن است از ناحیه پائینی و یا بالائی ساقه اصلی باشد. انواع تک ساقه معمولا زودرس بوده و از لحاظ یکنواختی رسیدگی، کمتر بودن ریزش دانه (در انواع دارای کپسول شکوفا)، سهولت عملیات برداشت و حملونقل مطلوب تر از انواع منشعب میباشند. بیشتر ارقام زراعی از نوع تک ساقه هستند(خواجه پور،1386).
1-4-3- برگ
برگ ها در یک بوته یا در بین ارقام از نظر شکل و اندازه بسیار متنوع است. به طور کلی برگ های پائین بوته معمولا پهن، گاه خمیده و اغلب حاشیه آنها به آشکار دندانهدار است. برگ های میانی بدون بریدگی نوک تیز، و گاهی کمی دندانه دار است. برگ های بالایی، باریک تر و نوک تیزتر است. در واریته های مختلف برگ ها ممکن است متقابل و برگ های بالایی متناوب هستند. ترتیب برگها دارای اهمیت است زیرا این ویژگی تعیین کننده تعداد گلهایی است که از کنار برگها می رویند و از این رو بر عملکرد مطلوب بذر در هر بوته اثر می گذارد. ترتیب متقابل برگها موجب چند برابر شدن گلدهی می شود. رنگ برگها از سبز کم رنگ تا سبز تیره در ارقام مختلف متغیر است در همه واریته ها برگها چسبناک و تا حدی کرکدار هستند(افکاری، 1388).
1-4-4-گل آذین
گل ها در قسمت انتهایی ساقه اصلی و شاخه ها و به صورت منفرد ظاهر میشوند. حداکثر تعداد، هشت عدد گل نیز در محل اتصال برگ به ساقه گزارش شده است. رنگ گلبرگ ها سفید و ارغوانی بوده و داخل گلبرگ ها لکه های تیره وجود دارد. گل ها دارای یک یا دو شهدگاه دائمی و فنجانی شکل در قاعده است. گلبرگ کوتاه و کشیده که از قاعده دمگل درست از زیر شهدگاه بوجود می آیند، گل های جوان را در بر میگیرند. این برگها در موقع رسیدن گلها می افتند. گل های کنجد متقارن بوده و دارای دو لوله جام. گل پنج قسمتی است که رنگ سفید و درون لوله لکه های قرمز رنگی وجود دارند. بخش های کاسه گل کوتاه از قاعده به هم پیوسته و باریک، نوک تیز و کرک دار می باشند. لوله جام گل بخصوص در سطح فوقانی پوشیده از کرک است. اندام های نر (پرچم ها) 4 عدد هستند، که به طور جفت در مقابل لبه جام گل قرار گرفته و یک جفت آن کوتاه تر از جفت دیگر می باشد، اندام های نر دارای رنگ سفید مایل به سبز می باشند و بساک ها به وسیله میله بلندی به یک شکل منقار مانند کوتاه و متورمی منتهی میگردند. کنجد دارای تخمدان فوقانی بوده و هر تخمدان از دو حفره بهم پیوسته تشکیل شده است که گاهی حاوی چهارحفره نیز می باشند(چود و همکاران،1977).
1-4-5- میوه
میوه کنجد کپسولی است که مقطع آن مستطیل شکل و بسیار شیاردار است و نوک مثلثی شکل کوتاه دارد. اندازه کپسول بسیار متغیر و در شکل اصلی آن که استوانه ای و دارای کناره های صاف است که انواع بسیار مختلفی دارد. روی یک بوته ممکن است کپسول به چند شکل دیده شود که علت آن ژنتیکی و محیطی است. طول کپسول می تواند از 5/2 تا 8 سانتیمتر و تعداد حفره ها از 4 تا 12 عدد تغییر کند و کپسول ها تا حدی کرک دارند(لازمی،1385).
1-4-6- دانه
دانه های کنجد بیضوی و کمی صافند و در قسمت ناف دانه نسبت به انتهای مقابل آن باریک ترند. وزن هزار دانه 4-2 گرم است و پوسته خارجی بذر نرم یا مضرس بوده و رنگ آن سیاه، سفید، زرد و قهوهای مایل به خاکستری می باشد. کیفیت روغن دانه سیاه از دانه روشن بیشتر است(قائمی، 1365).
1-5- خصوصیات اکولوژیکی و سازگاری
Sesamum indicumاساساً یک محصول خاص مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری تلقی می شود، اما با اصلاح واریته های مناسب گسترش آن به مناطق معتدلتر امکان پذیر است (ناصری،1375).گیاهی است گرمادوست و روز کوتاه که به هوای گرم و نور زیاد احتیاج دارد و ارقام زودرس و دیررس آن طول دوره ی رشدی بین 80 تا150 روز دارند و از نظر ارتفاع از سطح دریا معمولا در ارتفاع کمتر از 1250 متری می رویند وتا ارتفاع 1500 متری نیز ممکن است سازگار شود (رستگار،1384).
نیاز حرارتی آن بین 25 تا 27 درجه سسانتی گراد متغیر است. دمای کمتر از 20 درجه سانتیگراد رشد را کند و کمتر از 10 درجه سانتیگراد باعث توقف رشد این گیاه می شود. دمای کم در زمان گل دهی موجب عقیم شدن گرده ها گردیده و ریزش گل ها را موجب می شود. در حالی که دمای بیش از 40 درجه سانتیگراد باروری و دانه بندی را کاهش می دهد (لازمی، 1385).
خاک های دارای بافت متوسط شامل لوم، لوم شنی ریز و لوم سیلتی با ساختمان خوب و باروری متوسط برای کنجد ایده آل بشمار می روند. اما گیاه در طیف وسیعی از خاک ها رشد می کند و خاک های نیمه سنگین و فقیر را تحمل می کند. خاک های کم عمق، اسیدی و دارای محدودیت نفوذپذیری سطحی و زیر سطحی برای کنجد نامطلوب به شمار می روند.کنجد اسیدیته حدود خنثی را ترجیح می دهد، اما اسیدیته 5/5 تا 8 را تحمل می کند.حساس به بور محسوب محسوب می شود. علائم مسمومیت ناشی از فراوانی بور به صورت سوختگی حاشیه و رأس برگها مشاهده می شود(خواجه پور، 1386).
تبخیر و تعرق حقیقی در کنجد معمولا کمتر از تبخیر و تعرق پتانسیل است، زیرا در حالت طبیعی عرضه آب به گیاه محدود بوده و در نتیجه گیاه از طریق بستن روزنه ها با تعریق زیاده از حد مقابله می کند. درباره میزان نیاز کنجد به آب اطلاعات منتشر شده کمی وجود دارد و علت آن این است که کشت کنجد تجارتی بندرت فاریاب است. کاشت آبی کنجد در مناطق خشک که آب و هوای آفتابی خشک بسیار مناسب دارند بیشترین بازدهی را داراشت و کم بودن رطوبت بروز بیماری های قارچی را کاهش می دهد (برار و آیوجا، 1979).در صورتی که میزان بارندگی معادل 500-650 میلی متر باشد کنجد محصولی عالی به بار می آورد اما با بارندگی 300 میلی متر نیز محصول تولید می کند. اگر میزان بارندگی کمتر از 300 میلی متر باشد محصول خوبی بدست نخواهد آمد (سبک روی فومنی، 1389).کنجد از لحاظ مقاومت به شوری در سطح پایینی بوده و جزء گیاهان حساس به شوری محسوب می شود (امام و نیک نژاد،1373).
1-6- اهمیت غذائی کنجد
دانه های سفید تا زرد کنجد بصورت کامل در تهیه نان، کیک و شیرینی مورد استفاده قرار می گیرند. دانه و برگ کنجد بعنوان داروی گیاهی در طب سنتی کاربرد دارند. دانه کنجد از لحاظ پروتئین، چربی، کلسیم و فسفر غنی بوده و منبع خوبی از ویتامین های Aو B( شامل تیامین، ریبوفلاوین و نیاسین) محسوب می شود. مقدار پروتئین دانه کنجد به مقدار نیتروژن خاک بستگی داشته و غالبا بین 19 تا 27 درصد متغیر می باشد. میزان روغن دانه کنجد از 45 تا بیش از 60 درصد متغیر است و وجود بیش از 50 درصد روغن در دانه مطلوب بشمار می رود. تولید ارده، حلوا ارده و حلوا شکری از دانه کنجد از کاربرد های مهم دانه کنجد می باشند. این محصولات به دلیل داشتن مقدار زیادی پروتئین و روغن پر کیفیت، غذائی مقوی به شمار می روند(خواجه پور،1386).
1-7- خصوصیات روغن کنجد
به دلیل کیفیت عالی بذر کنجد، این بذر را ملکه دانه های روغنی می نامند. روغن کنجد در گروه روغن های غیر خشک شونده(not drying oil) با ضریب یدی 118-104 قرار دارد.
ترکیب اسید های چرب روغن کنجد عبارتند از:
اسید چرب اولئیک 8/49-3/45%
اسید چرب لینو لئیک 2/41-7/37%
اسید چرب پالمیتیک1/9-8/7%
اسید چرب استئاریک 7/4-6-3%
اسید چرب آراشیدیک 1/1-4/0%
روغن کنجد تصفیه نشده میتواند از رنگ پر رنگ تا کم رنگ تغییر کند و هر جا که تولید می شود مستقیما در آشپزی مصرف می شود.این روغن معمولا مطبوع بوده و طعم آجیلی آن مورد علاقه مردم است. کنجاله کنجد 40% پروتئین داشته ، بادوام و بسیار مطلوب دام است. ثبات و پایداری روغن کنجد زیاد است و اکسید نمی شود این خاصیت به خاطر وجود نوعی روغن به نام سزامولین(Sesamolin) است که در اثر تجزیه به یک ماده ضد اکسید شدن به نام سزامول تبدیل می شود که مانع اکسید شدن روغن دانه کنجد می شود. به همین دلیل از روغن کنجد می توان چندین بار برای سرخ کردن استفاده نمود(افکاری،1388).
1-8- خواص دارو یی :
 از نظر طب قديم ايران كنجد گرم و تر است. كنجد بسيار مغذي است و در اكثر كشورهاي فقير بعنوان جانشين  گوشت بكار مي رود.
براي چاق شدن و تقويت نيروي جنسي موثر است.
براي رفع قولنج، كنجد را آسياب كرده و با سركه مخلوط كنيد و به مقدر نصف وزن كنجد، مغز بادام پوست كنده را بآن اضافه كنيد آنها را پودر كنيد و هر روز به مقدر يك قاشق سوپخوري از آن بخوريد.
كنجد گرفتگي صدا را از بين مي برد .
نرم كننده معده و روده است.
كره كنجد كه در كانادا بنام تاهيتي معروف است، غذاي خوبي براي رشد بچه هاست.
برگ كنجد را اگر به سر بماليد باعث رشد و سياهي موي سر مي شود.
دره نرم كننده معده و روده هاست.
كنجد فشار خون را كاهش مي دهد.
كنجد ضد رماتيسم است.
براي رفع ناراحتي كيسه صفرا مفيد است.
دم كرده برگ كنجد اسهال خوني را برطرف مي كند.
روغن كنجد براي رفع تنگي نفس و سرفه خشك و زخم ريه مفيد است.
روغن كنجد سوز ش ادرار را رفع مي كند.
از روغن كنجد بجاي روغن زيتون در سالاد استفاده كنيد.
كنجد با همه خواصي كه درد براي معده اي ضعيف مناسب نيست زيرا ثقيل الهضم است . اينگونه اشخاص بايد آنرا با عسل وسركه بخورند .(بی نام، 2008).
1-9- تأثیر عناصر غذایی بر رشد و نمو گیاهان
عناصر اصلی و ضروری معدنی نقش بسیار مهم، اما متفاوتی در رشد و نمو گیاهان و عملکرد محصولات زراعی دارند. بطورکلی، نقش عمده عناصر غذائی در گیاهان عبارتند از:
الف) بخش ساختمانی و ترکیب سلولی گیاه را تشکیل می دهند، و در فعالیت های متابولیسمی آن موثر هستند.
ب) در حفظ و نگهداری سازمان و نظم سلول های گیاهی دخالت دارند.
ج) در انتقال و تولید انرژی گیاه موثرند، و بالاخره
د) در فعالیت های آنزیمی نقش بسزایی دارند.
هر یک از عناصر غذایی به تنهائی تعداد وظایفی را در گیاه طی مراحل مختلف رشد و نمو به عهده دارندکه بر حسب طبیعت آنها، دسترسی گیاه به آنها، مقدار یا ترکیب شان در اجزاء گیاه مثل ریشه، ساقه، برگ ها، گل ها، میوه ها و بذور این نقش ها متفاوت می باشند. کمبود هر یکی از عناصر اصلی یا فرعی در تبادل مواد و فرآیند های فیزیولوژیکی گیاه اختلال به وجود آورده و موجب کاهش رشد و نمو آنها و در نتیجه افت میزان محصول می شوند(مظاهری و مجنون حسینی، 1389).
1-10- نیتروژن
نیتروژن بطورکلی، عنصری است که بیش از سایر عناصر، تولید گیاهان زراعی و عملکرد را تعیین می کند. باستثنای بقولاتی که از نظر تثبیت ازت هوا کارآمد هستند. آب و ذخیره ازت عوامل عمده تعیین کننده سطح تولیدات کشاورزی در جهان هستند. ازت و فسفر هر دو در گیاه متحرک هستند و از اندام های پیرتر به اندام های جوانتر انتقال می یابند. لذا نشانه های کمبود، ابتدا در اندام های پیرتر گیاه ظاهر می شود( کوچکی و سرمد نیا، 1388).
بیشترین مقدار ازت بصورت تثبیت شده در پوسته ی خاک و رسوبات موجود است. منبع اصلی نیتروژن که به وسیله گیاهان استفاده می شود، گاز N2 است که 78 درصد هوا را تشکیل می دهد. نیتروژن عنصری پویا است که بین هوای خاک و موجودات زنده در گردش می باشد(ملکوتی و همایی،1383).
این عنصر در ترکیب شیمیائی گیاهان مثل پروتئین، اسید نوکلئیک، کلروفیل، آنزیم ها، ویتامین ها و غیره اهمیت بسزایی دارد. وقتی نقصان نیتروژن در گیاه رخ می دهد، رشد اندام های رویشی متوقف شده، برگ ها رنگ سبز مایل به زرد به خود گرفته و در عمل فتوسنتز اختلال بوجود می آید( مظاهری و مجنون حسینی، 1389).
نیتروژن عمدتا بصورت نیترات(NO3) و در شرایط احیایی مقداری نیز به شکل آمونیوم(NH4) جذب گیاه می شود. نیترات ورودی به درون گیاه با مصرف انرژی حاصل از فتوسنتز و با دخالت آنزیم های احیا کننده به نیتروژن آمونیاکی تبدیل می گردد. نیتروژن آمونیاکی با کربن پایه ای ترکیب و اسید گلوتامیک را می سازد واین اسید نیز به نوبه ی خود به بیش از 100 نوع اسیدآمینه تبدیل می شود(واتسون و کیلپارتریک،1991).
سایر محققین نیز اظهار داشتند که کمبود نیتروژن رشد برگها را کاهش می دهد و باعث کم رنگ تر شدن برگ ها می شود، زیرا میزان کلروفیل در برگ ها کاهش می یابد، پیری برگ تسریع می گردد، بنابراین مقدار دریافت تشعشع خورشیدی کاهش می یابد و درنهایت باعث کاهش تجمع ماده خشک در گیاهان می شود( مالنو و همکاران، 2008).
کود نیتروژن روی تجمع ماده خشک و تجمع نیتروژن و تخصیص آن در بخش های مختلف گیاهان تاثیر می گذارد. اطلاعات در این زمینه برای فهم مکانیسم های رشد و نمو گیاه ضروری است. اختلاف در تجمع ماده خشک در پاسخ به نیتروژن از اختلاف در مقدار میزان دریافت تشعشع فعال خورشیدی توسط کانوپی گیاهی و کارایی گیاه در استفاده از تابش خورشیدی ناشی می شود(دورداس و سیولاس،2009).
در ارتباط با مقدار نیتروژن و تجمع ماده خشک و دو جزء آن، یعنی میزان نور دریافتی و کارایی مصرف انرژی، مطالعات زیادی نشان دهنده آن است که میزان بیوماس در اثر کاهش میزان نیتروژن در خاک، کاهش می یابد. در این ارتباط در صد افت عمدتا در اثر کاهش سطح برگ اتفاق می افتد(ماسیگام و همکاران، 2009).
1-11- عناصر کم مصرف
در سال های اخیر با پیشرفت علم تغذیه گیاهان در تشخیص موارد کمبود عناصر کم مصرف، اهمیت این عناصر غذایی در تغذیه، رشد و نمو و عملکرد محصولات زراعی آشکارتر شده است. وجه مشترک این عناصر آن است که به مقدار خیلی کم مورد نیاز گیاهان هستند و در صورت وجود به مقدار زیاد و به شکل قابل جذب در خاک، می توانند تولید مسمومیت در گیاهان بنمایند(نقشینه پور، 1375).
عناصر کم مصرف قابل دسترسی که به مقدار کم مورد نیاز هستند، بطورکلی برای تولید محصولات زراعی کافی می باشند، البته خاک های آلی یا شنی دارای pH های بالا یا پایین، بیشتر دچار کمبود بعضی از عناصر کم مصرف می باشند که نوع و میزان کمبود بستگی به نوع محصول دارد. بعضی ژنوتیپ ها به کمبودها یا سمیت ها مقاومتر هستند. عناصر کم مصرف، تشکیل دهنده یآنزیم ها یا فعال کننده گیاه هستند. بیشتر آنها در گیاه متحرک می باشند، اما بور به مقدار زیادی غیر متحرک است و باعث رشد غیر عادی بافت های فعال می گردد، نظیر آنچه که کمبود کلسیم بوجود می آورد(کوچکی و سرمدنیا، 1388).
1-11-1- روی
روی در خاک ها از کانی های فرو منیزیم، آوریت، هورنبلاند و بیوتتیت بدست می آید که خود در سنگ های آذرین بازی یافت می شود(کوچکی و سرمد نیا، 1388).
روی فلز سنگینی است که همواره با مس و مولیبدن سه عنصر سنگین مورد نیاز گیاهی را تشکیل می دهند. روی در خاک و گیاه اغلب بصورت Zn2+ یا بصورت ترکیب روی و مشابه آن در خاک های قلیایی شدید، ظاهرا بصورت سیلیکات روی وجود دارد. این عنصر از طریق ظرفیت های فرعی تمایل به تشکیل کمپلکس دارد. متوسط فراوانی آن در پوسته زمین بین 70 تا 80 میلی گرم در کیلوگرم است. البته در خاک های محتوی فلزات سنگین بیش از 100میلی گرم در کیلو گرم است که بیشتر به صورت کربنات روی می باشد(ملکوتی و طهرانی،1378).
مشخص گردیده است که روی برای آنزیم هایی که در سنتز تریپتوفان، که پیش نیاز تولید IAA می باشد، ضروری است. گیاهانی که کمبود روی دارن با کمبود تریپتوفان و IAA مواجه می شوند و در نتیجه برگ های آنها کوچک شده و زودتر می ریزند. روی همچنین یک جزء تشکیل دهنده کربنیک آنهیدراز است که اسید کربنیک را به آب و گاز کربنیک کاتالیز می کند.(ناسون، 1958 ولیبدسی، 1972).
کمبود روی ممکن است در بعضی از خاک های فرسایش یافته و تسطیح نشده و جاهائی که از نظر موادآلی فقیر هستند مشاهده می شود. میزان کمبود روی را به آسانی می توان با انجام تجزیه خاک پیش بینی کرد. در صورتی که مقدار روی در تجزیه های خاکی کمتر از 3/0 میلی گرم در هر کیلو گرم خاک باشد، مصرف روی، مخصوصا در خاک های تحت آبیاری، موجب افزایش عملکرد هکتاری می شود. روشن است که اگر میزان فسفر در خاک زیاد باشد، مصرف روی موجود در خاک با مشکلاتی مواجه می شود. اما اگر میزان فسفر در خاک کم باشد، نیازهای مربوط به عنصر روی غالبا و از طریق خاک تامین می شود. سولفات روی و فرم های شلات آن، از منابع روی به شمار می روند. نیاز های کودی روی را می توان با محلول پاشی مزرعه نیز برطرف نمود(کاظمی، 1387).کمبود روی باعث کاهش سنتز RNA و ثبات ریبوزوم می گردد(پرسک و پلوکی،1971).
1-11-2- بور
بور از کانی های اولیه، نظیر سیلیکاتهای بور بدست می آید. بور در خاک به مقدار خیلی کم بصورت اسیدبوریک یا برات(HBO3) محلول بوده و بصورت برات جذب سطحی ذرات خاک می گردد(تیلور، 1964).در بین عناصر کم مصرف، کمبود بور متداول ترین کمبود هاست(گوپتا،1979).
اعتقاد بر این است که بور در نمو سلولف از طریق کنترل انتقال قند و تشکیل پلی ساکارید موثر است. نقش دیگری که به این عنصر نسبت داده می شود، اتصال آن به جایگاه فعال آنزیم فسفریلاسیون است که با این عمل از تشکیل نشاسته جلوگیری می کند و بدین ترتیب از پولیمریزاسیون زیاد قند در محل های قند سازی ممانعت به عمل می آورد. به علاوه به نظر می رسد که بور احتمالا تعیین کننده تجزیه قند در چرخه گلیکولیز و یا از چرخه پنتوز فسفات باشد. به هر حال نتیجه تجزیه قند در هر دو چرخه، اسید پیرویک و آزاد شدن انرژی است. نیاز بور و کلسیم اغلب لازم و ملزومند پس این تصور پیش می آید که بور ممکن است برای تشکیل دیواره سلولی و برای متابولیسم ترکیبات پکتیکی مورد نیاز باشد(کوچکی و سرمد نیا، 1388).
جذب عناصر میکرو مانند بور در مناطق خشک و نیمه خشک به دلایل متعدد از جمله آهکی بودن، بالا بودن pH خاک، مصرف بیش از اندازه کودهای فسفاته، وجود آنیون بی کربنات به خصوص در شرایط عدم تهویه و کمی موادآلی به شدت کاهش می یابد که دراین شرایط علایم کمبود آن ظاهر می گردد(کوچکی و علیزاده، 1370).
کمبود عنصر بور در بین عناصر کم مصرف پس از آهن و روی بزرگترین خسارت را بر محصول وارد می سازد.مقدار بور در گیاهان در حدود 5 تا 50پی پی امتغییر می کند. ولی این مقدار ممکن است در گیاهان خاک های مختلف تغییر کند. وقتی مقدار بور در گیاه کمتر از 15 پی پی ام باشد، علائم کمبود ظاهر می شود( شیرانی راد،1382).
علائم کمبود این عنصر در گیاه بصورت زرد شدن برگها و زرد شدن فواصل بین رگبرگه، پیچیدگی رو به پایین نوک برگ ها، تاب خوردگی برگ ها، مردگی بافت نوک برگ ها، تاخیر در گلدهی، تعداد کمتر غلاف و اندازه کوچکتر آنهاو همچنین مطالعات زیادی نشان داده اند که کاربرد مولیبدن و بور عملکرد سویا را نسبت به زمانی که کمبود این عناصر را دارند، افزایش می دهد(جرتال،2004 و لیو2001).
کمبود بور بطور معمول با استعمال کود در سطح% 5/0 تا 3 کیلوگرم در هکتار بصورت سرک، محلول پاشی برگ ها به مقدار1/0 تا 5/0 کیلو گرم در هکتار و یا استعمال ردیفی به مقدار 2 کیلو گرم در هکتار، اصلاح می گردد(گوپتا، 1979).
1-12- نتایج تحقیقات گذشتگان
ارقاممحلی کنجدبهدلیلکودپذیريپایین،بهمصرفکودهاي شیمیاییواکنشچندانینشاننمیدهندولیدرارقام اصلاحشدهمصرفکوداورهمنجربهافزایشعملکرد شدهاست(احمديوبحرانی، 1388).
راتکه(2005) اعلام کرد که افزایش نیتروژن سنتز شدید پروتئین رادر مقابل اسید چرب فراهم می آورد، بنابر این میزان روغن بذر کنجد کاهش می یابد.
کاتچر(2005) بیان کرد که رابطه معکوسی بین میزان روغن و پروتئین وجود دارد و میزان پروتئین کانولا به طور معنی داری با افزایش میزان نیتروژن افزایش می یابد.
احمدی و بحرانی(1388) گزارش کردند که با کاربرد کود شیمیائی نیتروژن در کنجد، تعداد کپسول در بوته، تعداد شاخه های فرعی، عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیک و درصد روغن دانه کنجد تاثیر معنی داری داشت ولی بر روی وزن هزار دانه تاثیر معنی داری مشاهده نگردید.
آنان بیان نمودند که با افزایش میزان نیتروژن در کنجد در صد روغن کاهش یافت ولی این کاهش غیر معنی دار بود که این نتایج با نتایج بحرانی و بابایی( 1386)، آواد و همکاران(1998)، ایمایاوارامبان و همکاران(2002) و عبدالرحمان و همکاران(2003) مطابقت داشت.
سجادی نیک و همکاران(1389) بیان کردند که کاربرد کود شیمیای نیتروژن به میزان 50 کیلو گرم در هکتار برای گیاه کنجد باعث افزایش معنی دار تعداد بذر در کپسول، وزن هزار دانه، شاخص برداشت، عملکرد بیولوژیک و عملکرد دانه شد.
بحرانی و بابایی(1386) بیان نمودند که افزایش کود نیتروژن میزان پروتئین دانه را در کنجد بطور معنی داری افزایش می دهد که با نتایج پاپری و بحرانی (1384) مشابه بود.
ساکی حسینی (1375) اثر کود نیتروژن بر عملکرد و اجزای عملکرد کنجد با اعمال تیمارهای 0، 50، 100، 150 و 200 کیلو گرم در هکتار عملکرد دانه، تعداد کپسول در بوته، وزن هزار دانه و تعداد دانه در کپسول افزایش می یابد و کاربرد 200 کیلو گرم در هکتار روی این عامل ها اثر کاهنده داشته، هرچند بصورت معنی داری باعث افزایش ارتفاع بوته می گردد.
نتایج یک مطالعه در استان فارس با استفاده از مقادیر مختلف نیتروژن (صفر، 60 و 90 کیلو گرم در هکتار) در کنجد نشان داده است که با افزایش میزان نیتروژن، تعداد کپسول در بوته، وزن هزار دانه و عملکرد دانه افزایش یافته ولی میزان روغن دانه تحت تاثیر قرار نگرفته است(پاپری مقدم فرد و بحرانی، 1384).
در مطالعه ی دیگری نیز استفاده از نیتروژن موجب افزایش عملکرد دانه در کنجد شده است( نارخده و همکاران، 2001).
کوماروهمکاران(2009(بیانکردندکهکاربردکودهاي بیولوژیکبههمراهدرصدپایینیازکودهايشیمیایی بررويگیاهکنجدبهطورمعنیداريارتفاعبوته،وزن خشکبوته،تعدادکپسولدربوته،عملکرددانهوعملکردروغنراافزایشدادوهمچنینتوانستدرصد روغنووزنهزاردانهراافزایشدهدکهالبتهاین افزایشغیرمعنی داربود.
نور آبادی(1383) در بررسی تاریخ کاشت و محلول پاشی عناصر ریز مغذی بر عملکرد اجزاء عملکرد آفتابگردان نشان داد که زمان محلول پاشی اثر معنی داری بر تعدا برگ، تعداد دانه در طبق و عملکرد روغن و دانه داشت. نتایج حاصله نشان داد که افزایش معنیداری بر تعداد برگ، تعداد دانه در طبق و عملکرد روغن و دانه در محلول پاشی در مرحله گرده افشانی توأم با غنچه دهی حاصل شد. در ادامه مطالعه وی مشخص شد که مقدار محلول پاشی نیز بر روی کلیه صفات رویشی و زایشی مورد مطالعه اثر معنی داری داشته است.
استفاده از عناصر غذایی منیزیم و روی نیز در بعضی از مناطق موجب افزایش عملکرد دانه و روغن (جین و همکاران، 1999) و استفاده همزمان عناصر غذایی نیتروژن، فسفر و پتاسیم نیز موجب افزایش اجزای عملکرد و در نهایت عملکرد دانه و روغن کنجد در بعضی از آزمایش ها شده است(کاتیرسان،2002؛ کاتیرسان و هارمالینگام، 1999؛ شارما، 2005).
سعیدی (2008) در مطالعه 13 ترکیب تیمار کودی شامل عناصر آهن، روی و منگنز به همراه کود های پر مصرف بر روی صفات زراعی دو رقم کنجد که بین تیمار های مختلف کودی از نظر درصد روغن دانه اختلاف معنی داری وجود دارد. همچنین از طریق تجزیه رگرسیون مشخص شد که تغییرات عملکرد دانه بیشتر ناشی از تغییرات تعداد کپسول در بوته و تعداد دانه در کپسول بوده و این دو صفت از اجزای عملکرد دانه در کنجد می باشد.
کاربرد عناصر روی به دو روش تغذیه برگی و اضافه کردن به خاک نیز موجب جذب نیتروژن، فسفر و پتاسیم(تیروپاتی و همکاران، 2001) و شاخص برداشت، اجزای عملکرد و نهایتا عملکرد دانه در کنجد شده است(تیرو پاتی و همکاران،2001).
محلول پاشی دو مرحله ای عنصر بور در مرحله رشد زایشی سویا باعث افزایش تعداد غلاف و تعداد دانه در بوته گردید(وان خده،2002).
احمد و همکاران (2012) اظهار نمودند، محلول پاشی 1% بور در گیاه برنج سبب افزایش معنی دار وزن هزار دانه، عملکرد بیولوژیک، عملکرد دانه، محتوی پروتئین و محتوی نشاسته گردید.
شهابی فر و خوش نظر (1384) نشان دادند، اثر عنصر بور روی صفاتی از قبیل وزن هزار دانه، عملکرد دانه و عملکرد روغن دانه ارقام پائیزه کلزا معنی دار است.
فصل دوم
مواد و روش ها
2-1- موقعیت جغرافیایی محل آزمایش
این تحقیق در بهار سال 1392 در مزرعه ایستگاه تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی شهرستان خوی واقع در 2 کیلو متری شمال این شهرستان اجرا گردید. این منطقه دارای عرض جغرافیایی 38 درجه و 32 دقیقه و 19 ثانیه شمالی و طول جغرافیایی 44 درجه و 55 دقیقه و 27 ثانیه شرقی و دارای 1157 متر ارتفاع از سطح دریا می باشد. بر اساس تقسیم بندی کوپن این منطقه دارای آب و هوای نیمه خشک با تابستان های خشک می باشد. حداقل دمای سالانه 2/7 – درجه سلسیوس در دی ماه و حداکثر 4/34 درجه سلسیوس در مرداد ماه اندازه گیری شده است.
2-2- خصوصیات خاک محل آزمایش
به منظور تعیین برخی خصوصیات فیزیکی و شیمایی خاک محل آزمایش، قبل از اجرای طرح از خاک مزرعه به عمق متوسط 50 سانتی متر در چهار نقطه از مزرعه نمونه برداری و به آزمایشگاه ارسال گردید. نتایج آزمون خاک در جدول 2-2 آورده شده است.
جدول 2-1- خصوصیات خاک محل اجرای طرح
مشخصات عمق(سانتی متر) عناصر قابل جذب عناصر قابل جذب
30-0 60-30 30-0 60-30
درصد اشباع 44 46 فسفر (ppm) 9/6 4/6
هدایت الکتریکی 8/0 81/0 پتاسیم (ppm) 240 250
اسیدیته کل اشباع 1/8 2/8 آهن (ppm) 4/9 3/9
درصد مواد خنثی شونده 8/17 8/16 منگنز (ppm) 2/6 9/6
درصد کربن آلی 88/0 84/0 روی (ppm) 46/0 54/0
درصد نیتروژن 088/0 084/0 مس (ppm) 52/2 58/2
2-3- طرح آزمایشی
این تحقیق به صورت آزمایش اسپلیت پلات در قالب بلوک های کامل تصادفی با 4 تکرار و دو فاکتور اجرا شد. فاکتوراصلی محلول پاشی عناصرریزمغذی در سه سطح به نسبت یک در هزار کود روی و به نسبت دو در هزار کود بور ، (قبلاز پرشدن دانهها) در نظر گرفته شد و فاکتور فرعی کود نیتروژن درچهار سطح بود که در دو مرحله (آغازگلدهی و قبلاز رسیدگیفیزیولوژیک ) بامقادیر 50 ، 100، 150و200 کیلوگرم در هکتار توزین شد، که بصورت نواری به اجرا در آمد. مساحت زمین آزمایش 500 متر مربع بود. هر کرت آزمایشی شامل 4 ردیف به طول 4 متر وعرض 2 متر و فواصل ردیفی 60 سانتی متر، فاصله بوته ها روی خطوط کشت از



قیمت: 11200 تومان

مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی در حضور مزرعه بادی

82112144671

به نام
خداوند مهر و ماه

دانشگاه صنعتی شریف
دانشکده برق
پايان‌نامه كارشناسي ارشد
گرايش مديريت و کنترل شبکه هاي قدرت
عنوان
مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی در حضور مزرعه بادی
نگارش
محسن کیا
استاد راهنما
دکتر سید حمید حسینی
تابستان 90
(صفحه تصويب نامه)
به نام خدا
دانشگاه صنعتي شريف
دانشکده مهندسي برق
رساله کارشناسي ارشد
عنوان: مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی در حضور مزرعه بادی
نگارش: محسن کيا
کميته ممتحنين:
استاد راهنما: دکتر سيد حميد حسيني امضاء……………………………….
استاد ممتحن: دکتر محمود فتوحی فیروزآباد امضاء……………………………….
استاد ممتحن: دکتر مصطفی پرنیانی امضاء……………………………….
استاد مدعو: دکتر مسعود مقدس تفرشی امضاء……………………………….

تاريخ:31/06/1390
-7219293701
تقدیم به
آنانکه راه زندگی را به من آموختند. عزیزانی که وجودم برایشان همه رنج بود و وجودشان برایم همه مهر، مویشان سپیدی گرفت تا رویم سپید بماند.
آنانکه فروغ نگاهشان، گرمی کلامشان و روشنی رویشان، سرمایههای جاودانی زندگیم بوده و خواهد بود.
آنانکه راستی قامتم، در شکستگی قامتشان تجلی یافت. در برابر وجود گرامیشان، زانوی ادب بر زمین مینهم و با دلی مملو از عشق و محبت، بر دستانشان بوسه میزنم.
بلندای وجودشان همیشه استوار
به رسم ادب و حقشناسي صميمانه از استاد گرانقدرم دکتر سید حمید حسینی که هدايت اينجانب را در اين پايان نامه تقبل فرمودند و با راهنماييهايشان در به ثمر رسيدن پروژه مرا ياري نمودند، قدرداني ميکنم. همچنین از دانشجوی دکتری ایشان جناب آقای مهندس علیرضا نوری که در تمام مراحل این پایان نامه از راهنماییهای ایشان بهرهمند شدم نهایت سپاسگزاری را دارم.
در پایان مراتب سپاس خود را از همه اساتيدي که در دوره کارشناسي ارشد از محضرشان استفاده نمودهام اعلام ميدارم.
چكيده
در سیستم تجدید ساختار شده صنعت برق بهرهبرداری ایمن از سیستم قدرت یکی از مسائل چالش برانگیز میباشد. ساختارهاي مختلفي براي بستن بازارهاي انرژي و رزرو و ساير خدمات جانبي در سيستم‏هاي قدرت وجود دارد. در برخي از سيستم‏ها بهره‏بردار شبکه براي يافتن نقطه عملکرد سيستم در کوتاه مدت بازارهاي متنوعي را در نظر مي‏گيرد؛ براي مثال بازار انرژي، بازار تنظیم، بازار رزرو و … . در برخي دیگر بهرهبردار براي يافتن نقطه عملکرد سيستم با انجام يک بهينه‏سازي، وضعيت و توان توليدي واحدها، رزروها و ساير متغيرهاي موجود در سيستم را به صورت هم زمان بگونه‏اي که تمامي قيود شبکه، از جمله قيود امنيتي، برآورده شوند بدست مي‏آورد.
تمایل روزافزون بهرهگیری از انرژی باد به عنوان یک انرژی تجدیدپذیر ارزان و در عین حال متغیر در نظر گرفته میشود. بنابراین استفاده از مزرعه بادی در برنامهریزی و بهرهبرداری سیستم قدرت مطرح میشود. عملکرد اقتصادی و قابلیت اطمینان یک شبکه قدرت وابستگی قابل ملاحظهای به دقت پیشبینی بار دارد. بنابراین با توجه به امکان وجود خطا در پیشبینی تولید بادی و میزان بار شبکه، برنامهریز سیستم باید الگوی تولید را به نحوی تعیین نماید که علاوه بر تامین بار مصرفی، رزروها نیز تامین گردد و خطای پیشبینی بار، تولید بادی و همچنین خروج واحد تولید و خط جبران شود.
در اين پايان‏نامه به معرفی ساختاری جدید برای در نظر گرفتن عدم قطعیت پیشبینی بار در تسویه همزمان بازارهای انرژی و رزرو در حضور مزرعه بادی ضمن در نظر گرفتن فرمولاسیونی نو برای لحاظ کردن هزینه وقوع هر سناریو در مسئله بهینه سازی دو مرحلهای در کوتاه مدت (24ساعت) پرداخته شده است. لازم به ذکر است که عدم قطعیتهای سیستم، اعم از تولید مزرعه بادی، بار پیشبینی شده و همچنین خروج واحدهای تولید و خطوط نیز در مسئله بهینهسازی در نظر گرفته شده است. برای مدلسازی مسئله بر اساس تکنیک برنامه‏ريزي ترکیبی با اعداد صحیح و حقيقي در حالت خطي استفاده شده است.
با بهرهگیری از سیستمهای تست قابلیت اطمینان IEEE، کارائی فرمولبندی ارائه شده، نشان داده شده و نتايج بدست آمده از انجام اين مطالعات تشریح گردیده است. در انتها، پيشنهاداتی براي ادامه اين پایاننامه آورده شده است.
كلمات كليدي: برنامه مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی، پخش بار اقتصادي، تسويه بازار، رزرو بالا رونده و پايين رونده در سمت توليد و مصرف، قطع بار، برنامه ریزی ترکیبی با اعدادصحیح و حقیقی .
فهرست مطالب TOC \h \z \t “Heading 1,1,Heading 2,1,Heading 3,1,Heading 0,1,Heading 01,1” TOC \o “2-3” \h \z \t “Heading 1,1,Heading 0,1,Heading 01,1”
فصل1 PAGEREF _Toc306284650 \h 1مقدمه PAGEREF _Toc306284651 \h 1فصل2 : برنامه مشارکت واحدها و بازار همزمان انرژی و رزرو با در نظر گرفتن محدوديت‏هاي امنيتي PAGEREF _Toc306284654 \h 102-1 مقدمه PAGEREF _Toc306284655 \h 122-2 مروری بر منابع PAGEREF _Toc306284656 \h 152-3 فرمولاسيون متداول مسئله مشارکت واحدها PAGEREF _Toc306284657 \h 192-3-1 معرفي شماي کلي الگوريتم PAGEREF _Toc306284658 \h 192-3-2 تابع هدف PAGEREF _Toc306284659 \h 212-3-3 قيود موجود در مسئله اصلي PAGEREF _Toc306284660 \h 242-3-4 قيود شبکه در حالت عملکرد عادی PAGEREF _Toc306284661 \h 272-3-5 قيود شبکه در حالت عملکرد بعد از وقوع حوادث محتمل PAGEREF _Toc306284662 \h 282-4 فرمولاسيون مورد استفاده براي حل مسئله بکارگيري واحدها PAGEREF _Toc306284663 \h 292-4-1 تفاوتهاي بین روش مورد استفاده و فرمولاسيون مرسوم PAGEREF _Toc306284664 \h 302-4-2 زيربرنامه تعيين نوع باسها بعد از وقوع هر حادثه PAGEREF _Toc306284665 \h 322-4-3 جمع بندی الگوريتم PAGEREF _Toc306284666 \h 342-5 مطالعات موردی PAGEREF _Toc306284667 \h 372-5-1 بررسي شبکه نمونه IEEE RTS1 در بازه يک ساعته در پيک بار PAGEREF _Toc306284668 \h 402-5-2 بررسي شبکه نمونه IEEE RTS1 در بازه سه ساعته PAGEREF _Toc306284669 \h 452-5-3 بررسي شبکه نمونه IEEE RTS2 در بازه يک ساعته PAGEREF _Toc306284670 \h 492-5-4 بررسي شبکه نمونه IEEE RTS1 در بازه 24 ساعته PAGEREF _Toc306284671 \h 532-5-5 بررسي شبکه نمونه IEEE RTS2 در بازه 24 ساعته PAGEREF _Toc306284672 \h 572-6 نتیجه گیری PAGEREF _Toc306284673 \h 60فصل3 : مدل کردن عدم قطعیت باد PAGEREF _Toc306284675 \h 603-1 مقدمه PAGEREF _Toc306284676 \h 613-2 مروری بر منابع PAGEREF _Toc306284677 \h 643-3 مدل کردن عدم قطعیتِ نیروگاه بادی PAGEREF _Toc306284678 \h 673-3-1 فرمولاسیون مشارکت واحدها با لحاظ کردن نیروگاه بادی PAGEREF _Toc306284679 \h 683-3-2 قيود موجود در مسئله مشارکت واحدها با قیود امنیتی در حضور مزرعه بادی PAGEREF _Toc306284680 \h 703-3-3 زيربرنامه تعيين نوع باس ها بعد از وقوع حادثه PAGEREF _Toc306284681 \h 713-3-4 ایجاد و کاهش سناریوهای باد و خروج واحدها و خطوط PAGEREF _Toc306284682 \h 733-3-5 جمع بندی الگوريتم PAGEREF _Toc306284683 \h 733-4 مطالعات موردی PAGEREF _Toc306284684 \h 753-5 نتیجه گیری PAGEREF _Toc306284685 \h 83فصل4 : مدل کردن عدم قطعیت بار PAGEREF _Toc306284687 \h 874-1 مقدمه PAGEREF _Toc306284688 \h 894-2 مروری بر منابع PAGEREF _Toc306284689 \h 924-3 مدل کردن عدم قطعیتِ پیش بینی بار PAGEREF _Toc306284690 \h 934-3-1 فرمولاسیون مشارکت واحدها باقیود امنیتی با در نظر گرفتن عدم قطعیت تولید باد و بار PAGEREF _Toc306284691 \h 954-3-2 قيود موجود در مسئله مشارکت واحدها با قیود امنیتی با در نظر گرفتن عدم قطعیت تولید باد و بار PAGEREF _Toc306284692 \h 964-3-3 ایجاد و کاهش سناریوی بار PAGEREF _Toc306284693 \h 974-3-4 جمع بندی الگوریتم PAGEREF _Toc306284694 \h 984-4 مطالعات موردی PAGEREF _Toc306284695 \h 1014-5 نتیجه گیری PAGEREF _Toc306284696 \h 104فصل5 : نتيجه‏گيري و ارائه پيشنهاد جهت ادامه کار PAGEREF _Toc306284698 \h 1095-1 نتايج بدست آمده PAGEREF _Toc306284699 \h 1105-2 ارائه پيشنهاد جهت ادامه کار PAGEREF _Toc306284700 \h 112پیوستها : پیوست (الف): لیست متغیرها پیوست، (ب): رزرو بالارونده و پایین رونده، پیوست (ج): عدم قطعیتها، تولید و کاهش سناریو PAGEREF _Toc306284703 \h 114پیوست (الف) : ليست متغيرها PAGEREF _Toc306284705 \h 115متغيرها و توابع: PAGEREF _Toc306284706 \h 115بردارها و ماتريس‏ها: PAGEREF _Toc306284707 \h 116پیوست (ب) : کارکردهاي مختلف انواع رزرو در حفظ امنيت شبکه PAGEREF _Toc306284709 \h 117پیوست (ج) : مدل کردن عدم قطعیتها PAGEREF _Toc306284711 \h 120تولید سناریوی خروج های واحدها و خطوط شبکه PAGEREF _Toc306284712 \h 121تولید سناریوی باد و یا بار PAGEREF _Toc306284713 \h 122کاهش سناریو PAGEREF _Toc306284714 \h 124مراجع PAGEREF _Toc306284715 \h 125
فهرست شکلها
TOC \h \z \t “Style1 شکل,1” شكل (2-1): شمای کلی الگوريتم متداول معرفی شده PAGEREF _Toc306285342 \h 20شکل (2-2): تکهای خطی کردن تابع هزینه واحدهای تولید PAGEREF _Toc306285343 \h 23شكل (2-3): الگوريتم مراحل اجراي برنامه مشارکت امنيتي واحدها PAGEREF _Toc306285344 \h 35شكل (2-4): دياگرام شبکه نمونهاي IEEE RTS1 [50] PAGEREF _Toc306285345 \h 39شكل (2-5): دياگرام شبکه نمونه اي IEEE RTS2 [52] PAGEREF _Toc306285346 \h 50شکل (3-1): پخش بار اقتصادی برای یک روز با حضور نیروگاه بادی PAGEREF _Toc306285347 \h 63شكل (3-2): الگوريتم مراحل اجراي برنامه مشارکت امنيتي واحدها در حضور مزرعه بادی PAGEREF _Toc306285348 \h 75شکل (3-3) : هزینه بستن بازار به ازای درصد نفوذ تولید نیروگاه بادی در شبکه 24 باس (نیروگاه بادی در باس 3 نصب شده است) PAGEREF _Toc306285349 \h 80شکل (3-4) : هزینه بهره برداری سیستم به ازای درصد عدم قطعیت های متفاوت نیروگاه بادی در شبکه PAGEREF _Toc306285350 \h 81شکل (4-1) : مشارکت واحدها با قیود امنیتی در حضور نیروگاه بادی و عدم قطعیت در پیش بینی بار PAGEREF _Toc306285351 \h 100شكل (ض-1): شبکه کوچک معرفي شده در توضيح کارکرد اول رزروهاي پايين رونده PAGEREF _Toc306285352 \h 118شكل (ض-2): شبکه کوچک معرفي شده در توضيح کارکرد دوم رزروهاي پايين رونده PAGEREF _Toc306285353 \h 119شکل(ض-3): مدل مارکوف پیوسته زمان دو حالته برای واحدهای تولید و خطوط انتقال PAGEREF _Toc306285354 \h 120شکل ( ض-4) : توزیع نرمال تقسیم شده به 5 بازه برای توان تولیدی باد PAGEREF _Toc306285355 \h 123
فهرست جدولها
TOC \h \z \t “Style2 جدول,1″ جدول (2-1) : ارتباط بین y(i,t)، z(i,t) وu(i,t) PAGEREF _Toc306285553 \h 27جدول (2-2): مشخصات واحدهاي نيروگاهي شبکه هاي مورد بررسي در مطالعات موردي PAGEREF _Toc306285554 \h 40جدول (2-3): توان مصرفي در باس‏هاي گوناگون PAGEREF _Toc306285555 \h 40جدول (2-4): نرخهای پیشنهادی برای رزرو بالارونده و پایین رونده هر واحد [41] PAGEREF _Toc306285556 \h 41جدول (2-5): پیشامدهای احتمالی در نظر گرفته شده در شبیه سازی ها مطابق با مرجع [51] PAGEREF _Toc306285557 \h 42جدول (2-6): وضعيت قرارگيري واحدها در باس ها و مقایسه نتايج اجراي برنامه با مرجع [41] در شبکه 24 باس برای یک ساعت PAGEREF _Toc306285558 \h 42جدول (2-7): مقايسه کلي روش پيشنهادي و روش مرجع [41] در شبکه 24 باس برای یک ساعت PAGEREF _Toc306285559 \h 43جدول (2-8): مقايسه رزرو بالا رونده سمت مصرف براي روش پيشنهادي و روش مرجع [41] در شبکه 24 باس برای یک ساعت PAGEREF _Toc306285560 \h 43جدول (2-9): خطوط پر شده برای مطالعه موردي 1 ساعته در شبکه 24 باس برای یک ساعت PAGEREF _Toc306285561 \h 44جدول (2-10): نوع باس هاي شبکه مطالعه موردي اول بعد از هر حادثه در شبکه 24 باس برای یک ساعت PAGEREF _Toc306285562 \h 44جدول (2-11): مقايسه کلي روش پيشنهادي و روش [41] در شبکه 24 باس برای سه ساعت PAGEREF _Toc306285563 \h 46جدول (2-12): وضعيت روشن و خاموش بودن واحدها در شبکه 24 باس برای سه ساعت PAGEREF _Toc306285564 \h 46جدول (2-13): وضعيت مشارکت واحدها در باسها و نتايج اجراي برنامه با روش پيشنهادي و روش مرجع [41] برای توان تولیدی در شبکه 24 باس برای سه ساعت PAGEREF _Toc306285565 \h 46جدول (2-14): وضعيت مشارکت واحدها در باس ها و نتايج اجراي برنامه با روش پيشنهادي و روش مرجع [41] براي رزرو بالا رونده سمت توليد در شبکه 24 باس برای سه ساعت PAGEREF _Toc306285566 \h 47جدول (2-15): وضعيت مشارکت واحدها در باس ها و نتايج اجراي برنامه با روش پيشنهادي و روش مرجع [41] براي رزرو پايين رونده سمت توليد در شبکه 24 باس برای سه ساعت PAGEREF _Toc306285567 \h 48جدول (2-16): نتايج اجراي برنامه با روش پيشنهادي و روش مرجع [41] براي رزرو بالا رونده سمت مصرف در شبکه 24 باس برای سه ساعت PAGEREF _Toc306285568 \h 48جدول (2-17): مقايسه کلي روش پيشنهادي و روش مرجع [41] در شبکه 48 باس برای یک ساعت PAGEREF _Toc306285569 \h 50جدول (2-18): رزرو بالا رونده سمت مصرف با روش پيشنهادي و مرجع [41] در شبکه 48 باس برای یک ساعت PAGEREF _Toc306285570 \h 51جدول (2-19): وضعيت قرارگيري واحدها در باس ها و نتايج اجراي برنامه با روش پيشنهادي و مرجع [41] در شبکه 48 باس برای یک ساعت PAGEREF _Toc306285571 \h 51جدول (2-20): وضعيت مشارکت واحدها در شبکه IEEE RTS1 در 24 ساعت PAGEREF _Toc306285572 \h 53جدول (2-21): برنامه تولید مشارکت واحدها در شبکه IEEE RTS1 در 24 ساعت PAGEREF _Toc306285573 \h 54جدول (2-22): برنامه رزرو بالارونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 در 24 ساعت PAGEREF _Toc306285574 \h 55جدول (2-23): برنامه رزرو پایین رونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 در 24 ساعت PAGEREF _Toc306285575 \h 55جدول (2-24): برنامه رزرو بالا رونده سمت بار در شبکه IEEE RTS1 در 24 ساعت PAGEREF _Toc306285576 \h 56جدول (2-25): نتایج کلي شبیه سازی روش پيشنهادي در IEEE RTS1 در بازه 24 ساعته PAGEREF _Toc306285577 \h 56جدول (2-26): مقايسه کلي روش پيشنهادي و روش [51] در شبکه 24 باس برای یک ساعت PAGEREF _Toc306285578 \h 56جدول (2-27): برنامه تولید واحدها در شبکه IEEE RTS2 در 24 ساعت PAGEREF _Toc306285579 \h 57جدول (2-28): برنامه رزرو بالا رونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS2 در 24 ساعت PAGEREF _Toc306285580 \h 58جدول (2-29): برنامه رزرو بالا رونده سمت بار در شبکه IEEE RTS2 در 24 ساعت PAGEREF _Toc306285581 \h 59جدول (2-30): نتایج کلي شبیه سازی روش پيشنهادي در IEEE RTS2 در بازه 24 ساعته PAGEREF _Toc306285582 \h 59جدول (3-1): هزینه های انرژی به ازای نصب نیروگاه در باس i PAGEREF _Toc306285583 \h 76جدول (3-2): برنامه تولید مشارکت واحدها با قیود امنیتی در شبکه IEEE RTS1 در 24 ساعت به ازای نصب نیروگاه بادی در باس شماره 3 PAGEREF _Toc306285584 \h 77جدول (3-3): برنامه رزرو بالارونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 در 24 ساعت به ازای نصب نیروگاه بادی در باس شماره 3 PAGEREF _Toc306285585 \h 78جدول (3-4): برنامه رزرو پایین رونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 در 24 ساعت به ازای نصب نیروگاه بادی در باس شماره 3 PAGEREF _Toc306285586 \h 78جدول (3-5): برنامه رزرو بالا رونده سمت بار در شبکه IEEE RTS1 در 24 ساعت در حضور نیروگاه بادی در باس شماره 3 PAGEREF _Toc306285587 \h 78جدول (3-6) : هزینه بستن بازار به ازای درصد نفوذ تولید نیروگاه باد در سیستم قدرت با عدم قطعیت 10% () PAGEREF _Toc306285588 \h 79جدول (3-7) : میزان تغییرات هزینه به ازای درصد تغییرات در تولید نیروگاه بادی با میانگین بادهای متفاوت PAGEREF _Toc306285589 \h 81جدول (3-8) : مقایسه نتایج بدست آمده در شبیه سازی شبکه سه باسه با مرجع [69] (مقادیر توان بر حسب مگاوات است) PAGEREF _Toc306285590 \h 82جدول (4-1): برنامه تولید واحدها با قیود امنیتی در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره3 و بار پیش بینی شده PAGEREF _Toc306285591 \h 101جدول (4-2): برنامه رزرو بالارونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره3 و بار پیش بینی شده PAGEREF _Toc306285592 \h 102جدول (4-3): برنامه رزرو پایین رونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره3 و بار پیش بینی شده PAGEREF _Toc306285593 \h 103جدول (4-4): برنامه رزرو بالا رونده سمت بار در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره3 و بار پیش بینی شده PAGEREF _Toc306285594 \h 103جدول (4-5): هزینه مشارکت واحدها با قیود امنیتی در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره3 و بار پیش بینی شده PAGEREF _Toc306285595 \h 104
فصل1مقدمهمقدمهبعد از تحول تجديد ساختار در سيستم‏های قدرت، جنبه‏های اقتصادی سيستم‏های قدرت موضوع بسياری از تحقيقات در زمينه مهندسی قدرت بوده است؛ زيرا تغييرات مختلف و سريع در ساختار اجتماعی- اقتصادی اين سيستم‏ها منجر به تحولات شگفت انگيزی در جنبه‏های فنی بهرهبرداری و کنترل و مديريت آنها شده است.
استراتژیهای گوناگونی برای حداقل کردن هزینه واحدهای تولید انرژی الکتریکی پیشنهاد شده است که برنامهریزی مشارکت واحدها و پخش بار اقتصادی جزو بهترین راه ها برای تامین برق با کیفیت، برای مشتری در یک حالت اقتصادی و امن میباشد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Padhy</Author><Year>2001</Year><RecNum>2</RecNum><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>2</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Padhy, N. P.</author></authors></contributors><titles><title>Unit commitment using hybrid models: a comparative study for dynamic programming, expert sys–, fuzzy sys– and genetic algorithms</title><secondary-title>International Journal of Electrical Power &amp; Energy Sys–s</secondary-title></titles><periodical><full-title>International Journal of Electrical Power &amp; Energy Sys–s</full-title></periodical><pages>827-836</pages><volume>23</volume><number>8</number><keywords><keyword>Unit commitment</keyword><keyword>Dynamic programming</keyword><keyword>Expert sys–</keyword><keyword>Fuzzy sys–</keyword><keyword>Neural network and genetic algorithms</keyword></keywords><dates><year>2001</year></dates><isbn>0142-0615</isbn><work-type>doi: 10.1016/S0142-0615(00)00090-9</work-type><urls><related-urls><url>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142061500000909</url></related-urls></urls></record></Cite></EndNote>[1].
امروزه در اکثر کشورهای دنيا مبادلات توان الکتریکی از طريق بازار برق صورت میگيرد و بهرهبردار سيستم موظف به حفظ سطح قابل قبولی از امنيت در اين سيستم‏هاست. در عين حال عملکرد اقتصادی سيستم‏های قدرت مطلبی است که شديداً مدنظر بهرهبردار قرار میگيرد. لازم است انواع رزروهای بالارونده و پائين رونده در سمت توليد و احتمالاً در طرف مصرف درنظر گرفته شود تا از به خطر افتادن سيستم درصورت خروج واحدها و ساير تجهيزات جلوگيری شود.
ساختارهاي گوناگوني براي اجراي بازارهاي انرژي و رزرو و ساير خدمات جانبي در سيستم‏هاي قدرت مختلف وجود دارد. هر يک از اين ساختارها داراي نقاط قوت و ضعف بسياري هستند. استفاده از هر يک از اين ساختارها به گستردگي سيستم و خواسته‏هاي بهره‏بردار بستگي دارد. در برخي از سيستم‏ها براي يافتن نقطه عملکرد سيستم در کوتاه مدت بازارهاي متنوعي در نظر گرفته مي‏شود. براي مثال بازار انرژي، بازار تنظیم، بازار رزرو و … . ضعف اصلي این ساختار بهينه نبودن پاسخ نهايي است. در برخي سيستم‏ها بهرهبردار براي يافتن نقطه عملکرد سيستم با انجام يک بهينه‏سازي، وضعيت و توان توليدي واحدها، پيشنهادهاي رزرو پذيرفته شده و ساير متغيرهاي موجود در سيستم را به صورت هم زمان، بگونه‏اي بدست مي‏آورد که تمامي قيود شبکه، از جمله قيود امنيتي، برآورده شوند. ضعف‏ اصلي این ساختار دشواري اجراي آن بر روي سيستم‏هاي گسترده با تعداد زياد واحدهاي توليدي مي‏باشد.
قیمت برق در سیستم سنتی بر مبنای هزینههای تولید برق بوده و در بسیاری از موارد با توجه به اینکه نیروگاهها در این سیستم متعلق به دولت میباشند، قیمت برق از سیاست های دولت تاثیر میپذیرد. در سیستم سنتی رقابت تولیدکنندگان برق در بهبود خدمات و بهینهسازی امور در سطح پایینی قرار داشته و نیروگاهها با توجه به برنامهریزی انجام گرفته قبلی، موظف به تولید مقدار پیش بینی شده توان برای ساعت خاصی میباشند.
صاحبان سیستم قدرت انتظار دارند با تعمیم خصوصیسازی به سیستمهای قدرت، کندی موجود در سرعت پیشرفت و نوآوری در تکنولوژی ساخت نیروگاهها و خطوط انتقال مرتفع شود. در کشورهای توسعه یافته و حتی جهان سوم نیز تجدیدساختار با استقبال مواجه شده است، چرا که این امر معمولاً سبب میشود که سرمایهگذارهای خصوصی اقدام به ساخت، نصب و راهاندازی نیروگاهها به خرج خود نمایند و هزینه سنگین احداث آنها از دوش دولت برداشته شود. در سیستم تجدید ساختار شده صنعت برق بهرهبرداری ایمن از سیستم قدرت یکی از مسائل چالش برانگیز بهرهبردار مستقل سیستم میباشد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Madrigal</Author><Year>2000</Year><RecNum>3</RecNum><record><rec-number>3</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>3</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Proceedings”>10</ref-type><contributors><authors><author>Madrigal, M.</author><author>Quintana, V. H.</author></authors></contributors><titles><title>A security-constrained energy and spinning reserve markets clearing sys– using an interior-point method</title><secondary-title>Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE</secondary-title><alt-title>Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE</alt-title></titles><pages>489 vol. 1</pages><volume>1</volume><keywords><keyword>contracts</keyword><keyword>electricity supply industry</keyword><keyword>power sys– security</keyword><keyword>ISO</keyword><keyword>direct-current model</keyword><keyword>energy supply</keyword><keyword>enrgy markets clearing sys–</keyword><keyword>interior-point method</keyword><keyword>optimization problem</keyword><keyword>re-schedulable bilateral contracts</keyword><keyword>security-constrained energy market</keyword><keyword>security-constrained spinning reserve market</keyword></keywords><dates><year>2000</year><pub-dates><date>2000</date></pub-dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2]. بهرهبردار مستقل سیستم با موضوعات سخت و پیچیدهای در ارتباط با تامین امنیت و قابلیت اطمینان سیستم مواجه است که یکی از آنها تامین رزرو سیستم است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Flynn</Author><Year>2001</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>4</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Flynn, M. E.</author><author>Sheridan, W. P.</author><author>Dillon, J. D.</author><author>O&apos;Malley, M. J.</author></authors></contributors><titles><title>Reliability and Reserve in Competitive Electricity Market Scheduling</title><secondary-title>Power Engineering Review, IEEE</secondary-title></titles><periodical><full-title>Power Engineering Review, IEEE</full-title></periodical><pages>54-54</pages><volume>21</volume><number>2</number><dates><year>2001</year></dates><isbn>0272-1724</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3].
برنامه زمانبندی تولید (کوتاه مدت-بلندمدت)، که با عنوان مشارکت واحدها نیز شناخته میشود یکی از مسائل عمده سیستم قدرت میباشد. برنامهريزي مشارکت واحدها شامل بهينهسازي منابع توليد براي حداقلسازي هزینه توليد توان با رعايت قيود مربوطه میباشد که پتانسیل کافی برای صرفه جویی میلیونها دلار در سال، به عنوان عملیات اقتصادی را دارا میباشد. در مدار قرارگرفتن یک واحد تولیدی به معنی روشن کردن آن و سپس سنکرون کردن آن با سیستم و متصل کردن آن به گونهای است که بتواند توان الکتریکی را به شبکه انتقال دهد. بکارگیری تعداد زیادی واحد تولید که تقریباً گران است و یا خارج کردن تعدادی از واحدها زمانی که مورد نیاز نباشند میتواند موجب صرفهجویی در حجم زیادی از پول شود. به صورت بنیادی، دقیقترین روش برای حل مسئله مشارکت واحدها، روش یکایک شماری است. بدین ترتیب که با آزمایش تمام ترکیبات ممکن روشن و خاموش بودن واحدها در بازه زمانی مورد مطالعه تعداد کل ترکیبات ممکن خواهد بود که N نشان دهنده تعداد واحدها و M تعداد ساعات مورد مطالعه میباشد. با در نظر گرفتن سرعت پروسسورهای کنونی، حل مسئله به این روش برای سیستمهای قدرت امروزی کاملاً غیر ممکن است. بنابراین لزوم اعمال یک الگوریتم مناسب به این مسئله ضروری به نظر میرسد. تکنیکهای حل مختلفی برای این مسئله وجود دارد که بطور کلی آنها را میتوان به سه دسته روشهای عددی، روشهای هوشمند و روشهای ترکیبی تقسیم کرد. روشهای هوشمند به لحاظ همگرایی عددی و نیز کیفیت پاسخ مقبولیت بالایی ندارند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Pappala</Author><Year>2008</Year><RecNum>5</RecNum><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>5</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Proceedings”>10</ref-type><contributors><authors><author>Pappala, V. S.</author><author>Erlich, I.</author></authors></contributors><titles><title>A new approach for solving the unit commitment problem by adaptive particle swarm optimization</title><secondary-title>Power and Energy Society General Meeting – Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008 IEEE</secondary-title><alt-title>Power and Energy Society General Meeting – Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008 IEEE</alt-title></titles><pages>1-6</pages><keywords><keyword>integer programming</keyword><keyword>particle swarm optimisation</keyword><keyword>power generation scheduling</keyword><keyword>PSO</keyword><keyword>adaptive particle swarm optimization</keyword><keyword>adaptive penalty function approach</keyword><keyword>constrained optimization problem</keyword><keyword>dependent penalty functions</keyword><keyword>optimal swarm size selection</keyword><keyword>parameter tuning</keyword><keyword>penalty coefficient tuning</keyword><keyword>unit commitment problem</keyword></keywords><dates><year>2008</year><pub-dates><date>20-24 July 2008</date></pub-dates></dates><isbn>1932-5517</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4].
استفاده از روشهایی مانند لیست اولویت، برنامهریزی دینامیکی، روش شاخه و کران، روش لاگرانژ و برنامهریزی اعداد صحیح در بالا رفتن دقت جوابها تاثیر زیادی دارد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Cohen</Author><Year>1983</Year><RecNum>6</RecNum><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>6</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Cohen, A. I.</author><author>Yoshimura, M.</author></authors></contributors><titles><title>A Branch-and-Bound Algorithm for Unit Commitment</title><secondary-title>Power Apparatus and Sys–s, IEEE Transactions on</secondary-title></titles><periodical><full-title>Power Apparatus and Sys–s, IEEE Transactions on</full-title></periodical><pages>444-451</pages><volume>PAS-102</volume><number>2</number><dates><year>1983</year></dates><isbn>0018-9510</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5] و ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Pang</Author><Year>1981</Year><RecNum>7</RecNum><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>7</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Pang, C. K.</author><author>Sheble, G. B.</author><author>Albuyeh, F.</author></authors></contributors><titles><title>Evaluation of Dynamic Programming Based Methods and Multiple area Representation for Thermal Unit Commitments</title><secondary-title>Power Apparatus and Sys–s, IEEE Transactions on</secondary-title></titles><periodical><full-title>Power Apparatus and Sys–s, IEEE Transactions on</full-title></periodical><pages>1212-1218</pages><volume>PAS-100</volume><number>3</number><dates><year>1981</year></dates><isbn>0018-9510</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6].
در برخی از محیطهای تجدید ساختار یافته، اپراتور مستقل سیستم از مشارکت واحدها با قیود امنیتی برای برنامهریزی روز بعد بهره میجوید [6]. این برنامهریزی یکی از پیچیدهترین مسائل بهینهسازی در سیستمهای قدرت است، که باید در آن قیود تولید، انتقال و امنیت شبکه در نظر گرفته شوند. قیود این برنامهریزی عباتند از: قیود تامین توان شبکه، کمینه و بیشینه میزان تولید هر واحد، کمینه و بیشینه زمان روشن و خاموش بودن واحدها، ذخیره چرخان، ذخیره های بالارونده و پایین رونده سمت تولید و بار، نرخ شیب افزایش و کاهش توان نیروگاهها، و… ، برای شبکه انتقال نیز قیدهای میزان توان انتقالی هر خط و ولتاژ باسها در نظر گرفته میشود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Mohammad Shahidehpour</Author><Year>April 2002</Year><RecNum>8</RecNum><record><rec-number>8</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>8</key></foreign-keys><ref-type name=”Book”>6</ref-type><contributors><authors><author>Mohammad Shahidehpour, Hatim Yamin, Zuyi Li </author></authors></contributors><titles><title>Market Operations in Electric Power Sys–s: Forecasting, Scheduling, and Risk Management</title></titles><pages>552-978-0-471-44337-7</pages><num-vols>1</num-vols><dates><year>April 2002</year></dates><pub-location>New York</pub-location><publisher>Wiley-IEEE Press</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7].
مسئله مشارکت واحدها با قید امنیتی یک مسئله غیرخطی و غیرمحدب است که متغیرهای آن بصورت صفر و یک میباشند. تعداد این متغیرها وابسته به اندازه مسئله است که هر چه ابعاد مسئله بزرگتر شود تعداد متغیرهای آن نیز افزایش مییابد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Yong</Author><Year>2007</Year><RecNum>9</RecNum><record><rec-number>9</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>9</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Yong, Fu</author><author>Shahidehpour, M.</author></authors></contributors><titles><title>Fast SCUC for Large-Scale Power Sys–s</title><secondary-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</secondary-title></titles><periodical><full-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</full-title></periodical><pages>2144-2151</pages><volume>22</volume><number>4</number><keywords><keyword>integer programming</keyword><keyword>iterative methods</keyword><keyword>large-scale sys–s</keyword><keyword>power generation dispatch</keyword><keyword>power generation economics</keyword><keyword>power generation scheduling</keyword><keyword>power markets</keyword><keyword>power sys– security</keyword><keyword>1168-bus sys–</keyword><keyword>4672-bus sys–</keyword><keyword>daily-weekly-ahead market</keyword><keyword>economic dispatch</keyword><keyword>economical hourly generation schedule</keyword><keyword>independent power sys– operators</keyword><keyword>large-scale power sys–s</keyword><keyword>mixed-integer programming</keyword><keyword>regional transmission organizations</keyword><keyword>restructured power sys–s</keyword><keyword>security-constrained unit commitment</keyword><keyword>single-hour unit commitment adjustment</keyword></keywords><dates><year>2007</year></dates><isbn>0885-8950</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8].
تعيين ميزان رزروها میتواند بصورت قطعي، احتمالاتي و يا ترکيب اين دو صورت پذيرد. در روش قطعی تابع هدف تنها شامل هزينه‏های موجود سيستم بدون درنظر گرفتن هزینه سيستم بعد از وقوع حادثه‏های محتملِ گوناگون است ولی در حالت احتمالاتی هزينه آينده سيستم (بعد از وقوع حادثه‏های محتمل مختلف) باتوجه به احتمال وقوع اين وقايع در تابع هدف برنامه بکارگيری واحدها لحاظ میشود.
بدلیل نگرانی از کاهش منابع سوختهای فسیلی و همچنین گرانی روزافزون این منابع، متخصصین صنعت برق به فکر استفاده از منابع تجدیدپذیر و رایگان موجود در طبیعت افتادند. از طرف دیگر بحرانهای محیط زیستی فکر استفاده از انرژیهای نو را گسترش داده است. از میان منابع پاک جایگزین سوختهای فسیلی، انرژی باد دارای بیشترین پتانسیل برای تولید الکتریسیته میباشد. لذا کشورهای صنعتی به فکر گسترش تولید الکتریسیته از طریق ایجاد مزرعه بادی افتادهاند. یکی از مشکلات بهرهبرداری در هنگام استفاده از انرژی باد که موجب نگرانی میشود، عدم قطعیت تولید ژنراتورهای بادی میباشد. این امر از ماهیت احتمالی وزش باد ناشی میشود. میزان تولید یک ژنراتور بادی کاملاً به شرایط باد در همان زمان وابسته است. اگر چه با اعمال برنامههای پیشبینی تولید نیروگاههای بادی میتوان میزان تولید ژنراتورهای بادی را برای روز بعد تقریب زد. اما این پیشبینیها با استفاده از بهترین روشها هم، بسته به افق زمانی مورد مطالعه میتواند تا 50 درصد با خطا همراه باشد. همانطور که بیان شد گسترش بهرهگیری از انرژی باد برای تولید الکتریسیته در شبکه قدرت، عدم قطعیت تولید سیستم را بالا برده و در نتیجه ریسک سیستم افزایش یافته و قابلیت اطمینان آن کاهش مییابد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Lei</Author><Year>2010</Year><RecNum>11</RecNum><record><rec-number>11</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>11</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Lei, Wu</author><author>Shahidehpour, M.</author><author>Yong, Fu</author></authors></contributors><titles><title>Security-Constrained Generation and Transmission Outage Scheduling With Uncertainties</title><secondary-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</secondary-title></titles><periodical><full-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</full-title></periodical><pages>1674-1685</pages><volume>25</volume><number>3</number><keywords><keyword>Monte Carlo methods</keyword><keyword>integer programming</keyword><keyword>load forecasting</keyword><keyword>maintenance engineering</keyword><keyword>power generation dispatch</keyword><keyword>power generation scheduling</keyword><keyword>power sys– security</keyword><keyword>power transmission lines</keyword><keyword>trees (mathematics)</keyword><keyword>IEEE 118-bus sys–</keyword><keyword>Lagrangian relaxation</keyword><keyword>Monte Carlo simulation</keyword><keyword>branch-and-cut method</keyword><keyword>fuel price fluctuations</keyword><keyword>independent sys– operator</keyword><keyword>load forecast errors</keyword><keyword>mixed-integer programming</keyword><keyword>optimal coordinated long-term maintenance scheduling</keyword><keyword>power sys– uncertainty</keyword><keyword>random disturbances</keyword><keyword>scenario trees</keyword><keyword>security-constrained generation</keyword><keyword>stochastic long-term SCUC</keyword><keyword>transmission outage scheduling</keyword></keywords><dates><year>2010</year></dates><isbn>0885-8950</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9].
یکی از مسائل حائز اهمیت در بهرهبرداری اقتصادی و طراحی بهینه سیستمهای قدرت، پیشبینی بار سیستم است. در این میان پیشبینی کوتاهمدت از اهمیت ویژهای برخوردار است. یکی از کاربردهای پیشبینی کوتاه مدت بار در برنامه مشارکت واحدها می باشد. از آنجایی که دقت در پیشبینی بار روی هزینه تاثیر مستقیم دارد و با توجه به امکان وجود خطا در پیشبینی بار، برنامهریز سیستم باید الگوی تولید را به نحوی تعیین نماید که علاوه بر تامین بار مصرفی، رزروها نیز تامین گردد. به این ترتیب خطای پیشبینی بار و همچنین خروج واحد تولید یا خط جبران شود [9]-[13]. ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Lei</Author><Year>2010</Year><RecNum>11</RecNum><record><rec-number>11</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>11</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Lei, Wu</author><author>Shahidehpour, M.</author><author>Yong, Fu</author></authors></contributors><titles><title>Security-Constrained Generation and Transmission Outage Scheduling With Uncertainties</title><secondary-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</secondary-title></titles><periodical><full-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</full-title></periodical><pages>1674-1685</pages><volume>25</volume><number>3</number><keywords><keyword>Monte Carlo methods</keyword><keyword>integer programming</keyword><keyword>load forecasting</keyword><keyword>maintenance engineering</keyword><keyword>power generation dispatch</keyword><keyword>power generation scheduling</keyword><keyword>power sys– security</keyword><keyword>power transmission lines</keyword><keyword>trees (mathematics)</keyword><keyword>IEEE 118-bus sys–</keyword><keyword>Lagrangian relaxation</keyword><keyword>Monte Carlo simulation</keyword><keyword>branch-and-cut method</keyword><keyword>fuel price fluctuations</keyword><keyword>independent sys– operator</keyword><keyword>load forecast errors</keyword><keyword>mixed-integer programming</keyword><keyword>optimal coordinated long-term maintenance scheduling</keyword><keyword>power sys– uncertainty</keyword><keyword>random disturbances</keyword><keyword>scenario trees</keyword><keyword>security-constrained generation</keyword><keyword>stochastic long-term SCUC</keyword><keyword>transmission outage scheduling</keyword></keywords><dates><year>2010</year></dates><isbn>0885-8950</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9]، ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>م.پارسامقدم</Author><Year>1387</Year><RecNum>12</RecNum><record><rec-number>12</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>12</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Paper”>47</ref-type><contributors><authors><author><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>ت.اکبری، م.پارسامقدم</style></author></authors></contributors><titles><title><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>پیش بینی کوتاه مدت بار در حوزه برق منطقه¬ای تهران با استفاده از فیلتر کالمن</style></title><secondary-title><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>سیزدهمین کنفرانس شبکه¬های توزیع نیروی برق</style></secondary-title></titles><dates><year>1387</year></dates><pub-location><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>گیلان</style></pub-location><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]، ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>ه.رزمی،م.باغمیشه</Author><Year>1384</Year><RecNum>13</RecNum><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>13</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Paper”>47</ref-type><contributors><authors><author><style face=”normal” font=”default” size=”100%”> </style><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>ه.رزمی،م.باغمیشه</style></author></authors></contributors><titles><title><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>پیش بینی کوتاه مدت بار الکتریکی شبکه سرتاسری ایران با استفاده از شبکه های عصبی و منطق فازی</style></title><secondary-title><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>بیستمین کنفرانس بین¬المللی برق</style></secondary-title></titles><dates><year>1384</year></dates><pub-location><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>تهران</style></pub-location><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]، ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>ن.وفادار</Author><Year>1383</Year><RecNum>14</RecNum><record><rec-number>14</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>14</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Paper”>47</ref-type><contributors><authors><author><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>م.فرهادی، م. تفرشی، ن.وفادار</style></author></authors></contributors><titles><title><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>یش بینی روزانه مصرف بار الکتریکی ایران توسط مدلی جدید از ترکیب دو شبکه عصبی کوهنن</style></title><secondary-title><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>نوزدهمین کنفرانس برق</style></secondary-title></titles><dates><year>1383</year></dates><pub-location><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>تهران</style></pub-location><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]و ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>کبریایی</Author><Year>1388</Year><RecNum>15</RecNum><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>15</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Paper”>47</ref-type><contributors><authors><author><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>ح. کمالی نژاد</style></author><author><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”> ح. کبریایی</style></author></authors></contributors><titles><title><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>پیش بینی کوتاه مدت بار الکتریکی بر اساس معیار مامتقارن جریمه با ترکیب شبکه و سیستم فازی</style></title><secondary-title><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>بیست و چهارمین کنفرانس برق</style></secondary-title></titles><dates><year>1388</year></dates><pub-location><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>تهران</style></pub-location><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]
در ادامه رئوس مطالب و ساختار فصول این پایاننامه معرفی میشود.
در فصل دوم، مسائل مربوط به انجام بهينهسازی برای حل مسئله بکارگيري واحدها با رعايت قيود امنيتي و پخشِ بار اقتصادي با رعايت قيود امنيتي در سيستم‏های قدرت گسترده اعم از مشکلات و فرمولاسیون مربوطه مورد بررسی قرار میگيرند. مشکل اصلی در سيستم‏های قدرت بزرگ زياد بودن تعداد متغيرهای بهينهسازی و قيود مسئله است. تعداد اين متغيرها و قيود با افزايش اندازه شبکه شديداً افزايش میيابد. افزايش تعداد حادثه‏های محتمل که بايد درنظر گرفته شوند نيز منجر به افزايش تعداد متغيرها و قيود مسئله میشود. هرچه شبکه به نقاط مرزی خود نزديکتر باشد تعداد حوادث محتملي که به عنوان خروجی برنامه انتخاب حوادث محتمل ، منجر به فعال شدن قيود جديد مي‏شوند افزايش میيابد. مطالب اين فصل برای بکارگيری در سيستم‏های قدرت گسترده که در نزديکی نقاط مرزی پايداری خود بهرهبرداری میشوند مناسب است. ايده اصلی در روش مورد استفاده برای مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی حذف متغيرها و قيود غيرضروری میباشد. در گام بعد در لحاظ کردن قيود، از فرمولاسیونی استفاده میشود که با درنظر گرفتن تعداد کمتری از آنها بتوان جواب بهينه را يافت. الگوريتم استفاده شده بصورت همزمان هر دو اقدام پيشگيرانه و اصلاحی را در يک بازار پيوسته انرژی و رزرو درنظر میگيرد. در بهینهسازی مورد استفاده رزروهای بالارونده و پائينرونده و در دو سمت توليد و مصرف درنظر گرفته شدهاند. روش بهينهسازي ترکیبی با اعداد صحيح و حقيقي در حالت خطي شده به عنوان ماشين بهينهسازي براي حل مسئله بهینهسازی بکار گرفته شده است. همچنين از روش تفکيک بندرز براي افزايش سرعت حل بهینهسازی استفاده شده است. در این فصل ساختاری جدید که در آن با استفاده از فرمولاسیونی که با تعداد کمتری از قیود بتوان جواب بهینه را بدست آورد، معرفی میشود. در این فصل مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی (خروج واحد و خروج خط) در کوتاه مدت بدست میآید. در این فصل قیود فلوی عبوری از خطوط در حالت عادی و همچنین در حالتی که حوادث محتمل به وقوع میپیوندد در نظر گرفته شده است.
در فصل سوم، به مدل کردن مزرعه بادی با در نظر گرفتن عدم قطعیت در تولید این واحدها به کمک روش ارائه شده در فصل دوم جهت کاهش تعداد قیود مسئله پرداخته میشود؛ در این فصل به معرفی فرمولاسیونی جدید جهت در نظر گرفتن هزینه وقوع هر سناریو در مسئله بهینهسازی دو مرحلهای ارائه شده است. واحدهای بادی که با گذشت زمان و پیشرفت فنآوری سیر نزولی هزینه احداث آنها ادامه دارد، روز به روز در مقایسه با واحدهای متداول تولید الکتریسیته اقتصادیتر شده و در نتیجه قیمت پیشنهادی آنها کمتر از واحدهای تولید متداول میگردد. با این وجود عدم قطعیت این واحدها باعث نگرانی میشود. البته بر روی روشهای پیشبینی تولید این واحدها کار میشود تا این عدم قطعیت کاهش یابد. تنها نقطه ضعف این روش تولید برق، عدم قطعیت تولید این واحدهاست. در این فصل مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی (خروج واحد و خروج خط) و عدم قطعیت تولید مزرعه بادی در کوتاه مدت بدست میآید. در این فصل عدم قطعیت در تولید نیروگاههای بادی به صورت سناریو مدل شده و بنابراین با توجه به محتمل بودن تغییر در تولید این نیروگاه، هزینه این سناریوها به تابع هدف اضافه میشود.
در فصل چهارم، با مدل کردن عدم قطعیت بار پیشبینی شده در سیستم قدرت، به معرفی ساختاری جدید جهت اضافه کردن این عدم قطعیت به ساختار تکمیل شده در فصل سوم پرداخته میشود. در این فصل مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی (خروج واحد و خروج خط) و همچنین لحاظ کردن عدم قطعیت تولید مزرعه بادی و عدم قطعیت بار پیش بینی شده در کوتاه مدت بدست میآید. عدم قطعیت بار نیز به صورت سناریویی مدل شده با این تفاوت که در این بهینه سازی به جای استفاده از روش ترکیب با اعداد صحیح و حقیقی از روش برنامهریزی خطی استفاده میشود و متغیرهای عدد صحیح (وضعیت روشن و خاموش بودن واحدها) که از مرحله قبل بدست آمده ثابت در نظر گرفته میشود.
لازم به ذکر است در هر فصل، بخش مروری بر منابع که شامل تحقیقات انجام شده متناسب با آن فصل میباشد، آورده میشود. همچنین ساختارهای معرفی شده در هر فصل برای شبکه تست قابلیت اطمینان IEEE-RTS شبیهسازی میشود و نتایج بهینهسازی در قالب جداولی ارائه و نتایج مورد تحلیل قرار میگیرد.
در فصل پنجم، نتایج حاصل از انجام پایان نامه معرفی شده و همچنین، پیشنهاداتی برای تکمیل و توسعه این تحقیق ارائه شده است.
در این پایان نامه با استفاده از نرمافزار GAMS 23.6 کلیه شبیهسازیها انجام شده است و کامپیوتری که مورد استفاده قرار گرفته یک دستگاه لپتاپ مدل Dell Vostro1520 با 4 گیگابایت RAM و پردازشگر Core2duo است.
فصل2برنامه مشارکت واحدها و بازار همزمان انرژی و رزرو با در نظر گرفتن محدوديت‏هاي امنيتي2-1 مقدمهالگوی بار برای بسیاری از شرکتهای برق در ساختار پیشین این صنعت نوسان بزرگی را بین ساعتهای اوج مصرف و ساعتهای دیگر نشان میداد. اگر برای برآوردن نیاز برق در اوج مصرف در سرتاسر شبانه روز، واحدهای تولیدی کافی در مدار نگه داشته میشدند، ممکن بود که در ساعات غیر از اوج مصرف، برخی از واحدها نزدیک حدِ پایین تولید خود کار کنند. مسئلهای که بهرهبردار سیستم با آن روبه رو میشد این بود که کدام واحدها را برای چه مدت زمانی باید از مدار خارج کند. در بیشتر سیستمهای قدرت به هم پیوسته، بخش عمدهی برق مصرفی به وسیله نیروگاههای حرارتی تولید میشد. برای برآوردن نیاز مصرف، که ساعت به ساعت در حال تغییر است، چند استراتژی بهرهبرداری در دسترس بودند.
معمولاً ترجیح داده میشد که از یک استراتژی بهرهبرداری بهینه (یا تقریباً بهینه) بر اساس معیارهای اقتصادی استفاده شود. به بیان دیگر، یک معیار مهم در بهرهبرداری از سیستمهای قدرت این بود که با بهرهگیری ترکیبی بهینه از واحدهای گوناگون، تقاضای برق با کمترین هزینه مصرف سوخت ممکن برآورده شود. به علاوه برنامهریزی مشارکت واحدهای نیروگاهی به عنوان یکی از ابزارهای در دسترس بود برای اینکه برای مشتریان، برق با کیفیت بالا و به شیوهای ایمن و اقتصادی فراهم شود؛ پس دریافته میشود که مشارکت واحدهای بهینه سیستمهای حرارتی سبب صرفهجویی بزرگی برای شرکتهای برق میشد. در حقیقت مشارکت واحدها در ساختار گذشته صنعت برق مسئله تعیین برنامهی کار واحدهای تولید برق یک سیستم قدرت با توجه به محدودیتهای تجهیزات و محدودیتهای بهرهبرداری بود.
با تجدید ساختار صنعت برق و ایجاد رقابت در آن تعریف و کاربرد مسئلهی مشارکت واحدها هم دچار دگرگونی شد. در ساختار جدید، مسئلهی مشارکت واحدها برای شرکتهای تولیدی و اپراتور مستقل سیستم دارای دو تعریف متفاوت است.
تامین امنیت شبکه معمولاً از طریق ایجاد ظرفیت های رزرو چرخشی که به راحتی قابل دسترسی از طریق بارهای محلی باشند حاصل میگردد. مینیمم کردن هزینه از طریق مشارکت واحدهای کم هزینه ضمن رعایت محدودیتهای مربوطه و همچنین مشارکت اقتصادی آنها امکان پذیر است. در این نوع از مشارکت واحدها سه ویژگی تامین بار، حداکثرسازی امنیت و حداقل سازی هزینه از اهمیت ویژهای برخوردار است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Madrigal</Author><Year>2000</Year><RecNum>3</RecNum><record><rec-number>3</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>3</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Proceedings”>10</ref-type><contributors><authors><author>Madrigal, M.</author><author>Quintana, V. H.</author></authors></contributors><titles><title>A security-constrained energy and spinning reserve markets clearing sys– using an interior-point method</title><secondary-title>Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE</secondary-title><alt-title>Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE</alt-title></titles><pages>489 vol. 1</pages><volume>1</volume><keywords><keyword>contracts</keyword><keyword>electricity supply industry</keyword><keyword>power sys– security</keyword><keyword>ISO</keyword><keyword>direct-current model</keyword><keyword>energy supply</keyword><keyword>enrgy markets clearing sys–</keyword><keyword>interior-point method</keyword><keyword>optimization problem</keyword><keyword>re-schedulable bilateral contracts</keyword><keyword>security-constrained energy market</keyword><keyword>security-constrained spinning reserve market</keyword></keywords><dates><year>2000</year><pub-dates><date>2000</date></pub-dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2].
در ساختار جدید صنعت برق، بهرهبردار سیستم معمولاً نهادی مستقل است که دیگر مالکیت نیروگاهها را ندارد و از هزینههای نیروگاهها آگاه نیست. در این ساختار، اپراتور مستقل سیستم با داشتن بار پیشبینی شده سیستم و پیشنهادها و محدودیتهای فنی ارائه شده از سوی شرکتهای تولیدی (GenCo)، برنامهی تولید نیروگاهها را به گونهای تعیین میکند که مبلغ پرداختی به شرکتهای تولیدی کمینه شده یا در حالت کلیتر که پیشنهاد دهی خریداران هم وجود دارد رفاه اجتماعی بیشینه شود. از آنجا که در الگوریتم مشارکت واحدها که این برنامه را مشخص میکند، محدودیتهای امنیت سیستم هم در نظر گرفته میشود، به این مشارکت واحدها، مشارکت واحدها با در نظرگرفتن قیود امنیتی (SCUC) گفته میشود. محدودیتهای امنیت سیستم مواردی از قبیل توان عبوری از خطوط، محدودیت ولتاژ شینها و … هستند.
در ساختار جدید صنعت برق، مسئلهی مشارکت واحدها که شرکتهای تولیدیها برای خود حل میکنند بهینهسازی منابع تولید در جهت بیشینه کردن سود شرکتهای تولیدی میباشد. برای نشان دادن اهمیت نقش سیگنال قیمت در این مشارکت واحدها، مشارکت واحدها بر اساس قیمت نهاده شد. در مشارکت واحدها بر اساس قیمت دیگر الزامی بر شرکتهای تولیدی برای برآوردن بار نبوده و هدف، بیشینه کردن سود است. در این طرح سیگنالی که بر وضعیت روشن یا خاموش بودن واحدها اثر دارد، قیمت است. این قیمت میتواند قیمت خرید سوخت، فروش انرژی، فروش خدمات جانبی و … باشد.
در مقایسه مشارکت واحدها بر اساس قیمت با مشارکت واحدها بر اساس کمینه کردن هزینه، ویژگی متمایز مشارکت واحدها بر اساس قیمت این است که همه اطلاعات بازار در قیمت بازار نهفته است. اگر چه در مشارکت واحدها بر اساس قیمت برآوردن بار سیستم یک محدودیت نیست اما پیش بینی بار سیستم برای پیشبینی قیمت الکتریسیته لازم است. به شیوهی مشابه، در مشارکت واحدها بر اساس قیمت امنیت سیستم در نظر گرفته نمیشود. اما معیارهای اپراتور مستقل سیستم برای حفظ امنیت سیستم بر قیمت بازار اثر خواهد گذاشت.
در مقایسه مشارکت واحدها با قیود امنیتی و مشارکت واحدها بر اساس قیمت، این تصور که ماکزیمم کردن سود همان مینیمم کردن هزینه است غلط میباشد، زیرا سود طبق تعریف درآمد منهای هزینه است و این معنی سود علاوه بر هزینه به عایدی و درآمد نیز بستگی دارد. اگر درآمد افزایشی بیشتر از هزینهی افزایشی باشد، برای سود بیشتر باید تولید انرژی را افزایش داد و در مقابل اگر درآمد افزایش کمتر از هزینهی افزایشی باشد، فروش انرژی به صرفه به نظر نمیرسد. اگر هدف به حداقل رساندن هزینه باشد، یک شرکت تولیدی ممکن است تولید را انتخاب نکند زیرا هیچ پاداشی برای تامین بار در هزینهی صفر دریافت نمیکند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>ع.معانی</Author><Year>1389</Year><RecNum>17</RecNum><record><rec-number>17</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>17</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Paper”>47</ref-type><contributors><authors><author><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>ن.لطفی، س. حسین خلج، ع.معانی</style><style face=”normal” font=”default” size=”100%”> </style></author></authors></contributors><titles><title><style face=”normal” font=”default” size=”100%”> </style><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>مطالعه تاثیر محدودیت آلودگی در برنامه ریزی مشارکت نیروگاه های حرارتی</style></title><secondary-title><style face=”normal” font=”default” size=”100%”> </style><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>بیست و پنجمین کنفرانس بین المللی برق</style></secondary-title></titles><dates><year><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>1389</style></year></dates><pub-location><style face=”normal” font=”default” size=”100%”> </style><style face=”normal” font=”default” charset=”178″ size=”100%”>تهران</style></pub-location><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14] و ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Mohammad Shahidehpour</Author><Year>April 2002</Year><RecNum>7</RecNum><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”s2z5xewt4s20v3ewdz8verp7xatv0szvsfat”>7</key></foreign-keys><ref-type name=”Book”>6</ref-type><contributors><authors><author>Mohammad Shahidehpour, Hatim Yamin, Zuyi Li </author></authors></contributors><titles><title>Market Operations in Electric Power Sys–s: Forecasting, Scheduling, and Risk Management</title></titles><pages>552-978-0-471-44337-7</pages><num-vols>1</num-vols><dates><year>April 2002</year></dates><pub-location>New York</pub-location><publisher>Wiley-IEEE Press</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7].
2-2 مروری بر منابعبهرهبرداران مختلف سراسر دنيا روش های مختلفی را برای بدست آوردن برنامه امنيتی بکارگيری واحدها بکار می برند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Mohammad Shahidehpour</Author><Year>April 2002</Year><RecNum>8</RecNum><record><rec-number>8</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>8</key></foreign-keys><ref-type name=”Book”>6</ref-type><contributors><authors><author>Mohammad Shahidehpour, Hatim Yamin, Zuyi Li </author></authors></contributors><titles><title>Market Operations in Electric Power Sys–s: Forecasting, Scheduling, and Risk Management</title></titles><pages>552-978-0-471-44337-7</pages><num-vols>1</num-vols><dates><year>April 2002</year></dates><pub-location>New York</pub-location><publisher>Wiley-IEEE Press</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7]. انواع قيود مثل قيود مربوط به شبکه، وضعيت واحدها، قراردادهای دو طرفه و … بايد در اين مسئله درنظر گرفته شوند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Fu</Author><Year>2005</Year><RecNum>38</RecNum><record><rec-number>38</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>38</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Fu, Y.</author><author>Shahidehpour, M.</author><author>Li, Z.</author></authors></contributors><titles><title>Security-Constrained Unit Commitment With AC Constraints*</title><secondary-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</secondary-title></titles><periodical><full-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</full-title></periodical><pages>1538-1550</pages><volume>20</volume><number>3</number><keywords><keyword>cost reduction</keyword><keyword>dynamic programming</keyword><keyword>iterative methods</keyword><keyword>power generation economics</keyword><keyword>power generation scheduling</keyword><keyword>power markets</keyword><keyword>power sys– security</keyword><keyword>AC constraint</keyword><keyword>Benders decomposition</keyword><keyword>IEEE 118-bus sys–</keyword><keyword>ac network security constraints</keyword><keyword>augmented Largrangian relaxation</keyword><keyword>day-ahead market</keyword><keyword>hourly generation schedule</keyword><keyword>independent sys– operator</keyword><keyword>iterative process</keyword><keyword>restructured power market</keyword><keyword>security-constrained unit commitment</keyword><keyword>six-bus sys–</keyword></keywords><dates><year>2005</year></dates><isbn>0885-8950</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15]. ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite ExcludeAuth=”1″><Author>Li</Author><Year>1993</Year><RecNum>25</RecNum><record><rec-number>25</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>25</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Li, S.</author><author>Shahidehpour, S. M.</author><author>Wang, C.</author></authors></contributors><titles><title>Promoting the application of expert sys–s in short-term unit commitment</title><secondary-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</secondary-title></titles><periodical><full-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</full-title></periodical><pages>286-292</pages><volume>8</volume><number>1</number><keywords><keyword>engineering graphics</keyword><keyword>expert sys–s</keyword><keyword>microcomputer applications</keyword><keyword>power sys– analysis computing</keyword><keyword>user interfaces</keyword><keyword>24 h-generation schedule</keyword><keyword>C language</keyword><keyword>IBM-386 personal computer</keyword><keyword>ToolBook software</keyword><keyword>dynamic programming</keyword><keyword>global optimization</keyword><keyword>graphics</keyword><keyword>heuristic approach</keyword><keyword>inference process</keyword><keyword>short-term unit commitment</keyword></keywords><dates><year>1993</year></dates><isbn>0885-8950</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[16]، ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tong</Author><Year>1991</Year><RecNum>24</RecNum><record><rec-number>24</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>24</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Tong, S. K.</author><author>Shahidehpour, S. M.</author><author>Ouyang, Z.</author></authors></contributors><titles><title>A heuristic short-term unit commitment</title><secondary-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</secondary-title></titles><periodical><full-title>Power Sys–s, IEEE Transactions on</full-title></periodical><pages>1210-1216</pages><volume>6</volume><number>3</number><keywords><keyword>expert sys–s</keyword><keyword>inference mechanisms</keyword><keyword>microcomputer applications</keyword><keyword>power sys– analysis computing</keyword><keyword>scheduling</keyword><keyword>C language</keyword><keyword>EASE plus NEXPERT shell</keyword><keyword>IBM-PC</keyword><keyword>database</keyword><keyword>global optimization</keyword><keyword>heuristic short-term unit commitment</keyword><keyword>inference rules</keyword><keyword>load pattern</keyword><keyword>real-time processing</keyword><keyword>suboptimal schedule</keyword></keywords><dates><year>1991</year></dates><isbn>0885-8950</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[17]، ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Wong Tik</Author><Year>1996</Year><RecNum>26</RecNum><record><rec-number>26</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>26</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Proceedings”>10</ref-type><contributors><authors><author>Wong Tik, Keong</author><author>Teshome, A.</author></authors></contributors><titles><title>Short term unit commitment</title><secondary-title>Circuits and Sys–s, 1996., IEEE 39th Midwest symposium on</secondary-title><alt-title>Circuits and Sys–s, 1996., IEEE 39th Midwest symposium on</alt-title></titles><pages>1034-1037 vol.3</pages><volume>3</volume><keywords><keyword>load dispatching</keyword><keyword>power sys– analysis computing</keyword><keyword>scheduling</keyword><keyword>C language program</keyword><keyword>heuristic algorithm</keyword><keyword>numerical simulation</keyword><keyword>partial priority list</keyword><keyword>reasoning loop</keyword><keyword>schedule</keyword><keyword>short term unit commitment</keyword></keywords><dates><year>1996</year><pub-dates><date>18-21 Aug 1996</date></pub-dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[18]، ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Dasgupta</Author><Year>1993</Year><RecNum>27</RecNum><record><rec-number>27</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>27</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Proceedings”>10</ref-type><contributors><authors><author>Dasgupta, D.</author><author>McGregor, D. R.</author></authors></contributors><titles><title>Short term unit-commitment using genetic algorithms</title><secondary-title>Tools with Artificial Intelligence, 1993. TAI &apos;93. Proceedings., Fifth International Conference on</secondary-title><alt-title>Tools with Artificial Intelligence, 1993. TAI &apos;93. Proceedings., Fifth International Conference on</alt-title></titles><pages>240-247</pages><keywords><keyword>economics</keyword><keyword>electric power generation</keyword><keyword>genetic algorithms</keyword><keyword>load distribution</keyword><keyword>thermal power stations</keyword><keyword>commitment</keyword><keyword>generation cost</keyword><keyword>load</keyword><keyword>on/off states</keyword><keyword>power generation</keyword><keyword>thermal units</keyword></keywords><dates><year>1993</year><pub-dates><date>8-11 Nov 1993</date></pub-dates></dates><isbn>1063-6730</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[19]، ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Libao</Author><Year>2004</Year><RecNum>28</RecNum><record><rec-number>28</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>28</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Proceedings”>10</ref-type><contributors><authors><author>Libao, Shi</author><author>Jin, Hao</author><author>Jiaqi, Zhou</author><author>Guoyu, Xu</author></authors></contributors><titles><title>Short-term generation scheduling with reliability constraint using ant colony optimization algorithm</title><secondary-title>Intelligent Control and Automation, 2004. WCICA 2004. Fifth World Congress on</secondary-title><alt-title>Intelligent Control and Automation, 2004. WCICA 2004. Fifth World Congress on</alt-title></titles><pages>5102-5106 Vol.6</pages><volume>6</volume><keywords><keyword>cooperative sys–s</keyword><keyword>optimisation</keyword><keyword>power engineering computing</keyword><keyword>power generation economics</keyword><keyword>power generation scheduling</keyword><keyword>power sys– security</keyword><keyword>ant colony optimization algorithm</keyword><keyword>economical efficiency</keyword><keyword>optimal unit commitment</keyword><keyword>reliability constraint</keyword><keyword>short-term generation scheduling</keyword><keyword>sys– security</keyword></keywords><dates><year>2004</year><pub-dates><date>15-19 June 2004</date></pub-dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[20]، ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Gwo-Ching</Author><Year>2004</Year><RecNum>29</RecNum><record><rec-number>29</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”fa0avwsf5ptrz5eatervprd6r00v0zsptp2p”>29</key></foreign-keys><ref-type name=”Conference Proceedings”>10</ref-type><contributors><authors><author>Gwo-Ching, Liao</author><author>Ta-Peng, Tsao</author></authors></contributors><titles><title>Hybrid immune genetic algorithm approach for short-term unit commitment problem</title><secondary-title>Power Engineering Society General



قیمت: 11200 تومان

مشارکت جایگاه شارژ خودروهای الکتریکی در کنترل فرکانس ریز شبکه در حالت جزیره ای

223393086995 وزارت علوم، تحقیقات و فناوری
دانشگاه علوم وفنون مازندران
پایان نامه
مقطع کارشناسی ارشد
رشته: مهندسی برق قدرت
موضوع:
مشارکت جایگاه شارژ خودروهای الکتریکی در کنترل فرکانس ریز شبکه در حالت جزیره ای
استاد راهنما:
دکتر خلیل گرگانی فیروزجاه
استاد مشاور:
مهندس عماد صمدایی
دانشجو:
سید احمد قریشی

تابستان 1393

ایجاد تنوع در منابع انرژی کشور و استفاده از آن با رعایت
مسائل زیست محیطی و تلاش برای افزایش سهم
انرژی های تجدیدپذیر با الویت انرژی آبی
تلاش برای کسب فناوری و دانش فنی انرژی های نو برای
ایجاد نیروگاه هایی از قبیل بادی، خورشیدی، پیل های سوختی
و زمین گرمایی در کشور

رسول خدا فرمودند:
«مَن عَلَّّّّمَنی حَرفاً فَقَد سَیَرنی عَبداً»
سپاسگزاری
سپاسگزار خالقی هستم که تنها او را می پرستم و تنها از او یاری می جویم. در سایه لطف بی کران خداوند یکتا، نگارش این پایان نامه به سرانجام رسید. مشقت های موجود در این مسیر، با رهنمودهای علمی دکتر خلیل گرگانی و مهندس عماد صمدایی هموار شد و حمایت های این دو عزیز در تمامی مراحل، نه فقط لطف یک استاد در حق شاگردش، بلکه دلسوزی یک دوست را نمایان کرد. ساده می گویم که از بابت تمامی مهر و توجه ایشان متشکرم. امیدوارم این پژوهش بهانهای باشد برای نمایش گوشه ای از سبد داراییهای علمی که از استاد ارجمندم به ارث بردم.
در نهایت، از استاد بزرگوارم دکتر شیخ الاسلامی، رئیس دانشگاه علوم و فنون مازندران و داور محترم نهایت تشکر و قدردانی را دارم.
زندگی صحنه ی یکتای هنرمندی ماست هر کسی نغمه ی خود خواند و از صحنه رود
صحنه پیوسته به جاست خرم آن نغمه که مردم بسپارند به یاد
تقدیم به:
پدر و مادر عزیزم، این دو معلم بزرگوار، که همواره بر کوتاهی و درشتی من، قلم عفو کشیده و کریمانه از کنار غفلت هایم گذشته اند و در تمامی عرصههای زندگی، یار و یاوری دلسوز و بی چشم داشت برای من بوده اند. قدردان تمامی اعضای خانواده ام که در نتیجه راهنمایی های آنان، برآورد دقیق تر تلاطم های موجود در راه، امکان پذیر شد.
چکیده:
خورشید یک منبع عظیم انرژی محسوب می شود و با توجه به کاهش هزینههای ساخت سلولهای خورشیدی در طول زمان، استفاده از سیستمهای فتوولتائیک جهت تولید برق به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده مورد توجه بسیاری قرار گرفته است.
در این پایان نامه، به ارائه یک سیستم کنترلی مناسب جهت مدیریت انرژی در سیستم تولید پراکنده هیبرید متشکل از سیستم فتوولتائیک، دیزل ژنراتور، ذخیره سازی انرژی در باتری خودرو الکتریکی پرداخته شده است. در این تحقیق، سیستم فتولتائیک و باتری خودرو الکتریکی به عنوان منابع اصلی انرژی تحویل دهنده به شبکه می باشند و دیزل ژنراتور به عنوان سیستم پشتیبان مورد استفاده قرار میگیرد.
ابتدا به مدل سازی دینامیکی مناسب از اجزای این سیستم ها مبادرت شده و سپس سیستم کنترلی پیشنهاد شده که مبتنی بر مدل فازی میباشد ارائه میگردد. این استراتژی پیشنهادی با کنترل کننده کلاسیک مقایسه میگردد. میزان مقاوم بودن استراتژی پیشنهادی در برابر تغییرات بار بررسی و در محیط نرم افزار متلب شبیه سازی گردیده است و نتایج مرتبط تحلیل شده است.
در بخش نتایج مشاهده می شود که سیستمهای کنترلی، قادر به جبران سازی و مدیریت توان در برابر تغییرات ناگهانی بار می باشند و سیستم در تامین تقاضای بار با مشکل مواجه نمیگردد. در این میان مشاهده میگردد که استراتژی پیشنهادی که مبتنی بر مدل فازی بوده دارای عملکرد بهتری نسبت به کنترل کننده کلاسیک میباشد.
واژه های کلیدی:
خودرو الکتریکی، فتوولتائیک، کنترل فرکانس، منطق فازی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق
1-1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-2 تعریف مسأله …………………………………………………………………………………………………………. 3
1-3 پیشینه تحقیق …………………………………………………………………………………………………………. 4
1-4 سوالات اصلی تحقیق ……………………………………………………………………………………………… 6
1-5 اهداف …………………………………………………………………………………………………………………. 6
1-6 ضرورت و اهداف پژوهش ………………………………………………………………………………………. 7
فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق
2-1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………. 10
2-2 ریز شبکه …………………………………………………………………………………………………………….. 10
2-3 تولیدات پراکنده …………………………………………………………………………………………………… 10
2-3-1 تعریف تولیدات پراکنده …………………………………………………………………………………….. 10
2-3-2 مزایای تولیدات پراکنده ……………………………………………………………………………………… 11
2-3-3 بهره برداری از واحدهای تولید پراکنده …………………………………………………………………. 11
2-3-4 انواع تولیدات پراکنده ………………………………………………………………………………………. 13
2-4 سیستم هیبرید ………………………………………………………………………………………………………. 13
2-4-1 مزایای ریز شبکه و چالش های سیستم هیبریدی ……………………………………………………… 14
2-5 سیستم فتوولتائیک ………………………………………………………………………………………………… 15
2-5-1 تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی در سیستم فتوولتائیک ……………………………………… 15
2-6 روش های کاربرد سیستم های برق خورشیدی …………………………………………………………….21
2-6-1 متصل به شبکه سراسری برق ……………………………………………………………………………….21
2-6-2 مستقل از شبکه سراسری برق ……………………………………………………………………………….23
2-7 مدل پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………………….24
2-7-1 بررسی روش های دنبال کننده ماکزیمم توان…………………………………………………………..26
2-8 دیزل ژنراتور ……………………………………………………………………………………………………….30
2-9 وسایل ذخیره انرژی ………………………………………………………………………………………………31
2-10 خودرو الکتریکی ……………………………………………………………………………………………….33
2-10-1 تعریف و معرفی انواع خودروهای الکتریکی ………………………………………………………..33
2-10-2 تعریف V2G و کابردهای آن ……………………………………………………………………………35
2-10-3 فرصت ها و چالشهای اتصال خودرو الکتریکی به شبکه………………………………………..38
2-10-4 روش های مدل سازی باتری …………………………………………………………………………….39
2-11 سیستم کنترل فازی ……………………………………………………………………………………………. 44
2-11-1 مقدمه فازی …………………………………………………………………………………………………. 44
2-11-2 سیستم های فازی …………………………………………………………………………………………. 45
2-11-3 ساختار یک کنترل کننده فازی ………………………………………………………………………. 48
فصل سوم: روش تحقیق
3-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………..53
3-2 ساختار سیستم پیشنهادی………………………………………………………………………………………..53
3-3 کنترل کننده PI …………………………………………………………………………………………………..54
3-4 کنترل کننده فازی-کلاسیک ……………………………………………………………………………… 58
فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق
4-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………….63
4-2 شبیه سازی پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………63
4-3 سیستم پیشنهادی………………………………………………………………………………………………….66
4-4 نتایج شبیه سازی …………………………………………………………………………………………………66
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………………….75
5-2 پیشنهادات …………………………………………………………………………………………………………76
مراجع ………………………………………………………………………………………………77
ضمیمه ………………………………………………………………………………………………82
چکیده انگلیسی …………………………………………………………………………………..83
فهرست جدولها
عنوانصفحه
فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق
2-1 عملکرد روش کنترلی P&O ………………………………………………………………………………………27
2-2 مشخصات توابع انتقال دیزل ژنراتور …………………………………………………………………………….31
فصل سوم: روش تحقیق
3-1 اثرات افزایش پارامتر به طور مستقل …………………………………………………………………………… 56
3-2 پایگاه قواعد کنترل کننده فازی ………………………………………………………………………………….61
3-3 معرفی پارامترهای پایگاه قواعد کنترلکننده فازی ………………………………………………………….61
فهرست شکل ها
عنوانصفحه
فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق
2-1 بخش های اصلی یک سیستم فتوولتائیک ……………………………………………………………………..16
2-2 آرایه، پنل، ماژول و سلول فتوولتائیک …………………………………………………………………………17
2-3 بلوک دیاگرام یک سیستم PV با بار AC و DC ……………………………………………………………..18
2-4 مراحل اصلی در طراحی یک سیستم فتوولتائیک……………………………………………………………20
2-5 نمای کلی یک سیستم متصل به شبکه …………………………………………………………………………21
2-6 نمای کلی یک سیستم جدا از شبکه ……………………………………………………………………………23
2-7 مدار معادل پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………….25
2-8 سیستم کنترل اغتشاش و مشاهده ……………………………………………………………………………….27
2-9 عملکرد روش P&O در شرایط تغییرات جوی………………………………………………………………28
2-10 الگوریتم روش اغتشاش و مشاهده……………………………………………………………………………29
2-12 مدل ساده دیزل ژنراتور………………………………………………………………………………………….30
2-13 بلوک دیاگرام از مدل باتری ………………………………………………………………………………….32
2-14 بلوک دیاگرام خودروی الکتریکی برای کنترل فرکانس………………………………………………………43
2-15 یک کنترل کننده دمای ساده…………………………………………………………………………………………………46
2-16 نمایش بلوکی استفاده از کنترل کننده فازی به صورت مستقیم……………………………………………..48
2-17 بلوک دیاگرام ساختار کنترل کننده فازی…………………………………………………………………………….48
2-18 تابع تعلق تک مقداری و تابع تعلق مثلثی…………………………………………………………………..49
فصل سوم: روش تحقیق
3-1 بلوک دیاگرام سیستم توان هیبریدی پیشنهادی…………………………………………………………….54
3-2 بلوک دیاگرام کنترل کننده PI ………………………………………………………………………………..56
3-3 بار پلهای ……………………………………………………………………………………………………………..57
3-7 سیستم فرمان توسط کنترل کننده فازی-کلاسیک………………………………………………………. 58
3-8 توابع عضویت ورودی اول کنترل کننده فازی ………………………………………………………….59
3-9 توابع عضویت ورودی دوم کنترل کننده فازی …………………………………………………………59
3-10 توابع عضویت خروجی کنترل کننده فازی ……………………………………………………………60
فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق
4-1 بلوک دیاگرام پنل خورشیدی با توجه به دما و تابش خورشید…………………………………….63
4-2 منحنی مشخصه ولتاژ- جریان پنل خورشیدی ………………………………………………………….64
4-3 منحنی مشخصه ولتاژ- توان پنل خورشیدی …………………………………………………………….64
4-4 منحنی ولتاژ- جریان پنل خورشیدی در تابش های متفاوت………………………………………..65
4-5 منحنی ولتاژ- توان پنل خورشیدی در تابش های متفاوت…………………………………………..65
4-6 بلوک دیاگرام سیستم توان هیبریدی پیشنهادی………………………………………………………..66
4-7 بار پلهای …………………………………………………………………………………………………………67
4-7 بلوک دیاگرام از سناریوهای مختلف از سیستم پیشنهادی …………………………………………67
4-8 توان خروجی سیستم فتوولتائیک در سناریوی اول …………………………………………………..68
4-9 توان خروجی دیزل ژنراتور در سناریوی اول ………………………………………………………….69
4-10 انحراف فرکانس در سناریوی اول ……………………………………………………………………..69
4-11 توان خروجی سیستم فتوولتائیک در سناریوی دوم ………………………………………………..71
4-12 توان خروجی خودرو الکتریکی در سناریوی دوم …………………………………………………71
4-13 توان خروجی دیزل ژنراتور در سناریوی دوم ……………………………………………………….72
4-14 انحراف فرکانس در سناریوی دوم …………………………………………………………………….73
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق

1-1 مقدمه
پیامدهای محیطی، کمبود انرژی و نگرانیهای مربوط به بیشینه شدن مصرف سوخت های فسیلی موجب پیدایش رویکرد جالب توجهی به انواع مختلف منابع انرژی تجدید پذیر شده است. انرژی الکتریکی در زندگی بشر رایج ترین نوع انرژی است، ولی تولید آن اغلب از طریق سوختهای فسیلی حاصل می آید که این ذخایر سوختی محدودیتهای بسیاری دارند [1]. این محدودیتها سبب شده تا تمایلات جدید به سمت تکنولوژی های تولید توان تجدیدپذیر از قبیل باد، خورشید و … جلب شود.
خورشید یکی از منابع مهم انرژی است که باید به آن روی آورده زیرا به فن آوریهای پیشرفته و پرهزینه نیاز نداشته و می تواند به عنوان یک منبع مفید و تامین کننده انرژی در اکثر نقاط جهان به کار گرفته شود. به علاوه استفاده از آن بر خلاف انرژی هستهای، خطر و اثرات نامطلوبی از خود باقی نمیگذارد و برای کشورهایی که فاقد منابع انرژی زیرزمینی هستند، مناسب ترین راه برای دستیابی به نیرو و رشد و توسعه اقتصادی می باشد.
فن آوری ساده، آلوده نشدن هوا و محیط زیست و از همه مهم تر ذخیره شدن سوخت های فسیلی برای آیندگان یا تبدیل آنها به مواد و مصنوعات پر ارزش پتروشیمی، از عمده دلایلی هستند که لزوم استفاده از انرژی خورشیدی را برای صنعت و بطور خاص؛ برق، آشکار می سازند. مزیت نیروگاه خورشیدی برآن است که به یک بار هزینه راه اندازی و نصب نیاز داشته و انرژی رایگان، با هزینه اندک تعمیرات ونگهداری به شبکه تا مدت طولانی تحویل میدهد.
از آنجایی که توان خورشیدی در شب وجود ندارد لذا لازم است یک منبع توان آماده به کار برای تامین تقاضای بار وجود داشته باشد. از این رو نیاز به ترکیب منابع ، مانند سیستم فتوولتائیک و دیزل ژنراتور می باشد. سیستم توان هیبریدی ترکیبی از دو یا چند منبع توان الکتریکی است که حداقل یکی از آنها از نوع تجدیدپذیر باشد [2]. سیستم هیبرید دیزلی- فتوولتائیک قابلیت اطمینان کاملی را فراهم مینماید زیرا دیزل ژنراتور در نبود توان، توسط سیستم فتوولتائیک در شب، به عنوان یک پشتیبان عمل می کند و تامین تقاضای بار را انجام میدهد. در عمل وقتی از دیزل ژنراتور استفاده میشود که توان سیستم فتوولتائیک برای تامین تقاضای بار (خودروهای الکتریکی) کافی نباشد [3].
برای تکمیل مدیریت تولید، بهترین گزینه، ذخیره انرژی است. با استفاده از سیستم ذخیره انرژی، یک منبع الکتریکی کم هزینه می تواند به طور موثر پیک تقاضا را تامین نماید [4-5].
تاکنون روش های متعددی در زمینه ی کنترل مناسب توان هیبرید دیزلی- فتوولتائیک با واحد ذخیره انرژی جهت به دست آوردن عملکرد دینامیکی مطلوب و استخراج بیشترین بهرهوری از انرژی موجود ارائه شده است. رویکرد متداول، استفاده از کنترل کنندههای کلاسیک می باشد. در سالهای اخیر، کنترلهای منطق فازی در مهندسی سیستمهای قدرت، مورد توجه بسیار و رو به رشدی قرار گرفتهاند. منطق فازی یک سیستم استدلالی برای شکل دهی استدلال تقریبی است [6]. سیستم منطق فازی یک چهارچوب بسیار مناسب برای مدل سازی کارآمد و کامل عدم قطعیت در استدلال بشری با استفاده از متغیرهای زبانی و توابع عضویت فراهم مینماید. کنترلهای منطق فازی در مقایسه با کنترلهای متداول از نظر عملکرد و مقاوم بودن در برابر عدم قطعیت، برتر بوده است. همچنین در سالهای اخیر از کنترل کننده فازی-کلاسیک به دلیل حساسیت و انعطاف پذیری آن در برابر تغییر پارامترها و تغییر بارهای بزرگ حتی در حضور عوامل غیرخطی نظیر محدودیت نرخ تولید مورد توجه قرار گرفته است[7].
در بخش اول این تحقیق، به پیاده سازی یک مدل دینامیکی از سیستم توان هیبرید دیزلی- فتوولتائیک با واحد ذخیره سازی انرژی (باتری) برای خودرو الکتریکی پرداخته شده است. سپس به طراحی کنترلی برای سیستم مذکور پرداخته شده است. اولین استراتژی استفاده از کنترل کننده کلاسیک میباشد. سپس از کنترل کننده فازی-کلاسیک به دلیل قابلیت خوب این کنترل کننده در مسائل پیچیده ، برای بهبود انحراف فرکانس شبکه بهره میبریم. در بخش شبیه سازی نشان داده خواهد شد که کنترل کننده پیشنهاد شده، عملکرد نسبتاً مناسبی در برابر تغییرات بار از خود نشان میدهد و نسبت به تغییرات پارامتری مقاوم است.
1-2 تعریف مسأله
انرژی الکتریکی برای هر فردی ضروری است به ویژه در قرن جدید که در آن مردم به دنبال زندگی با کیفیت بالاتری هستند. این واقعیت در جهان پذیرفته شده است که انرژی الکتریکی برای توسعه اجتماعی و اقتصادی، ضروری است.
مطالعات اخیر نشان می دهد که حدود 20% تا 30% انرژی مصرفی بدون نیاز به تغییرات در ساختار فیزیکی سیستم و تنها به وسیله عملکرد بهینه و مدیریت شده قابل کاهش خواهد بود. یکی از روشهای کاهش تلفات و پاسخ به نیاز مصرف کنندگان و کاهش انتشار گازهای گلخانهای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در دسترس به صورت محلی مانند انرژی خورشیدی، باد، هیدروژن و …. و ترکیب آنها برای پیاده سازی سیستم های مدولار، قابل گسترش و برنامهریزی میباشد.
از سویی، بخش حمل و نقل عمده ترین بخش مصرف کننده فرآورده های نفتی و بالطبع یکی از مهمترین عوامل آلودگی محیط زیست خواهد بود. بنابراین، با توجه به بحران انرژی و محیط زیست در آینده به ویژه در کشورهای صنعتی، موضوع جایگزینی اتومبیل های کنونی (احتراق داخلی) با خودروهای الکتریکی مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر، نگرانی های گسترده در مورد گرم شدن زمین و نیز آلودگی هوای ناشی از مصرف سوختهای فسیلی توسط خودروها اهمیت یافتن راهکارهای جدید برای تغییر منبع انرژی مورد نیاز خودروها را دو چندان ساخته است. یکی از منابع انرژی پراکنده خودرو الکتریکی هیبرید قابل اتصال به شبکه برق است. این خودرو یک اتومبیل الکتریکی بنزینی شبیه اتومبیل های امروزی است، اما دارای یک باتری بزرگتر و یک کابل برای اتصال به شبکه برق جهت شارژ است [8].
1-3 پیشینه تحقیق
به دلیل قابلیت ذخیرهسازی زیاد انرژی، باتریها دیگر نمی توانند مانند اتومبیلهای هیبرید استاندارد، با بکارگیری یک موتور احتراقی دوباره شارژ شوند، بنابراین باید به برق وصل شوند تا سیستم باتری با برق شبکه شارژ گردد. به همین دلیل یک سیستم ذخیره سازی انرژی (باتری) برای سیستم قدرت خودرو الکتریکی در نظر گرفته شده است این باتری از نوع NI-MH می باشد] 8[. تحقیقات نشان داده که عمر باتری توسط عوامل بسیاری تحت تاثیر قرار میگیرد که مهم ترین عوامل شامل: حرارت شدید، شارژ و دشارژ بیش از اندازه میباشد. این عوامل عملکرد باتری را بدتر کرده و این عمل منجر به بدتر شدن عملکرد خودرو الکتریکی و بهرهوری آن میشود ]9[. درجه حرارت می تواند دو اثر مهم در عملکرد باتری داشته باشد، هم می تواند راندمان باتری را بهبود بخشد و هم می تواند به طور قابل توجهی عمر باتری را کوتاه کند.
با افزایش دما راندمان مقاومت داخلی باتری کاهش مییابد و این عملکرد باتری را بهبود میبخشد و درجه حرارت بالا باعث میشود که واکنش شیمیایی در باتری سریعتر انجام شود که این امر به اجزای باتری آسیب میرساند و عمر باتری را کاهش میدهد [10].
با نظر به منابع انرژی پراکنده قابل بهرهبرداری، سیستمهای قدرتی که از منابع تولید توان الکتریکی مختلفی استفاده میکنند، با عنوان سیستم قدرت هیبرید شناخته میشوند. طراحی اجزای سیستمهای قدرت کوچک با قابلیت اتصال و انفصال از شبکه سراسری برق که اصطلاحاً ریز شبکه نامیده میشوند، باید به نحوی باشد که عملکرد مطمئن آن را در هر دو حالت بهره برداری شامل حالت اتصال به شبکه و حالت جزیره ای یا مستقل از شبکه تضمین نماید. بارها و منابع انرژی هیبرید در یک ریز شبکه می توانند با حداقل زمان ممکن، از شبکه سراسری منفصل شده و مجددا به آن وصل شوند و بدین ترتیب منجر به افزایش قابلیت اطمینان در تأمین بارهای ریز شبکه شوند.
یکی از کاربردهای اساسی فناوری ریز شبکه، هماهنگی بین تولیدکننده های مختلف و بارهای کنترل پذیر جهت ارائه یک سیستم کارا و سودمند میباشد. در این راستا سیستم مدیریت انرژی به منظور مدیریت عملکرد ریز شبکه نیاز است. مقالات زیادی نیز پیش از این در این زمینه ارائه شدهاند. از جمله [11] که کاربرد یک کنترل کننده مرکزی را برای بهینه سازی عملکرد یک ریز شبکه در زمان اتصال به شبکه تشریح میکند. در [12] یک سیستم مدیریت انرژی برای بهینه کردن عملکرد ریز شبکه شامل مدیریت سمت بار و منابع تولید پراکنده ارائه شده است. اما یکی از موضوعات مهمی که در طراحی سیستم مدیریت انرژی باید مورد توجه قرار گیرد، مسأله ذخیره سازی انرژی در عناصری با این قابلیت است. مبحث فوق، توام با بکارگیری منابع تولید تجدیدپذیر مشتمل بر سلول خورشیدی، توربین بادی، پیل سوختی و… مورد توجه قرار گرفته است. علت این امر، پاسخ گویی سریع به تغییرات بار شبکه توسط ذخایر چرخان و باتری های ذخیره ساز انرژی است. با مطرح شدن خودروهای برقی با قابلیت تبادل توان با شبکه های قدرت، تحقیقات جدیدی در زمینه استفاده از قابلیت ذخیره سازی انرژی در آنها و بکارگیری آنها در پایداری شبکه های قدرت انجام شده است. که در اغلب این تحقیقات استفاده از قابلیت خودروها به عنوان رزرو چرخان ارزیابی شده است [13-14].
1-4 سوالات اصلی تحقیق
جهت یکپارچهسازی و به کارگیری انرژی تجدیدپذیر با اشکال مختلف در ریز شبکه، دو مشکل مهم وجود دارد که باید حل و فصل گردد. مشکل اول این است که چطور یک سیستم انرژی تجدیدپذیر برای تامین انرژی طراحی گردد و مشکل دوم این است که چطور این سیستمهای مختلف تولید توان به طور کارآمد، مدیریت شوند. ورود سیستمهای تولید همچون سیستم فتوولتائیک و ذخیرهساز و عدم تعادل پیشآمده بین توان تولیدی و مصرفی، مسأله پایداری و نوسانات توان و به واسطه آن نوسانات فرکانس را به عنوان نگرانی اصلی ریز شبکه هیبرید در حالت کارکرد جزیره ای معرفی مینماید.
1-5 اهداف
در این میان، مبحث کنترل فرکانس از اهمیت شایانی در بهرهبرداری از ریز شبکه برخوردار است. کنترل فرکانس، با مدل سازی منابع تولید موجود در ریز شبکه قدرت در دو فرم متصل به شبکه بینهایت و ایزوله از آن صورت می پذیرد. اینکه ریز شبکه مورد مطالعه دارای یک، دو یا چند ناحیه تولید ومصرف توان است، در نحوه کنترل فرکانس ریز شبکه تاثیرگذار بوده و دقت مدلسازی سیستمهای درگیر با مجموعه از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. با تکیه بر توسعه ضریب نفوذ خودروهای الکترکی هیبرید در آینده، سهم این عناصر ذخیره ساز و مصرف کننده انرژی الکتریکی متحرک در شبکه در حالت های تحمیلی به آن نیز رو به افزایش است. تفاوت اساسی خودروهای الکتریکی و سیستمهای ذخیره ساز این است که خودروها بر خلاف ذخیره سازها در کل روز در دسترس نیستند و ساعاتی از روز را خارج از خانه اند. بنابراین اولاً امکان شارژ و تخلیه الکتریکی باتری از طریق شبکه وجود ندارد، ثانیاً باید شارژ مورد نیاز روزانه خودرو برای کارکرد روزانه خارج از خانه، پیش از نیاز فراهم شود. تغییر وضعیت عنصر ذخیره ساز جایگاه شارژ این خودروها مشتمل بر تولیدکنندگی و مصرفکنندگی انرژی، بر مدل دینامیکی این جایگاه تاثیرگذار بوده و لذا کنترلرهای مورد استفاده بایستی برای این تغییر مدل، از پیش برنامه ریزی شده باشند.
روش های زیادی جهت کنترل فرکانس ریز شبکه وجود دارد، تمامی این روش ها سعی در کاهش تغییرات فرکانس در حالت دینامیکی دارند. بعضی از این مراجع از کنترل کننده منطق فازی و بعضی دیگر از کنترل کننده PI)) استفاده کردهاند تا انحرافات فرکانس را کاهش دهند. استفاده از کنترل کلاسیک بدون قابلیت وفق پذیری با تغییرات دینامیکی مدل سیستم در این مسیر مورد قبول نبوده و بهرهگیری از سیستمهای خبرهای مانند فازی انتظار می رود.

1-6 ضرورت و اهداف پژوهش
سهم زیادی از مصرف سوختهای فسیلی و آلودگی محیط زیست مربوط به حمل ونقل است. لذا تمرکز بر گسترش وسایل نقلیه با آلودگی زیست محیطی کمتر، مورد توجه قرار گرفته است در این بین نیاز به شارژ مجدد، مهمترین عیب خودروهای الکتریکی و در مقابل، قیمت پایین انرژی الکتریکی و مسائل زیست محیطی و قابلیت تبادل توان با شبکه مهمترین مزیت آنها میباشد. از دیدگاه فنی، زمان اتصال خودرو به شبکه جهت شارژ و دشارژ حائز اهمیت بوده و ملاحضاتی لازم و ضروری خواهد بود:
الف: عدم مطلوبیت خودرو های الکتریکی برای تأمین بار پایه شبکه
ب: ملاحظه خودروهای الکتریکی جهت تنظیم فرکانس، ذخیره چرخان و تنظیم ولتاژ شبکه
ج: مطلوبیت در تامین انرژی در مقیاس خانگی، پیکسایی شبکه و یکنواختسازی بار
بنابراین، مسأله کنترل فرکانس ریز شبکه هیبرید مورد مطالعه با وجود منابع انرژی مشتمل بر دیزل ژنراتور، سیستم فتوولتائیک و خودروی الکتریکی هیبرید در این تحقیق پیش رو مورد بررسی قرار خواهد گرفت. پرسش اصلی در این تحقیق، مسأله کنترل ریز شبکه قدرت الکتریکی با حضور این منابع (تولید/مصرف) انرژی است.
با وجود جایگاه شارژ خودروها و اتصال همزمان در ساعت پیک، اثرات نامطلوبی متوجه شبکه برق می گردد. عدم اتصال به موقع جهت شارژ و همزمانی با ساعات تعرفه گرانتر، ممکن است صرفه اقتصادی بهره گیری از انرژی الکتریسیته را تحت الشعاع قرار دهد.
بنابراین، نیاز به کنترل کننده ای به منظور مدیریت تولید و مصرف شبکه با وجود این عناصر و ایجاد توازن در شبکه و بهبود کنترل فرکانس سیستم مشهود است. همچنین به دلیل وجود سیستم فتوولتائیک، امکان نوسانات شدید در توان تولیدی و فرکانس شبکه وجود داشته که در این شرایط باید راه کارهای کنترلی اتخاذ گردد تا این نوسانات کنترل شده و دامنه آن ها محدود گردد.
از سویی، تغییر وضعیت ذخیره انرژی آماده ارسال توسط جایگاه شارژ خودروهای الکتریکی و میزان مصرف این جایگاهها برای خودروهای دشارژ شده، مدل دینامیکی سیستم کلی را تغییر داده و کنترلرهای مورد استفاده بایستی برای این تغییر مدل، از پیش برنامهریزی شده باشند. استفاده از کنترل با قابلیت وفق پذیری با تغییرات دینامیکی مدل سیستم و بهره گیری از سیستم های خبره مانند فازی از اهداف پیش روی این تحقیق می باشد.
فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
2-1 مقدمه
در این فصل، ابتدا ریزشبکهها و تولیدات پراکنده تعریف شده، سپس مدل دینامیکی سیستم پیشنهادی متشکل از: سیستم فتوولتائیک، دیزل ژنراتور و خودرو الکتریکی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.
در نهایت سیستم کنترلی پیشنهادی (منطق فازی) توضیح داده خواهد شد.
2-2 ریز شبکه (MG)
شبکههای کوچک، شبکه هایی هستند که از قرار گرفتن تعدادی مولدهای کوچک در کنار هم تشکیل شده اند که میزان بار اندکی را در محدوده خود تامین میکنند و با اتصال چندین شبکه کوچک به یکدیگر یک شبکه وسیع شکل می دهند که کارائی شبکههای کنونی را داشته و در عین حال در مواقع بحرانی می تواند مجددا به شبکه کوچک تشکیل دهنده خود تجزیه شود. ریز شبکه را می توان به عنوان یک شبکه کوچک براساس مولد های تولید توزیع شده در نظر گرفت. در بهره برداری از ریز شبکهها اهداف گوناگونی چون کاهش تلفات، هزینه های تولید و نیز کاهش میزان آلودگی مورد بررسی قرار می گیرد [15].
2-3 تولیدات پراکنده(DG)
در این بخش، ابتدا به تعریف تولیدات پراکنده پرداخته می شود، سپس به بهرهبرداری از واحدهای تولیدات پراکنده اشاره می شود و در نهایت انواع تولیدات پراکنده معرفی میگردند.
2-3-1 تعریف تولیدات پراکنده
تعاریف مختلفی برای تولیدات پراکنده به کار رفته است ولی تعریف جامع و بدون محدودیت آن عبارت است از: ”منبع انرژی الکتریکی که مستقیماً به شبکه توزیع و یا سمت مصرف کننده وصل میگردد“ [16].
2-3-2 مزایای تولیدات پراکنده
بکارگیری تولیدات پراکنده در سیستم توزیع مزایای زیست محیطی، اقتصادی و فنی بسیار زیادی را به دنبال دارد. برای رسیدن به این مزایا تولیدات پراکنده باید دارای اندازه مناسب بوده و در مکانهای مناسب نصب شوند [17].
به طور کلی استفاده از نیروگاه های با تولید پراکنده در شبکه قدرت مزایایی را به همراه دارد [17]:
کاهش هزینه مربوط به تجهیزات قدرت
کاهش تلفات انتقال قدرت
زمان نصب و بهرهبرداری کوتاه این نیروگاهها
کاهش آلودگیهای زیست محیطی و صوتی نیروگاههای بزرگ
کاهش تلفات با جایابی بهینه نیروگاههای تولید پراکنده در شبکههای توزیع
آزادسازی ظرفیت سیستمهای انتقال و توزیع اعم از خطوط و پستها
امکان کاربرد مجزا یا متصل به شبکه
با توجه به پایین بودن بازدهی نیروگاه هایی که با سوختهای فسیلی کار می کنند و همچنین به دلیل آلودگیهای زیست محیطی مربوط به نیروگاههای با سوخت فسیلی، لزوم استفاده از تولیدات پراکنده روز به روز بیشتر احساس می شود. سیستمهای توزیع موجود بدون در نظر گرفتن منابع تولید پراکنده طراحی شده اند. در نتیجه به کارگیری آنها، می تواند امکان بروز شرایط غیر مطلوبی در کیفیت برق، قابلیت اطمینان، بازده، مسائل ایمنی و … را ایجاد کند [18].
2-3-3 بهره برداری از واحدهای تولید پراکنده
بهره برداری از واحدهای تولید پراکنده به دو شکل امکان پذیر می باشد:
الف: حالت متصل به شبکه: در این حالت واحدهای تولید پراکنده به شبکه اصلی متصل هستند.
ب: حالت جزیره ای (مستقل از شبکه): در این حالت واحدهای تولید پراکنده با شبکه ی سراسری ارتباط ندارند و مجموعهی واحدهای تولید پراکنده چند بار محلی را تغذیه می کنند.
الف: سیستمهای متصل به شبکه
سیستمهای متصل به شبکه، سیستمهایی هستند که با اتصال به شبکه سراسری، برق خود را تامین میکنند. این امر بدین صورت است که هر مشترک شبکه سراسری برق، با نصب سیستم متصل به شبکه، خود به عنوان یک تولیدکننده پراکنده کوچک می تواند به صورت نیروگاهی کوچک عمل نماید. در این روش علاوه بر تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرفکننده، انرژی الکتریکی (مازاد بر مصرف) به شبکه سراسری برق تزریق می شود.
ب: سیستمهای مستقل از شبکه
سیستمهای مستقل از شبکه (سیستمهای جزیرهای)، سیستمهایی هستند که بدون اتصال به شبکه سراسری، برق خود را تامین می نمایند. این سیستمها برای مناطق دور از شبکه که به دلیل محدودیتهای فنی(صعب العبور بودن منطقه) و اقتصادی( همانند دور بودن از مراکز تولید توان و یا داشتن جمعیت پایین) انتقال برق رسانی مشکل است، کاربرد زیادی دارند.
کاربرد مستقل سیستمهای تولید پراکنده به صورت جزیرهای، جهت تامین بار مصرف کنندگان، از مزایای عمده آنها محسوب میشود. برای صنایع و واحدهایی که قطع برق خسارت فراوانی را برای آن ها در برداشته و یا به طور کلی مکانهایی که امکان دسترسی به انرژی برق از طریق شبکه سراسری با قیمت مناسب را نداشته باشند، بکارگیری این سیستمها مفید میباشد. با گسترش پیشرفت صنعت برق، تکنولوژیهای جدید و مختلفی ایجاد شده است. اکثر این تکنولوژیها به صورت تجاری و صنعتی در دسترس می باشند.
یکی از مهم ترین مسائل در سیستمهای تولید پراکنده در حالت مستقل از شبکه، پیوستگی تغذیه بار و کنترل ولتاژ و فرکانس آن است. معمولا در سیستم های تولید پراکنده مستقل از شبکه، از منابع تجدیدپذیر انرژی (مانند انرژی خورشیدی یا بادی) به عنوان منبع اولیه انرژی استفاده میشود. باتوجه به تغییرات شدت نور و سرعت باد در طول روز، توان حاصل از این منابع دارای نوساناتی است. در نتیجه استفاده از واحد ذخیره انرژی برای تامین پیوسته بار اجتناب ناپذیر است. لذا بهرهمندی از سیستم کنترلی مناسب برای کنترل توان بین واحدهای ذخیره انرژی با منابع انرژی اولیه به گونه ای باشد، که بار به طور پیوسته تامین شود [19]. هدف از این پایان نامه ارائه سیستم کنترلی مناسب برای کنترل پخش توان بین واحدهای انرژی و کنترل فرکانس در سیستم تولید پراکنده میباشد.
2-3-4 انواع تولیدات پراکنده
این تولیدات پراکنده را می توان از دید تکنولوژی به سه دسته عمده تقسیم نمود که عبارتند از:
الف: تکنولوژی گازی
ب: تکنولوژی های انرژی نو
ج: وسایل ذخیره انرژی
که در آن تکنولوژی گازی شامل توربینهای احتراقی گازی، توربینهای کوچک و سلولهای سوختی میباشد. تکنولوژیهای انرژی نو شامل انرژی نهفته طبیعی، توربینهای کوچک بادی، سلولهای فتوولتائیک می باشند. انرژی خورشیدی با استفاده از سلولهای فتوولتائیک تبدیل به انرژی الکتریکی می شود. وسایل ذخیره انرژی شامل باتری، ابر رسانای مغناطیسی، سوپر خازنها، سدهای ذخیره آب و وسایل ذخیره انرژی هوای فشرده می باشند [20].
2-4 سیستم هیبرید
ریز شبکهها مفهوم تازهای برای آیندهی سیستمهای انرژی هستند که بهرهبرداری از انرژیهای تجدیدپذیر را ممکن ساختهاند. یک ریز شبکه از تعدادی واحد تولید پراکنده و بارهای متصل به آن تشکیل شده، که می تواند در حالت متصل به شبکه و یا مستقل از آن (جزیره ای) عمل کند [21].
این شبکهها که از منابع مختلف انرژی تغذیه میشوند، به صورت ترکیبی و مکمل با یکدیگر کار میکنند. این ساختارها به عنوان سیستمهای هیبریدی قدرت یا سیستمهای ترکیبی قدرت شناخته میشوند. در این سیستم ها حداقل یکی از منابع توان منبع انرژی تجدیدپذیر می باشد. از آنجایی که این سیستمها از دو یا چند منبع مختلف انرژی تغذیه میشوند در مقایسه با سیستمهایی که یک منبع برای تولید برق دارند از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار هستند. مزیت اصلی ریز شبکه یا سیستم هیبریدی قدرت عبارت است از [22]:
1- عملکرد مستقل از شبکه سراسری
2- امکان استفاده از تولید همزمان توان الکتریکی و حرارتی
3- قابلیت اتصال به شبکه سراسری
4- قابلیت عملکرد پایدار در مناطق دور افتاده و جدا از شبکه سراسری
5- رایگان بودن انرژی اولیه این سیستمها
2-4-1 مزایای ریز شبکه و چالشهای سیستمهای هیبریدی
پیشرفت و کاربرد ریز شبکهها مزایای بسیاری را برای صنعت تولید برق به همراه داشته است. این مزایا عبارتند از [23]:
1- افزایش قابلیت شبکه
2- ارائه انرژی الکتریکی بی وقفه به بارهای حساس
3- کاهش آلودگی هوا به ویژه دی اکسید کربن
4- کاهش تلفات شبکه توزیع و انتقال
5- کاهش هزینههای خطوط انتقال
6- نیاز به سرمایه گذاری کمتر و مناسب بودن برای مشارکت بیشتر در بازار برق
7- یافتن راحتتر فضای مناسب جهت احداث، به علت کوچک بودن فضای مورد نیاز
8- راحتی گسترش و امکان اتصال یک میکروتوربین به ریز شبکه، بدون نیاز به تغییرات در سایر میکرو توربین ها و شبکه
9- بازدهی بالا
علی رغم مزایای بسیار سیستمهای ریز شبکه، استفاده از این سیستم ها منجر به بروز چالش ها و موانعی نیز می گردد. برخی از این چالش ها عبارتند از [23]:
1- مشکلات فنی مانند مدیریت، حفاظت، کنترل و پایداری ریز شبکه
2- نبود استانداردهای لازم جهت پیادهسازی سیستمهای ریز شبکه
3- وجود موانع اداری و حقوقی و فقدان قوانین و مقررات لازم به منظور تنظیم عملکرد شبکه
2-5 سیستم فتوولتائیک
به پدیده ای که در اثر آن و بدون استفاده از مکانیزم های مکانیکی، انرژی تابشی به انرژی الکتریکی تبدیل شود پدیده فتوولتائیک گفته می شود. این پدیده بر فرضیه ذره ای بودن انرژی تابشی بنا نهاده شده است. هر سیستمی نیز که از این خاصیت استفاده نماید، سیستم فتوولتائیک نام دارد [24].
در یک سیستم فتوولتائیک هیچ گونه حرکت مکانیکی وجود نداشته و زمانیکه قطعات حرکتی نداشته باشند، استهلاکی نیز وجود نخواهد داشت. سلول های خورشیدی امروزی حتی می توانند به عنوان شیشه پنجره کار کنند. این سلول ها این قابلیت را دارند که بین 80 % تا 90 % نور خورشید را از خود عبور دهند. این کیفیت باعث می شود که پنجره هایی مجهز به سلولهای خورشیدی بتوانند به خنک ماندن هوای داخل در تابستان کمک کنند و ساختمان را زیباتر و هم انرژی الکتریسیته مورد نیاز ساختمان را تهیه کنند.
برخی از معایب استفاده از سیستم های فتوولتائیک عبارتند از [24]:
1- هزینه تولید برق توسط سلولهای فتوولتائیک بیشتر از هزینه تولیدی برق ناشی از سوختهای فسیلی میباشد. لازم به توضیح است که با افزایش تولید سلولهای فتوولتائیک میتوان هزینهها را کاهش داد.
2- برق تولیدی از انرژی خورشیدی غیر قابل اعتماد بوده و همواره در دسترس نمی باشد و میزان تولیدات به شرایطی نظیر حالت وضعی خورشید، شرایط اتمسفر، ابری بودن و … بستگی دارد.
3- به منظور استفاده از انرژی خورشیدی در شب باید از باتری برای ذخیرهسازی انرژی استفاده گردد.
4- برای مصارف زیاد توان، نیاز به مساحت زیادی برای نصب سلولهای فتوولتائیک می باشد.
2-5-1 تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی در سیستم فتوولتائیک
نور خورشید از فوتونها یا ذرات انرژی خورشیدی تشکیل شده است. این فوتونها که مقادیر متغیر انرژی را شامل می شوند، درست مشابه با طول موجهای متفاوت طیفهای نوری هستند. وقتی فوتون ها به یک سلول فتوولتائیک برخورد میکنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند و یا جذب شوند.
فقط فوتونهای جذب شده، انرژی لازم را برای تولید الکتریسیته فراهم می کنند. وقتی نور خورشید به میزان لازم و یا انرژی توسط جسم نیمه هادی جذب شود، الکترونها از اتمهای جسم جدا میشوند.( به دلیل اینکه آخرین الکترون یک اتم با گرفتن انرژی فوتون به لایه بالاتر رفته و می تواند از میدان پروتون آزاد شده و آزادانه در نیمهرسانا حرکت کند). رفتار خاص سطح جسم در طول ساختن موجب میشود سطح جلویی سلول برای الکترونهای آزاد بیشتر پذیرش یابد. بنابراین، الکترونها به طور طبیعی به سطح مهاجرت میکنند. زمانیکه الکترون ها موقعیت n را ترک می کنند، حفرههایی تشکیل میشود. تعداد الکترونها زیاد بوده و هر کدام یک بار منفی را حمل میکنند و به طرف جلوی سطح سلول پیش میروند. در نتیجه عدم توازن بار بین سلولهای جلویی و سطح عقبی، یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطب های مثبت و منفی یک باتری ایجاد می شود. زمانیکه دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط شوند، الکتریسیته جریان می یابد.
سیستم های فتوولتائیک از سه بخش اصلی تشکیل شده اند:
الف: ماژول یا پنل های خورشیدی
ب: قسمت واسطه یا بخش توان مطلوب
ج: مصرف کننده یا بار الکتریکی
37426905080مصرف کننده
00مصرف کننده
2294559-3810واسطه (باتری)
00واسطه (باتری)
8293104114ماژول
فتوولتائیک
00ماژول
فتوولتائیک

334424164135188942989535
شکل 2-1 : بخش های اصلی یک سیستم فتوولتائیک
الف: ماژول یا پنلهای خورشیدی
مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی می باشد. پنلهای فتوولتائیک که در معرض خورشید قرار میگیرند، متشکل از سلولهای فتوولتائیک هستند. ماده اصلی تشکیل دهنده بیشتر سلولهای خورشیدی موجود در بازار از لایه نازکی از مواد نیمه رسانا، مانند سیلیکون تشکیل می شوند.
سلولهای فتوولتائیک به صورت الکتریکی در مدار های سری یا موازی متصل می شوند تا ولتاژ یا جریان بیشتر تولید کنند. به مجموعه ای از این سلولها که در کنار یکدیگر بر اساس طراحیهای هر کارخانه سازنده در یک لایه محافظت شده از نظر محیطی، سری و موازی می گردند و بلوک ساختمان اولیه یک واحد مولد فتوولتائیک را تشکیل میدهند، پنل یا ماژول فتوولتائیک گفته میشود و مجموعهی این پنلها آرایهی خورشیدی عنوان می گردد. در شکل زیر این مطلب نشان داده شده است.

شکل 2-2 : آرایه، پنل، ماژول و سلول فتوولتائیک
ماژولهای فتوولتائیک و آرایهها معمولاً بر اساس ماکزیمم توان DC خروجی تحت شرایط استاندارد آزمایش برآورد می شود. شرایط استاندارد آزمایش با یک دمای 25 درجه برای عملکرد ماژول، تابش خورشیدی لازم در سطح 1000 وات بر متر مربع و تحت شرایط جرم هوایی 5/1 در انتشار طیف تعیین می شود. تا زمانیکه این شرایط برای نحوه عملکرد ماژول های PV و آرایهها در این حوزه عادی نشود، عملکرد واقعی تا حدی کمتر از حالت استاندارد است.
ب: قسمت واسطه یا بخش توان مطلوب
انرژی الکتریکی حاصل از سیستمهای فتوولتائیک را بر اساس طراحی انجام شده، متناسب با نیاز مصرف کننده، مدیریت و القا می نماید.
3542665310515بار مستقیم (DC)
00بار مستقیم (DC)
2254581200025کنترل کننده شارژ
00کنترل کننده شارژ
1063018200660آرایه فتوولتائیک
00آرایه فتوولتائیک

190500016573532254961593850
27082752524260
3581096125730مبدل
00مبدل
2271699180340باتری
0باتری

320200130480041373562451100
3571544290830بار متناوب (ََAC)
00بار متناوب (ََAC)

شکل 2-3 : بلوک دیاگرام یک سیستم PV با بار AC و DC
این تجهیزات عمدتاً از سیستم ذخیره ساز و پشتیبان، شارژ کنترل، اینورتر و …. بر اساس نیاز مصرف کننده تشکیل شده است.
کنترلکننده شارژ
تجهیزاتی هستند که در سیستمهای خورشیدی، جریان و ولتاژ شارژ و دشارژ باتریها را تنظیم و کنترل میکنند و باعث جلوگیری از آسیبهای احتمالی وارده بر باتریها و حفظ طول عمر مفید کارکرد آن میگردد. با استفاده از شارژ کنترلر بیشترین ظرفیت قابل دسترس باتریها در اختیار مصرف کننده قرار میگیرد. یکی از ویژگی های پنل های خورشیدی این است که با ابری شدن هوا یا تغییر جهت خورشید ولتاژ خروجی پنل نیز تغییر میکند. لذا کنترل شارژ و دشارژ و تثبیت ولتاژ خروجی سیستم از جمله نکات بسیار مهم و اساسی در سیستم برق خورشیدی میباشد که تنظیم آن به عهده شارژ کنترلر میباشد. وجود نمایشگر سطح جریان و ولتاژ شارژ و دشارژ در انتخاب این سیستم از مزایای سیستمهای موجود در بازار می باشد.
اینورتر
یکی از مباحث الکترونیک صنعتی، تبدیل یک ولتاژ DC به یک ولتاژ AC است. به سیستمی که این تبدیل را برای ما انجام می دهد، اینورتر گفته می شود. اینورترها دارای رنج وسیعی از کاربردهای مختلف هستند که استفاده در سیستمهای برق خورشیدی (فتوولتائیک) یکی از کاربردهای آن میباشد. پنل های خورشیدی دارای خروجی DC هستند. که با استفاده از اینورتر این توان تبدیل به AC می شود.
انواع اینورترها از نظر فاز و شکل موج خروجی
اینورترها از نظر فاز تبدیل به دو نوع عمده تک فاز و سه فاز و از نظر شکل موج خروجی به چهار نوع زیر تقسیم می شوند:
1- خروجی به شکل موج مربعی
2- خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (معمولی)
3- خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (پله ای)
4- خروجی به شکل سینوسی خالص
باتری
یکی از عناصر کلاسیک و مرسوم ذخیره سازی انرژی باتری ها هستند، که استفاده از آن ها با شروع به کارگیری منابع تجدیدپذیر انرژی بیشتر شد. کاربرد باتری در راه اندازی و در مواقع اضطراری میباشد و توان تولیدی آنها DC با رنج ولتاژ پایین است که اخیراً بر روی رنج ولتاژ متوسط تحقیقاتی در حال انجام است. مشکل مرتبط با باتریها زمان شارژ مجدد و عمر مفید آنها میباشد. باتری های مرسوم، به تنهایی قابلیت اطمینان بالایی ندارند و حداقل هر سال دو بار نیاز به بازدید و هر چهار تا دوازده سال نیاز به تعویض دارند [25].
تکنولوژی ذخیره سازی انرژی باتری، به عنوان راهی جهت پوشش طیف وسیعی از درخواست ها از محافظت کیفیت قدرت تا مدیریت طولانی انرژی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
خطرات و نقایص مربوط به باتری عبارتند از:
1- انفجار
2- نشتی
3- ملاحظات زیست محیطی
افزایش استفاده از باتریها و کاربردهای وسیع آن باعث افزایش زباله های صنعتی و مشکلات زیست محیطی جدید این محصول شده است. تولیدکنندگان باتری از مواد شیمیایی خطرناک برای ایجاد کارایی بهتر باتریها تولیدی خود استفاده میکنند. زبالههای باتری باعث بالا رفتن آلودگی محیط زیست به سموم مهلک فلزی باتریها شده است. امروزه باتریها در بهرهگیری از وسایل الکترونیکی نقش مهمی را ایفا می کنند.
ج: مصرف کننده یا بار الکتریکی
کلیه مصرف کنندگان الکتریکی، اعم از مصارف برق مستقیم (AC-DC) را متناسب با میزان مصرف شامل می گردد.
مراحل اصلی در طراحی یک سیستم فتوولتائیک مطابق تصویر (2-4) می باشد.
3945559254635طراحی سیستم برق خورشیدی
00طراحی سیستم برق خورشیدی
323215126034برآورد انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده
00برآورد انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده
2001796161180طراحی بخش واسطه
00طراحی بخش واسطه

34648912698751524304281940
شکل2-4 : مراحل اصلی در طراحی یک سیستم فتوولتائیک
در مرحله نخست انرژی الکتریکی مورد نیاز و الویتهای آن برآورد گردیده است.
در مرحله بعد بخش واسطه و مشخصات تجهیزات مورد نیاز بر اساس الویت بار و نوع کاربرد تعیین شده و طبق نظر طراح سیستم، طراحی و مشخصات آن تهیه و تدوین میگردد.
در انتها توان سیستم برق خورشیدی مورد نیاز برآورد و طراحی میگردد.
2-6 روش های کاربرد سیستم های برق خورشیدی
سیستم های خورشیدی میتواند به دو صورت متصل به شبکه و مستقل از شبکه به کار رود. این سیستم ها در حالت متصل به شبکه برق دارای مشکلات و در حالت مستقل از شبکه دارای مزایایی می باشند که در این بخش توضیح داده خواهد شد.

2-6-1 متصل به شبکه سراسری برق (Grid Connected)

شکل2-5 : نمای کلی یک سیستم متصل به شبکه
در این روش انرژی الکتریکی حاصل از سیستم فتوولتائیک (با استفاده از تجهیزات الکتریکی مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب، همچون اینورترهای متصل به شبکه و ….) ضمن تغییر شکل و تطبیق سطح ولتاژ و فرکانس انرژی الکتریکی حاصل از سیستم فتوولتائیک، با مشخصات سطح ولتاژ، اختلاف فاز، فرکانس و … به شبکه سراسری برق تزریق میگردد. با استفاده از نیروگاههای فتوولتائیک متصل به شبکه سراسری به صورت متمرکز یا غیرمتمرکز (ضمن تقویت انرژی جاری در شبکه توزیع)، به دلیل تزریق ولتاژ و جریان مانع افت ولتاژ شبکه توزیع گردیده و در نتیجه از فشار بر روی نیروگاه ها در طی روز جلوگیری می کند. این امر مشابه این است که هر مشترک شبکه سراسری برق، با نصب سیستم متصل به شبکه، خود به عنوان یک تولید کننده پراکنده کوچک (DG) می تواند به صورت نیروگاهی کوچک عمل نماید.
در این روش علاوه بر تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده، انرژی الکتریکی (مازاد بر مصرف) به شبکه سراسری برق تزریق می شود [25].
الف: مشکلات نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه
امروزه تقاضا برای انرژی های تجدید پذیر رو به افزایش است و در میان آن سیستمهای فتوولتائیک نقش اساسی ایفا میکنند. نوسانهای توان سیستم فتوولتائیک به شرایط آب و هوایی، فصل و موقعیت جغرافیایی بستگی دارد و این مشکلاتی جدی چون تغییر فرکانس را در پی دارد. همچنین تنها دلیلی که مانع از گسترش استفاده از چنین تکنولوژی (سیستم فتوولتائیک) شده است، هزینه زیاد تولید و بازدهی تبدیل انرژی پایین است.
ب: اینورترهای متصل به شبکه (Grid tie inverter)
این اینورترها جریان DC سلولهای فتوولتائیک را به جریان AC تبدیل کرده و به شبکه می دهند. قسمتی از این توان تولید شده توسط مصرف کنندههای محلی مصرف شده و مازاد آن به شبکه داده می شود. در ضمن یک کنتور دو طرفه بعد از بارها وجود دارد که انرژی منتجه را اندازه گیری میکند. این اینورترها دارای دو ویژگی خاص می باشند یکی ردیابی نقطه حداکثر توان (Maximum Power Point tracking) و دیگری حفاظت ضد جزیره ای (Anti-Islanding Protection).
حفاطت ضد جزیره ای (Anti-Islanding Protection)
این حالت هنگامی رخ می دهد که اینورتر در حال کار است و شبکه بی برق می شود. این حفاظت باعث می شود که اینورتر به طور هوشمند از شبکه جدا گردد و به عنوان مثال اگر که شبکه در حال تعمیر است برای افرادی که روی خط در حال کار هستند خطری پیش نیاید. آیلندینگ می تواند برای کارگرانی که بر روی شبکه کار می کنند خطرناک باشد کسانی که ممکن است نتوانند تشخیص دهند که شبکه هنوز برقرار است و این پدیده همچنین



قیمت: 11200 تومان

مروری بر تاثیر آلاینده های کشاورزی بر آبزیان

۱-۱ مقدمه
رشد فزاینده جمعیت‚ شرایط نامطلوب اقتصادی جهان خصوصا جهان سوم‚ کمبود مواد غذایی‚ گرسنگی و بیماری از جمله مسایل در زمینه اقتصاد و کشاورزی می باشند. آفات و بیماری ها همه ساله خسارات هنگفتی به زارعان و کشاورزان وارد می آورد. جهت حفظ محصولات کشاورزی‚ سمپاشی های مکرر‚ بی رویه و ناگاهانه ای انجام می شود که متاسفانه علاوه بر مقاومت آفات‚ موجبات آلودگی محیط را فراهم آورده و اثراتی در موجودات زنده ایجاد می نماید.
امروزه آلودگي محيط زيست و بويژه محيط زيست دريا، جوامع انساني و موجودات زنده را درگير مشکلات جدي و غيرقابل جبران نموده است. ورود منابع آلاينده به آبها، تجمع آنها در آبزيان و انتقال به سطوح بالاتر شبکه غذايي بواسطه خطراتي که براي انسان هاوساير موجودات بوجودمي آورد،اکنون زنگ خطري رابراي جوامع بشري به صدادرآورده است.
بسياري از آلايندههاي زيست محيطي طي فرآيندهاي مختلف (بارش، تخليه فاضلاب و پسابها، سيلاب و…) وارد منابع آبي مثل آبهاي جاري،آبهاي زيرزميني ودر نهايت درياها و ديگر اکوسيستمهاي آبي مي‌شود. پس از ورود اين آلاينده ها به بدنه محيطهاي آبي در سه سطح ميتوانيم به رديابي رفتار آنها بپردازيم: ستون آب،رسوبات کف،بيومس آبزيان (گروههاي گياهي و جانوري) بدين صورت که آب يا رسوب حاوي آلاينده‌ها بترتيب با مصرف توسط موجوداتي از قبيل پلانکتونها و گياهان و بي‌مهرگان کفزي و موجوداتي که از نظر تغذيهاي وابسته به رسوبات ميباشند،موادآلاينده خودرابه سطوح تغذيه‌اي بالاتر انتقال ميدهند.درسطوح بالاترروندانتقال ادامه مييابدوبراساس روابط تغذيهاي (طول زنجيره، رژيم تغذيهاي موجود و …) غلظت اين عناصر به مرور افزايش يافته و اثرات تجمعي اين فلزات منجر به تشديد اثرات سمي و آلايندگي اين عناصر شده و بيماريهايي را در آبزيان ايجاد مينمايد .
۱-۲ آلودگی
آلودگی عبارت اند از افزایش مقدار هر معرف اعم از شیمیایی‚ فیزیکی یا بیولوژیکی که موجب تغییر خواص و نقش اساسی آب در مصارف ویژه اش شود.
منابع آلاینده به دو دسته تقسیم می شوند:
۱ – کانون دار
۲ – بدون کانون
که در بین منابع آلاینده بدون کانون , اثر بیشتری برکیفیت آب دارند.
در یکی از مطالعات آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا تخمین زده شد که منابع آلودگی بدون کانون دربیش از ۶۵ درصد بار آلودگی کلی آبهای سطحی درون آمریکا سهم دارند(EPA, 1989).
در مقیاس ملی فعالیت های کشاورزی اغلب عمده ترین منشاءمنابع آلاینده بدون کانون می باشند.
1-3 آلاینده های آبی از حیث نوع آلاینده شامل ۸ گروه اصلی می باشند :
مواد نفتی
آفت کش ها و علف کش ها
فلزات سنگین
مواد آلی زائد
میکرو ارگانیسم ها
آلودگی گرمایی
زباله های خطرناک
رسوبات
1-4 انواع آلودگی:
الف- آلودگی صنعتی
ب- باران اسیدی
ت- آلودگی کشاورزی
ج- سایر منابع آلوده کننده
5-1 این آلاینده ها خود بر اساس رفتار اکولوژیک و نحوه آلایش به گروه های زیر تقسیم می شوند:
الف- آلاینده های شیمیایی
ب- بیولوژیکی
ج- مواد فیزیکی
6-1 از حیث اکولوژیک( پایداری در محیط) شامل :
قابل تجزیه
غیر قابل تجزیه
۱-۴-۱- الف- آلودگی صنعتی: بسیاری از ضایعات صنعتی که در داخل آب تخلیه می شوند مخلوطی از مواد شیمیایی هستند که از بین بردن آنها سخت است. برخی از ضایعات صنعتی همچنین سمی نیز هستند. که به سختی کنترل می شوندو با توجه به مقدارشان یک مشکل بزرگ می سازند . بعضی از کمپانی ها برای کاهش هزینه های خود تلاش می کنند از طریق غیر قانونی اقدام به دفع ضایعات شیمیایی در داخل آب می نمایند.
1-4-2- ب- باران اسیدی: یکی از جدی ترین مشکلات زیست محیطی که امروزه بسیاری از مناطق دنیا با آن روبه رو هستند‚ باران اسیدی است. مه اسیدی و برف اسیدی که تمام آنها با نزول مقدار قابل ملاحظه اسید از آسمان همراه می باشند جز این نوع آلودگی به حساب می آیند.
باران اسیدی دارای انواع نتایج زیان بار بوم شناختی و همچنین اثرات زیان بار بر روی سلامتی انسان دارد.
باران اسیدی به نزولات جوی که قدرت اسیدی آن بطور قابل توجهی بیش از باران طبیعی( آلوده نشده) می باشد که خود به دلیل حل شدن دی اکسید کربن هوا در آن و تشکیل اسیدکربونیک می باشد‚ گفته می شود.
از تجزیه H2CO3 ‚ پروتون آزاد می شود و Ph سیستم را کاهش می دهند. Ph باران اسیدی کمتر از ۵ می باشد. دو اسید عمده در باران اسیدی‚HNO3 و H2SO4 است.
بطور کلی‚ محل نزول باران اسیدی درتوسط باد دورتر از منبع الاینده های نوع اول یعنی SO2 و نیتروژن می باشد. باران اسیدی توسط جابجایی توده هوایی که در برگیرنده آلاینده ها می باشد‚ بوجود می آیند.
جذب مقداری از الوده کننده های هوا توسط بارانی که در حال باریدن است‚ الوده می شود. گازهای آلاینده اصلی دی اکسید سولفور و اکسید های نیتروژن اند که در اثر سوزاندن سوخت ها حاصل می شوند. آنها با باران واکنش داده و به شکل سولفوریک و اسید های نیتریک در می آیند.
باران اسیدی وقتی به سطح زمین می رسد اثرات بیشتری دارد. آنها می توانند فلزات سنگین و آلومینیوم را در خاک آزاد کنند. اینها بطور معمول وقتی در یک بخش ساکن اند بی ضرر می باشند اما در یک شرایط اسیدی فعال می شوند و وقتی در داخل دریاچه و نهر رها می شوند. این مواد می توانند حیوانات کوچک و ماهی ها را بکشند.حتی سبب مرگ حیوانات دیگری می شوند که از انها تغذیه می کنند.(مثل مرغ ماهی خوار)
1-4-3- ج- آلودگی کشاورزی: بدليل نفوذ آب زهکشي مزارع و پساب‌هاي کشاورزي به رودخانه‌ها بيش از پيش باعث آلودگي آنها گرديده و با توجه به نتايج بدست آمده مي‌توان اعلام کرد که نا آگاهي کشاورزان از اثرات سوء سموم باعث شده است که ميزان مصرف آنها بالا باشد. آفت‌کش‌هاي موجود در هوا و بر روي سطح گياهان در اثر آبياري و نزولات جوي، وارد خاک مي‌شود و از اين طريق وارد آب‌هاي سطحي و زير‌زميني شده و باعث آلودگي آنها مي‌شود. بدنبال آلودگي آب، آفت کش‌ها به بدن موجودات آبزي وارد شده و آنها را آلوده مي‌نمايند و از اين طريق هم به زنجيره غذايي انسانها و ساير موجودات مصرف کننده راه مي‌يابند. با توجه به حلاليت بالاي آفت‌کش‌ها در بافت چربي، اين مواد به آساني از بدن موجودات دفع نمي‌شوند. انتقال آفت‌کش‌ها در طول زنجيره غذايي با تجمع زيستي و بزرگ نمايي زيستي همراه است. آفت‌کش‌ها با غلظت‌هاي بالايي در بدن پستانداران (ازجمله انسان) مشاهده شده‌اند. اين مواد بهعلت فعل و انفعالات شيميايي اندک، پايداري در مقابل اکسيداسيون و پايداري در مقابل ديگر فرآيندهاي تخريب به مدت طولاني در محيط باقي مي‌مانند .بعضی از این سموم به خاطر امکان رقابت و همپوشانی با هورمونهای درون ریز در محل‌های اتصال سیستم عصبی و سلولی (Binding sites ) مهم می‌باشند. بدلیل سطوح معین هورمون‌های سیار در موجودات زنده و افزایش مقادیر مواد شیمیایی (حتی مواد شیمیایی با قرابت کم) موجود در برخی از اکوسیستم‌های آبی، می‌توانند رقیب هورمونهای درون ریز برای اتصال به گیرنده‌های هورمون در محل های اتصالشان باشند. القاء نرینگی (masculinization) یا مادینگی (feminization ) ماهی بوسیله آلاینده های محیطی در طی دهه‌های گذشته گزارش شده است. القاء مادینگی بیشتر از نرینگی نیز گزارش شده است و به نظر می‌رسد در سر تا سر دنیا رایج می‌باشد. به وضوح می‌توان گفت چنین شرایطی در گستره بزرگی از گونه های در سطوح مختلف تروفی زنجیره غذایی از محیط‌های آب شیرین تا دریایی تاثیر می‌گذارد ( علوی، 2008).که باتوجه به مطالب گفته شده این سوال پیش می آید. معمولا بیشتر آلودگی کشاورزی شامل ترکیبات نیتروژنی است.مسائل الوگی نیترات موقعی رخ میدهد که همچنین کودهای شیمیایی بیشتر در مزرعه بکار گرفته میشود.زیادی زباله ها میتوانند به داخل منابع ابهای آشامیدنی راه پیدا کنند یا به داخل رودخانه ها ودریاچه ها بچکد.بعضی از کارشناسان معتقدند که سطوح بالایی از نیترات در آبهای اشامیدنی ممکن است تهدیدی برای سلامتی باشد.یک راهکار اروپایی این است که آبهای اشامیدنی نباید محتوی نیترات بیشتر از ۵۰ میلیگرم در هر لیتر آب باشد.
گروه بزرگی از آلاینده های زیست محیطی ‚ سموم کشاورزی می باشد. آفت کش ها گروهی از این سموم هستند که همراه دیگر تولیدات شیمیایی مانند گندزدا ها‚ کودها بطور معمول مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه بیش از هزار نوع آفت کش در کشورهای مختلف جهان وجود دارد.
۱-۴-۴-د- منابع آلاینده دیگر:
بسیاری از فلزات سنگین مثل سرب‚ آلومینیوم‚جیوه‚قلع و کادمیوم سبب آلودگی آب می شوند.
فسفر موجود در فاضلاب های شهری که از شوینده ها آزاد میشود و دررودخانه ها که برای یک مدت طولانی می ماندیکی دیگر از منابع آلاینده به حساب می آید.
همچنین ریختن روغن ماشین و رنگ به داخل رودخانه ها را به عنوان دیگر منابع آلاینده اکوسیستم های آبی میتوان نام برد.
۱-۷آفت کش ها: گروهی از مواد شیمیایی سنتزی هستند که به منظور کنترل ارگانیسم های ناخواسته ای که اثر مخربی بر بهداشت عمومی می گذارند یا به محصولات کشاورزی آسیب می رسانند تولید می شوند و در تعریف دیگر شامل ترکیباتی هستند که برای حفاظت انسان در مقابل حشرات ناقل عوامل بیماریزا و گیاهان زراعی در رقابت با گیاهان ناخواسته (علف های هرز) و حفظ گیاهان زراعی و دام ها در برابر بیماری های قارچی‚حشرات‚کنه ها و جوندگان استفاده می شوند.
۱-۷-۱تاریخچه استفاده از سموم کشاورزی در دفع آفات
قدمت مبارزه شیمیایی با آفات وبیماری های گیاهی به بیش از هزار سال قبل از میلاد مسیح بر میگردد.یونانی ها ۱۰۰۰سال قبل از میلاد برای ضدعفونی کردن خانه های خود از حاصل سوزاندن گوگرد جامد استفاده می کردند.این عمل تا قرن نوزدهم با وارد کردن این عنصر در شمع مورد استفاده قرار می گرفت.استفاده از آرسنیک و ترکیبات آن برای مبارزه با حشرات حداقل به سال ۹۰۰میلادی بر میگردد.و از اواخر قرن نوزدهم تا جنگ جهانی دوم کاملا گسترش یافت.
ترکیبات ارسنیک در دهه های ۱۹۳۰ تا ۱۹۵۰ بطور گسترده مورد استفاده می گرفت تا اینکه در سالهای ۱۹۴۰ تا۱۹۵۰ صنایع شیمیایی آمریکا مقادیر زیادی از آفت کش ها ی جدید بویژه حشره کش ها را که ترکیبات آلی کلر دار بودند تولید کردند
در انگلستان تعداد مواد آفت کش مورد تایید برای استفاده‚در سال های ۱۹۵۷ تا ۱۹۹۵ از ۱۱ به ۱۰۵ مورد افزایش یافت(Sotherton وهلند‚2003). در آمریکای شمالی نیز افزایش مشابهی در استفاده از آفت کش ها رخ داده است.در ایالات متحده آمریکا در دوره زمانی 1971-1987 استفاده از علف کش ها ۱۸۰ درصد افزایش یافت و در کانادا در همین بازه زمانی استفاده از علف کش ها سه برابر و حشره کش ها پنج برابر افزایش یافت (Sotherton وهلند‚2003). مصرف سموم شیمیایی در ایران در حدود یک درصد تولید جهانی است.و استفاده ازسموم آفت‌کش در بین کشاورزان ایرانی رواج یافته است.
۳/۴میلیون کشاورز درایران روی ۱۸/۵ میلیون هکتارزمین کشاورزی می‌کنند.دراستان‌های گیلان، مازندان وگلستان که درامتدادسواحل دریای خزرقراردارند ، بیش از ۲۷۰۰تن آفت کش در طول سالهای ۲۰۰۰-۲۰۰۱ مورداستفاده قرار گرفته که حدود ۱۶۰۰۰ تن آن مربوط به تولیدات داخل بوده است
اگرچه این حجم وسیع در سراسر ایران توزیع میشود، ۶۰% آن در سه استان شمالی کشور در مجاورت دریای خزردر مزارع برنج، پنبه، مرکبات و ديگر محصولات مورد استفاده قرار میگیرد نزديکي زمين‌هاي کشاورزي به رودخانه بدليل نفوذ آب زهکشي مزارع و پساب‌هاي کشاورزي به رودخانه‌ها بيش از پيش باعث آلودگي آنها گرديده است.
آفت‌کش‌هاي موجود در هوا و بر روي سطح گياهان در اثر آبياري و نزولات جوي، وارد خاک مي‌شود و از اين طريق وارد آب‌هاي سطحي و زير‌زميني شده و باعث آلودگي آنها مي‌شود. بدنبال آلودگي آب، آفت کش‌ها به بدن موجودات آبزي وارد شده و آنها را آلوده مي‌نمايند و از اين طريق هم به زنجيره غذايي انسانها و ساير موجودات مصرف کننده راه مي‌يابند
با توجه به حلاليت بالاي آفت‌کش‌ها در بافت چربي، اين مواد به آساني از بدن موجودات دفع نمي‌شوند. آفت‌کش‌ها با غلظت‌هاي بالايي در بدن پستانداران (ازجمله انسان) مشاهده شده‌اند.
اين مواد بهعلت فعل و انفعالات شيميايي اندک، پايداري در مقابل اکسيداسيون و پايداري در مقابل ديگر فرآيندهاي تخريب به مدت طولاني در محيط باقي مي‌مانند
بعضی از این سموم به خاطر امکان رقابت و همپوشانی با هورمونهای درون ریز در محل‌های اتصال سیستم عصبی و سلولیمهم می‌باشند. بدلیل سطوح معین هورمون‌های سیار در موجودات زنده و افزایش مقادیر مواد شیمیایی (حتی مواد شیمیایی با قرابت کم) موجود در برخی از اکوسیستم‌های آبی، می‌توانند رقیب هورمونهای درون ریز برای اتصال به گیرنده‌های هورمون در محل های اتصالشان باشند. القاء نرینگی (masculinization) یا مادینگی (feminization ) ماهی بوسیله آلاینده های محیطی در طی دهه‌های گذشته گزارش شده است. القاء مادینگی بیشتر از نرینگی نیز گزارش شده است
۱-۷-۲
-تقسیم بندی آفت کش ها
1- آلی هیدروکربنهای کلره:D.D.T وآلدرین
ترکیبات آلی فسفره(پرمصرف ترین): دیازینون‚آزینفوس متیل‚
۲-معدنی:ترکیبات سرب‌.آرسنیک وجیوه
۱-۸-آفت کش ها بر اساس موارد زیر قابل طبقه بندی هستند:
1-موجودات آفتی که مورد هدف قرار می گیرند(هدف بیولوژیکی)
2-موارد مورد استفاده از آنها‚ مثلا استفاده در کشاورزی‚ منازل یا در جنگل
۳- شباهت های آنها از نظر ساختمان شیمیایی
۱-۸-۱طبقه بندی بر اساس هدف بیولوژیکی:
حشره کش ها: د.د.ت‚ دیازینون‚ مالاتیون ‚پاراتیون ‚دیلدرین .الدرین .لیپتان وهپتاکلر‚ کلرپیریفوس‚پیرتروئید‚لیندان‚کاربامات ها‚سیکلودین ها
علف کش ها: آترازین‚ ای پی تی سی‚ اگزادیازون ‚پیرامین ‚ ماچتی‚ آمید ها‚ تریازین ها‚تیوکربامات ها‚ ترکیبات فسفر آلی
قارچ کش ها: هینوزان(ادی فنفوس) ‚ فنیل کارباماتها‚ بلاستیسیدین‚ تری سیکلازول‚ ترکیبات شیمیایی غیر آلی‚ ترکیبات فلزی آلی جیوه و قلع‚ ترکیبات کلروفنولیک‚ دی تیو کربامات ها‚ کاپتان ها
۴-عوامل کشنده جوندگان: آلکالوئید استریکنین‚ هیدروکسی کومارین
آفت کش ها و بقایای آنها جزء ویران کننده ترین مواد برای اکوسیستم های آبی گزارش شده اند و تمام سطوح زنجیره غذایی از پایین ترین تا بالاترین سطح را تحت تاثیر قرار می دهند(Marchand ‚Dursma 1974). دو تاثیر مهم پساب کشاورزی‚ شامل تجمع زیستی(انباشته شدن مواد شیمیایی از محیط در بدن موجود زنده توسط اثر چربی دوستی شیمیایی) و دیگری بزرگنمایی زیستی(افزایش غلظت مواد شیمیایی به عنوان انرژی غذایی منتقل شده در زنجیره غذایی) است.
موجودات کوچکتر توسط موجودات بزرگترها مصرف می شوند و غلظت آفت کش ها و مواد شیمیایی دیگر در بافت و دیگر اندام های بدن موجود افزایش می یابد.
سموم ارگانوکلره (حشره کش ها)نیمه عمر طولانی دارند وبرای چندین سال در محیط باقی می مانند(نیمه عمر د.د.ت ۲۰سال) در نتیجه در بدن موجودات آبزی تجمع می یابند.تماس ملایم با حشره کش سبب گیجی .کرختی وضعف در انتهای بدن شده ودر نهایت منجر به تشنج میشود.
تاثیرات اکولوژیکی آفت کش ها‚ اغلب گوناگون و پیچیده است.تاثیر بر موجودات و سطوح اکولوژیک معمولا به عنوان اولین شاخص هشدار برای خطر سلامتی انسان بشمار می آید. نکته مهم این است که که خیلی از این اثرات مزمن بوده و توسط ناظرین کشف نمی شود. در حالی که هنوز عواقب آن برای کل زنجیره غذایی وجود دارد.
۱-۸-۲ تاثیرات مهم آفت کش ها عبارتند از مرگ و میر موجودات‚ ایجاد انواع سرطان ها‚تومورها و صدمات جسمی و نافرم شدن بدن ماهیان و حیوانات دیگر‚ تضعیف یا بازداری از تولید مثل‚ از کار انداختن سیستم ایمنی‚ تخریب سیستم غدد درون ریز‚ خطرات سلولی و مولکولی‚پایین آمدن سلامت ماهی از طریق کاهش نسبت گلبول های قرمز به گلبول های سفید‚افزایش موکوس فلس و ابشش ها و غیره.
و تاثیرات فیزیولوژیک از قبیل نازک شدن دیواره تخمک و غیره می باشد.
عواملی مانند استرس های محیطی مانند یوتروفی شدن و پاتوژن ها می توانند تاثیرات زیادی در بروز این مشکلات داشته باشند.
در این قسمت طرز عملکرد گروه های متداول آفت کش ها در محیط زیست های آبی توضیح داد:
۱=۸-۱-۱حشره کش ها:
بسیاری از حشره کش ها عملکرد سیستم عصبی را در نقاط مختلف مختل می کند. این مواد با دخالت در نقل و انتقال یون های کلسیم‚سدیم‚پتاسیم و کلر‚ مختل کردن فعالیت های آنزیمی انتخابی و یا اختلال در آزاد سازی یا ماندگاری انتقال دهنده های شیمیایی در انتهای پایانه های عصبی‚ اثر خود را نشان می دهند(Ecobichon‚1991).
ارگانوکلرین ها متعلق به یکی از کلاسه های حشره کش های موثر برسیستم عصبی هستند. از نظر شیمیایی آنها ترکیبات به نسبت پایداری هستند و با مشخصه اثرات طولانی مدتشان شناخته می شوند. در میان آنها D.D.Tبیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است.
استفاده از د.د.ت در ایران بخصوص در شمال ایران در دهه چهل اغاز شد.
د.د.ت ‚ پروتئین را مورد هدف قرار می دهند. پروتئین هدف یکی از زیر واحدهای آنزیم ATPase است. د.د.ت در حداقل سه مکانیسم دیگر اختلال ایجاد می کند.(Matsumura‚1985).
در سطح غشای سلول های عصبی‚ د.د.ت بر نفوذپذیری غشا به یون های پتاسیم اثر می گذارد وآن را در سرتاسر طول غشا کاهش می دهد. همچنین د.د.ت کانال های عبور سدیم را تغییر می دهد و انتقال سدیم را متوقف می کند. در نهایت د.د.ت با اثر بر فعالیت کالمودولین‚ واسط سدیم در عصب ‚ حمل و نقل یون های سدیم که برای آزادسازی انتقال دهنده های عصبی ضروری هستند را متوقف می کند.

شکل۱- مکان های بالقوه عملکرد کلاس هایی ازحشره کش ها در آکسون و پایانه های پروتئینی عصب(اصلاح شده توسط Ecobichon , 1991)
استفاده از این سم در سال ۱۹۷۰ توسط سازمان بهداشت جهانی(WHO) به علت پایداری و ماندگاری بسیار بالا و خطرات جدی و اثرات منفی برروی بنیان های غذایی طبیعی ماهیان مانند پلانکتون های جانوری , جانداران کفزی , آبزیان کفزی خوار و …. منسوخ اعلام گشت.
۱-۸-۱-۲- علف کش:علف کش ها برای کشتن و آسیب رساندن به گیاهان ساخته شده اند و با مکانیسم های متنوعی در گیاهان مانند فتوسنتز‚ تنفس‚ رشد و تقسیم سلول و هسته ‚ سنتز پروتئین ها‚ کاروتنوئید و یا لیپید ها در ارتباط هستند.(Ecobichon, 1991) .
زمانی که علف کش در غلظت کم وجود دارد به وسیله تحریک تقسیم سلولی و افزایش طول سلول ها ‚باعث رشد می شود. با این حال با افزایش غلظت ‚ انواع اختلالات رشد ظرف مدت ۲۴ ساعت پس از القاء ظاهر می شود(Grossmam, 2000 ) . این اختلالات شامل انحنای برگ و ساقه‚ مهار رشد ساقه و ریشه و تشدید تشکیل رنگدانه در برگ است. تعدادی از واکنش های بیو شیمیایی در توسعه این ناهنجاری ها در گیاهان دخالت دارند مانند تولید بیش از حد اتیلن که منجر به بسته شدن دریچه ستوما و در نتیجه مهار جذب کربن می شود و در نهایت باعث خشک شدن و نکروز و در نتیجه مرگ بوته می شود.
۱-۸-۱-۳- قارچ کش ها:
شکستن مولکول های آلی ‚ انرژی لازم برای بقاء زندگی در سیستم را فراهم می کند. در قارچ ها و یوکاریوت ها ی دیگر ‚ بخشی از این فرایند کاتابولیک در میتوکندری رخ داده و منجر به سنتز مولکول پر انرژی ATP می شود. چندین گروه از قارچ کش ها باعث برهم زدن جریان سنتز انرژی در قارچ و مهار جوانه زنی اسپور می شوند. (Leroux, 1996). به عنوان مثال دی تیو کاربامات ها با اختلال در عملکرد آنزیم های تنفسی در چندین نقطه فعالیت می کنند ‚ گروه دیگری از قارچ کش ها‚ فنیل پیرولها هستند که باعث مهار جوانه زنی اسپور و ایجاد تغییرات مورفولوژیکی در آن می شوند. علاوه بر این قارچ کش قادر به شکستن فرایند فسفوری لاسیون اکسداتیو و مهار حمل و نقل الکترون در فرایندهای تنفس هستند.(لورو‚ ۱۹۹۲) .
وجود فعالیت های کشاورزی در حاشیه رودخانه می تواند از عوامل ورود پساب ناشی از کودها و سموم کشاورزی به رودخانه باشد‚ که زندگی آبزیان رودخانه و همچنین فعالیت های پرورش ماهی حاشیه رودخانه را تحت تاثیر قرار می دهد.
از مهمترین این آلاینده ها میتوان فلزات سنگین را نام برد و از میان فلزات سنگین‚ سرب و کادمیم نقش مهمی را درمسمومیت انسان و دام ایفا می کند.(احمدی زاده‚۱۳۷۱و Jill et al., 2001 ) .
کادمیم به عنوان یک آلوده کننده در بعضی از کود های شیمیایی از جمله کودهای فسفاته که برای زمین های کشاورزی استفاده می شود‚ وجود دارد. در نتیجه بطور وسیعی در محیط های آبی( رودخانه ها‚نهر ها و آبهای زیر زمینی) وجود دارند( ملکوتی و همکاران ۱۳۸۰و( Jill et al., 2001 .
۱-۹- کود شیمیایی :
از کودهای شیمیایی که در زمین های کشاورزی استفاده می شود می توان به کودهای گروه های فسفر و نیتروژن(مثل اوره) اشاره کرد. فسفر و نیترات شسته شده از مزارع و انتقال آنها به آبهای سطحی باعث می شود با افزايش غلظت فسفر در آبهاي سطحي، تعداد ارگانيسمهاي وابسته به فسفات افزايش مي يابد. اين ارگانيسمها عبارت هستند از جلبک و خزه اين ارگانيسمها مقدار زيادي از اکسيژن محيط را مصرف ميکنند و از وارد شدن نور خورشيد به آب جلوگيري ميکنند. اين مسئله باعث ميشود که ساير موجودات زنده نتوانند در آب زندگي کنند. به اين پديده eutrophication گفته مي شود.
۱-۹-۲ آمونياك:
ماده اي سمي و خطرناك براي ماهي است كه در آب به دو شكل يونيزه(NH4+ ) كه غير سمي و
شكل مولكولي (NH3) كه براي ماهي سمي است ، وجوددارد.
در اين پژوهش اثر سميت حاد آمونياك بر گونه كپور معمولي در شرايط آزمایشگاهی بررسی شد. ماهيان مورد استفاده در اين آزمايش ماهيان انگشت قد 10 تا 20 گرمي بودند كه ابتدا ميزان LC50 آمونياك در زمان هاي 24، 48، 72و 96 ساعت به دست آمد كه به ترتيب 4/23 ، 5/20، 25/16، 25/14 ميلي گرم در ليتر آمونياك كل كه معادل 20/2، 85/1، 45/1، 99/0 ميلي گرم
در ليترآمونياك مولكول (NH3)مي باشد،محاسبه گرديد.(ميانگين نوبت اول و دوم)سپس بافت كبد ماهي كپور معمولي در مجاورت با غلظت هاي مختلف آمونياك كه به ترتيب 25،20،14،8ميلي گرم در ليتر آمونياك كل كه معادل31/0، 88/0، 73/1، 51/2ميلي گرم در ليترآمونياك مولكولي(NH3) بودند قرار داده شد و از نظر ضايعات ميكروسكوپي و هيستوپاتولوژيك مورد بررسي قرار گرفت.نتايج حاصل نشان دادكه در كبدپس ازقـــرار گيري در مجاورت با آمونياك پديده هايي نظيرادم داخل سلولي هپاتوسيت هاونكروز هپاتوسيت ها و در غلظت هاي بالاترپرخوني ،نكروز كانوني مزمن،نكروز بافتي،نفوذ سلول هاي آماسي، آنمي، ترومبوزعروق و حضور ملانين و صفرا تا حد نسبتاً زياد در غلظت هاي بسيار بالاتر حضور ملانين و صفرا در حدبسيارزياد به همراه خونريزي مشاهده شد.
اثر p.H روی فرم غیر یونی نیتروژن بیشتر از دما می باشد. وقتی که سطح آمونیاک در آب افزایش می یابد, دفع آمونیاک به وسیله ماهی کاهش می یابد و سطوح آمونیاک در خون و بافت ها افزایش می یابد,
در نتیجه p.H خون زیاد می شود.
آمونیاک همچنین مصرف اکسیژن به وسیله بافت ها را افزایش می دهد و باعث تخریب آبشش ها و کاهش توانایی خون برای حمل اکسیژن می شود.
سمیت آمونیاک با افزایش غلظت دی اکسید کربن کاهش می یابد.
مقادیر LC50 در ۲۴ ساعت برای آمونیاک کل در گربه ماهی بطور آهسته ای با افزایش غلظت کلسیم کاهش یافت. (دهقانی ,۱۳۸۳) .
۱-۹-۳-کود ها ی حیوانی:
کود حیوانی در حقیقت از فضولات حیوانات تهیه می‌شود که بیشتر از کود گوسفند و گاو و اسب و یا مرغ تشکیل می‌شود . کود حیوانی به علت دارا بودن حجم وسیعی از مود آلی و غذایی باقی مانده که برای غنای خاک بسیار مفید می‌باشد در طول تاریخ همواره مورد توجه کشاورزان بوده است .کود انسانی نیز در رده کودهای حیوانی به حساب می‌آید. در بعضی کشورها از جمله ایران از مدفوع انسانی به عنوان کود در مزارع کشاورزی استفاده می‌شود.
۱-۹-۳-۱کودهای مرغی:
کودهای مرغی, زمانی که بطور صحیح استفاده شود, می تواند یک کود بسیار با ارزش باشد. کودهای مرغی مانند سایر کودهای حیوانی می تواند منبعی از پاتوژن ها (بیماری ها) باشد , و نیز منبع غنی از مواد معدنی مانند ازت, فسفر و پتاسیم می باشد. بزرگترین نگرانی در مورد کودهای حیوانی , جریان رواناب های فسفری است. فسفر کود مرغی ممکن است به رواناب های فسفری بپیوندد و آبهای شیرین سطحی را آلوده کند.
کود مرغی ممکن است حاوی آرسنیک باشد که یک ماده سرطان زای انسانی است.
کود مرغی شامل مدفوع, مواد بستر(معمولا پوشال), پر, تکه های پوست و رطوبت ناشی از مدفوع است.
کود مرغی یک منبع مناسب از مواد مغذی و مواد آلی بوده و دارای نسبت بالایی از نیتروژن و فسفر می باشد.
فضولات مرغی به دلیل نیتروژن (NO3 , 33% ) , فسفر(P2O5, 34%) و پتاسیم (K2O, 1.7%) موجود درآن عمدتا به عنوان کود به کار می رود.
جدول۱- آنالیز شیمیای کود مرغی
کود مرغی به دو فرم آلی و معدنی وجود دارد. کودهای مرغی بیشترین میزان آلودگی را در زمینه پاتوژن ها(بیماریها) را دارند. پس از پخش شدن کود دامی در سطح خاک , باکتریهای بیماریزای موجود در این فضولات در اثر تماس با خاک , وارد خاک شده و می توانند توسط آب آبیاری یا بارندگی در خاک منتقل و در دامنه ها به صورت زه اب و یا چشمه ظاهر و موجب آلودگی آبهای سطحی و رودخانه ها گردند.
فسفر موجود در رواناب های فسفری به صورت غیر آلی و محلول بوده که مستقیما توسط جلبک ها قابل استفاده است و سبب رشد بیش از اندازه و مفرط جلبک ها در رودخانه ها و دریاچه ها می شود, این موضوع سبب مشکلاتی می شود مانند ایجاد مزه بد و بو در آب آشامیدنی , کشتن ماهی ها,کاهش سطح اکسیژن آب که از تولید مثل و زیست برخی ماهیان مفید ممانعت می کند.
فصل دوم
سرنوشت آلاینده های کشاورزی در اکوسیستم های آبی
۲-۱ آفت کش ها و محیط زیست:
آفت کش ها با هدف از بین بردن موجودی خاص یا دسته ای از موجودات ساخته شده اند و دارا بودن خواص سمی آنها را رضایت بخش نموده است. بواسطه این ویژگی سمی بودن‚ خطر آشکاری وجود دارد و آن اثر بر موجودات غیر هدف در محل استفاده‚ ویا انتشارغیر عمدی آن در مناطق دور یا نزدیک است.
50درصد کل منبع آلودگی آب سطحی از طریق فعالیت های کشاورزی صورت می گیرد. این آلودگی ها بیشتر شامل غنی سازی مواد مغذی‚ بخصوص آمونیوم‚ نیترات‚ فسفر و غیره ناشی از ورودی زهکشی های کشاورزی است. آمونیوم عضو اصلی در اسیدی کردن محیط است. بخصوص در مناطقی با پرورش متراکم چهارپایان‚ زباله ها و کودهای حاصل از فرایندهای تغلیظ بیولوژیکی‚ می تواند خاکی با مواد 100 برابر مضرتر از فعالیت کودها برای میزان مشابهی از گیاه داشته باشد(Joly‚1993). در طی چند دهه اخیر‚ افزایش چشمگیری در مصرف جهانی کود ثبت شده است.
همه ساله مقدار زیادی آفت کش از طرق مختلف به محیط زیست راه پیدا می کنند. این آفت کش ها در محیط پخش شده و به نقاط دور دست منتقل می شوند.
برای پیش بینی اثرات این مواد در اکوسیستم , علاوه بر اطلاع از سمیت آنها , باید چگونگی ورود, پخش و رفتار این ترکیبات در طبیعت نیز شناخته شود.
آفت کش ها یا در آب حل می شوند و یا به صورت معلق در آب در می آیند. ترکیبات به همین صورت همراه با جریان آب برده شده و تا مسافت های دور حمل می گردند و در آنجا وارد دریاچه ها و دریاها می شوند. فاصله انتقال به پایداری ترکیب و شدت جریان آب بستگی دارد.
یکی از عوامل مهم انتقال , حلالیت در آب است.
۲-۲ حلالیت آفت کش ها:
حلالیت آفت کش ها به درجه حرارت بستگی دارد, و ازدیاد درجه حرارت همراه با افزایش حلالیت است. تقریبا می توان گفت که حلالیت جامدات و مایعات در آب به ازای ازدیاد ۱۴ درجه سانتی گراد
(۱۰ – ۲۴ درجه سانتی گراد) دو برابر می شود. ولی در این مورد استثنا هایی هم وجود دارد, مثلا حلالیت تیوکاربامات ها با ازدیاد درجه حرارت کم می شود.
در میان ترکیبات فسفره , پارا اکسون دارای حلالیتی معادل ۳۶۴۰ میلی گرم در لیتر در مقایسه با ۴/۱۲ میلی گرم در لیتر برای پاراتیون است.
کودی که توسط احشام‚خوک و طیور‚ کود آلی محسوب می شوند. فضولات انسانی نیز به آنها افزوده می شود‚ خصوصا در بعضی از کشور های آسیایی که فضولات حیوانی و انسانی بصورت سنتی در پرورش ماهی نیز استفاده می شود.
مشکل اصلی در رابطه با آلودگی آفت کش ها این است که تنها کسرخیلی کوچکی از همه آفت کش های مصرف شده در گیر مکانیسم افت کشی می شوند. برای مثال بسیاری از ترکیبات سریعا رو به انحطاط می روند‚ ولی بسیاری از آفت کش ها به عنوان یک تفاله به محیط زیست راه پیدا می کنند(Dursma and Marchand ‚ 1974). در واقع اکثر آفت کش ها انحطاط پذیری سریعی ندارند.
منشا مواد شیمیایی حاصل از فعالیت های کشاورزی وارد شده به محیط های آبی از طریق مواد ورودی از اتمسفر و یا روان آب های سطحی و شستشوی خاک است و اغلب در رسوبات نرم و بدن موجودات آبزی تجمع میابد(Kreuger‚ 1999).
اصولا رسوبات به عنوان جایگاه نهایی آلاینده ها در محیط های آبی مطرح هستند.(امینی رنجبر, آسیه هادیان , ۱۳۸۷) .
در تمام نقاط جهان آفت کش ها در اکو سیستم های آبی وجود دارند و اغلب ‚ اطلاعات در مورد چگونگی اثر آفت کش ها بر موجودات زنده زیستگاه های مختلف کم است. در کانال هایی در جنوب ایالات فلوریدا بیش از ۷۰۰ آفت کش کشف شده است. که در سال های 1991تا 1995 استفاده می شده اند(Miles and pfeuffer‚ 1997). بطور کلی سمیت یک ترکیب شیمیایی به غلظت آن ماده شیمیایی در موجود زنده ویا حتی به غلظت آن در اندام هدف موجود زنده بستگی دارد.
در سم شناسی محیط زیستی‚ غلظت زیستی اغلب به عنوان جانشینی برای دانستن مقدار واقعی مواد شیمیایی وارد شده به بدن ارگانیسم استفاده می شود. شکل و ویژگی های پوشش خارجی موجود زنده‚ یستم تنفسی و بهگزینی غذایی همه می تواند به طور جدی جذب مواد شیمیایی را تحت تاثیر قرار دهند.(Landrum and Gossiaux et al.‚ 1998).
آژانس محیط زیست اروپا (EEG) رابطه بین سمیت ناشی از پساب کشاورزی رودخانه ها با زئوپلانگتونDaphnia magna مورد مطالعه قرار داد و گزارش داد که تجمع زیستی و بزرگ نمایی زیستی حاصل از کلرینه شدن دریاچه Great lake آمریکای شمالی باعث از بین رفتن شکارچیانی از قبیل عقاب و مینک و تغییر شکل چند گونه از پرندگان آبی شده است.
آلاینده هایی که وارد محیط آبی می شوند در سه فاز آب , رسوبات و موجودات آبزی پراکنده می شود
فصل سوم
آلاینده ها ی کشاورزی و آبزیان
۳-۱سمیت آفت کش بر میکروارگانیسم های آبزی:
میکروارگانیسم های آبزی ساکنان مهمی از اکوسیستم آبی هستند و نقش های اولیه درتولید‚ چرخه مواد مغذی و تجزیه دارند. میکرو ارگانیسم ها شامل گونه های مختلف باکتری ها‚ جلبک ها‚ قارچ ها و تک یاخته ای ها می شود. آنها ممکن است ساکن یا متحرک باشند و دارای اندازه های مختلف و چندین نوع روش تغذیه ای می باشند.
اکثر مطالعات مربوط به اثرات آفت کش ها بر میکرو ارگانیسم های آبزی بر روی جلبک ها انجام شده است.(Delorenzo et al , 2001)
مطالعات کمی بر روی تعامل بین آفت کش ها و جوامع میکروبی رسوبات طبیعی ‚ شامل جلبک های کفزی‚ باکتری ها‚ قارچ ها و پروتوزوآ ها تمرکز کرده اند . با این حال دلورنزو و همکاران (b۱۹۹۹) نشان دادند که علف کش آترازین سبب تغییرات ساختاری و کارکردی در جوامع میکروبی مصب ها می شود. آترازین در غلظت ۴۰ تا ۱۶۰ میکروگرم بر لیتر سبب کاهش کلروفیل a و جذب نوری کربن و افزایش حجم سلولی زیستی می شود.
علاوه بر آن ‚ ویدنفالک و همکاران (۲۰۰۴) نشان دادندعلف کش ایزوپروتوران برای جوامع میکروبی یک خطر زیست محیطی محسوب می شود. این علف کش از فعالیت باکتری ها جلوگیری کرده و برزیتوده میکروبی رسوبات اثر منفی دارد.
در تمامی آزمایشات صورت گرفته بر روی جوامع میکروبی , غلظت پایینی (۱۰ میکرو گرم بر کیلو گرم) از قارچ کش متداول فنپروپیمورف دارای ویژگی چربی دوست است, توسط ذرات آلی رسوب جذب می شود و یک تهدید مداوم برای میکرو ارگانیسم ها بوجود می آورد. قرار گرفتن طولانی مدت سبب زیاد شدن اثر نیتروژن زدایی باکتری ها می شود (Svensson and Leonardson , 1992) .
۳-۲ سمیت آفت کش بر بی مهرگان:
جوامع کفزی نقش مهمی را در انتقال آلاینده های زیست محیطی به سطوح تغذیه ای بالاتر(ماهی, پرندگان آبی و انسان) دارندو نقش کلیدی را در جریان انرژی در رسوبات برعهده دارند
Burton et al., 1992; Horne and Goldman, 1994) ) .
انباشت سموم در رسوبات ممکن است به فرایندهای مهم و ارگانیسم ها صدمه وارد کند و از این طریق یک خطر جدی برای اکوسیستم بوجود آورد.
راه ها ی قرار گرفتن بی مهرگان آبزی در معرض آفت کش ها عبارتند از
جذب آب از طریق روزنه های آبی و عبور آب از سطح دیواره بدن و سطوح تنفسی و بلع ذرات رسوب آلوده و غیره می باشد.(Chapman and Power , 1992) . دسترسی زیستی و سمیت آفت کش ها
, بسیار وابسته به رفتار جذب سطحی ( یعنی جذب آفت کش توسط ذرات رسوب یا حل شدن آن در آب ) آنها می باشد. رسوب یک ماده حد واسط بسیار پیچیده است و خصوصیات جذبی آن به کیفیت و کمیت مواد آلی ( پایداری شیمیایی و ظرفیت تبادل یون مثبت) و PH بستگی دارد.
(Gunnarsson et al., 1999 ; lacey et al., 1999). بطور مثال, اتصال قوی آلاینده ها با لایه نازک از اسید هومیک ممکن است آنها را از دسترس موجودات خارج کند(Decho and luoma , 1994) , در حالی که اتصال آنها با سایر منابع غذایی ( از قبیل غذاهای مصنوعی, فیتوپلانکتون و لایه نازکی از باکتریها) ممکن است آنها را به سهولت در دسترس ارگانیسم ها قرار دهد(Lotufo et al., 2000 ; Schlekta et al.,2000).
۳-۳سمیت افت کش ها برای ماهیان:
ماهیان و حیوانات ابزی از سه طریق در معرض آفت کش ها قرار می گیرند:
۱ – جذب پوستی, جذب مستقیم از طریق پوست به وسیله شنا در آب آلوده به سموم
۲ – تنفس, عبور مستقیم سموم از روی آبشش ها طی تنفس
۳ – دهان, خوردن آب آلوده یا بلع ذرات غذایی آلوده به سموم
سمیت آفت کش ها برای ماهیان در چندین مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است. با این وجود ماهیان برای آفت کش ها هدف محسوب نمی شوند.
طی دوره فعالیت تولیدمثل, ماهیان بارها در معرض استرس های محیطی قرار می گیرندو حساسیت آنها نسبت به مخاطرات طبیعی از قبیل بیماری و شکار ممکن است افزایش یابد. به علاوه, ممکن است ماهی با طیف وسیعی از ترکیبات انسان ساخت مانند سموم دفع آفات مواجه شوند. این ممکن است فعالیت تولید مثلی آنها را به مخاطره اندازد و حساسیت افراد تخمریزی کننده را نسبت به افراد غیر تخمریز افزایش دهد.
موره و وارینگ(۲۰۰۱) نشان دادند که قرار گرفتن ماهی نر آزاد ماهی در مرحله پار در معرض غلظت های پایین(۰۲۸/۰ میکروگرم برلیتر) سیپریمترین توانایی آنها برای یافتن و پاسخ دادن به فرومون پروستاگلاندین سالمون های ماده را مختل می کند.قرار گرفتن تخم و اسپرم آزاد ماهی در معرض سیپریمترین سبب کاهش نرخ لقاح می شود.
در جایی که حضور پیرترویید( که باعث آسیب رسیدن به گیرنده های بویایی و جلوگیری از درک فرومون ها می شود) کاهش یافت, افزایش در باروری اسپرم ها و هورمون های جنسی پلاسمای خون مشاهده شد.
فصل چهارم
اثراث آلاینده های کشاورزی بر آبزیان
حشره کش دیازینون(جزئ ارگانوفسفره) دارای پایداری بالایی است.باعث رفتار های غیر طبیعی در ماهی میشود که شامل
بی تابی شدید
اضطراب به صورت افزایش عکس العمل در مقابل محرک های بیرونی
از دست دادن توانایی جهت یابی در آب
شنای نیم دایره ای وتیرگی سطح بدن
در بررسی تاثیر دیازینون بر بچه ماهی سیم در گیلان این نتایج بدست آمده است:
اگزوفتالمی
خون مردگی اطراف چشم
تغییر رنگ باله ها وتحلیل رفتن آنها
شنای غیرعادی
فلج کردن سیستم عصبی و مخچه
در بررسی که توسط مهدی سلطانی و مهدی خوشباوررستمی در سال ۱۳۸۱ برروی تاثیر سمیت دیازینون بر فاکتور های خونی ماهی چالباش در معرض این سم در غلظت LC50۹۶ساعته انجام شد‚ این نتایج بدست آمد:
۱-مقادیر شاخص های کلوسیت لنفوسیت هماتوکریت هموگلوبین کاهش یافته
۲-مقادیر شاخص های نوتروفیل منوسیت ها افزایش یافته
مقادیر آنزیم های آلانین آمینو ترانس فراز لاکتات وهیدروژنازو آمینو ترانس فراز کاهش یافته است.
در این آزمایش برای مطالعه بیوشیمیایی سرم خون جدا شده از ماهیان چالباش از دستگاه(Ependorf‚EPOS) Auto analyzer استفاده شده است.
در تحقیقی که توسط مجید محمد نژاد شموشکی و عرفان شاهکار بروی حشره کش کلرپیریفوس ودیازینون با غلظت LC50۹۶ساعته بر روی بچه ماهی کلمه در منطقه گلستان انجام شدکه آزمایشات بصورت ساکن و براساس روش استانداردTRC (1984) و با استفاده از روش آماریP.P.V 1.5 به مدت چهار روزانجام شد. ونتایج زیر بدست آمد:
غلظت کشنده کلرپیریفوس و دیازینون برای بچه ماهی ۱-۳ گرمی کلمه بترتیب حدود۰/۰۱۶ میلی گرم در لیتر و 12.81 میلی گرم در لیتربدست آمد و حداکثر غلظت مجاز این سموم بترتیب برابر۰۰۱۶/۰و ۲۸۱/۱ میلی گرم در لیتر محاسبه گردید.
سمیت کلرپیریفوس نسبت به دیازینون برای بچه ماهی کلمه بیشتر است واکنش بچه ماهیان به دز های
مختلف این سموم متفاوت بود. در غلظت های بالای این سموم بچه ماهیان کلمه سریعا عکس العمل نشان داده و با حرکات تند وسریع دائما در جنبش بوده تا جایی که خسته شده وبی حال در کف
آکواریوم می افتند. در حالی که در غلظت های پایین بچه ماهیان در ساعات اولیه عکس العمل محسوسی نداشتند اما به تدریج دچارسستی می گردند اختلال در سیستم عصبی و عدم تعادل وشنای مار پیچی مشهود بود.
دربررسی تاثیر دیازینون بر روی ۲۶۵قطعه ماهی چالباش توسط سلطانی و خوش باور رستمی انجام شد, این نتایج بدست آمد:
۱-در ابتدا دچار فلجی بی توجهی حرکات انقباضی و از دست دادن تعادل شده سپس به پهلو قرار گرفته و دچار شنای نیم چرخ و حرکات ناگهانی
۲-سپس دچار تیرگی پوست و اشکال تنفسی شده
بعد از مدت کوتاهی پس از بروز این علائم ماهی تلف میشود
همچنین از علائم ظاهری ایجاد شده در ماهیان چالباش میتوان به
۱ – انحنای ستون فقرات
۲- اگزوفتالمی
۳- خونریزی در ناحیه آبشش ناحیه سینه ای وشکمی .
در مطالعه ای که توسط رامش و همکاران(۲۰۰۹) برروی تاثیرسمیت حاد آترازینLC50۲۴ساعته برروی پارامتر های خونی ماهی کپور معمولی در هند انجام شد.این نتایج بدست آمد:
گلبول های قرمز خون به۶۳/۱۷%-
هموگلوبین به ۲۷/۳۵%-
گلوکز پلاسما۶/۷۸%-
پروتئین پلاسما ۱۸/73-%
کاهش یافت. اما تعداد گلبول های سفیدبه73/۳درصد رسید.
در آزاد ماهی اطلس سبب کاهش مصرف غذا بعد از ۱۰ الی ۱۵ روز میشودکه در نهایت به مرگ این ماهی منجرشده بود.
علف کش ها در ماهی سبب:
افزایش عمل بازو بسته شدن سرپوش آبششی
افزایش ترشح موکوس
ایجا شنای غیرمتعارف(نا منظم)
شنای سریع و نمایش حساسیت های شدید نامنظم
به پهلو در آب غوطه ور شدن
از آترازین برای ازبین بردن علف های هرز در مزارع کشت برنج استفاده میشود که از طریق شستشوی خاک ویا اسپری آن وهمچنین از طریق کشت توام ماهی وبرنج وارد بدن ماهی میشود(M.Ramesh et al,. 2009)
شایقی و همکاران(۱۳۸۶) در طي يک بررسي ميزان باقي‌مانده حشره‌کش‌هاي ديازينون و آزينفوس متيل را در رودخانه‌هاي گرگانرود و قره سو اندازه‌گيري کردند. این آزمایش به مدت یک سال (از بهار تا زمستان1385)انجام شد. نمونه برداری در ۳ ایستگاه در طول هر رودخانه انجام شد. عملیات استخراج حشره کش های فسفره دیازینون و آزینفوس متیل با استفاده از حلالهای آلی مانند متیلن کلراید و استن صورت پذیرفتو پس از طی مراحل جداسازی ‚ تخلیص و تغلیظ ‚ از روش پیشرفته کروماتوگرافی لایه نازک (HPTLC ) برای تعیین مقدار و نوع حشره کش موجود در نمونه ها ی آب استفاده شد.
براساس نتایجی که بدست آوردند‚ اختلاف معني‌داري بين ميزان اين حشره‌کش ها بين فصل تابستان و ساير فصول وجود داشت و بيشترين ميزان در فصل تابستان اندازه‌گيري شد. اختلاف معني‌داري بين فصول ديگر (بهار، پاييز و زمستان) وجود نداشت
در تحقیقی که توسط وهاب واعظ زاده و همکاران (بهار‚1387) میزان سموم کشاورزی را در برخی از ماهیان اقتصادی دریای خزر در ناحیه جنوب غربی دریا (کپور. ماهی سفید .کفال. سیاه کولی) اندازه گیری کردند که بیشترین سموم مربوط به حشره کش ها شامل د.د.ت. دیلدرین .الدرین .لیپتان وهپتاکلر(ارگانوکلره ها) بوده است.که در بافت ماهیچه ای آنها ذخیره شده بود.
در این آزمایش بافت عضله ماهی جدا شده را توسط سولفات سدیم بدون آب(سه الی چهار برابر وزن نمونه) خشک شده است. سپس با استفاده از دستگاه سوکسله توسط ۲۰۰میلی لیتر هگزان نرمال استخراج گردید. و توسط گاز نیتروژن خشک شد. برای خالص سازی سموم ارگانوکلره از ستون فلورسیل و حلال هگزان و دی کلرومتان استفاده گردید. اندازه گیری سموم ارگانوکلره توسط دستگاه گاز
کروماتوگراف مجهز به آشکارساز تسخیر الکترون(GC-ECD) انجام شد.

شکل -میانگین سموم کشاورزی ارگانوکلره دربافت عضله دو ماهی کپور وسفید درناحیه جنوب غربی دریای خزر(وهاب واعظ زاده و همکاران‚۱۳۸۷)
هپتاکلر بیشترین غلظت در بافت بر پایه وزن چربی دارا بود وکمترین مربوط به آلدرین بوده است. بیشترین تجمع این سموم در بافت ماهیچه ای ماهی سفید وجود داشت
همچنین آترازین در ماهی بر روی سیستم عصبی مر کزی اثر گذاشته وسبب بروز:
1-تاخیر در پاسخ به واکنش ها
۲-تاثیر بروی شنای ماهی وکاهش تغذیه در ماهی میشود(Ramesh et al.2009).
شايقي و همکاران (1387) میزان آلودگی آب رودخانه های تنکابن به حشره کش دیازینون را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند میزان آلودگی این آفت کش در فصل بهار بیش از حد مجاز است.
آرسنیک:
غلظت های آرسنیک یافت شده در حیوانات خشکی در مقایسه با حیوانات دریایی پایین تر است و سطوح آرسنیک در ماهی های آب های آزاد کمتر از ماهی های اقیانوسی



قیمت: 11200 تومان

مدیریت انرژی خوشه‌ایِ بارهای متصل‌به‌همِ پاسخگو به قيمت با رویكرد کارایی و برابری

دانشگاه صنعتی اصفهان
دانشکده برق و کامپیوتر
مدیریت انرژی خوشه‌ایِ بارهای متصل‌به‌همِ پاسخگو به قيمت با رویكرد کارایی و برابری
پایاننامه کارشناسی ارشد مهندسی برق – قدرت
علیرضا وهابی
استاد راهنما
دکتر محمد‌امین لطیفی
1394

دانشگاه صنعتی اصفهان
دانشکده برق و کامپیوتر
پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق – قدرت آقای علیرضا وهابیتحت عنوان
مدیریت انرژی خوشه‌ایِ بارهای متصل‌به‌همِ پاسخگو به قيمت با رویكرد کارایی و برابری
در تاریخ 19/3/1394 توسط کمیته تخصصی زیر مورد بررسی و تصویب نهایی قرار گرفت.
استاد راهنمادکتر محمد‌امین لطیفی
استاد مشاوردکتر غلامرضا یوسفی
استاد داوردکتر رحمت‌ا… هوشمند
استاد داوردکتر احمدرضا تابش
سرپرست تحصیلات تکمیلیدکتر سید محمدعلی خسروی‌‌فرد
تقدیر و تشکر
بر خود لازم می‌دانم تا از زحمات بی‌دریغ استاد فرزانه و فرهیخته جناب آقای دکتر محمدامین لطیفی که در راه کسب علم و معرفت مرا یاری نمودند، و از مشاوره‌های ارزنده جناب آقای دکتر یوسفی سپاسگزاری نمایم. همچنین از جناب آقای دکتر مرتضی رحیمیان که بدون حمایت و مساعدت‌های ایشان این پروژه به نتیجه مطلوب نمی‌رسید، نهایت تشکر و قدردانی را دارم.
کلیه حقوق مادی مترتب بر نتایج مطالعات، ابتکارات و نوآوریهای ناشی از تحقیق موضوع این پایاننامه متعلق به دانشگاه صنعتی اصفهان است.
تقدیم به:
پدر و مادر عزیز و مهربانم که در سختی‌ها و دشوار‌ی‌های زندگی همواره یاوری دلسوز و فداکار و پشتیبانی محکم و مطمئن برایم بوده‌اند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
TOC \o “1-3” \h \z \u
فهرست مطالبهشتفهرست اشکالدهفهرست جداولیازدهلیست نمادهاسیزدهچکیده1فصل اول: مقدمه1-1پیشگفتار21-2توابع رفاه اجتماعی و مدیریت انرژی41-3مروری بر ساختارهای مدیریت انرژی الکتریکی61-3-1ساختار مدیریت انرژی متمرکز71-3-2ساختار مدیریت انرژی غیرمتمرکز71-3-3ساختار مدیریت انرژی ترکیبی81-4اهداف و نوآوریهای پایاننامه91-5مروری بر ساختار پایاننامه11فصل دوم: مدیریت انرژی خوشهای از بارهای پاسخگو به قیمت بر اساس بازی همکارانه2-1پیشگفتار132-2مدلسازی142-2-1فروض مسأله142-2-2فرمول‌بندی152-2-3نقد مسأله کلاسیک مدیریت انرژی ترکیبی192-2-4مدلسازی مسأله مدیریت انرژی ترکیبی بر اساس بازی همکارانه202-3نتایج عددی212-3-1ترکیب اول: خوشه‌ای از دو بار232-3-2ترکیب دوم: خوشه‌ای از سه بار292-3-3ترکیب سوم: خوشه‌ای از هفت بار342-4جمع‌بندی و نتیجه‌گیری39فصل سوم: مدلسازی مسأله انتخاب نقطه تعادل به کمک بهینه‌سازی دوسطحی3-1پیشگفتار413-2مدلسازی انتخاب نقطه تعادل در مسأله مدیریت انرژی ترکیبی به‌صورت یک مسأله بهینه‌سازی423-3تبدیل مسأله انتخاب نقطه تعادل به MPCC44
3-4استفاده از روش خطی‌سازی FM در MPCC50
3-5تبدیل مسأله انتخاب نقطه تعادل مدیریت انرژی به MPPDC53
3-6استفاده از روش گسترش باینری در خطی‌سازی MPPDC55
3-7جمع‌بندی و نتیجه‌گیری59
فصل چهارم: معرفی معیارهای برابری تخصیص در انتخاب نقطه تعادل و نتایج عددی4-1پیشگفتار60
4-2توابع هدف پیشنهادی61
4-2-1تابع هدف حداقل فاصله (MD)61
4-2-2تابع هدف حداقل نسبت‌ها (MND)62
4-2-3تابع هدف حداقلسازی تفاضل نسبت‌ها (MDND)62
4-3نتایج عددی63
4-4مسائل محاسباتی65
4-4-1ترکیب اول: خوشه‌ای از دو بار65
4-4-2ترکیب دوم: خوشه‌ای از سه بار69
4-4-3ترکیب سوم: خوشه‌ای از هفت بار73
4-5جبران کاهش کارایی در شبکه77
4-5-1روش جبران نسبت‌های مساوی78
4-5-2نتایج عددی79
4-6جمع‌بندی و نتیجه‌گیری81
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات5-1جمع‌بندی و نتیجه‌گیری83
5-2پیشنهادات88
پیوست الف: مسأله بهینهسازی چندهدفه89پیوست ب: مسائل بهینه‌سازی چندسطحی92پیوست ج: شرایط بهینگی KKT103
پیوست د: دوگان مسأله بهینهسازی105
مراجع107
فهرست اشکال
TOC \c “شکل”
TOC \c “شکل” شکل ‏11 ساختار مدیریت انرژی ترکیبی9
شکل ‏21 پله‌های پیشنهادی بار i برای مصرف انرژی در ساعت t16
شکل ‏22 محاسبه انرژی مصرفی بار i در فاصله ساعت t1 تا t2 با استفاده از قانون ذوزنقه‌ای17
شکل ‏23 مثالی از یک شبکه محلی با شین‌های داخلی 3،2 و 5 و شین‌های متصل به شبکه اصلی 1 و 418
شکل ‏24 شبکه 5 شینه پیشنهادی22
شکل ‏25 شبکه 5 شینه با خوشه‌ای از دو بار23
شکل ‏26 درصد کاهش مازاد بارها و مازاد کل در سناریوهای الف-2 تا الف-4 نسبت به IP در شبکه با خوشه‌ای از دو بار25
شکل ‏27 جبهه پارتو در سناریوهای الف-2 تا الف-4 در شبکه با خوشه‌ای از دو بار27
شکل ‏28 مقایسه جبهه پارتو در سناریوهای الف-4 و ب-1 در شبکه با خوشه‌ای از دو بار28
شکل ‏29 مقایسه جبهه پارتو در سناریوهای الف-4 و ب-2 در شبکه با خوشه‌ای از دو بار28
شکل ‏210 مقایسه جبهه پارتو در سناریوهای الف-4 و ب-3 در شبکه با خوشه‌ای از دو بار29
شکل ‏211 شبکه 5 شینه با خوشه‌ای از سه بار29
شکل ‏212 درصد کاهش مازاد بارها و مازاد کل در سناریوهای الف-2 تا الف-4 نسبت به IP در شبکه با خوشه‌ای از سه بار32
شکل ‏213 جبهه پارتو در سناریو الف-4 در شبکه با خوشه‌ای از سه بار33
شکل ‏214 شبکه 5 شینه با خوشه‌ای از هفت بار34
شکل ‏215 مقایسه درصد کاهش مازاد بارهای 1 تا 4 و 6 تا 7 در سناریوهای الف-4 و ب-1 نسبت به IP در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار37
شکل ‏216 مقایسه درصد کاهش مازاد بارهای 1 تا 6 در سناریوهای الف-4 و ب-2 نسبت به IP در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار38
شکل ‏217 مقایسه درصد کاهش مازاد بارهای 1 تا 6 در سناریوهای الف-4 و ب-3 نسبت به IP در شبکه با خوشهای از هفت بار38
TOC \c “شکل” شکل ‏41 جبهه پارتو سناریو الف-4 و نقاط تعادل روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از دو بار68
TOC \c “شکل” شکل الف-1: جبهه پارتو مثالی از دو بازیگر فرضی91
شکل ‏ب1 ساختار OPcOP با n مسأله بهینه‌سازی مقیدکننده94
شکل ‏ب2 ساختار MPCC با n مسأله بهینه‌سازی سطح پایین96
شکل ‏ب3 ساختار OPcLP با n مسأله بهینه‌سازی خطی سطح پایین99
شکل ‏ب4 ساختار MPPDC با n مسأله بهینه‌سازی خطی سطح پایین101

فهرست جداول
TOC \c “جدول” جدول ‏21 قیمتهای ساعتی انرژی (برحسب $/MWh)22
جدول ‏22 اطلاعات شبکه 5 شینه23
جدول ‏23 مشخصات فنی بارها در شبکه با خوشه‌ای از دو بار24
جدول ‏24 حداقل سطح بار ساعتی برای بارها در شبکه با خوشه‌ای از دو بار24
جدول ‏25 اطلاعات تابع مطلوبیت در شبکه با خوشه‌ای از دو بار24
جدول ‏26 مقادیر منفی مازاد بارها در شبکه با خوشه‌ای از دو بار در طول 24 ساعت (برحسب $)25
جدول ‏27 مقایسه درصد کاهش مازاد در سناریوهای الف-4 و ب-1 تا ب-3 نسبت به IP در شبکه با خوشه‌ای از دو بار26
جدول ‏28 مشخصات فنی بارها در شبکه با خوشه‌ای از سه بار30
جدول ‏29 حداقل سطح بار ساعتی برای بارها در شبکه با خوشه‌ای از سه بار30
جدول ‏210 اطلاعات تابع مطلوبیت در شبکه با خوشه‌ای از سه بار31
جدول ‏211 مقادیر منفی مازاد بارها در شبکه با خوشه‌ای از سه بار در طول 24 ساعت (برحسب $)31
جدول ‏212 مقایسه درصد کاهش مازاد در سناریوهای الف-4 و ب-1 تا ب-3 نسبت به IP در شبکه با خوشه‌ای از سه بار33
جدول ‏213 مشخصات فنی بارها در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار34
جدول ‏214 حداقل سطح بار ساعتی برای بارها در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار35
جدول ‏215 اطلاعات تابع مطلوبیت در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار35
جدول ‏216 مقادیر منفی مازاد بارها در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار در طول 24 ساعت (برحسب $)36
جدول ‏217 درصد کاهش مازاد در سناریوهای الف-2 تا الف-4 نسبت به IP در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار36
جدول ‏218 اطلاعات جبهه پارتو در نقاط ضریب وزنی واحد برای هر بار در سناریو الف-4 در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار39
TOC \c “جدول” جدول ‏41 مقادیر منفی مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از دو بار در طول 24 ساعت (برحسب $)66
جدول ‏42 مقادیر ضرایب وزنی بارهای شبکه در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از دو بار66
جدول ‏43 مقادیر SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP و مقادیر معیارهای SSP و MSSP در شبکه با خوشه‌ای از دو بار66
جدول ‏44 مقایسه SRP بار 1 نسبت به IP در سناریوهای الف-4 و ب-1 در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از دو بار69
جدول ‏45 مقادیر منفی مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از سه بار در طول 24 ساعت (برحسب $)70
جدول ‏46 مقادیر ضرایب وزنی بارهای شبکه در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از سه بار70
جدول ‏47 مقادیر SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP و مقادیر معیارهای SSP و MSSP در شبکه با خوشه‌ای از سه بار70
جدول ‏48 مقایسه SRP بار 2 و 3 در سناریوهای الف-4 و ب-1 در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از سه بار72
جدول ‏49 مقادیر منفی مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار در طول 24 ساعت (برحسب $)73
جدول ‏410 مقادیر ضرایب وزنی بارهای شبکه در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار73
جدول ‏411 مقادیر SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP و مقادیر معیارهای SSP و MSSP در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار74
جدول ‏412 مقادیر SSP، MSSP و کارایی، پس از حذف بار 1 از ترکیب خوشه‌ای از هفت بار75
جدول ‏413 مقایسه SRP بار 1 تا 4 و 6 تا 7 در سناریوهای الف-4 و ب-1 نسبت به IP در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار76
جدول ‏414 مقادیر جبرانسازی شده مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از دو بار (برحسب $)79
جدول ‏415 مقادیر جبران‌سازی شده SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از دو بار79
جدول ‏416 مقادیر جبران‌سازی شده مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از سه بار (برحسب $)80
جدول ‏417 مقادیر جبران‌سازی شده SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از سه بار80
جدول ‏418 مقادیر جبران‌سازی شده مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار (برحسب $)80
جدول ‏419 مقادیر جبران‌سازی شده SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP در روش‌های مختلف در شبکه با خوشه‌ای از هفت بار81

لیست نمادها
اندیسها:
bاندیس نمایش باس
iاندیس نمایش بار
jاندیس نمایش پله انرژی
lاندیس نمایش خط
tاندیس نمایش ساعت
پارامترها:
C(i,j,t)مطلوبیت بار i در پله j و در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات ساعت
Dmin(i,t)/Dmax(i,t)حداقل و حداکثر توان مورد تقاضای بار i در ساعت t برحسب مگاوات
DEminiتفاضل حداقل انرژی مورد نیاز بار i در طول دوره تصمیم‌گیری از حداکثر مقدار آن برحسب مگاوات ساعت
Eday(i)حداقل انرژی مورد نیاز بار i در طول دوره تصمیم‌گیری برحسب مگاوات ساعت
DB(b,i)عنصر سطر b و ستون i از ماتریس تلاقی بارها و باس‌های شبکه (برابر 1 است اگر بار i به باس b متصل باشد و در غیر این صورت برابر با صفر است)
LB(b,l)عنصر سطر b و ستون l از ماتریس تلاقی خطوط و باس‌های شبکه (برابر 1 است اگر خط l از باس b خارج شود، برابر 1- است اگر خط l به باس b وارد شود و در غیر این دو صورت برابر با صفر است)
Pgmax(b)حداکثر توان قابل تحویل از باس b متصل به شبکه اصلی برحسب مگاوات
Plmax(l)حداکثر توان قابل عبور از خط l برحسب مگاوات
Pr(t)قیمت انرژی الکتریکی در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات ساعت
RD(i)/RU(i)شیب تغییرات کاهشی و افزایشی بار i برحسب مگاوات بر ساعت
RDmin(i)حداقل مقدار منفی مجموع شیب تغییرات بار i و حداکثر مقدار شیب تغییرات کاهشی برحسب مگاوات بر ساعت
RUmin(i)حداقل مقدار تفاضل شیب تغییرات بار i از حداکثر مقدار شیب تغییرات افزایشی برحسب مگاوات بر ساعت
X(l)راکتانس خط l برحسب اهم
Zmax(i,j)حداکثر انرژی درخواستی ممکن بار i در پله j در ساعت t برحسب مگاوات
μAminmaxb,t/μAmaxmaxb,tحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر زاویه ولتاژ باس b در ساعت t برحسب دلار بر رادیان
μBminmaxi,j,t/μBmaxmaxi,j,tحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر انرژی مصرفی بار i در پله j و درساعت t برحسب دلار بر مگاوات ساعت
μDEmaxmaxiحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل انرژی مورد نیاز برحسب دلار بر مگاوات ساعت
μDminmaxi,t/μDmaxmaxi,tحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر توان مورد تقاضای بار i در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
μGminmaxb,t/μGmaxmaxb,tحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان قابل تحویل از باس b متصل به شبکه اصلی در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
μLminmaxl,t/μLmaxmaxl,tحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان عبوری از خط l در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
μRdmaxi,t/μRumaxi,tحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر نرخ تغییرات مجاز افزایشی و کاهشی بار i در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
متغیرها:
bAminb,t/bAmaxb,tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر زاویه ولتاژ باس b در ساعت t
bBmini,j,t/bBmax(i,j,t)متغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر انرژی مصرفی بار i در پله j و در ساعت t
bDEmaxiمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل انرژی مورد نیاز
bDmini,t/bDmaxi,tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر توان مورد تقاضای بار i در ساعت t
bGminb,t/bGmaxb,tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر توان قابل تحویل از باس b متصل به شبکه اصلی در ساعت t
bLminb,t/bLmaxl,tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر توان عبوری از خط l در ساعت t
bRdi,t/bRui,tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر نرخ تغییرات مجاز افزایشی و کاهشی بار i در ساعت t
d(i,t)توان بار i در ابتدای ساعت t برحسب مگاوات
e(i,t)انرژی بار i در ساعت t برحسب مگاوات ساعت
f(i)تابع هدف بهینه‌سازی بار i
u(i,t)تابع مطلوبیت بار i در ساعت t برحسب دلار
pg(b,t)توان تحویلی به شبکه محلی در ابتدای ساعت t در باس b متصل به شبکه اصلی برحسب مگاوات
pl(l,t)توان عبوری از خط l در ابتدای ساعت t برحسب مگاوات
w(i)ضریب وزنی تابع هدف بهینه‌سازی بار i
z(i,j,t)انرژی بار i در پله j و در ساعت t برحسب مگاوات ساعت
δ(b,t)زاویه ولتاژ باس b درابتدای ساعت t برحسب رادیان
λArefb,tضریب لاگرانژ قید زاویه باس مرجع b در ساعت t برحسب دلار بر رادیان

λGbalb,tضریب لاگرانژ قید تعادل توان در باس تولید b در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
λLFEl,tضریب لاگرانژ قید توان عبوری از خط l در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات

λNGbalb,tضریب لاگرانژ قید تعادل توان در باس غیر تولید b در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
λTBEi,tضریب لاگرانژ قید مجموع انرژی مصرفی بار i در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات ساعت
λTR(i,t)ضریب لاگرانژ قید محاسبه انرژی مصرفی با استفاده از قانون ذوزنقهای برحسب دلار بر مگاوات ساعت
λUFi,tضریب لاگرانژ قید تابع مطلوبیت بار i در ساعت t بدون واحد
μAminb,t/μAmaxb,tضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر زاویه ولتاژ باس b در ساعت t برحسب دلار بر رادیان

μBmini,j,t/μBmaxi,j,tضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر انرژی مصرفی بار i در پله j و درساعت t برحسب دلار بر مگاوات ساعت
μDEmaxiضریب لاگرانژ قید حداقل انرژی مورد نیاز برحسب دلار بر مگاوات ساعت
μDmini,t/μDmaxi,tضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان مورد تقاضای بار i در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
μGminb,t/μGmaxb,tضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان قابل تحویل از باس b متصل به شبکه اصلی در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
μLminl,t/μLmaxl,tضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان عبوری از خط l در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات

μRdi,t/μRui,tضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر نرخ تغییرات مجاز افزایشی و کاهشی بار i در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
مجموعه‌ها:
ΩBمجموعه باس‌های شبکه محلی
ΩLمجموعه خطوط شبکه محلی
ψMGمجموعه باس‌های متصل به شبکه اصلی
مخففها:
Cluster of Interconnected Price-Responsive Demands CIPRD
Compensated MDND C-MDND
Compensated MND C-MND
Fortuny-Amat & McCarl FM
Get Compensation GC
Karush-Kuhn-Tucker KKT
Minimum Distance MD
Minimum Difference Normalized Distance MDND
Minimum Normalized Distance MND
Mathematical Program with Complementarity Constraints MPCC
Mathematical Program with Primal and Dual Constraints MPPDC
Mutual Summation of Surplus Percentages MSSP
Non-Linear Programming NLP
Optimization Problems Constrained by Linear Problems OPcLP
Optimization Problems Constrained by other Optimization Problems OPcOP
Pay Fines PF
Surplus Reduction Percentage SRP
Summation of Surplus Percentages SSP
چکیده
ازجمله اصول اساسی در هر سيستم مدیریت انرژی، برقراری کارایی و برابری در تخصيص منابع است. در روش کلاسيک تخصيص منابع، با حداکثر‌کردن مجموع مازاد مشترکين به برقراری حداکثر کارایی ممكن پرداخته می‌شود. این روش از منظر برابری دارای ابهام می‌باشد. در این پایان‌نامه، هدف ارائه رویکردی است که بتوان از طریق آن به تخصيصی از منابع دست یافت که ضمن حصول حداکثر کارایی ممكن، به برقراری برابری نيز منجر شود. بر این اساس، تخصيص انرژی مصرفی برای خوشه‌ای از بارهای پاسخگو به قيمت (گروهی از بارهای مصرفی که در یک ناحيه جغرافيایی به کمک یک شبكه الكتریكی محلی به یكدیگر و به شبكه اصلی متصل شده‌اند) در یک سيستم مدیریت انرژی متمرکز تحت بررسی قرار می‌گيرد. در کنار هم قرار گرفتن اعضای یک خوشه و مدیریت انرژی متمرکز آن‌ها زمانی مطلوب خواهد بود که منفعت حاصله از کنار هم بودن برای اعضای خوشه، بيش از عملكرد مستقل آن‌ها از یكدیگر باشد. بنابراین مسأله مدیریت انرژی خوشه، ذاتاً یک بازی همكارانه است. بنابراین در این پایاننامه، مسأله مدیریت خوشه به‌صورت یک بازی همکارانه مدل میشود. نقاط تعادل بازی همكارانه از طریق یک مسأله بهينه‌سازی چندهدفه مقيد به قيود بارها و قيود شبكه الكتریكی محلی به دست میآید. پاسخ حاصل از حل این مسأله بهينه‌سازی جبهه پارتویی خواهد بود که هر نقطه از این جبهه نمایش‌دهنده یک نقطه تعادل از بازی همكارانه است. در ادامه، با تعریف سه معیار حداقل فاصله (MD)، حداقل مجموع نسبت‌ها (MND) و حداقل مجموع تفاضل نسبت‌ها (MDND)، به انتخاب نقطه تعادل با هدف دستیابی به تخصیص برابر پرداخته می‌شود. برای این منظور، مسأله به‌صورت یک مسأله بهینهسازی دوسطحی مدل میشود که در سطح اول مسأله بهینهسازی انتخاب نقطه تعادل و در سطح دوم مسأله بهینهسازی چندهدفه دستیابی به کل نقاط تعادل ممکن انجام میشود. بر این اساس، تخصیص انرژی مصرفی به بارها توسط سیستم مدیریت انرژی متمرکز به‌صورت کارا و برابر ممکن خواهد بود. مدل ارائه شده بر روی یک شبكه نمونه پياده‌سازی شده و نتایج بهدست آمده گویای مزیت‌های مدل ارائه شده برای مدیریت انرژی متمرکز خوشه‌ای از بارهای پاسخگو به قيمت می‌باشد.
کلمات کلیدی: 1- مدیریت انرژی 2- برابری در تخصیص 3- بازی همکارانه 4- بهینهسازی چندهدفه 5- بهینهسازی دوسطحی
فصل اول: مقدمه
پیشگفتار
افزایش جمعیت و صنعتیشدن جوامع بشری، منجر به افزایش روز افزون تقاضای انرژی در جهان شده است. رشد تقاضای انرژی در بخش‌های مختلف صنعتی، کشاورزی و خانگی، اجتنابناپذیری تولید بیشتر را سبب شده است. تولید انرژی بیشتر منجر به افزایش هزینه‌ها (ازجمله سرمایه‌گذاری و تعمیر و نگهداری) شده است. ازآنجاکه در دهه‌های گذشته، بخش عمده انرژی مورد نیاز از منابع سوخت فسیلی تأمین شده است، پاسخ به افزایش تقاضای انرژی، منجر به بروز مشکلات زیستمحیطی شده که نگرانی‌های عمده را در کشورهای مختلف ایجاد کرده است [1]. مدیریت انرژی به‌عنوان راهبردی که از طریق مصرف صحیح انرژی می‌تواند به حل هر دو مشکل (تأمین انرژی و کاهش آلودگی‌های زیستمحیطی) کمک کند مطرح شده است [2].
اگرچه مفهوم مدیریت انرژی از سالیان دور مورد توجه نهاد‌ها و جوامع بشری بوده است، لکن در دهه اخیر و در پی افزایش توجه به تغییرات اقلیمی ‌‌و فناوری پاک، اهمیت مدیریت انرژی افزایش یافته است. تاکنون برای واژه مدیریت انرژی تعریف‌های گوناگونی ارائه شده است. بر مبنای تعریف ارائه شده در [3]، به استفاده عادلانه و مؤثر از انرژی به‌منظور «حداکثرکردن سود (حداقلکردن هزینه‌ها) و بهبود جایگاه‌ رقابتی»، مدیریت انرژی گفته می‌شود. تعریف جامع دیگری نیز در [4] ارائه شده است. بر این اساس، به راهبرد «تنظیم و بهینهسازی انرژی با استفاده از سیستم‌ها و روندها به‌منظور کاهش انرژی مورد نیاز به ازای هر واحد تولید، به‌نحوی که کل هزینه‌ این سیستم‌ها (شامل هزینههای مستقیم تولید به‌علاوه هزینه ایجاد تغییر در سیستمها و روندها) ثابت مانده و یا کاهش یابد»، مدیریت انرژی اطلاق می‌شود.
مدیریت انرژی در دو بازه زمانی کوتاه‌مدت و بلندمدت قابل طرح است. در بازه زمانی کوتاه‌مدت، مدیریت انرژی به بهینه‌سازی مصرف انرژی تأسیسات موجود می‌پردازد، اما در بلندمدت موضوع جایگزینی تجهیزات و سرمایه‌گذاری‌های جدید نیز می‌تواند جزء تصمیمات قابل اخذ در نظر گرفته شود [5]. تعیین زمان و کمیت مصرف انرژی برای هر یک از مصرف‌کننده‌ها به‌قسمی ‌است که هدف مدیریت انرژی (به‌طور مثال، افزایش سود) محقق شود [6]. از لوازم مدیریت انرژی، اطلاع بارها از قیمت‌های تأمین انرژی الکتریکی و تجهیز آن‌ها به ابرازهای تصمیمگیری بهینه است. با توجه به حرکت قیمت‌گذاری انرژی الکتریکی به سمت قیمت‌های لحظهای، این اطلاع از قیمت‌ها باید به‌صورت لحظه‌ای امکان‌پذیر باشد. اطلاع بارها از قیمت‌های لحظهای با توسعه فناوری‌های زیرمجموعه شبکه هوشمند ایجاد خواهد شد [7].
ازجمله چالش‌های اساسی در حوزه مدیریت انرژی، رعایت برابری و کارایی در تخصیص انرژی مصرفی به مصرف‌کنندگان است. در واقع همان‌طور که در تعریف مدیریت انرژی بیان شد، برابری و کارایی از اصول اساسی در هر راهبرد مدیریت انرژی است. به‌منظور روشنتر شدن مفهوم این دو اصل لازم است تا در ابتدا به تعریف هر یک از آن‌ها به شرح زیر بپردازیم.
کارایی: استفاده حداکثری یک جامعه از منابع موجود را کارایی ‌می‌نامند. به‌عبارت‌دیگر، اگر تخصیص منابع در بین اعضای یک جامعه سود یا مازاد کل جامعه را حداکثر کند، تخصیص انجام گرفته را کارا گویند. به‌عنوان مثال اگر کل منافع اقتصادی جامعه را یک سیب در نظر بگیریم، هدف از کارایی حداکثرکردن اندازه ممکن این سیب است [8]!
برابری: توزیع عادلانه منافع حاصل از منابع جامعه در میان اعضای آن جامعه را برابری گویند [8]. به‌عبارت‌دیگر تخصیصی عادلانه و برابر است که در آن هیچ عضوی از جامعه سود یا مازاد دیگری را بر سود یا مازاد خود ترجیح ندهد [9]. بنابراین هدف از برابری تقسیم عادلانه سیب در بین اعضای جامعه است!
با توجه به اینکه اعضای یک جامعه در ازای منابع یکسان به سود یا مازاد غیریکسانی ‌می‌رسند (بهلحاظ ویژگی‌ها و مشخصات متفاوت اعضای جامعه)، تلاش برای حصول برابری، منجر به کاهش کارایی در آن جامعه خواهد شد. بنابراین رسیدن به یک تخصیص عادلانه و برابر، مستلزم پرداخت هزینه (کاهش سود یا مازاد کل جامعه) خواهد بود. با توجه به این مسأله، رسیدن توأم به هریک از دو اصل کارایی و برابری به‌صورت مطلق در یک تخصیص امکانپذیر نبوده و برقراری مصالحه بین آن‌ها ضروری است. به‌عبارت‌دیگر، تقسیم سیب به قطعات عادلانه و برابر منجر به کوچک شدن اندازه سیب خواهد شد! [8 و10]
در این پایاننامه قصد داریم تا با توجه به چالش فوق، به نقد روش کلاسیک تخصیص منابع و بررسی توجه به اصل برابری در این روش بپردازیم و سپس به‌منظور اعمال اصل برابری، راهحل‌هایی را با رعایت کارایی پیشنهاد خواهیم کرد.
در ادامه این فصل، در ابتدا، به معرفی انواع توابع اصلی رفاه اجتماعی و تحلیل آن از منظر کارایی و برابری پرداخته و سپس به معرفی رویکردهای موجود در حوزه مدیریت انرژی و پژوهش‌های انجامگرفته خواهیم پرداخت. در ادامه، اهداف و نوآوری‌های پایاننامه ذکر شده و در انتها مروری بر فصل‌های پایاننامه خواهیم داشت.
توابع رفاه اجتماعی و مدیریت انرژیاز منظر علم اقتصاد، هرگاه تخصیص منابع بین اعضای یک جامعه مطرح می‌شود (که مدیریت انرژی را نیز شامل می‌شود)، بحث رفاه اجتماعی نیز مطرح است. لذا، پرداختن به مبحث مدیریت انرژی بدون توجه به مبحث رفاه اجتماعی و نگاه‌های متفاوت به آن که از فلسفه متفاوت اقتصاد‌دانان به برابری و کارایی نشأت می‌گیرد، ممکن نخواهد بود. تابع رفاه اجتماعی، ضابطه یا روشی است که به‌وسیله آن ‌می‌توان ترجیحات تمام اعضای جامعه را در قالب یک ترجیح اجتماعی جمع و یا به عبارت بهتر ترکیب کرد. یعنی اگر بدانیم که تمام اعضا چگونه تخصیص‌های متفاوت را رتبهبندی ‌می‌کنند، ‌می‌توانیم با استفاده از این تابع، این اطلاعات را برای رتبهبندی اجتماعی تخصیص‌های متفاوت استفاده کنیم [11]. مکاتب اقتصادی مختلف از توابع متفاوتی به‌منظور تعریف تابع رفاه اجتماعی استفاده کردهاند. این مکاتب اقتصادی به مطلوبیت‌گرایان کلاسیک، تساوی‌گرایان و رالزین قابل تقسیم‌بندی هستند که در ادامه به توضیح آن‌ها پرداخته شده است [9].
مطلوبیتگرایان کلاسیک
در این مکتب، تابع رفاه اجتماعی برابر با حاصلجمع توابع مطلوبیت اعضای جامعه ‌می‌باشد که به‌صورت زیر نمایش داده می‌شود [9].
STYLEREF 1 \s ‏1– SEQ معادلة \* ARABIC \s 1 1wu1,u2,…, un=i=1nui(x)در رابطه REF _Ref416686034 \h \* MERGEFORMAT ‏1–1، w تابع رفاه اجتماعی است و ui برابر با تابع مطلوبیت عضو i ام جامعه از یک تخصیص مانند x می‌باشد و n تعداد افراد جامعه است. شکل کلیتر این تابع، تابع رفاه جمعوزنی مطلوبیت‌ها است که در آن وزن‌ها اعدادی هستند که نشان ‌می‌دهند تا چه اندازه مطلوبیت هر فردی در رفاه اجتماعی کلی مهم است. این تابع به صورت زیر نمایش داده می‌شود [9].
STYLEREF 1 \s ‏1– SEQ معادلة \* ARABIC \s 1 2wu1,u2,…, un=i=1naiui(x)در رابطه REF _Ref416686414 \h \* MERGEFORMAT ‏1–2، ai برابر با ضریب وزنی عضو i ام جامعه از یک تخصیص مانند x می‌باشد. این تابع با عنوان تابع رفاه بنت‌هامیت یا مطلوبیتگرایان کلاسیک شناخته می‌شود. این رویکرد، تفاوتی بین انتقال رفاه از عضو ضعیف به قوی و برعکس قائل نیست و مادا‌می‌که مجموع مطلوبیت اعضای جامعه افزایش یابد، هر نوع توزیع درآمد/ثروتی قابل قبول ‌می‌باشد. در این دیدگاه، در صورتی که کاهش منابع تخصیصیافته به عضو ضعیف و تخصیص آن به عضو قوی باعث افزایش مطلوبیت عضو قوی شود، به شکلی که کاهش مطلوبیت عضو ضعیف را جبران کند، این انتقال مطلوبیت می‌تواند انجام شود؛ زیرا در این رویکرد مجموع مطلوبیت مورد اهمیت بوده و در اثر این انتقال، چنانچه افزایش مطلوبیت نزد عضو قوی به اندازهای باشد که کاهش آن را نزد عضو ضعیف خنثی کند، مجموع مطلوبیت جامعه افزایش می‌یابد. بنابراین این تابع رفاه اجتماعی صرفاً به دنبال افزایش کارایی در جامعه بوده و اهمیتی به برابری نمی‌دهد.
تساویگرایان
مطابق با این دیدگاه، مطلوبیت کل جامعه به‌صورت مساوی بین اعضای جامعه تقسیم می‌شود. در این رویکرد، بخشی از مطلوبیت حاصله توسط عضو قوی، به عضو ضعیف داده می‌شود، به‌نحوی که مطلوبیت کل اعضا با یکدیگر مساوی شود. در یک جامعه با اعضای غیریکسان (ویژگی‌ها و مشخصات مختلف)، استفاده از این تخصیص ‌می‌تواند کلیه اعضای جامعه را از افزایش در مطلوبیتشان بی‌میل کند و در اثر آن، کارایی جامعه کاهش خواهد یافت [9].
رالزین
تابع رفاه اجتماعی در این مکتب، تابع رفاه اجتماعی مینیماکس یا رالزین است که در زیر نشان داده شده است.
STYLEREF 1 \s ‏1– SEQ معادلة \* ARABIC \s 1 3 wu1,u2,…, un=min⁡{u1(x),u2(x),…, un(x)}این تابع رفاه، بیانکننده آن است که رفاه اجتماعی یک تخصیص، فقط به رفاه فردِ دارای حداقلِ مطلوبیت بستگی دارد و معتقد است که مطلوبیت کل جامعه فقط در صورتی افزایش ‌می‌یابد که مطلوبیت فردِ (افرادِ) دارای حداقلِ مطلوبیت افزایش یابد [9]. تخصیص ناشی از این تابع رفاه اجتماعی ‌می‌تواند منجر به کاهش مطلوبیت اعضای قوی در جامعه شده و در نتیجه کارایی نیز کاهش یابد.
مکاتب اقتصادی فوق ‌می‌توانند آثار متفاوتی، بسته به جامعه مورد بررسی، داشته باشند. جامعه مورد مطالعه در این پایاننامه، مجموعه‌ای از مصرف‌کنندگان انرژی الکتریکی دارای اندازه، ویژگی‌ها و مشخصاتِ متفاوتِ متصل به یک شبکه توزیع برق محلی است. وجود این عدم یکسانی و تأثیرگذاریِ قیود شبکه الکتریکی بر مطلوبیتِ هر یک از بارها، برقراری توأم کارایی و برابری را دشوارتر و پیچیدهتر ‌می‌سازد.
مروری بر ساختارهای مدیریت انرژی الکتریکی
مقالات منتشر شده در حوزه مدیریت انرژی الکتریکی از منظر ساختار مدیریت به سه دسته ساختار مدیریت انرژی متمرکز، غیرمتمرکز و ترکیبی تقسیم‌بندی شده که در ادامه به مرور آن‌ها پرداخته می‌شود.
ساختار مدیریت انرژی متمرکز
در مدیریت انرژی متمرکز، تخصیص انرژی مصرفی به مصرف‌کنندگان از سوی یک نهاد مرکزی (عموماً بهره‌بردار شبکه) صورت می‌پذیرد. مدیریت انرژی متمرکز در شبکه به دو صورت امکانپذیر است. در روش اول، مدیریت انرژی با استفاده از ابزار تشویق بارها از طریق تعیین تعرفه‌های تشویقی و یا تخصیص جریمه/پاداش به بارها در صورت نقض/عمل به تعهدات انجام ‌می‌پذیرد [12]. تعیین چگونگی سیاست‌های تشویقی پیشنهادی به مشترکان به‌منظور جذب آن‌ها به مشارکت در قطع یا تأخیر در مصرف کار دشواری است. برای این منظور، در [13] به طراحی سازوکار قطع بار بهینه بدون اطلاع از هزینه‌های قطع بار مشترکان پرداخته ‌شده که هدف از این سازوکار حداکثرسازی سود شرکت برق محلی و جبرانسازی هزینه‌های بار ناشی از مشارکت داوطلبانه است.
در روش دوم، بار مصرفی مشترکان به‌طور مستقیم توسط نهادی متمرکز (برای مثال بهرهبردار محلی شبکه توزیع یا بهرهبردار مستقل سیستم) کنترل می‌شود. این برنامه مدیریت مستقیم بار برای بارهای مسکونی، بر مبنای توافق بین شرکت برق محلی و مشترکان انجام ‌می‌پذیرد [14و15].
در [16] به ارائه یک مفهوم کلی از واحد ارائهدهنده خدمات پاسخ تقاضا به مشترکانِ تحت پوشش در یک شبکه توزیع، با هدف حداکثرسازی سود و مدیریت بار پرداخته شده است. در [21]-[17] نیز به توزیع انرژی در بین اعضای شبکه با هدف حداکثرسازی رفاه اجتماعی پرداخته شده است.
تابع هدف بهینهسازی در کلیه مراجع مورد اشاره در این بخش، حداکثرسازی تابع رفاه اجتماعی کلاسیک و یا به‌عبارت‌دیگر، حداکثرسازی کارایی است و به بحث برابری و عدالت پرداخته نشده است.
ساختار مدیریت انرژی غیرمتمرکز
در این ساختار اغلب تکیه بر این است که تغییرات لحظهای قیمت برق در اختیار بارها قرار گرفته و آن‌ها با استفاده از ابزارهای تصمیمگیری خود، به‌صورت خودگردان اقدام ‌کنند. از لوازم اساسی و ضروری در این ساختار، وجود زیرساخت تبادل اطلاعات دوطرفه و تجهیز مشترکان به یک برنامهریز مصرف انرژی خودگردان و اندازهگیر هوشمند است. ابزارهای تحلیل رفتار بارها در این تحقیقات، عموماً تئوری بازی و شبیهسازی عامل محور بوده است [24]-[22]. در این مسائل برای ترغیب مشترکین به شرکت در بازی از مشوق‌هایی نیز استفاده می‌شود [12].
کارهای اولیه انجام‌گرفته در این ساختار مدیریت انرژی، عموماً بر چگونگی هماهنگی عملکرد واحدهای برنامه‌ریزِ مصرف انرژی، به‌منظور دستیابی به اهداف مختلف و گسترده سیستم (مثل حداقلسازی هزینه تولید و یا نسبت پیک به متوسط بار شبکه) تمرکز دارد [25]. سازوکار استفاده شده در اکثر این پژوهشها، توجهی به مشارکت و عدم مشارکت مصرف‌کنندگان در بازی و بحث عدالت و برابری نمیکند؛ زیرا هزینه پرداختی توسط هر مصرف‌کننده، تنها متناسب با کل بار مصرفی مصرف‌کننده است. به‌عنوان مثال، سازوکار صدور صورت‌حساب برای هر کاربر در [22] با هدف حداقل‌کردن هزینه کل سیستم انجام شده و به شکل دقیقِ پروفیل بار هر کاربر توجهی نمیکند. در این شرایط، ممکن است کاربرانی که در بازی مشارکت نداشته‌اند، به‌طور ناعادلانهای از مشارکتِ سایر کاربرانی که در کاهش هزینه سیستم نقش داشته‌اند مطلوبیت کسب کنند.
برای غلبه بر مشکل عدم وجود برابری و عدالت در این ساختار، تلاش‌هایی در [26و27] انجام شده است. در این شرایط از یک سازوکار صدور صورت‌حساب جایگزین استفاده شده است که در آن نه‌تنها کل بار مصرفی کاربر در نظر گرفته می‌شود، بلکه شکل دقیق پروفیل بار مصرفی نیز مدنظر قرار میگیرد. بنابراین، [26و27] با استفاده از سازوکار صدور صورت‌حساب برحسب مصرف ساعت‌به‌ساعت (به‌جای کل بار مصرفی در دوره زمانی موردنظر) و توجه به انعطاف‌پذیری بار هر کاربر، میتوانند سبب بهبود عدالت و برابری شود.
ساختار مدیریت انرژی ترکیبی
این ساختار مدیریت انرژی در سال 2013 در [28] مطرح شده است. بر این اساس، برای مدیریت انرژیِ دسته‌ای از بارها که امکان پاسخ‌گویی به قیمت دارند و در یک همسایگی قرار می‌گیرند (به‌عنوان مثال واحدهای صنعتی در یک شهرک صنعتی)، استفاده از یک سیستم مدیریت انرژی متمرکز به صورتی متفاوت با روش‌های متمرکز قبلی پیشنهاد شده است. این دسته از بارها که از طریق یک شبکه برق محلی به یکدیگر متصل هستند، به‌عنوان «خوشه‌ای از بارهای متصل‌به‌همِ پاسخ‌گو به قیمت» (CIPRD) نامیده می‌شوند. سیستم مدیریت انرژی متمرکز وظیفه دارد که پس از جمع‌آوری اطلاعات لازم از اعضای CIPRD (نظیر مطلوبیت، ترجیحات مصرف و حداقل انرژی مورد نیاز در دوره تصمیم‌گیری)، انرژی مصرفی هر مشترک را به صورتی بهینه تعیین کرده و به مشترک تخصیص دهد. مدیریت انرژی بین مجموعهای از CIPRD‌‌ها، با استفاده از یک ساختار مدیریت انرژی غیرمتمرکز انجام ‌می‌گیرد. این ساختارِ مدیریت انرژی در عمل ساختاری بینابینِ ساختارهای متمرکز و غیرمتمرکزِ مرسوم در تحقیقات قبلی ایجاد می‌نماید. شمای کلی این ساختار در REF _Ref416690258 \h \* MERGEFORMAT شکل ‏11 نشان داده شده است.

شکل STYLEREF 1 \s ‏1 SEQ شکل \* ARABIC \s 1 1 ساختار مدیریت انرژی ترکیبیدر [28]، به‌عنوان تحقیق اولیه، مسأله بهینه‌سازی مدیریت انرژی متمرکز بین اعضای خوشه با تابع هدفِ حداکثرسازیِ تابع رفاه اجتماعی کلاسیک و در نظر گرفتن قیود اعضا و قیود سیستم الکتریکی محلی مدل می‌شود. در این مدل، انرژی تخصیصی به هر بار در حالت بهینه از قیود شبکه و محل قرارگیری بار‌ها در شبکه الکتریکی متأثر می‌شوند؛ زیرا وجود قیودِ تزویج‌کننده (مثل قیود پخش توان) در مسأله بهینه‌سازی، باعث می‌شود که بهینه‌سازیِ تابع حاصل‌جمع (رابطه REF _Ref416686034 \h \* MERGEFORMAT ‏1–1)، جوابی متفاوت با حاصل‌جمع پاسخ بهینه‌سازی هر یک از توابع به‌تنهایی داشته باشد [29]. چنین موضوعی می‌تواند برابری و عدالت در تخصیص را خدشه‌دار کند [9].
اهداف و نوآوریهای پایاننامه
در این پایاننامه، هدف ارائه روشی مناسب برای برقراری برابری در ساختار مدیریت انرژی ترکیبی است. روش‌هایی که تاکنون به‌منظور برقراری برابری ارائه شده‌اند، نتوانسته‌اند به ارائه تعاریف منطقی (توجه توأم به کارایی و برابری) و مناسبی به‌منظور برقراری برابری، به‌ویژه در سیستم‌های مدیریت انرژی بپردازند. در برخی از این روش‌ها، با ارائه تعاریف سخت‌گیرانه برای برابری (مثل رالزین)، سبب کاهش شدید کارایی می‌شوند و برخی دیگر از این روش‌ها منجر به بی‌میلی اعضای جامعه (مثل تساویگرایان) به افزایش مطلوبیتشان می‌شوند.
در این پایان‌نامه، برای غلبه بر ابهام برابری در استفاده از پرکاربردترین تابع هدف رفاه اجتماعی، یعنی تابع رفاه اجتماعی کلاسیک در مدیریت انرژی ترکیبی از رویکردی دیگر در بهینه‌سازی استفاده می‌شود. در این رویکرد ایده اصلی این است که در کنار هم قرار دادن اعضای یک CIPRD و مدیریت انرژی متمرکز آن‌ها زمانی مطلوب خواهد بود که مطلوبیت اعضای خوشه از کنار هم بودن، بیش از عملکردِ مستقل آن‌ها باشد. به‌عبارت‌دیگر در این رویکرد، تعامل بین اعضای خوشه به‌صورت یک بازی همکارانه است. در بازی همکارانه، مشارکتکنندگان در بازی، تصمیمات خود را به‌گونه‌ای بهینه میکنند که کل مطلوبیت حاصله برای کل مشارکتکنندگان در بازی حداکثر شود. این همان فرایندی است که وقتی اعضای CIPRD در یک شبکه الکتریکی محلی میتوانند برای افزایش برابری در تخصیص استفاده کنند. نقاط تعادل بازی همکارانه از طریق مدلسازی به‌صورت یک مسأله بهینه‌سازی چندهدفه مقید به قیود بارها (شامل توابع مطلوبیت، حداقل مصرف انرژی روزانه، حداقل و حداکثر مقدار بار و نرخ افزایش و کاهش آن در ساعات مختلف شبانه‌روز) و قیود شبکه الکتریکی (شامل قیود پخش توان، حداکثر توان عبوری از خطوط و حداکثر توان دریافتی از شبکه اصلی) مدل می‌شود. پاسخ حاصل از حل این مسأله بهینه‌سازی جبهه پارتویی خواهد بود که هر نقطه از آن نمایش‌دهنده یک نقطه تعادل بازی همکارانه خواهد بود.
هدف اصلی، در ادامه، انتخاب نقطه تعادلی است که به‌طور همزمان بتواند مصالحهای قابل‌قبول بین کارایی و برابری ایجاد کند. لذا بر اساس اصول پذیرفته شده در اقتصاد خرد در مبحث برابری، سه تعریف مختلف برای هدف مذکور ارائه میشود. تعریف ارائه شده در هر روش، در چارچوب یک تابع هدف برای مسأله بهینه‌سازی مدل می‌شود. مسأله بهینهسازی به‌صورت یک مسأله بهینه‌سازی دوسطحی مدل میشود که در سطح بالای مسأله بهینهسازی یافتن نقطه تعادل مدل میشود و مسأله سطح پایین نیز بر اساس بهینهسازی چندهدفه، مجموعه نقاط تعادل ممکن را به دست میدهد. حل مسأله بهینهسازی بر اساس هر تعریف، به انتخاب نقطه تعادل مناسب (از منظر تعریف برابری) از بین مجموعه نقاط تعادل CIPRD منجر میشود.
برای حل این مسأله، مسأله بهینه‌سازی دوسطحی به مسأله بهینه‌سازی یک‌سطحی تبدیل میشود. از دو راهکار زیر برای این منظور استفاده شده است.
در راهکار اول، به دلیل محدب‌بودن مسأله بهینه‌سازی سطح پایین، میتوان آن را با شرایط KKT جایگزین کرد.
در راهکار دوم، به دلیل خطی‌بودن مسأله سطح پایین، میتوان آن را با قیود اولیه، دوگان و قید دوگانگی قوی جایگزین کرد.
با استفاده از هر یک از دو روش فوق، مسأله بهینهسازی سطح پایین به‌صورت یک دسته قیود برای مسأله بهینه‌سازی سطح بالا درمی‌آید و مسأله دوسطحی به یک مسأله بهینهسازی یک‌سطحی تبدیل میشود.
در این تحقیق، به بررسی و حل مسأله بهینه‌سازی با استفاده از هر دو راهکار فوق خواهیم پرداخت. نتایج به‌دست‌آمده از روش‌های پیشنهادی، پس از حل و شبیه‌سازی، با یکدیگر و با روش کلاسیک مدیریت انرژی ترکیبی مقایسه شده و به بررسی مزایا و معایب هر یک خواهیم پرداخت.
با عنایت به اینکه با انتخاب هر یک از نقاط تعادل از بازی همکارانه، کارایی از مقدار حداکثر خود کاهش خواهد یافت، لذا روشی برای جبران کاراییِ کاهش‌یافته برای نیل به حداکثر کارایی ارائه میشود. بدین ترتیب در انتها، تخصیصی از منابع به اعضای CIPRD به دست خواهد آمد که حداکثر کارایی ممکن و برابری قابل‌قبول را در بر خواهد داشت.
نوآوریهای این پایاننامه به شرح زیر است.
بررسی مسأله مدیریت انرژی CIPRD به‌صورت یک بازی همکارانه
تعریف دو معیار برای انتخاب نقطهای از نقاط تعادل بازی همکارانه که مصالحهای قابل‌قبول بین کارایی و برابری ایجاد کند.
مدلسازی مسأله بهینهسازی یافتن نقطه تعادل به‌صورت یک مسأله بهینهسازی دوسطحی
ارائه یک روش جبران برای کاهش کارایی در نقطه تعادل قابل‌قبول انتخاب شده
در این بخش به مروری بر ساختار پایاننامه خواهیم پرداخت.
مروری بر ساختار پایاننامه
در فصل دوم، در ابتدا به مدلسازی مسأله مدیریت انرژی ترکیبی کلاسیک پرداخته و سپس نحوه مدلسازی مسأله به‌صورت بازی همکارانه توضیح داده میشود. در ادامه به‌منظور نمایش ابهام برابری در روش مدیریت انرژی ترکیبی کلاسیک، سه ترکیب CIPRD مختلف را در شبکه مورد مطالعه در [28] در نظر گرفته و تأثیر قیود مختلف بار و شبکه، بر کارایی و برابری مورد ارزیابی قرار میگیرد. در انتها نتیجه مدلسازی مسأله به‌صورت یک بازی همکارانه مورد بررسی قرار میگیرد.
در فصل سوم در ابتدا به مبانی مسائل بهینهسازی دوسطحی پرداخته و سپس، به معرفی مسأله بهینه‌سازی موردنیاز به‌منظور مدلسازی مسأله یافتن نقطه تعادل قابل‌قبول می‌پردازیم. در ادامه این فصل، به نحوه استفاده از دو راهکار به‌منظور تبدیل مسأله بهینه‌سازی دوسطحی به یک‌سطحی پرداخته و معادلات استفاده شده در شبیه‌سازی را ارائه می‌کنیم.
در فصل چهارم، در ابتدا به معرفی سه روش پیشنهادی بر اساس سه تعریف از برابری می‌پردازیم. در ادامه، به ارائه نتایج این سه روش پیشنهادی پرداخته و نتایج آن‌ها را از منظر کارایی و برابری با یکدیگر و با روش مدیریت انرژی ترکیبی کلاسیک مقایسه می‌کنیم. در پایان این فصل به معرفی روش جبران کاهش کارایی با استفاده از معامله خارجی پرداخته و نتایج به‌کارگیری آن را در روش‌های پیشنهادی ارائه خواهیم کرد.
در فصل پنجم نیز به نتیجه‌گیری از بحث ارائه شده پرداخته و پیشنهادات لازم در این زمینه را ارائه خواهیم کرد.

فصل دوم: مدیریت انرژی خوشهای از بارهای متصل‌به‌همِ پاسخگو به قیمت بر اساس بازی همکارانه
پیشگفتار
اهمیت توجه به مبحث برابری در مدیریت انرژی در فصل قبل بیان شد. بر این اساس در نظر گرفتن برابری در کنار کارایی در انواع رویکردهای مدیریت انرژی ضروری است.
در این فصل، به مدلسازی مسأله مدیریت انرژی پرداخته و مدل کلاسیک را بیان می‌کنیم. سپس به بررسی ابهام این مدل در خصوص توجه به اصل برابری خواهیم پرداخت. در ادامه، مسأله بهینه‌سازی مدیریت انرژی ترکیبی را به‌صورت بازی همکارانه مدلسازی می‌کنیم. سپس، مسأله یافتن نقاط تعادل را به‌صورت یک مسأله بهینهسازی چندهدفه بیان میکنیم. در ادامه، ابهام موجود در مدل کلاسیک در خصوص توجه به برابری در تخصیص مصرف انرژی به مصرف‌کنندگان را به‌صورت عددی بیان میکنیم. درنهایت نیز نتیجه استفاده از بازی همکارانه در تخصیص انرژی و نحوه یافتن نقاط تعادل بازی را به‌صورت عددی بررسی خواهیم کرد.
مدلسازی
در این قسمت به مدلسازی مسأله مدیریت انرژی ترکیبی یک CIPRD بر اساس مدل ارائه شده در [28] می‌پردازیم. در این مسأله، تخصیص انرژی به اعضای شبکه در دوره تصمیم‌گیری، با در نظر گرفتن مشخصات فنی بارها و قیود شبکه و با هدف حداکثرکردن رفاه اجتماعی کل انجام می‌پذیرد.
فروض مسأله
در این تحقیق، بدون از دست رفتن کلیت مسأله، فرض می‌کنیم که کل انرژی مورد نیاز بارهای CIPRD از طریق شبکه اصلی تأمین می‌شود و عملاً از حضور منابع تولید پراکنده در شبکه الکتریکی محلی صرف‌نظر می‌شود. دوره تصمیم‌گیری 24 ساعت فرض شده است و قیمت ساعتی در 24 ساعت روز تصمیم‌گیری دانسته فرض می‌شود. در ضمن، در این قسمت از کلیه منابع عدم قطعیت در تصمیم‌گیری صرف‌نظر شده تا اصل ایده به‌روشنی مورد بررسی قرار گیرد.
مدیریت انرژی ترکیبی برای CIPRD، عموماً در یک شبکه الکتریکی محلی مجموعهای از بارهای صنعتی یا شهرکهای مسکونی بزرگ مطرح میشود. شبکههای الکتریکی چنین مجموعههایی عموماً شبکههای ولتاژ متوسط هستند. در این پایاننامه قیود شبکه الکتریکی، به کمک روابط پخش توان مستقیم مدل میشود. چنین فرضی چون باعث خطی شدن قیود میشود، باعث محدب شدن مسأله بهینهسازی و درنتیجه اطمینان از دسترسی به بهینه سراسری میشود. این اطمینان بسیار کلیدی است. چون این پایاننامه، اولین تحقیق در خصوص موضوع برابری در مسأله مدیریت انرژی ترکیبی کلاسیک از منظر برابری است، وجود چنین اطمینانی باعث میشود که نتایج حاصله از ایدههای مطرح شده، به‌صورت ریاضی قابل‌اثبات باشد. طبیعی است که در نظر گرفتن قیود پخش توان AC برای شبکه الکتریکی با ویژگی مطرح شده، خطای کمتری در مدل شبکه ایجاد خواهد کرد، اما اطمینان از پاسخهای حاصله به‌منظور تحلیل ریاضی وجود نخواهد داشت و صرفاً با اتکا به نتایج شبیهسازی که بسیار به روشهای مورد استفاده در شبیهسازی و دادههای عددی بستگی خواهند داشت ممکن خواهد بود. به‌علاوه، در این پایاننامه، در انتها به دنبال بیان چارچوبی برای در نظر گرفتن مصالحه بین برابری و کارایی در مدیریت انرژی ترکیبی کلاسیک هستیم. این چارچوب مستقل از شکل قیود شبکه الکتریکی قابل اعمال خواهد بود. با این مقدمه، فرض شده است که قیود شبکه الکتریکی به کمک روابط پخش توان مستقیم مدل میشود.
فرمول‌بندی
در این قسمت، به معرفی تابع هدف و قیود مسأله بهینه‌سازی می‌پردازیم. تابع هدف مسأله کلاسیک مدیریت انرژی ترکیبی، با در نظر گرفتن طول دوره تصمیمگیری به‌صورت زیر است.
STYLEREF 1 \s ‏2– SEQ معادلة \* ARABIC \s 1 1min



قیمت: 11200 تومان

مدیریت آبیاری با مدل CROPWAT

centertop00
واحد رشت
دانشکده کشاورزی
گروه آموزشی مدیریت کشاورزی
پايان نامه جهت اخذ درجه كارشناسي ارشد رشته: مهندسی کشاورزی گرایش: مدیریت کشاورزی
عنوان
مدیریت آبیاری با مدل CROPWAT 8.0 و ارزیابی اقتصادی سه رقم توتون در منطقه رشت
استاد راهنما
دكتر محمدحسن بیگلویی
نگارش
محمدحسین اسیمی
تابستان1393
51562015240000

centertop00
واحد رشت
پايان نامه کارشناسی ارشد
عنوان
مدیریت آبیاری با مدل CROPWAT 8.0 و ارزیابی اقتصادی سه رقم توتون در منطقه رشت
استاد راهنما
دكتر محمدحسن بیگلویی
پژوهش و نگارش
محمدحسین اسیمی
تابستان1393

باسمه تعالی
«تعهدنامه اصالت رساله یا پایان نامه»
اینجانب……محمد حسين اسيمي كيشهخاله….دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد ناپیوسته تخصصی در رشته…مديريت كشاورزي….که در تاریخ…26/6/93…از پایاننامه / رساله خود تحت عنوان: ..مديريت آبياري با مدل.8.0.CROPWAT..و ارزيابي اقتصادي سه رقم توتون در منطقه رشت با کسب نمره………4/18….و درجه…عالی…. دفاع نمودهام، بدینوسیله متعهد می شوم:
این پایان نامه / رساله حاصل تحقیق و پژوهش انجام شده توسط اینجانب بوده و در مواردی که از دستاورد های علمی و پژوهشی دیگران (اعم از پایان نامه، کتاب، مقاله و … ) استفاده نموده ام، مطابق ضوابط و رویه موجود، نام منبع مورد استفاده و سایر مشخصات آن را در فهرست مربوطه ذکر و درج کرده ام.
این پایان نامه / رساله قبلا برای دریافت هیچ مدرک تحصیلی ( هم سطح، پایین تر یا بالاتر ) در سایر دانشگاه ها و مؤسسات آموزش عالی ارائه نشده است.
چنانچه بعد از فراغت از تحصیل، قصد استفاده و هر گونه بهره برداری اعم از چاپ کتاب، ثبت اختراع و … از این پایان نامه داشته باشم، از حوزه معاونت پژوهشی واحد مجوزهای مربوطه را اخذ نمایم.

چنانچه در هر مقطعی زمانی خلاف موارد فوق ثابت شود، عواقب ناشی از آن را می پذیرم و واحد دانشگاهی مجاز است با اینجانب مطابق ضوابط و مقررات رفتار نموده و در صورت ابطال مدرک تحصیلی ام هیچگونه ادعایی نخواهم داشت./
نام و نام خانوادگی
تاریخ و امضاء

تقدیر و تشکر
اینک با خواست خداوند یکتا که سایه لطف و مهر بیکرانش در تمامی لحظات زندگیم جاریست و همت اساتید ارجمنــــد و بهرهگیری از علم و دانش آنان موفق به اتمام دوره کارشناسی ارشد شدم بر خود واجب میدانم از الطاف ارزشمند استاد محترم راهنما جناب آقای دکتر محمد حسن بیگلویی که در انجام این پایاننامه از محبتها و راهنماییهای ارزشمند ایشان بهرهمند شدم و همچنین از جناب آقای دکتر محمد نقی صفرزاده و جناب آقای دکتر علیرضا اسلامی که زحمت داوری پایان نامه را بعهده داشتند و همچنین از دوست عزیز آقای مهندس مهيار مشتاقی بخاطر همکاری صمیمانهشان کمال تشکر و امتنان را نموده و از خداوند بزرگ برایشان سلامتی و موفقیت آرزومندم.

تقدیم به مقـــــــــــــــــدسترین واژهها
روح بزرگ پدرم
که امروز من آرزوی دیروزش بود
و
روح ملکوتی مادرم
کسی که دعاهایش فردا را برایم آسان میکرد
کسی که همواریهای فعلی راه را مدیون
فداکاریها و مهرورزیهایش هستم.
به پاس تمامی زحماتی که در دوران زندگیش متحمل شد
و
همسرم

که نشانه لطف و محبت الهی در زندگیام است
و حضورش مایه دلگرمی من در ادامه راه
و
دختر عزیز و پسر گلم
که هر روز بیشتر از دیروز و کمتر از فردا دوستشان دارم.

فصل اول: کلیات تحقیق 21-1- مقدمه31-2- بیان مسئله41-3- اهمیت و ضرورت تحقیق51-4- فرضیه ها51-5- اهداف تحقیق61-6- محدوده تحقیق61-6-1- محدوده تحقیق از نظر موضوعی61-6-2- محدوده تحقیق از نظر مکانی61-6-3- محدوده تحقیق از نظر زمانی61-7- توتون و اهمیت آن دراقتصاد کشورها6فصل دوم: مروری بر منابع82-1- تاریخچه کشت توتون در جهان92-2- تاریخچه کشت توتون در ایران92-3- جايگاه كشت توتون درگيلان102-4- سطح زیر کشت و تولد توتون در ایران و جهان102-5- گیاهشناسی توتون11
2-6- نیازهای اقلیمی توتون12
2-7- نیازهای زراعی توتون122-8- سیستم کشت توتون142-9-آبیاری توتون162-10- روشهای مدیریت آبیاری در سیستم کشت توتون و اثرات آن بر عملکرد192-11-کارایی مصرف آب توسط گیاه202-12- ارقام توتون232-13- اثرات مدیریت آبیاری بر عملکرد توتون232- 14- اثرات مدیریت آبیاری و ارقام مورد آزمایش بر اجزای عملکرد توتون242- 15- مدل CROPWAT252-16- توابع تولید محصول نسبت به آب26 TOC \o “1-3” \h \z \u فصل سوم: مواد و روش ها283-1- خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک محل انجام آزمایش293-2- اطلاعات هواشناسی منطقه مورد آزمایش303-3- مشخصات طرح آزمایشی303-4- آبیاری توتون303-5- مواد آزمایشی303-5-1- معرفی ارقام303-5-2- معرفی مدل CROPWAT 8.0313-6- مراحل اجرای طرح313-6-1- تهیه خزانه313-6-2- آماده سازی زمین و اعمال تیمارها323-6-3- مراحل داشت توتون در زمین اصلی333-7- صفات اندازه گیری شده353-7-1- طول برگ353-7-2- عرض برگ353-7-3- تعداد برگ353-7-4- ارتفاع گیاه353-7-5- قطر ساقه363-7-6- سطح برگ363-7-7- تعیین وزن تر و خشک برگ36
3-7-8- تعیین مقدار قند برگ363-7-9- تعیین مقدارنیکوتین برگ373-8- توابع تولید ارقام توتون نسبت به آب373-9- محاسبات آماری37فصـل چهارم: تجـزیه و تحلیل داده ها38 TOC \o “1-3” \h \z \u 4-1- اثر آبیاری بر عملکرد کمی394-2- اثر آبیاری بر قیمت برگ خشک توتون404-3- اثر آبیاری بر درآمد ناخالص در واحد سطح404-4- اثر آبیاری بر طول و عرض برگ توتون454-5- اثر آبیاری بر ارتفاع بوته454-6- اثر آبیاری بر تعداد برگ464-7- اثر آبیاری بر قطر ساقه464-8- اثر آبیاری بر سطح برگ474-9- توابع تولید ارقام توتون نسبت به آب514-10- اثر آبیاری بر ميزان قند برگ توتون524-11- اثر آبیاری بر میزان نیکوتین برگ توتون54فصـل پنجم: نتیجه گیری و بحث605-1- نتیجه گیری615-2-نتیجه گیری نهایی665-3- پیشنهادات66منابع و مآخذ68چکیده انگلیسی73 TOC \o “1-3″ \h \z \u

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1 سطح زیر کشت و تولید توتون در کشورهای مختلف جهان بر اساس آمار11جدول 3-1 برخی خصوصیات شیمیایی خاک محل انجام آزمایش29جدول 3-2 برخی خصوصیات فیزیکی خاک محل انجام آزمایش29جدول 3-3 آمار هواشناسی ایستگاه تحقیقات توتون گیلان در سال انجام آزمایش34
جدول 3-4 تعداد دور آبیاری و میزان آب مصرفی در هر دور و در کل دوره رشد گیاه35
جدول 4-1 تجزیه واریانس صفات عملکرد برگ تر و خشک، قیمت وزن واحد و قیمت در واحد سطح ارقام توتون در سطوح مختلف نیاز آبی42جدول 4-2 مقایسه میانگین عملکرد برگ تر و خشک، قیمت وزن واحد، قیمت در واحد سطح در سطوح مختلف نیاز آبی گیاه43جدول 4-3 مقایسه میانگین عملکرد برگ تر، عملکرد برگ خشک، قیمت وزن واحد و درآمد هکتاری در ارقام توتون43
جدول 4-4 مقایسه میانگین اثر متقابل آبیاری در ارقام توتون بر عملکرد برگ تر و خشک، قیمت وزن واحد وقیمت در واحد سطح44جدول 4- 5 تجزیه واریانس صفات طول برگ، عرض برگ، ارتفاع بوته، تعداد برگ، قطر ساقه و سطح برگ ارقام توتون در سطوح مختلف نیاز آبی48
جدول 4-6 مقایسه میانگین طول برگ، عرض برگ، تعداد برگ، ارتفاع بوته، قطر ساقه و سطح برگ در سطوحمختلف نیاز آبی49جدول 4-7 مقایسه میانگین طول برگ، عرض برگ، تعداد برگ، ارتفاع بوته، قطر ساقه و سطح برگ در ارقام توتون49جدول 4-8 مقایسه میانگین اثر متقابل آبیاری در ارقام توتون بر طول برگ، عرض برگ، تعداد برگ، قطر ساقه، سطح برگ50جدول 4-9 تجزیه واریانس صفات نیکوتین پابرگ، کمربرگ، لچه برگ و قند پابرگ، کمربرگ و لچه برگ ارقام توتون در سطوح مختلف نیاز آبی58جدول 4-10 مقایسه میانگین صفات نیکوتین پابرگ، کمربرگ، لچه برگ و قند پابرگ، کمربرگ و لچه برگ در ارقام توتون58جدول 4-11 مقایسه میانگین اثر متقابل آبیاری در ارقام توتون بر نیکوتین و قند پابرگ، کمربرگ و لچه برگ59
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل 4- 1 منحنی تابع تولید رقم Coker34751شکل 4- 2 منحنی تابع تولید رقم PVH1951شکل 4- 3 منحنی تابع تولید رقم ULT13852شکل 4- 4 درصد قند برگ در سطوح نیاز آبی در پابرگ، کمربرگ و لچه برگ56شکل 4- 5 درصد نیکوتین برگ در سطوح مختلف نیاز آبی در پابرگ، کمربرگ و لچه برگ57
چکیده
به منظور بررسی مديريت آبياري توتون که یکی از محصولات با ارزش کشاورزی و صنعتی است و در شرایط مختلف آب و هوایی کشت میشود، آزمایشی به صورت کرتهای خرد شده بر پایه بلوکهای کامل تصادفی با در نظر گرفتن 50 (I1) ، 75 (I2) و 100(I3) درصد نیاز آبی گیاه در کرتهای اصلی و ارقام توتون Coker347 (V1) ، PVH19 (V2) و ULT138 (V3) در کرتهای فرعی در سه تکرار به اجرا درآمد. این طرح در سال 1389 در مرکز تحقیقات توتون رشت انجام گرفت و مدیریت آبیاری سه رقم توتون با استفاده از دادههای هواشناسی منطقه با بکارگیری برنامه کامپیوتری CROPWAT8.0 برنامهریزی شد. بر اساس نتایج بدست آمده از نظر وزن تر محصول، ارقام نر عقیم نسبت به رقم کوکر آبدوست تر بوده و پتانسیل پذیرش آب بیشتری را از خود نشان دادند. از نظر این صفت رقم PVH19 (V2) با آبیاری 100درصد با 15710 کیلوگرم بیشترین و رقم کوکر347 (V1) با آبیاری 50 درصد با 8786 کیلوگرم کمترین عملکرد برگ تر را داشتند. از نظر تولید برگ خشک نیز ارقام نر عقیم نسبت به رقم کوکر داراي عملکرد بیشتری بودند. از نظر این صفت رقم PVH19 (V2) با نیازآبی 75 درصد و تولید 1761کیلو محصول برتر از سایر ارقام بوده و رقم کوکر347 با 50 درصد نیاز آبی با 912 کیلو کمترین مقدار محصول برگ خشک را داشت. نتایج طرح نشان داد که تیمار رقم PVH19 (V2) با 100 درصد نیاز آبی از نظر درآمد هکتاری با29010000 ریال بیشترین و تیمار، رقم Coker347 (V1) با50 درصد نیاز آبی با 9514000 ریال کمترین درآمد را به خود اختصاص داد. نتایج حاصله نشان داد که با صرفهجویی 25 درصدی در مصرف آب نه تنها از میزان محصول و درآمد کشاورز کم نمیشود بلکه در هزینههای مصرف آب و کارگری نیز صرفهجویی قابل توجهی به عمل میآید. بنابراین با در نظر گرفتن هزینهها و درآمد حاصل از اجرای طرح، تیمار (I2V2) ( PVH19 با نیازآبی 75 درصد) به عنوان تیمار برتر انتخاب و معرفی گردید.
واژگان کلیدی : توتون، منابع آب، كراپ وات، بهره وری آب کشاورزی، مدیریت آبیاری

فصـل اول
کلیات تحقیق

1- مقدمهنگرش فراگیر و همهجانبه به مدیریت مصرف آب در بخشهای مختلف تنها راه برای حل بحران آب است، تا در پرتو درک اهمیت این ماده حیاتی، بتوان با مدیریت علمی و دقیق، بهرهوری آن را بیش از پیش ارتقاء داد. زیرا بیش از 97 درصد از آبهای کره زمین بصورت آب شور است که در اقیانوسها جای گرفته و 15/2 درصد از 5/2 درصد آب شیرین باقیمانده بصورت یخ قطبی است در نتیجه فقط 65/0 درصد از آب شیرین قابل استفاده میباشد که 16/0 درصد از آن به شکل بخار در جو موجود است و آب باقیمانده که 49/0 درصد کل آب شیرین کره زمین را تشکیل میدهد بصورت آبهای زیرزمینی یا سطحی در دریاچهها، رودخانهها، نهرها موجود میباشد اما تمامی این منابع آب الزاماً از لحاظ اقتصادی قابل مدیریت و بهرهبرداری نیستند (هاشمینیا، 1383). استان گیلان با برخورداری از حدود 600 هکتار سطح زیر کشت توتون و با متوسط عملکرد 1500 کیلوگرم در هکتار بعد از استان های مازندران و گلستان سهم مهمی در تولید توتون کشور و از نظر صنعت ساخت سیگار مقام اول را در خاورمیانه دارد (بینام، 1392). سطح زیر کشت توتون در دنیا 69/3 میلیون هکتار و تولید سالانه آن 88/6 میلیون تن و عملکرد آن در کشورهای در حال توسعه حدود 6/1 و در کشورهای توسعه یافته حدود 2/2 تن در هکتار است (جدول 1- 1). سازمان خواروبارجهانی ((FAO, 2009 . همچنین سطح زیر کشت توتون در ایران حدود 5 هزار هکتار با تولید سالانه 6000 تن برآورد گردیده است (FAO, 2009) .توتون در استانهای شمالی کشور بیشتر بدون آبیاری (دیم) و در استانهای آذربایجان غربی و کردستان به صورت آبی کشت می شود. تغییرات عوامل اقلیمی در سالهای اخیر از جمله افزایش درجه حرارت هوا، کاهش میزان بارش و پراکنش نامنظم آن در طول مرحله رشد موجب ایجاد تنش خشکی در مراحل مختلف رشد گیاه شده و میزان عملکرد را در شرایط دیم به طور قابل ملاحظهای کاهش داده است )بیگلویی و همکاران، 1385). آبیاری گزینه با ارزشی برای افزایش بهرهوری آب در اراضی کشت دیم است و بدون توجه به آن دستیابی به عملکرد مطلوب در شرایط دیم امکان پذیر نمیباشد. کم آبی همانند آب بیش از حد نیاز به طور معنیداری موجب کاهش عملکرد و کیفیت توتون میشود. از این رو آبیاری به مقدار کافی و در زمان مناسب در عملکرد توتون نقش بسزایی دارد. بارش باران ملایم همراه با هوای ابری پس از نشاءکاری، بارش سبک در اوایل مرحله رشد و باران ملایم همراه با هوای روشن و آفتابی در مرحله رشد سریع و عدم بارش در مرحله برگ چینی (بارش در این مرحله از رشد موجب شسته شدن صمغ سطح برگها و کاهش کیفیت برگ می شود) بهترین شرایط برای رشد در مزرعه میباشد. توتون گیاهی است که بر اساس نحوه خشکانیدن در چهار گروه گرمخانهای، هواخشک، آفتابخشک و آتشخشک طبقهبندی میشود و کشت اصلی توتونکاران گیلانی، توتونهای تیپ غربی مانند رقم COKER347 (V1) که عموما” برگدرشت بوده و در گرمخانه خشک میشوند، میباشد. بنابراین بکارگیری برنامه کامپیوتری کراپوات در قالب طرح تحقیقاتی میتواند جهت تعیین زمان و مقدار آب مورد نیاز (مدیریت آبیاری) در عملکرد کمی و کیفی توتونهای ارقام تجاری PVH19 (V2) ، ULT138 (V3) و رقم محلی COKER347 (V1) که از توتونهای گرمخانهای محسوب می شوند نقش بسزایی داشته باشد.
1-2- بیان مسئله
توتون یکی از محصولات با ارزش کشاورزی و صنعتی است که در شرایط مختلف آب هوایی در بیش از صد کشور دنیا کشت می شود و در اقتصاد بعضی از آنها تاثیر بسزایی دارد . با توجه به اينكه بزرگترین کارخانه سیگارت سازي خاور میانه در استان گیلان قرار دارد و در سالهاي اخير به دليل رقابت شديد كشتهاي رقيب در منطقه و كم شدن چشمگير سطح زير كشت توتون از يك سو و كاهش نزولات آسماني و پراكنش نامنظم آن در طول فصل رشد از سوي ديگر موجب پايين آمدن عملكرد در واحد سطح گرديده و هر ساله ارز زیادی صرف واردات توتون میشود بنابراين براي تامين توتون كارخانههاي سيگارت سازي، نياز به افزایش عملکرد در واحد سطح با اعمال مديريت آبياري میباشد. با توجه به تحقيقات انجام گرفته، نیاز آبی توتون از نظر ارقام و مراحل رشد گياه بسیار متفاوت است به گونه ای که آبیاری بلافاصله بعد از عمل نشاکاری غیر از مواقع خشکی و گرمای شدید توصیه نمیشود زيرا حداکثر نیاز آبی آن 50 الی 70 روز بعد از نشاکاری (Ananymous, 1998) است وکمبود آب در اواسط مرحلة توسعه موجب کاهش رشد و کوچکتر ماندن برگها میشود و کمبود شدید آن در طول مرحله گلدهی و رسیدگی، موجب تأخیر در مرحله برداشت محصول و در نتیجه کاهش وزن برگ و ترکیبات شیمیایی آن میشود (Doorenbos and Kassam, 1986). در توتون کم آبی همانند آب بیش حد نیاز بطور معنیداری موجب کاهش عملکرد كمي و كيفي آن میشود، از این رو آبیاری به مقدار کافی و در زمان مناسب (مدیریت آبیاری) در عملکرد توتون نقش به سزایی دارد. بنابراین افزایش عملکرد کمی و کیفی توتون بدون توجه به ارقام و اعمال مدیریت آبیاری امکان پذیر نمیباشد. در اين آزمايش ارقام توتون Coker347 , ULT138 و PVH19 با سه سطح 50، 75 و100 درصد نیاز آبی با استفاده از مدل CROPWAT بر اساس شرایط آب و هوایی سال 1389 منطقه در مرکز تحقیقات توتون رشت جهت مقایسه عملکرد كمي و كيفي با رویکرد صرفه اقتصادی مورد آزمایش قرار گرفت.
1-3- اهمیت و ضرورت تحقیق
در استان گیلان توتون طی سالیان گذشته عمدتاً بدون آبیاری کشت میشد و معمولاً بجز آب نشاءکاری آب دیگری در طول دوره داشت به آن داده نمیشد. و این در شرایطی بود که میزان بارندگی استان بیش از 1500 میلیمتر در سال بود. در سالهای اخیر به دليل کاهش میزان بارندگی و نامنظمی پراکنش آن بویژه در طول دوره رشد، توتونکاران ناگزیر به انجام آبیاری تکمیلی گرديدهاند. اما بعلت بياطلاعي از نیاز آبی توتون، در بسیاری از مناطق بیشتر و کمتر از نیاز واقعی گیاه آبیاری انجام میگیرد. در حال حاضر جمعیت کشور بیش از 70 میلیون نفر است و برای تولید 65 میلیون تن محصول حدود 85 میلیارد متر مکعب آب ( با کارایی 62/0 کیلوگرم با مصرف 1000 لیتر) مصرف می شود. با توجه به پیشبینیهای انجام شده در 50 سال آینده جمعيت ايران به حدود 120 میلیون نفر خواهد رسید. مسئله مهم پیش روی کشاورزی کشور این است که با افزايش جمعيت چگونه میتوان تولیدات کشاورزی را به دو برابر مقدار کنونی یعنی 130 میلیون تن رساند؟ بنابراين با نگرش به منابع آبي به این واقعیت تلخ پی میبریم که هر چند زمین کشاورزی به قدر کافی داشته باشیم، منابع آبي اجازه استفاده دو برابر فعلی یعنی 170 میلیارد متر مکعب را نمیدهد. و این امر با توجه به قرار گرفتن ایران در گروه کشورهای « کمبود مطلق آب » مدیریت علمی و دقیق بهرهوری آب را بیش از پیش می طلبد.
1-4- فرضیهها- مدیریت آبیاری با استفاده از برنامه CROPWAT میتواند در صرفهجویی مصرف آب مؤثر باشد.
– مدیریت آبیاری مناسب میتواند بر افزایش عملکرد کمی و کیفی توتون و اقتصادی بودن آن مؤثر باشد.
– افزایش سود اقتصادی محصول به ازاء هر واحد آبیاری در شرایط محدودیت آب با اعمال مدیریت صحیح آبیاری میتواند موجب گسترش تولید گیاه توتون در بین کشاورزان منطقه گردد.
1-5- اهداف تحقیقبا استفاده از برنامه کامپیوتری CROPWAT مدیریت آبیاری برای کشت ارقام مختلف توتون در منطقه رشت موجب صرفه جویی در مصرف آب و افزایش عملکرد کمی و کیفی آن خواهد شد.
با توجه به شرایط اقلیمی منطقه با اعمال مدیریت صحیح آبیاری میتوان تولید ارقام مناسب گیاه توتون را در منطقه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمود.
نتایج حاصل از این تحقیق میتواند کاربرد چندگانه در مدیریت و برنامهریزی آبیاری از نظر افزایش بهرهوری آب جهت مقابله با بحران آن در مناطق تحت کشت توتون داشته باشد.
1-6- محدوده تحقیق
1-6-1- محدوده تحقیق از نظر موضوعیبا توجه به قرار گرفتن ایران در یک منطقه خشک و نیمه خشک و اختصاص دادن درصد بالایی از آب مصرفی به بخش کشاورزی نیاز به بالا بردن راندمان کاربرد آب احساس میشود. و یکی از راههای بالابردن راندمان و جلوگیری از هدر رفت آب توجه به مسأله نیاز آبی گیاهان میباشد. در این تحقیق با توجه به موقعیت جغرافیایی محل آزمایش علاوه بر اندازهگیری خواص مرفولوژیکی و خواص کیفی توتون، پارامترهای اقتصادی کشت سه رقم توتون مدیریت و محاسبه گردید.
1-6-2- محدوده تحقیق از نظر مکانی
آزمایش در مرکز تحقیقات توتون رشت با طول جغرافیایی 31َ و0 49 و عرض جغرافیایی 16َ و 0 37 و ارتفاع 5- متر از سطح دریا انجام گرفت.
1-6-3- محدوده تحقیق از نظر زمانیتحقیق پیش رو در دو بخش زراعی و آزمایشگاهی که منجر به استخراج دادهها و اطلاعات مورد نیاز گردید در سال 1389 در مرکز تحقیقات توتون گیلان انجام و اطلاعات جمعآوری شده در سال 92 مورد تجزیه و تحلیل آماری و اقتصادی قرار گرفت.
1-7- توتون و اهمیت آن دراقتصاد کشورهاتوتون از گیاهان صنعتی است و منشاء آن آمریکای جنوبی میباشد. این گیاه در دامنه وسیعی از شرایط آب و هوایی رشد میکند و کشورهایی مانند چین، آمریکا، برزیل، آرژانتین، زیمبابوه، اوگاندا، ترکیه، یونان، بلغارستان و ایتالیا در سطح وسیع و در بسیاری از کشورهای دیگر در حد محدودتری کشت و در اقتصاد برخی از آنها نقش بسزایی دارد، بطوریکه در بعضی از کشورها درآمد حاصل از این صنعت بخش مهمی از درآمد ملی را تشکیل میدهد. ایالات متحده آمریکا و جمهوری خلق چین بطور سنتی بزرگترین تولیدکنندگان توتون جهان هستند و مجموعا 40 درصد تولید جهانی را در سال 1975 دارا بودهاند. در دهه 70 سطح زیر کشت توتون تنها در گیلان حدود 5000 هکتار بود و بعد از شرکت نفت شرکت دخانیات یکی از شرکتهای سودآور بود و سهم بسزایی در اشتغال جوامع روستایی خصوصا در استانهای شمالی کشور داشت. اما علت کاهش سطح زیر کشت آن در سالهای اخیر درآمد بیشتر کشاورزان منطقه از کشت های رقیب مانند کیوی در منطقه تالش میباشد.

فصـل دوم
مروری بر منابع
2-1- تاریخچه کشت توتون در جهانبرخی از مورخان پیدایش توتون را در چین و آسیای مرکزی میدانستند. کریستف کلمب که اصلا ایتالیایی بود با جلب نظر ایزابلا و فردیناند پادشاه اسپانیا در سوم اوت 1492 با یکصد و بیست نفر و سه کشتی نینا، پنتیا ونستاماریا از بندر پالوس در جنوب شرقی اسپانیا به سوی هند شرقی حرکت کرد اما دو ماه بعد در 11 اکتبر 1492 از کرانههای گوانهانی از جزایر باهاما و سپس از کوبا سر در آورد. کریستف کلمب که تا آخر عمرش مجموعا چهار بار به امریکا سفر کرد، در اولین سفر وقتی به کوبا رسید مشاهده کرد که بومیان نوعی از برگها را به هم پیچیده و پس از آتش زدن دود آن را در دهان فرو برده و از بینی خارج میسازند و یا آن را خرد کرده و در کیسه ریخته و در سفر همراه خود میبرند و در مواقع لزوم مقداری از آن را کوبیده و در چوب ذرت یا نی یا در سر استخوان جای داده و آتش زده و میکشند یا انبوهی از این گیاه را با ساقه و ریشه آتش زده و در اطراف آن رقص و پایکوبی میکنند. بنابراین در صدد آزمایش برآمدند و پس از مدت کوتاهی میل به استعمال آن پیدا کردند. این گیاه همان توتون و تنباکو بود. همچنین بومیان سرخپوست تیرهای خود را به یک نوع ماده سمی آغشته کرده و به سوی دشمن پرتاب میکردند که این سم شیره همان گیاه یا آلکالوئید بود که بعدا نیکوتین نامیده شد (خواجهپور، 1385).
2-2- تاریخچه کشت توتون در ایراندر جلد یکم تاریخچه مصور توتون در کتابخانه جورج آرتز نیویورک آمده که توتون از مصر به ایران آورده شده است. همچنین گزارش شده که در سال 1514 میلادی، پرتغالیها به جزیره هرمز در جنوب ایران حمله کرده و آن را تصرف کردند و این جزیره حدود 100 سال در دست آنها بود و در همین مدت توتون وارد ایران شد و تا سال 1915 میلادی خرید و فروش توتون انجام میشد و در این سال برای اولین بار قانون انحصار دولتی دخانیات توسط مجلس تصویب شد. در سال 1812 میلادی بذر توتون به توصیه محمدخان ناصرالملک همدانی و به وسیله استپان هاراتونیاس که در آن زمان در گیلان به حکیم فانوس مشهور بود، وارد ایران شد و در گیلان کشت گردید (خدابنده، 1385).
2-3- جايگاه كشت توتون درگيلانتوتون گیاهی است که در آب و هوای معتدل و خاکهای نسبتا سبک (Sandy loam) رشد خوبی دارد و استان گیلان بدلیل داشتن شرایط مناسب، خصوصا در غرب و شمال غربی استان یکی از مناطق عمده کشت توتونهای تیپ غربی که برگ درشت دارند و در گرمخانههای مخصوص خشک می شود بوده و توتونهای تولیدی در این استان از نظر مرغوبیت با بهترین برندهای جهانی قابل رقابت میباشند. مناطق کشت توتون در گیلان شهرهای تالش، آستارا، صومعه سرا، رشت و توتونهای تحت کشت عمدتا تیپ غربی میباشند.
2-4- سطح زیر کشت و تولید توتون در ایران و جهانسطح زیر کشت توتون در جهان 4509107 هکتار میباشد که از این مقدار 307/2 میلیون هکتار در آسیا، 567/1 میلیون هکتار در آمریکا، 495 هزار هکتار در افریقا، 120 هزار هکتار در اروپا و 20 هزار هکتار در اقیانوسیه میباشد. تولید توتون در جهان بالغ بر 434/881/6 میلیون تن میباشد که از این مقدار 455/4 میلیون تن در آسیا، 770 هزار تن در امریکا، 531 هزار تن در افریقا، 273 هزار تن در اروپا و 4 هزار تن در اقیانوسیه تولید میشود (جدول2- 1). سطح زیر کشت در ایران حدود 6 هزار هکتار با تولید سالانه 7800 تن است.
جدول2-1: سطح زیر کشت و تولید توتون در کشورهای مختلف جهان بر اساس آمار (FAO, 2009)
کشور سطح زیر کشت (میلیون هکتار) تولید کل (میلیون تن)
چین
برزیل
هند
امریکا
ایران
آرژانتین
………
……… 250/1
431/0
370/0
142/0
135/0
092/0
………
………. 836/2
850/0
520/0
360/0
180/0
190/0
……..
……….
مجموع جهانی 509/4 881/6
2-5- گیاهشناسی توتونتوتون گیاهی از خانواده بادنجانیان، از جنس نیکوتیانا و با نام علمیNicotiana Tobacco میباشد و به صورت سلسلة Plant ، رده Angiosperm ، زیر رده Dicotholdon ، راسته Solanales ، جنس Nicotiana ، خانواده Solanacea ، گونه Tobacum طبقهبندی شده است. این گیاه دارای ارقام زیادی است که 60 نوع آن تاکنون شناسایی شده است (خدابنده، 1385). توتون گیاهی یکساله با ریشههای اصلی و فرعی افشان است و گاهاً ریشة اصلی آن 150 – 100 سانتیمتر در خاک نفوذ میکند. نیکوتین در ریشه تشکیل شده و سپس به برگها منتقل میشود. ارتفاع بوتههای توتون با توجه به شرایط آب و هوایی، وضعیت حاصلخیزی خاک، نوع رقم کشت شده و مدیریت آبیاری و نگهداری آن از 50 تا 250 سانتیمتر متغیر است. ساقه توتون ابتدا سبز رنگ و علفی است و بتدریج با رشد بوتهها سفت و خشبی میگردد. توتون دارای برگهای ساده و نسبتاً پهن و بزرگ میباشد و بطور متناوب روی ساقه قرار ميگيرد. بعضی از ارقام توتون نظیر توتونهای تیپ شرقی دارای برگهای بیشتر ولی با ابعاد طول و عرض کمتری میباشند. برگهای توتونهای تیپ غربی که عموماً معروف به توتونهای گرمخانهای هستند بطور میانگین دارای 60- 50 سانتیمتر طول و 30 – 25 سانتیمتر عرض بوده و تعداد برگهای قابل برداشت و اقتصادی آن 24-20 عدد می باشد (رنجبر، 1384). گل آذین توتون که در انتهای ساقه اصلی قرار دارد خوشهای مرکب و به رنگ صورتی مایل به سفید تا قرمز است. گلهای آن بصورت شیپوری و دارای 5 کاسبرگ، 5 گلبرگ، 5 تا 6 عدد پرچم و یک تخمدان است. گرده افشانی در توتون بصورت مستقیم انجام میگیرد. و میوه آن بهشکل کپسول است که معمولاً از 2 خانه تشکیل شده و در داخل خانههای کپسول تعداد زیادی دانه وجود دارد رنگ دانه ها معمولاً قهوهای تیره بوده که دارای آلبومین هستند در گونه Nicotiana tabacum بطور متوسط در هر کپسول 3000 تا 8000 و در گونه Nicotiana rustica حدود 500 تا 600 بذر وجود دارد و يك گرم بذر شامل 10000 تا 13000 بذر میباشد.
2-6- نیازهای اقلیمی توتونتوتون گیاه مناطق گرمسیری است و از بعد اقتصادی ، کشت آن در بالغ بر 100 کشور جهان مانند: آمریکا، برزیل، یونان، ترکیه، ایتالیا، آفریقایجنوبی، مالاوی، چین، آذربایجان، ایران و دیگر کشورها در بین مدار 55 درجة شمالی و 40 درجة جنوبی انجام میگیرد. توتون نسبت به سرما و یخبندان حساس است و در طول دورة رشد آن در مزرعه که بین 120 تا 140 روز میباشد نیاز به هوایی معتدل دارد و گرمای بیش از حد و به مدت طولانی موجب بروز تنش و آسیب رسیدن به بوتهها میشود (مصباح، 1385). دمای پایینتر از 13 درجه سانتیگراد موجب کندی رشد توتون شده و معمولاً کشت آبی در مناطقی پیشنهاد میگردد که متوسط دمای روزانه در طول فصل زراعی 28 تا 32 درجه سانتیگراد میباشد (خدابنده، 1385؛ رنجبر، 1384). همچنین کیفیت نور در ترکیبات برگ و نیز شکل فیزیکی آن مؤثر است (رنجبر، 1384). توتون میتواند خشکی خاک را تا حد کمی تحمل کند اما خشکیهای طولانی مدت خاک اثر نامطلوبی در رشد توتون از طریق قطع فرایندهای فیزیولوژیک خواهد داشت و انجام آبیاری تکمیلی نیاز آبی توتون را تأمین خواهد کرد. بیگلویی و همکاران (1385) گزارش کردند که عملکرد برگ خشک تیمارهای آبیاری تکمیلی در توتون بیشتر از عملکرد تیمار بدون آبیاری شد.
2-7- نیازهای زراعی توتوننیازهای تغذیهای توتون با انجام کوددهی به موثرترین شکل و در مناسبترین زمان و مکان انجام میگیرد تا محصولی با عملکرد و کیفیت قابل قبول به دست آید. فاکتورهای کیفی توتون به طور مستقیم و غیر مستقیم تحت تاثیر تغذیه این محصول قرار دارد. مکووی (Mcevoy, 1957) گزارش کرد که برگ توتون از (90- 85) درصد از مواد معدنی و ترکیبات آلی که ممکن است در نهایت به اسیدهای آلی، کربوهیدراتها و آلکالوئیدها تقسیم شوند، تشکیل یافته است و مهمترین عاملی که قابل استفاده بودن برگ توتون را در خرمن سیگارت تعیین مینماید قابلیت سوزش آن میباشد. توتون از میان عناصر غذایی به ازت، فسفر، پتاسیم، منیزیم و گوگرد بیشتر از عناصر دیگر نیاز دارد و عمدتا از عنصر ازت، فسفر و پتاسیم به طور گسترده در کشت توتون استفاده میشود. مارچتی Marchti, 2005)) گزارش کرد که نیتروژن موجود در اتمسفر از طریق تثبیت بیولوژیکی و تخلیه الکتریکی ابرها در اثر رعد و برق به زمین انتقال می یابد و منبع اولیه نیتروژن برای فعالیت بیولوژیکی محسوب میشود. تیسدال و همکاران (Tisdal et al., 1985) گزارش کردند که فسفر در تقسیم سلولی و ساخت چربی و آلبومین دخالت داشته و گلدهی، میوهدهی، و تشکیل دانه را در گیاهان افزایش میدهد.کودهای آلی کمتر در زراعت توتون استفاده میشوند. اما در برخی از کشورها در کشت توتونهای تیپ شرقی به جای کود شیمیایی تا حدودی از کود دامی استفاده میگردد. نیاز توتون به عناصر غذایی مختلف یکسان نیست. اختلافات تغذیهای در توتون اساسا پدیدههای فیزیولوژیک و بیوشیمیایی هستند که با کمبود یا ازدیاد مواد معدنی و یا اثرات متقابل میان برخی عناصر تحت شرایط محیطی ویژه ایجاد میشوند و وجود آنها در واقع انعکاسی از عدم تعادل در سیستم متابولیک گیاه میباشد. مقدار ازت لازم در مزارع مختلف از 40 تا 90 کیلوگرم در هکتار متغیر است که از کودهای نیتراته موجود تامین میگردد. همچنین در کشت توتون در خاکهای با فسفر متوسط 45 کیلوگرم در هکتار و در خاکهایی که کمبود فسفر دارند، حدود 100 کیلوگرم P2O5 از منبع سوپر فسفات تریپل استفاده میگردد. کودهای پتاسه مورد استفاده در توتونکاری حدود 150 تا 200 کیلو K2O یا 300 تا 400 کیلو فسفات پتاسیم 50 درصد است که چون به صورت تدریجی و کم در آب حل میشود، ضروری است که با خاک مخلوط شود تا به طور موثرتری در اختیار گیاه قرار گیرد. عمليات کشت توتون با تولید نشاء در خزانههای سنتی و خزانههای شناور شروع میشود. (مصباح، ۱۳۸۵). اندازه بذر در مقدار جوانه زني و قدرت رويش تاثير داشته كه اين دو از فاكتورهاي مهم در عمليات آغازين كشت نظير بذرپاشي در خزانه يا انتقال نشاء براي كاشت در زمين اصلي به شمار مي آيند. طول دوره تهيه نشاء مطابق با سيستم توليد و محيط خزانه نشاء تغيير ميكند به طوري كه زمان این دوره از 6 تا 8 هفته برای گلخانههای دارای هواي گرم و خزانههاي خارج از گلخانه در مناطق نسبتا گرم، تا حدود 12 هفته براي خزانههاي باز واقع در مناطق سردتر متغير است (خدابنده، 1385؛ رنجبر، 1384). بذر توتون دارای قوه نامیه بالایی است و معمولاً چنانچه در شرایط مطلوب از نظر دما و رطوبت نگهداری شود اگرچه با گذشت سالها از قوة نامیه آن کم میشود ولی بین 13 – 10 سال، اما با درصد پائین تر قابلیت سبز شدن دارد. رطوبت 7 درصد و دمای پائینتر از 21 درجه سانتیگراد برای نگهداری بذر توتون شرایط مناسبی است و بذر توتون در شرايط مناسب نگهداري ميتواند تا 25 سال قدرت جوانهزنی خود را حفظ كند (خدابنده، 1385). کشت توتون با تهیه نشا در خزانه شروع میشود و زمانی که ارتفاع نشاء به حدود 15 سانتیمتر رسید، به زمین اصلی انتقال داده میشود. در توتونهای تیپ غربی (برگدرشت) که تعداد آن 20000 بوته در هکتار است، نشاها را بصورت ردیفی، به فاصله 60 – 50 سانتیمتر روی ردیف و 120- 100 سانتیمتر بین دو ردیف در داخل واله با شیارهایی که با فوکا در زمینی که قبلاً بوسیله شخمهای پائیزه و بهاره و همچنین دیسک و روتاری کاملاً آماده گردیده نشاءکاری میکنند. جهت تثبیت نشاءها در خاک و جلوگیری از خشک شدن بوتهها که منجر به واکاری خواهد شد. والههای ایجاد شده را قبل و بعد از نشاءکاری آبیاری میکنند که نشاها کاملاً به خاک بچسبند. جهت رسیدن نور بیشتر به بوتههای داخل مزرعه معمولاً طول خطوط کشت شمالی جنوبی گرفته میشود. گریکو و بلاگو (Greco and blago, 1996) در بررسی اثرات تراکم بوته و سطوح مختلف کود نیتروژن بر خصوصیات کمی و کیفی توتون رقم Xanthi Yaka با سه سطح نیتروژن گزارش کردند که با افزایش تراکم بوته سطح برگها کاهش، ولی عملکرد افزایش یافت. ایوانو (Ivanov, 1978) در بررسی توتون شرقی (برگریز) رقم Kroumovg– 840 گزارش کرد که بالاترین عملکرد و کیفیت در فاصله کاشت60 سانتیمتر بین ردیف و 5/12 سانتیمتر روی ردیف و با تراکم 133000بوته در هکتار بهدست آمد.
2-8- سیستم کشت توتوندر گذشته توتون در استانهای شمالی کشور بدون آبیاری و در استان آذربایجان غربی بصورت آبی کشت میشد. تغییرات عوامل اقلیمی در سالهای اخیر از جمله افزایش درجه حرارت هوا، کاهش میزان بارش و پراکنش نامنظم آن در طول مرحله رشد موجب ایجاد تنش خشکی در مراحل مختلف رشد گیاه شده و میزان عملکرد محصول در شرایط بدون آبیاری بطور قابل ملاحظهای کاهش یافته است (بیگلویی و همکاران، 1385). در سالهاي اخير به دليل كمبود نيروي كار و پرهيز از مصرف سموم، روشهاي جديدي از جمله توليد نشاء به روش گلداني و روش شناور متداول شده است، مزيت اين روشها اين است كه هنگام انتقال نشاء به زمين اصلي به نشاءها صدمه وارد نميشود (خدابنده، 1385؛ رنجبر، 1384). هر بوته توتون گرمخانهاي حدود 12تا 15 گرم بذر تولید ميكند كه شامل حدود 150000 بذر بوده و اين ميزان بذر براي مصرف در 60 مترمربع خزانه توتون كافي میباشد. اين سطح خزانه به طور طبيعي براي 3 هكتار مزرعه توتون نشاء با كيفيت مناسب را تامین میکند (مصباح، 1385). پس از شخم بهاره و آماده كردن زمين و زماني كه ارتفاع بوتهها در خزانه به 10 تا 12 سانتيمتر رسيد موقع انتقال نشاء به زمين اصلي فرا ميرسد. قبل از نشاء كاري در زراعت ديم با فوكا و در زراعت آبي با گاو آهن ايراني و يا كلدر زمين را خطكشي ميکنند. جهت خطوط كشت بايد شمالي، جنوبي باشد زيرا در غير اين صورت برگهاي رو به جنوب از آفتاب بیشتر استفاده ميكنند و زودتر از برگهاي طرف ديگر ميرسند (مصباح، 1385). علی رغم اینکه نتایج تحقیقات انجام گرفته نشان میدهد که عملکرد توتون با انجام آبیاری تکمیلی نسبت به شرایط دیم تا دو برابر افزایش مییابد باز هم در بسیاری از مناطق شمال ایران توتونکاری بصورت دیم انجام میگیرد (بیگلویی و همکاران، 1385). براي سهولت نشاءكاري و جلوگيري از خشك شدن نشاء فقط قبل و بعد از نشاءكاري داخل خطوط را با آبپاش آبیاری ميكنند اما در غرب و همچنين در مناطق تنباكوكاري كه توتون و تنباكو آبیاری ميشود يك روز قبل از نشاءكاري زمين را آبیاری نموده و روز نشاءكاري نيز جويها را پر از آب كرده و نشاها را در محل داغ آب كشت ميكنند. همچنین در اراضي وسيع امكان كشت مكانيزه توتون توسط ماشينهاي نشاءكاري وجود دارد. كاشت نشاء توتون توسط اين ماشينها با داشتن مزيتهاي فراوان موجب افزايش راندمان كار و كاهش هزينههاي توليد و بالا رفتن درآمد كشاورزان ميشود (خدابنده، 1385). در ميان انواع توتونها از نظر فاصله كاشت تفاوتهاي گستردهاي وجود دارد. تراکم گياه توتون از 8000 تا 20000 بوته در هکتار براي انواع مختلف توتونهای برگپهن متفاوت است. كاشت نشاءها با فاصله كمتر منجر به كاهش ابعاد برگ، ضخامت و وزن در واحد سطح برگ ميشود. تركيبات شيميايي در توتون بطور عمده تابع تعداد گياه در واحد سطح و نيز تعداد برگ در هر گياه ميباشد (خواجه پور، 1385). در توتون ويرجينيا فواصل بين خطوط کاشت 100 تا 120 و فاصله بين بوتهها بر روی رديفها حدود 50 سانتيمتر است (رنجبر، 1384). زمان نشاءكاري بستگي به شرايط آب و هوايي، زمان بذر پاشي در خزانه و وسعت اراضي دارد. در اراضي شيبدار كه رطوبت خاک زودتر به حد گاورو میرسد، نشاءكاري زودتر و بر عكس در اراضي جلگهاي ديرتر انجام ميشود (رنجبر، 1384). معمولا بعد از انتقال نشاء به زمين اصلي بر اثر گرماي محيط نشاءها پژمرده ميشوند ولي پس از شروع فعاليت ريشه و جذب مواد غذايي یعنی 4 تا 5 روز پس از نشاءكاري از حالت پژمردگي خارج ميشوند البته ممکن است به دليل ضعف بوتهها، عدم انجام صحیح عمل نشاءكاري، خشكي هوا و خسارت ناشي از آفات به خصوص کرم آگروتيس تعدادي از نشاءها از بين بروند و بايد جاي آنها را مجددا نشاءكاري كرد كه به اين عمل اصطلاحاً واكاري ميگويند. گاهی زمين بر اثر آبیاری يا بارندگي سله ميبندد كه از يك طرف ساقه گیاه را فشرده و جريان طبيعي شيره نباتي را دچار مشكل ميسازد و از طرف ديگر سبب افزايش تبخير و رطوبت خاک ميگردد لذا در توتونکاری ديم، 8 تا 10 روز بعد از نشاءكاري بايد اقدام به سله شكني و وجين علفهاي هرز كرد. وجين اول بايد در نهايت دقت و بطور سطحي انجام شود تا به نبات آسيبي نرسد و 15 – 10 روز پس از اولین وجین، وجين دوم باید انجام گیرد و همراه مبارزه با علفهاي هرز، خاکدهی پاي بوتهها انجام شود (خدابنده، 1385). خاكدهي پاي بوته ضمن افزايش استقرار گياه در مراحل انتهايي رشد سبب بهبود توسعه ريشههاي طوقي يا تاجي ميشود كه اهميت زيادي در مقاومت گياه به خشكي دارد (رنجبر، 1384). زمانیکه حدود 30 درصد از گلهای توتون باز شد، جهت بالا بردن راندمان کمی و کیفی برگها گلآذین بوتهها قطع شده و محل قطع آن به وسیله الکل چرب (5 – 3 درصد) یا مالئیکهیدرازید (30 درصد )



قیمت: 11200 تومان

مدل‌سازي عددي هيدروليك جريان و آبشستگي در پايين‌دست جريان ترکيبي همزمان از روي سرريز و زير دريچه با استفاده از نرم‌افزار Flow3D

دانشکده مهندسی آب و خاک
پایاننامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته
سازههای آبی

مدل‌سازي عددي هيدروليك جريان و آبشستگي در پايين‌دست جريان ترکيبي همزمان از روي سرريز و زير دريچه با استفاده از نرم‌افزار Flow3D
پژوهش و نگارش:
محمد کاهه
استاد راهنما:
دکتر امیراحمد دهقانی
اساتيد مشاور:
دكتر مهدي كاهه
دكتر عبدالرضا ظهيري
تابستان 1392

تعهدنامه پژوهشی
نظر به اینکه چاپ و انتشار پایان نامه‌های تحصیلی دانشجویان دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان مبین بخشی از فعالیت‌های علمی- پژوهشی بوده و همچنین با استفاده از اعتبارات دانشگاه انجام می‌شود؛ بنابراین به منظور آگاهی و رعایت حقوق دانشگاه دانش آموختگان این دانشگاه نسبت به رعایت موارد ذیل متعهد می‌شوند:
قبل از چاپ پایان ‌نامه خود، مراتب را قبلا به طور کتبی به مدیریت تحصیلات تکمیلی دانشگاه اطلاع داده و کسب اجازه نمایند.
قبل از چاپ پایان نامه در قالب مقاله، همایش، اختراع و اکتشاف و سایر موارد، ذکر نام دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان الزامی است.
انتشار نتایج پایان نامه باید با اطلاع و کسب اجازه از استاد راهنما صورت گیرد.
اینجانب محمد کاهه دانشجوي رشته سازههاي آبی مقطع کارشناسی ارشد تعهدات فوق و ضمانت اجرایی آن را قبول کرده و به آن ملتزم می شوم.
نام و نام خانوادگی و امضاء

تقدیم به مهربان فرشتگانی که:
لحظات ناب باور بودن
لذت و غرور دانستن
جسارت خواستن
عظمت رسیدن
و
تمام تجربههای یکتا و زیبای زندگیم، مدیون حضور سبز آنهاست

تشکر و قدردانی
سپاس خدای را که سخنوران در ستودن او بمانند و شمارندگان، شمردن نعمت‌های او ندانند و کوشندگان حق او را گزاردن نتوانند و سلام و درود بر محمد و خاندان پاک او، طاهران معصوم، همه آنان که وجودمان وامدار وجودشان است.
بدون شک جایگاه و منزلت معلم، برتر از آن است که در مقام قدردانی از زحمات بی شائبه او، با زبان قاصر و دست ناتوان، چیزی بنگاریم. اما از آنجایی که تجلیل از معلم، سپاس از انسانی است که هدف و غایت آفرینش را تأمین می‌کند، بر حسب وظیفه و از باب
“من لم یشکر المنعم من المخلوقین لم یشکر الله عز و جل”
مراتب قدردانیأم تقدیم به:
خانواده عزیزم که در تمام دوران زندگیم یار و همراه من بودند، بخصوص پدر و مادرم که در سایه محبت بیکرانشان چگونه زیستن آموختم
جناب دکتر امیراحمد دهقانی به خاطر راهنمایی‌های ارزنده‌ای که در طول تحصیل و مراحل انجام پایان نامه ارائه نمودند
جناب دکتر مهدی کاهه که در تمامی مراحل انجام تحقيق از هيچ كمکی دريغ نورزيدند
جناب دکتر عبدالرضا ظهیری که از راهنمایی های ارزشمندشان بهرهمند شدم
همچنین دوستان خوبم که در مراحل تدوین و ارائه پایان نامه همراه من بودند .

چکیده
در سازه‌های ترکیبی سرریز- دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان و تغییر در توزیع تنش‌های برشی کف می‌شود. از این‌رو شبیه‌سازی عددی الگوی جریان عبوری از این سازه‌ها بسیار پیچیده است. هدف اصلی از این تحقیق، شبیه‌سازی عددی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست جریان ترکیبی همزمان از روی سرریز و زیر دریچه با استفاده از نرمافزار Flow3D است. نرمافزارFlow3D یک نرمافزار قوی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی است که برای حل مسائل با هندسه پیچیده مورد استفاده قرار مي‌گیرد. این مدل برای شبیه سازی جریانهای سطح آزاد سهبعدی غیر ماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. در این تحقیق مدلسازی در حالت کف صلب و کف متحرک انجام شد و برای واسنجی و صحتسنجی این نرمافزار به منظور تخمین پارامترهای جریان در سازههای ترکیبی، از نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته در این تحقیق استفاده شد. به منظور شبیهسازی پروفیل سطح آب از روش VOF استفاده شد. همچنین برای شبیهسازی آبشستگی جریان از مدلهای مختلف آشفتگی مانند RNG k-ɛ، k-ɛ و LES بهره گرفته شد. پس از اطمینان از دقت مدل و با انتگرالگیریهای پروفیلهای سرعت روی سرریز و زیر دریچه، میزان دبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه تعیین شد. سپس با انجام آنالیز ابعادی، نسبت دبی عبوی از روی سرریز به زیر دریچه، تابعی از عدد فرود (Fr)، نسبت عمق بالادست سازه به بازشدگی زیر دریچه (H1W) و هد آب روی سرریز به طول سازه (HdT) گردید. مقایسه نتایج مدلسازی در حالت کف متحرک با نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که مدل از قابلیت بالایی جهت شبیهسازی الگو و میزان آبشستگی برخوردار است.
کلمات کلیدی: جریان ترکیبی، سرریز- دریچه، آبشستگی، مدل‌سازی عددی، Flow3D.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
TOC \h \z \t “t1,1,t2,1,t3,1” 1-1 مقدمه2
HYPERLINK \l “_Toc365922955” 1-2 تعاریف3
HYPERLINK \l “_Toc365922956” 1-2-1 سرریزها3
HYPERLINK \l “_Toc365922957” 1-2-2 دریچهها3
HYPERLINK \l “_Toc365922958” 1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچه4
HYPERLINK \l “_Toc365922959” 1-2-4 آبشستگی6
HYPERLINK \l “_Toc365922960” 1-3 ضرورت انجام تحقیق9
HYPERLINK \l “_Toc365922961” 1-4 اهداف تحقیق9
HYPERLINK \l “_Toc365922962” 1- 5 ساختار کلی پایاننامه10
فصل دوم: بررسی منابع
2-1 مقدمه12
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان12
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D16
فصل سوم: مواد و روشها
3-1 مقدمه22
3-2 نحوه انجام آزمایشات22
3-2-1 مخزن23
3-2-2 پمپ23
3-2-3 کانال آزمایشگاهی23
3-2-4 مخزن آرام کننده جریان24
فهرست مطالب
عنوان صفحه
3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز – دریچه24
3-3 آنالیز ابعادی25
3-4 شبیهسازی عددی27
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3D28
3-4-2 معادلات حاکم32
3-4-3 مدلهای آشفتگی33
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهای35
3 -4-3-2 مدلهای یک معادلهای35
3-4-3-3 مدلهای دو معادلهای36
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنش36
3-4-4 شبیهسازی عددی مدل37
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدل38
3-4-4-2 شبکه بندی حل معادلات جریان38
3-4-4-3 شرایط مرزی کانال40
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدل41
3-4-4- 5 شرایط اولیه جریان43
3-4-4-6 زمان اجرای مدل43
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1 مقدمه46
4-2 شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب46
4-2-1 واسنجی نرمافزار46
4-2-1-1 ارزیابی نرمافزارپ48
4-2-1-2 بررسی تأثیر انقباض جانبی سازه ترکیبی سرریز – دریچه بر هیدرولیک جریان54
فهرست مطالب
عنوان صفحه
4-3 شبیهسازی آبشستگی پاییندست جریان59
4-3-1 واسنجی نرمافزار59
4-3-1-1 ارزیابی نتایج نرمافزار61
فصل پنجم: پیشنهادها
5-1 مقدمه70
5-2 نتیجهگیری70
5-3 پیشنهادها71
منابع74

فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 3- 1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدلسازی هیدرولیک جریان25
جدول 3- 2 معرفی نرمافزار Flow3D28
ادامه جدول 3-229
جدول 3- 3 محدوده دادههای به کار رفته جهت شبیهسازی آبشستگی38
جدول 3- 4 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار40
جدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار41
جدول 3- 6 مدلسازیهای انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوب42
جدول 4- 1 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-1)51
جدول 4- 2 نتایج حاصل از مدلسازی سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی برای نسبت دبیها55
جدول 4- 3 تأثیر پارامتر عدد شیلدز بحرانی بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 4 تأثیر پارامتر ضریب دراگ بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 5 تأثیر زاویه ایستایی بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4-6 تأثیر پارامتر حداکثر ضریب تراکم مواد بستر بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4- 7 بهترین مقادیر برای پارامترهای مؤثر در شبیهسازی حفره آبشستگی61
جدول 4- 8 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-4)65
فهرست شكل‌ها
عنوان صفحه
TOC \h \z \t “fig,1,table,1” شکل 1- 1 شماتيکي از جريان ترکيبي عبوری همزمان از روي سرريز و زير دريچه5
HYPERLINK \l “_Toc366000088” شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی8
HYPERLINK \l “_Toc366000089” شکل 2- 1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز – دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی12
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی12
شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)14
شکل 2- 4 مدل شبيهسازي شده جريان و حفره آبشستگي جريان ترکيبي (اویماز، 1987)14
شکل 2- 5 فرآيند پر و خالي شدن حفره آبشستگي درحين برخي از آزمايشات (دهقاني و بشيري، 2010) 15
شکل 3- 1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک23
شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک24
شکل 3- 3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریان25
شکل 3- 4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب26
شکل 3- 5 مدلسازی پرش هیدرولیکی30
شکل 3- 6 مدلسازی جریان در قوس رودخانه30
شکل 3- 7 مدلسازی جریان عبوری از زیر دریچه30
شکل 3- 8 مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض31
شکل 3- 9 مدلسازی آبشستگی پاییندست سازه31
شکل 3- 10 مشبندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک39
شکل 3- 11 مشبندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ40
شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر صلب40
شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر رسوب41
شکل 3- 14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان43
شکل 3- 15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی43
شکل 4- 1 مقایسه نتایج پروفیل سطح آب برای شبکهبندیهای مختلف میدان جریان با داده آزمایشگاهی46
شکل 4- 2 مقایسه پروفیل سطح آب در دو مدل تلاطمی k-ε RNG و k-ε و دادههای آزمایشگاهی47
شکل 4- 3 مقایسه پروفیل سطح آب در مدل تلاطمی k-ε RNG با دادههای آزمایشگاهی49
فهرست شكل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4-4 ارزیابی دقت مدل RNG k-ε برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی سرریز- دریچه49
شکل 4- 5 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs / Qg)51
شکل 4- 6 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی52
شکل 4- 7 مقایسه رابطه نسبت دبیها درسازه ترکیبی سرریز- دریچه با روابط تجربی برای تخمین دبی در سرریز و ریچه52
شکل 4- 8 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 9 توزیع فشار جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 10 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز – دریچه54
شکل 4- 11 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی سرریز – دریچه54
شکل 4- 12 شماتیکی از جریان عبوری از سازه ترکیبی دارای انقباض جانبی54
شکل 4-13 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی با انقباض جانبی55
شکل 4-14 مقایسه عمق جریان درعرض کانال دربلافاصله قبل از سازه برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه رکیبی56
شکل 4-15 مقایسه عمق جریان در طول کانال برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه ترکیبی56
شکل 4-16 توزیع مؤلفه طولی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-17 توزیع مؤلفه طولی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-18 توزیع مؤلفه عرضی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4-19 توزیع مؤلفه عرضی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4- 20 مقایسه دقت شبیهسازی حفره آبشستگی با استفاده از مدلهای مختلف آشفتگی59
شکل 4- 21 ارزیابی دقت نرمافزار برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی62
شکل 4- 22 ارزیابی دقت نرمافزار برای حداکثر عمق آبشستگی62
شکل 4- 23 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در بستر متحرک63
فهرست شكل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4- 24 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب64
شکل 4- 25 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی65
شکل 4-26 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان در اطراف سازه ترکیبی66
شکل 4-27 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز – دریچه (الف. بردارهای سرعت ب. خطوط جریان)66
شکل 4-28 توزیع تنش برشی در اطراف حفره آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه در ابتدای اجرای برنامه67
شکل 4- 29 مقایسه رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب و بستر صلب67
شکل 4-30 نمودار رابطه حداکثر عمق آبشستگی با نسبت دبیهای عبوری از رو و زیر سازه ترکیبی68

18849116456969
فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
يكي از عمده‌ترين مشكلات سازه‌هايي از قبيل سرريزها، دريچه‌ها و حوضچه‌هاي آرامش كه در بالادست بسترهاي فرسايش‌پذير قرار دارند، آبشستگي در مجاورت سازه است كه علاوه‌بر تأثير مستقيم بر پايداري سازه، ممكن است باعث تغيير مشخصات جريان و در نتيجه تغيير در پارامترهاي طراحي سازه شود. به دليل پيچيدگي موضوع، اكثر محققين آن را به صورت آزمايشگاهي بررسي كردهاند كه با وجود تمام دستآوردهاي مهمي كه تاكنون در زمينه آبشستگي موضعي حاصل گرديده است، هنوز هم شواهد زيادي از آبشستگي گسترده در پاياب دريچه‌ها، سرريزها، شيب‌شكن‌ها، كالورت‌ها و مجاورت پايه‌هاي پل ديده مي‌شود كه مي‌تواند پايداري اين سازهها را با خطرات جدي مواجه كند.
پديده آبشستگي زماني اتفاق مي‌افتد كه تنش برشي جريان آب عبوري از آبراهه، از ميزان بحراني شروع حركت ذرات بستر بيشتر شود. تحقيقات نشان داده است كه عوامل بسيار زيادي بر آبشستگي در پايين‌دست سازه تأثيرگذار هستند كه از جمله آنها مي‌توان به اندازه و دانه‌بندي رسوبات، عمق پاياب، عدد فرود ذره، هندسه سازه و … اشاره كرد (کوتی و ین (1976)، بالاچاندار و همکاران (2000)، کلز و همکاران (2001)، لیم و یو (2002)، فروک و همکاران (2006)، دی و سارکار (2006) و ساراتی و همکاران (2008)).
دریچهها و سرریزها به طور گسترده به منظور کنترل، تنظیم جریان و تثبیت کف، در کانالهاي باز مورد استفاده قرار میگیرند. بر اثر جریان ناشی از جت عبوري از رو یا زیر سازهها، امکان ایجاد حفره آبشستگی در پاییندست سازهها وجود دارد که ممکن است پایداري سازه را به خطر اندازد؛ بنابراین تعیین مشخصات حفره آبشستگی مورد توجه محققین هیدرولیک جریان قرار گرفته است.
به منظور افزایش بهره‌وری از سازههای پرکاربرد سرریزها و دریچهها، می‌توان آنها را با هم ترکیب نمود به‌طوری‌که در یک زمان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. با ترکیب سرریز و دریچه می‌توان دو مشکل عمده و اساسی رسوب‌گذاری در پشت سرریزها و تجمع رسوب و مواد زائد در پشت دریچه‌ها را رفع نمود. در سازه ترکیبی سرریز- دریچه، شرایط هیدرولیکی جدیدی حاکم خواهد شد که با شرایط هیدرولیکی هر کدام از این دو سازه به‌تنهایی متفاوت است.
1-2 تعاریف1-2-1 سرریزها
یکی از سازههای مهم هر سد را سرریزها تشکیل میدهند که برای عبور آب اضافی و سیلاب از سراب به پایاب سدها، کنترل سطح آب، توزیع آب و اندازهگیری دبی جریان در کانالها مورداستفاده قرار میگیرد. با توجه به حساس بودن کاری که سرریزها انجام میدهند، باید سازهای قوی، مطمئن و با راندمان بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهرهبرداری آمادگی داشته باشد.
معمولاً سرريزها را بر حسب مهمترين مشخصه آنها تقسيمبندي ميكنند. اين مشخصه ميتواند در رابطه با سازه كنترل و كانال تخليه باشد. بر حسب اينكه سرريز مجهز به دريچه و يا فاقد آن باشد به ترتيب با نام سرريزهاي كنترلدار و يا سرريزهاي بدون كنترل شناخته ميشوند.
1-2-2 دریچهها
دریچهها سازههایی هستند که از فلزات، مواد پلاستیکی و شیمیایی و یا از چوب ساخته میشوند. از دريچهها به منظور قطع و وصل و يا كنترل جريان در مجاري عبور آب استفاده میشود و از لحاظ ساختمان به گونهاي ميباشند كه در حالت بازشدگي كامل عضو مسدود كننده كاملاً از مسير جريان خارج ميگردد.
دريچهها در سدهاي انحرافي و شبکههاي آبياري و زهکشي کاربرد فراوان دارند. همچنين براي تخليه آب مازاد کانالها، مخازن و پشت سدها به کار ميروند (نواک و همکاران، 2004).
دریچهها به صورت زیر دستهبندی میشوند:
بر اساس محل قرارگیری: دریچههای سطحی و دریچههای تحتانی. دریچه سطحی تحت فشار کم و دریچه تحتانی تحت فشار زیاد قرار میگیرند.
بر اساس کاری که انجام میدهند: دریچههای اصلی، تعمیراتی و اضطراری. دریچه اصلی به طور دائم مورد بهرهبرداری قرار میگیرند. برای تعمیرات از دریچه تعمیراتی و در زمان حوادث از دریچه اضطراری استفاده میشود.
بر اساس مصالح بدنه: دریچههای فولادی، آلومینیومی، بتنی مسلح، چوبی و پلاستیکی. دریچه فولادی به خاطر استقامت زیاد به صورت وسیع مورد استفاده قرار میگیرد.
بر اساس نوع بهرهبرداری: دریچههای تنظیم کننده دبی و دریچههای کنترلکننده سطح آب
بر اساس مکانیزم حرکت: دریچههای خودکار، هیدرولیکی، مکانیکی، برقی و دستی. دریچه خودکار بر اساس نیروی شناوری و وزن دریچه و بدون دخالت انسان کار میکند. دریچه هیدرولیکی بر اساس قانون پاسکال عمل مینماید. دریچه برقی از دستگاههای برقی، دریچه مکانیکی با استفاده از قانون نیرو و بازو و بالاخره دریچه دستی به صورت ساده با دست جابهجا میشوند.
بر اساس نوع حرکت: دریچههای چرخشی، غلطان، شناور و دریچههایی که در امتداد یا در جهت عمود بر جریان حرکت مینمایند.
بر اساس انتقال فشار آب: دریچهها ممکن است فشار را به طرفین یعنی به پایههای پل یا به تکیهگاهها منتقل نمایند و یا ممکن است نیروی فشار آب بر کف منتقل شود و یا ممکن است نیروی فشار آب به هر دو یعنی هم تکیهگاهها و هم بر کف منتقل شود.
1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچهتركيب سرريز – دريچه يكي از انواع سازههاي هيدروليكي ميباشد كه در سالهاي اخير عمدتاً براي عبور سيال در مواردي كه سيال حاوي سرباره و رسوب به صورت همزمان ميباشد (مانند كانال عبور فاضلاب) بكار رفته است. سازه ترکیبی سرریز – دریچه با تقسيم دبي عبوري از بالا و پايين خود از انباشت سرباره و رسوب در پشت سازه جلوگيري ميكند. از ديگر كاربردهاي عملي اين تركيب، ميتوان انواع سدهاي تأخيري را نام برد. در سدهاي تأخيري براي جلوگيري از انباشت رسوب در پشت سد كه منجر به كاهش حجم مفيد مخزن ميگردد اقدام به تعبيه تخليهكنندههاي تحتاني ميگردد. از طرف ديگر اين نوع سدها به علت برآورد اهداف طراحي و عبور سيلابهاي محتمل به صورت روگذر نيز عمل ميكنند كه از اين دو جهت، مدل تركيبي سرریز – دریچه ايده مناسبي براي تحليل اين نوع سدها ميباشد. اگرچه اين نوع سازه داراي كاربرد فراواني در سازههاي هيدروليكي ميباشد.
جهت به حداقل رساندن مشكلات در سرريزها و دريچه‌ها و همچنين جهت بالا بردن مزاياي آنها مي‌توان از سازه تركيبي سرريز – دريچه استفاده كرد به طوري كه در يك زمان، جريان آب بتواند هم از روي سرريز و هم از زير دريچه عبور نمايد. اين وسيله تركيبي مي‌تواند مشكلات ناشي از فرسايش و رسوبگذاري را مرتفع نمايد (دهقاني و همكاران، 2010).
همچنين با اين روش، رسوبات و مواد زائد در پشت سرريزها انباشته نمي‌‌‌شوند (ماخرک، 1985).
مشكلاتي را كه در اثر وجود مواد رسوبي يا شناور در آب انتقالي براي آبياري حاصل مي‌شود، مي‌توان با استفاده از سازه تركيبي سرريز – دريچه به مقدار زيادي كاهش داده که امكان اندازه‌گيري دقيق‌تر و ساده‌تر را به همراه دارد ( اسماعيلي و همكاران، 1385).
سيستم سرريز – دريچه امکان عبور جريان را از پايين و بالاي يک مانع افقي در قسمت مياني مجرا به طور همزمان فراهم نموده، بدين صورت که مواد قابل رسوب را در پشت دريچه به صورت زيرگذر و مواد شناور را به صورت روگذر سرريز عبور ميدهد (شکل 1- 1).
331470506095جریان عبوری از زیر دریچه
00جریان عبوری از زیر دریچه
267970163195جریان عبوری از روی سرریز
00جریان عبوری از روی سرریز
138620527622500143446560769500
شکل 1- 1 شماتيکي از جريان ترکيبي عبوری همزمان از روي سرريز و زير دريچهاز اينرو تعيين شکل و حداکثر عمق آبشستگي در پایيندست سرريز و دريچه ترکيبي به منظور تثبيت وضعيت بستر ميتواند مفيد واقع شود.
1-2-4 آبشستگیآبشستگی یکی از موضوعات مهم و قابل توجه در مهندسی رودخانه و هیدرولیک جریان در بسترهای آبرفتی میباشد. چنانچه در یک بازه مورد بررسی، مقدار رسوب وارد شده کمتر از مقدار رسوب خارج شده باشد، عمل فرسایش کف رودخانه و یا بدنه آن رخ میدهد و کف رودخانه بتدریج عمیق میشود. از جمله اثرات منفی گود شدن بستر رودخانه، میتوان به شکست برشی و لغزش در بستر و نیز گرادیان هیدرولیکی خروجی اشاره کرد که در نهایت، افزایش فشار بالابرنده و ایجاد پدیده تراوش را در پی دارد.
به فرسایش بستر و کناره آبراهه در اثر عبور جریان آب، به فرسایش بستر در پاییندست سازههای هیدرولیکی به علت شدت جریان زیاد و یا به فرسایش بستر در اثر بوجود آمدن جریانهای متلاطم موضعی، آبشستگی گویند. عمق ناشی از فرسایش بستر اولیه را عمق آبشستگی مینامند. (کتاب هیدرولیک کانالهای روباز، دکتر ابریشمی)
از آنجا که مکانیزم عمل آبشستگی در مکانهای مختلف متفاوت میباشد، از این رو آبشستگی را به دو نوع تقسیمبندی میکنند:
نوع اول آبشستگی تنگشدگی میباشد. این نوع آبشستگی در دو حالت اتفاق می‌افتد:
الف) در جایی که رودخانه هنوز به حالت تعادل نرسیده و پتانسیل حمل رسوب در بازه‌ای از رودخانه بیش از میزان رسوب ورودی به این بازه باشد.
ب) در جایی که سرعت جریان به دلایلی مانند کاهش مقطع رودخانه در محل پل‌ها، افزایش پیدا می‌کند که در مقطع تنگ شده آبشستگی اتفاق می‌افتد.
در محل احداث پل، آبشکن و یا دیواره ساحلی معمولاً عرض رودخانه را کاهش می‌دهند. این عمل باعث می‌شود که سرعت جریان در این محدوده افزایش یابد. در نتیجه به ظرفیت حمل رسوب افزوده شده و سبب خواهد شد تا بستر رودخانه در این محل فرسایش یابد. عمل فرسایش آنقدر ادامه می‌یابد تا ظرفیت حمل رسوب کاهش یافته و برابر با ظرفیت حمل رسوب در مقطع بالادست گردد. در این حالت، نرخ فرسایش در این محل کمتر می‌شود. هر چند این فرسایش موجب می‌شود که تأثیر پسزدگی آب در بالادست کاهش یابد ولی به خاطر این مسئله نباید اجازه داده شود تا فرسایش صورت گیرد زیرا آبشستگی باعث خطرات جدی مثل واژگونی پل می‌گردد.
نوع دیگر آبشستگی، آبشستگی موضعی است. این نوع آبشستگی در پاییندست سازههای هیدرولیکی، در محل پایههای پل و به طور کلی هر مکانی که شدت جریانهای درهم به طور موضعی افزایش یابد، بوجود میآیند.
آبشستگی موضعی پاییندست سازههای هیدرولیکی نظیر سدها، سرریزها، شوتها، سازههای پلکانی و … پدیده طبیعی است که به‌دلیل وجود سرعت محلی بیش از سرعت بحرانی بوجود میآید و دلایل آن را میتوان به صورت زیر بیان کرد:
ناکافی بودن مقدار استهلاک انرژی
تشکیل پرش هیدرولیکی ناپایدار و یا انتقال پرش خارج از کف حوضچه آرامش
بوجود آمدن جریانهای گردابی در پاییندست سازههای هیدرولیکی
شکل (1- 2) چند نوع سازه هیدرولیکی و آبشستگی پاییندست آنها را نشان میدهد.

شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی (استاندارد آب و آبفا، 1389)
میزان عمق آبشستگی برای هر یک از سازهها بستگی به شرایط هیدرولیکی جریان و مشخصات رسوب و شرایط هندسی سازه دارد. تخمین میزان عمق آبشستگی از اینرو اهمیت دارد که ممکن است باعث تخریب سازه گردد.
به طور کلی آبشستگی در اثر اندرکنش نیروهاي زیر حاصل میشود:
1- نیروي محرك ناشی از جریان که در راستاي جدا کردن ذره از بستر عمل میکند.
2- نیروي مقاوم ناشی از اصطکاك ذرات و وزن ذره که در برابر حرکت ذره مقاومت کرده و مانع جدایی ذره از بستر میشود.
جریانها در محل وقوع آبشستگی، یک فرآیند دوفازی (آب و رسوب) است. بنابراین آبشستگی متأثر از متغیرهای بسیاری از قبیل پارامترهای جریان، مشخصات بستر آبرفتی، زمان و هندسه آبراهه میباشد. به همین دلیل، محققین هر یک به مطالعه بخشی از این وقایع پرداخته و آن را به صورت آزمایشگاهی و تجربی بررسی کردهاند.
1-3 ضرورت انجام تحقیقاز آنجایی که در سازه‌های ترکیبی سرریز – دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان، تغییرات در توزیع تنش‌های برشی کف و از این‌رو افزایش پیچیدگی محاسبات می‌شود، بنابراین شبیه‌سازی الگوی جریان، سطح آزاد آب و آبشستگی مورد توجه محققین قرار دارد و لذا در این تحقیق، علاوه بر بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان در بستر صلب، توانایی نرمافزار Flow3D در شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و آبشستگی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت‌.
1-4 اهداف تحقیقتحقیق انجام شده به منظور پاسخگویی به اهداف زیر صورت گرفته است:
1- بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه در بستر صلب و مدلسازی عددی آن با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن دو
2- مدلسازی عددی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج بدست آمده از بررسیهای آزمایشگاهی توسط محققین دیگر
3- ارزیابی دقت مدلهای تلاطمی نرمافزار Flow3D در شبیهسازیهای عددی الگوی جریان و آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز – دریچه در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی
4- محاسبه نسبت دبی عبوری از بالای سرریز به زیر دریچه با استفاده از مدل Flow3D
1- 5 ساختار کلی پایاننامهاین تحقیق در پنج فصل به شرح زیر تدوین شده است:
فصل اول- کلیات: که شامل مقدمهاي بر سرریزها، دریچهها و مبانی ترکیب این دو سازه بوده و همچنین در رابطه با هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاي هر کدام از سازههاي سرریز یا دریچه و یا سازه ترکیبی سرریز – دریچه کلیاتی ارائه گردیده است.
فصل دوم- بررسی منابع: در این فصل، پیشینه تحقیقها در زمینه هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز – دریچه، آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی و همچنین مطالعات انجام شده توسط نرم‌‌افزار Flow3D بررسی خواهد شد.
فصل سوم- مواد و روشها: این فصل شامل معرفی مواد و روشهای تحقیق، آشنایی با نرمافزار Flow3D و مراحل مدلسازی است.
فصل چهارم- نتایج و بحث: در این فصل، نتایج ارائه شده شامل دو بخش است. بخش اول مربوط به نتایج آزمایشات انجام شده در بستر صلب مربوط به جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز – دریچه و بخش دوم مربوط به نتایج شبیهسازی عددی الگوی جریان، پروفیل و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی است.
فصل پنجم- نتیجهگیری و پیشنهادها: این فصل دربرگیرنده نتایج بدست آمده از تحلیلها به همراه پیشنهادهایی برای تحقیقات بعدی است.
فصل دوم
مروري بر منابع
2-1 مرور منابع
در این فصل، بررسی منابع و سوابق تحقیق در دو بخش مطالعات آزمایشگاهی و مطالعات عددی توسط نرمافزار Flow3D ارائه میشود که ابتدا مطالعات آزمایشگاهی در دو حالت بستر صلب و متحرک ارائه شده و سپس مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D نام برده میشود. چون در مورد جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌– دریچه، مدلسازی با نرمافزار Flow3D تاکنون انجام نگرفته است مطالعات عددی نرمافزار Flow3D در همه زمینهها اشاره شده است.
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان
از جمله مطالعات آزمایشگاهی هیدرولیک جریان در سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه، میتوان به مطالعات نجم و همکاران (1994) اشاره کرد. ایشان پارامترهای هندسی و هیدرولیکی مؤثر بر روی جریان ترکیبی را مورد بررسی قرار داده و برای جریان سرریز مثلثی روی دریچه مستطیلی، سرریز و دریچه مستطیلی با ابعاد تنگشدگیهای مختلف به طور جداگانه معادلاتی استخراج کردند. همچنین حالتی را که تنگشدگی دریچه و سرریز یکسان یا متفاوت باشد نیز به طور جداگانه مورد بررسی قرار دادند. این محققین همچنین برای شرایط مختلف مانند استفاده از سرریز مثلثی با زاویههای مختلف و یا سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی (شکل 2-1) و بدون فشردگی جانبی (شکل 2-2) روابط جداگانهاي به صورت رابطههای (2-1) تا (2-4) ارائه دادند.

شکل 2-‌1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی41052753175(2- 1)
00(2- 1)
Cd=Qc(b1d2gd+y+h-hd+232gb-0.2hh1.5)4274820140335(2- 2)
00(2- 2)
Qu=23Cu2g(b-0.2h)h1.54105275112395(2- 3)
00(2- 3)
Ql=Clb1d2g(d+y+h-hd)429387059690(2- 4)
00(2- 4)
Qc2gb(d1.5 )=Cl1+yd+hd+hdd+23Cu(hd)32شیواپور و پراکاش (2004)، به بررسی دبی جریان از روی سرریز مستطیلی و از زیر دریچه V شکل پرداختند. طبق نتايجي که ايشان گرفتند زماني که از دريچه V شکل و کج استفاده ميشود دبي کانالهاي مستطيلي با بستر ثابت با دقت بالاتری قابل تخمین است.
اسماعیلی و فتحیمقدم (1385)، به بررسي آزمايشگاهي هيدروليک جريان و تعيين ضريب دبي مدل سرريز‌- دريچه در کانالهاي دايروي و جريانهاي زيرگذر و روگذر با نصب مانع با عرضهاي مختلف پرداختند.
سامانی و مظاهری (1386)، به بررسی تخمین رابطه دبی جریان عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در حالتهای مستغرق و نیمهمستغرق پرداختند. نتایج بررسی هیدرولیک جریان ایشان نشان میدهد که سیستم سرریز- دریچه، موجب اصلاح خطوط جریان شده، شرایط جریان را به حالت تئوریک نزدیکتر و در نتیجه، واسنجی ضریب شدت جریان سیستم سرریز – دریچه و تخمین دبی جریان با دقت بیشتری نسبت به سرریزهای معمولی انجام میشود.

شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)

رضویان و حیدرپور (1386)، با بررسی خطوط جریان ترکیبی از روی سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی و زیر دریچه مستطیلی بدون فشردگی جانبی در حالت لبهتیز، معادلهای برای ضریب شدت جریان پیشنهاد کردند.
تاکنون پژوهشهایی در زمینه آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز – دریچه انجام شده است. اولين بار در سال 1987 يک سري آزمايش توسط آقاي اویماز در آزمايشگاه سازههاي هيدروليکي استانبول بر روي آبشستگي پاي سازه ترکيبي سرريز- دريچه صورت گرفته است. شکل (2-4) نمايي از مدل شبيهسازي جريان کار ايشان را نمايش ميدهد.

شکل 2- 4 مدل شبيهسازي شده جريان و حفره آبشستگي جريان ترکيبي (اویماز، 1987)
ايشان براي 2 نوع دانهبندي و رسوب غيرچسبنده آزمايشات خود را اجرا نمودند. همچنين تمامي آزمايشات يک بار براي دريچه تنها و يک بار در حالت ترکيب دريچه و سرريز انجام دادند. پس از انجام آزمايشات، دادههاي بدست آمده را تجزيه و تحليل نموده تا به يک رابطه رگرسيوني خطي لگاريتمي بين پارامترهاي عمق آبشستگي با قطر رسوبات و ارتفاع آب پاييندست برسند. نتایج تحقیق ایشان نشان می‌دهد که آبشستگي در پاي سازه ترکيبي سرريز – دريچه خيلي کمتر از زماني است که تنها جريان از زير دريچه را داريم. همچنين عمق آبشستگي بستگي زيادي به مقدار دبي جريان دارد.
دهقاني و همکاران (2009) به بررسي آزمايشگاهي حداکثر عمق آبشستگي پاییندست سرريز تنها، دريچه تنها و سازه ترکيبي سرريز – دريچه بدون انقباض پرداختند. نکته جالبي که در کار آزمايشگاهي ايشان ديده شده است رفتار نوساني روند فرسايش و رسوبگذاري به صورت پر و خالي شدن حفره آبشستگي است. حفره آبشستگي ابتدا عميق ميشود، سپس با وجود جريانهاي برگشتي کمي رسوبات فرسايش يافته به درون حفره برميگردد و حفره کمي پر ميشود. سپس دوباره حفره توسط گردابههاي زير دريچه عميق ميشود و روند پر و خالي شدن ادامه مييابد (شکل 2- 5). البته اين روند با گذشت زمان کندتر شده و شکل حفره در حوالي زمان تعادل تقريباً ثابت ميشود (دهقاني و همکاران، 2010).
همچنين بررسيهاي ايشان نشان داد که حداکثر عمق آبشستگي پاي سازه ترکيبي سرريز – دريچه خيلي کمتر از زماني است که جريان تنها از روي سرريز عبور ميکند و اين نتيجه با نتايج کار آقاي اويماز (1985) تطابق دارد.

شکل 2- 5 فرآيند پر و خالي شدن حفره آبشستگي در حين برخي از آزمايشات (دهقاني و بشيري، 2010) شهابي و همكاران (1389) به بررسي آزمايشگاهي مشخصات حفره آبشستگي در پاييندست سرريز و دريچه تركيبي پرداختند. نتايج اين بررسي آزمايشگاهي نشان داد که عمق آبشستگي پايين‌دست سازه ترکيبي سرريز – دريچه کمتر از عمق آبشستگي پاييندست سرريز ميباشد. همچنین مشخصههاي حفره آبشستگي، با افزايش عدد فرود (Fr)، افزايش مييابد و در ارتفاع ريزش ثابت براي جت عبوري از روي آن، با افزايش بازشدگي دريچه، حداکثر عمق آبشستگي کاهش مييابد. نتایج انجام آزمایشات در حالت وجود انقباض نشان می‌دهد که با ايجاد انقباض در دريچه يا سرريز به دليل تمرکز بيشتر جت، حداکثر عمق آبشستگي، طول حفره آبشستگي و طول رسوبگذاري به ترتيب افزايش، افزايش و کاهش مييابد. همچنین نتايج آزمايش بر روي کفبند پاييندست سازه ترکيبي نشان داد که چنانچه طول کفبند از فاصله برخورد جت بالادست به کف کانال بيشتر در نظر گرفته شود، ميتواند ميزان آبشستگي را تا حد قابل توجهي کاهش دهد.
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3Dنرمافزار Flow3Dتوانایی شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و رسوب در اطراف سازه‌های هیدرولیکی مختلف را دارا می‌باشد. در ادامه برخی کارهای انجام شده با این نرمافزار بیان میشود:
موسته و اتما (2004)، تأثیر طول آبشکن بر منطقه چرخشی پشت آبشکن را با در نظر گرفتن تأثیر مقیاس با نرم‌افزار Flow3D مورد بررسی قرار دادند.
گونزالز و بومباردلي (2005)،‌ در يك شبيهسازي عددي با استفاده از Flow3D به بررسي مشخصات پرش هيدروليكي بر روي سطح صاف در دو حالت شبكهبندي ريز و شبكهبندي درشت به صورت دوبعدي و سهبعدي پرداختند.
صباغ يزدي و همكارانش (2007)، در يك مدل سهبعدي به ارزيابي مدلهاي تلاطمي k-ε و RNGk-ε بر روي ميزان ورود هوا در پرش هيدروليكي با استفاده از روش حجم محدود پرداختند و اثر آن را بر روي دقت تخمین سرعت متوسط جريان با استفاده از مدل در مقایسه با نتايج آزمايشگاهي موجود از پرش هيدروليكي مورد بررسی قرار دادند. مقایسه نتایج نشان داد که نرمافزار قادر به پیش‌بینی توزیع عمقی سرعت در پرش هیدرولیکی است و همچنین در این آزمون مدل آشفتگی RNG در مقایسه با k-ɛ نتایج مناسبتری را ارائه کرده است.
امیراصلانی و همکارانش (1387)، به شبیه‌سازی سه‌بعدی آبشستگی در پایین‌دست یک جت‌ ریزشی آزاد با استفاده از مدل k-ε نرم‌افزار Flow3D جهت بررسی اثر زاویه اصطکاک داخلی رسوبات بر روی چاله آبشستگی پرداختند. نتایج این پژوهش نشان میدهد هر چقدر زاویه اصطکاك داخلی ذرات رسوب بیشتر باشد میتوان انتظار داشت حفره آبشستگی، ابعاد (طول، عرض و عمق) کوچکتري داشته باشد و ارتفاع برآمدگی رسوبات در پاییندست حفره بیشتر باشد. شیب دیوارهها تندتر بوده و مانعی براي خروج ذرات رسوب از حفره به حساب میآید.
شاهرخی (1387)، با استفاده از نرم‌افزارFlow3D‌ ، مدل عددی الگوی جریان اطراف یک آبشکن را تهیه و با اعمال مدل‌های مختلف آشفتگی، به تأثیر این مدل‌ها بر طول منطقه جداشدگی جریان در پشت یک آبشکن پرداخت‌‌. مهمترین نتیجه حاصل از این تحقیق، نشان میدهد که مدل آشفتگی LES بهترین تطابق را با نتایج آزمایشگاهی داشته و این مدل، پیشبینی بهتری از طول منطقه جداشدگی در پشت آبشکن ارائه میکند. سرانجام پیشنهاد شد مدل در دامنه وسیعتری از تغییرات پارامترهای جریان، طول و زاویه نصب آبشکن اجرا گردد.
شاملو و جعفری (1387)، به بررسی اثر وجود زبری کف بر روی تغییرات میدان سرعت و فشار جریان در اطراف پایه استوانه‌ای شکل در یک کانال مستطیلی توسط نرمافزارFlow3D و با استفاده از مدل آشفتگی k-ε به صورت سهبعدی پرداختند. در این شبیهسازی مقاطعی در سه راستای X , Y , Z نزدیکی پایه با نتایج آزمایشگاهی احمد (1994) مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که پروفیلهای سرعت در عمقهای مختلف و در راستای X , Y و میدان فشار در پاییندست پایه روند تغییرات قابل قبولی را با توجه به نتایج آزمایشگاه نشان میدهد. همچنین نتیجه شد نرمافزار با در نظر گرفتن زبری کف نتایج بهتری را ارائه میکنند.
باباعلی و همکاران (1387)، توسط نرمافزار Flow3D یک پارشال فلوم به طول یک فوت را که جریان درون آن شامل دو حالت آزاد و مستغرق بود، با استفاده از مدل آشفتگی LES مدل کردند. ایشان دادههای مدل خود را از جدول استاندارد WMM اقتباس کرده و نتایج محاسبه شده را با نتایج این جدول مقایسه نمودند. آنها نشان دادند که Flow3D میتواند به آسانی محاسبات پارشال فلوم را تحت هر دو جریان آزاد و مستغرق انجام دهد. نتایج محاسبه شده به خوبی با دبیهای منتشر شده مطابقت داشته و نیاز به زمان زیاد و استفاده از ابر رایانهها ندارد.
والش و همکاران (2009)، به شبیهسازی آبشستگی موضعی پایهها در جریان جزر و مدی پرداختند. نتایج نشان داد که نتایج مدلسازی عددی با اندازهگیریهای انجام شده تطابق خوبی داشته و همچنین نشان داد که مدل عددی Flow3D ابزاری مناسب در طراحی جریان در اطراف پایهها در شرایط مختلف جریان است.
شکری و همکاران (1389)، به بررسی عددی هیدرولیک جریان و انتقال رسوب اطراف پایه پل دایروی با نرمافزار Flow3D پرداختند. نتایج بررسی عددی با بررسی آزمایشگاهی انجام شده توسط آنگر و هگر (2006) مقایسه شد و با مقایسه نتایج شبیهسازی عددی و اندازهگیریهای آزمایشگاهی الگوی جریان و تغییر شکل بستر، نتیجه شد که مدل Flow3D نتایج قابل قبولی ارائه داده است.
حسینی و عبدی‌پور (1389)، با استفاده از نرم‌افزار Flow3D به مدل‌سازی عددی پروفیل سرعت در جریانهای گل‌آلود پیوسته پرداختند و تأثیر شیب، غلظت و دبی جریان بر آن را مورد مطالعه قرار دادند. براي صحتسنجي نرمافزار در تعيين پارامترهاي هيدروليكي جريانهاي گلآلود (پروفيل



قیمت: 11200 تومان

مدلسازی حل مناقشات در بهره¬برداری تلفیقی آب-های سطحی و زیرزمینی

دانشگاه صنعت آب و برق (شهید عباسپور)
دانشکده مهندسی آب و محیط زیست
پایاننامه کارشناسی ارشد (مهندسی عمران – مهندسی آب)
مدلسازی حل مناقشات در بهرهبرداری تلفیقی آبهای سطحی و زیرزمینی
تحقیق و تدوین:
آرزو احمدپور
استاد راهنما:
دکتر سعید علیمحمدی
اساتید مشاور:
دکتر جلال عطاری
دکتر علی مریدی
بهمن 1391
فهرست مطالب
TOC \o “1-4” \h \z \uفصل اول: کلیات1-1- مقدمه PAGEREF _Toc350505011 \h 21-2- ضرورت انجام تحقیق PAGEREF _Toc350505012 \h 31-3- اهداف و دامنهی تحقیق……… PAGEREF _Toc350505013 \h 31-4- روششناسی (متدلوژی) نیل به اهداف تحقیق PAGEREF _Toc350505014 \h 31-5- مشارکت علمی (نوآوری تحقیق) PAGEREF _Toc350505015 \h 41-6- ساختارتحقیق…………… PAGEREF _Toc350505016 \h 4فصل دوم: بررسی سوابق مطالعاتی2-1- مقدمه PAGEREF _Toc350505018 \h 62-2- مطالعات انجام گرفته در زمینهی حل اختلاف PAGEREF _Toc350505019 \h 62-2-1- حل اختلاف در بهرهبرداری از آبهای سطحی PAGEREF _Toc350505020 \h 62-2-2- حل اختلاف در بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی PAGEREF _Toc350505021 \h 112-2-3- حل اختلاف در بهرهبرداری تلفیقی از آبهای سطحی و زیرزمینی PAGEREF _Toc350505022 \h 122-3- جمعبندی PAGEREF _Toc350505023 \h 13فصل سوم: مواد و روشهای به کار رفته در تحقیق3-1- مقدمه PAGEREF _Toc350505025 \h 153-2- مدلهای بهینهسازی PAGEREF _Toc350505026 \h 153-2-1- مدلهای بهینهسازی تکهدفه PAGEREF _Toc350505027 \h 153-2-2- مدلهای بهینهسازی چندهدفه PAGEREF _Toc350505028 \h 173-3- مدلهای حل اختلاف PAGEREF _Toc350505029 \h 183-4- مدل شبیهسازی سیستم PAGEREF _Toc350505030 \h 213-4-1- روش ماتريس پاسخ واحد PAGEREF _Toc350505031 \h 213-5- جمعبندی PAGEREF _Toc350505032 \h 26فصل چهارم: ساختار مدلهای شبیهسازی سیستم و بهینهسازی حل اختلاف4-1- مقدمه PAGEREF _Toc350505034 \h 284-2- محاسبهی ماتریس پاسخ آبخوان PAGEREF _Toc350505035 \h 304-3- شبیهسازی شرایط موجود PAGEREF _Toc350505036 \h 324-4- مدل بهینهسازی PAGEREF _Toc350505039 \h 394-5- مقایسهی مقادیر کمبود در دو حالت شبیهسازی- بهینهسازی و بهینهسازی PAGEREF _Toc350505042 \h 434-6- مدل حل اختلاف PAGEREF _Toc350505043 \h 444-6-1- معرفی توابع مطلوبیت PAGEREF _Toc350505044 \h 444-6-2- فرمولبندی مدل حل اختلاف Nash PAGEREF _Toc350505045 \h 474-6-3- فرمولبندی مدل CR(I) PAGEREF _Toc350505048 \h 534-6-4- فرمولبندی مدل CR(II) PAGEREF _Toc350505051 \h 564-6-5- مقادیر مطلوبیتهای تأمین نیاز حاصل از مدلهای حل اختلاف PAGEREF _Toc350505053 \h 594-6-6- مقایسهی نتایج مدلهای مختلف حل اختلاف PAGEREF _Toc350505054 \h 594-7- تخصیص آب با استفاده از رویکرد همکارانه PAGEREF _Toc350505055 \h 614-8- جمعبندی PAGEREF _Toc350505058 \h 65 فصل پنجم: مطالعهی موردی5-1- مقدمه PAGEREF _Toc350505060 \h 675-2- دادههای پایه PAGEREF _Toc350505061 \h 685-3- مدل بهینهسازی سیستم PAGEREF _Toc350505062 \h 725-3-1- معرفی توابع مطلوبیت…… PAGEREF _Toc350505063 \h 725-3-2- وزن نسبی شرکتکنندگان PAGEREF _Toc350505064 \h 735-4- متدولوژی و ابزار حل مدل PAGEREF _Toc350505065 \h 745-4-1- نتایج حاصل PAGEREF _Toc350505066 \h 755-4-1-1- نتایج سال آبی 51-1350 PAGEREF _Toc350505067 \h 755-4-1-2- نتایج سال آبی 67-1366 PAGEREF _Toc350505068 \h 835-4-1-3- نتایج سال آبی 78-1377 PAGEREF _Toc350505069 \h 895-4-2- مقایسهی نتایج مدل حل اختلاف Nash و مدل CR(II)…. PAGEREF _Toc350505070 \h 955-4-3- مسئلهی تخصیص آب با رویکرد همکارانه در مورد سال آبی 51-1350 PAGEREF _Toc350505071 \h 965-5- جمعبندی PAGEREF _Toc350505072 \h 97فصل ششم: نتایج و پیشنهادات6-1- مقدمه PAGEREF _Toc350505074 \h 1006-2- نتایج حاصل PAGEREF _Toc350505075 \h 1006-3- پیشنهادات برای مطالعات آتی PAGEREF _Toc350505076 \h 102فصل 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
TOC \h \z \c “شکل”شکل ‏21: منابع آبهای سطحی و منطقه کشاورزی آبخوان تهران PAGEREF _Toc350506187 \h 13شکل ‏31: فرم کلی تابع مطلوبیت ذوزنقهای [4] PAGEREF _Toc350506188 \h 21شکل ‏32: مفهوم ضريب پاسخ براي منابع تحريککننده و تحريک شونده نقطهاي[2] PAGEREF _Toc350506189 \h 24شکل ‏33: پارامترهای یک سیستم آبخوان که میتواند توسط MODFLOW شبیهسازی شود [2] PAGEREF _Toc350506190 \h 26شکل ‏41: بهرهبرداری دو مصرفکننده به صورت تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی PAGEREF _Toc350506191 \h 29شکل ‏42: نمای شماتیک سیستم فرضی در محیط نرمافزار Visual MODFLOW PAGEREF _Toc350506192 \h 31شکل ‏43: مقایسهی نتایج افت چاه 1 در LINGO و Visual MODFLOW PAGEREF _Toc350506193 \h 31شکل ‏44: مقایسهی نتایج افت چاه 2 در LINGO و Visual MODFLOW PAGEREF _Toc350506194 \h 32شکل ‏45: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از شبیهسازی وضع موجود برای مصرفکنندهی بالادست PAGEREF _Toc350506195 \h 37شکل ‏46: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از شبیهسازی وضع موجود برای مصرفکنندهی پاییندست PAGEREF _Toc350506196 \h 37شکل ‏47: نتایج حاصل از شبیهسازی وضع موجود PAGEREF _Toc350506197 \h 38شکل ‏48: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینهسازی برای مصرفکنندهی بالادست PAGEREF _Toc350506198 \h 41شکل ‏49: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینهسازی برای مصرفکنندهی پاییندست PAGEREF _Toc350506199 \h 41شکل ‏410: نتایج حاصل از مدل بهینهسازی PAGEREF _Toc350506200 \h 42شکل ‏411: مقایسهی مقادیر کمبود در دو مدل برای مصرفکنندهی بالادست PAGEREF _Toc350506201 \h 43شکل ‏412: مقایسهی مقادیر کمبود در دو مدل برای مصرفکنندهی پاییندست PAGEREF _Toc350506202 \h 43شکل ‏413: نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز آبی مصرفکنندگان PAGEREF _Toc350506203 \h 45شکل ‏414: نمودار تابع مطلوبیت افت تراز آبخوان در محل چاهها PAGEREF _Toc350506204 \h 45شکل ‏415: نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز زیستمحیطی PAGEREF _Toc350506205 \h 46شکل ‏416: نمودار تابع مطلوبیت مرتبط با هزینهی برداشت آب مصرفکنندگان PAGEREF _Toc350506206 \h 46شکل ‏417: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینهسازی Nash برای مصرفکنندهی بالادست PAGEREF _Toc350506207 \h 51شکل ‏418: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینهسازی Nash برای مصرفکنندهی پاییندست PAGEREF _Toc350506208 \h 51شکل ‏419: نتایج حاصل از مدل بهینهسازی Nash PAGEREF _Toc350506209 \h 52شکل ‏420:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(I) برای مصرفکنندهی بالادست PAGEREF _Toc350506210 \h 54شکل ‏421:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(I) برای مصرفکنندهی پاییندست PAGEREF _Toc350506211 \h 54شکل ‏422: نتایج حاصل از مدل CR(I) PAGEREF _Toc350506212 \h 55شکل ‏423:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(II) برای مصرفکنندهی بالادست PAGEREF _Toc350506213 \h 57شکل ‏424: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(II) برای مصرفکنندهی پاییندست PAGEREF _Toc350506214 \h 57شکل ‏425: نتایج حاصل از مدل CR(II) PAGEREF _Toc350506215 \h 58شکل ‏426: نتایج کمبودهای آبی مدلهای مختلف حل اختلاف برای بالادست رودخانه PAGEREF _Toc350506216 \h 60شکل ‏427: نتایج کمبودهای آبی مدلهای مختلف حل اختلاف برای پاییندست رودخانه PAGEREF _Toc350506217 \h 60شکل ‏428: مقایسهی مقادیر کمبود آبی مصرفکنندهی بالادست قبل و بعد از همکاری PAGEREF _Toc350506218 \h 64شکل ‏429 : مقایسهی مقادیر کمبود آبی مصرفکنندهی پاییندست قبل و بعد از همکاری PAGEREF _Toc350506219 \h 64شکل ‏51:موقعیت کلی منطقهی طرح و محدودهی مدل (آبخوان) در حوضهی آبریز ابهر [5] PAGEREF _Toc350506220 \h 67شکل ‏52: نمودار جریان رودخانهی ابهر در سالهای آبی مختلف PAGEREF _Toc350506221 \h 68شکل ‏53: مقادیر مختلف نیازهای صنعت، شهری، کشاورزی PAGEREF _Toc350506222 \h 69شکل ‏54: موقعیت چاههای موجود در منطقه PAGEREF _Toc350506223 \h 70شکل ‏55 : نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز آبی مصرفکنندگان PAGEREF _Toc350506224 \h 72شکل ‏56: نمودار تابع مطلوبیت افت تراز آبخوان در محل چاهها PAGEREF _Toc350506225 \h 72شکل ‏57 : نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز زیستمحیطی رودخانه PAGEREF _Toc350506226 \h 73شکل ‏58: نمودارتابع مطلوبیت مرتبط با هزینهی برداشت آب مصرفکنندگان PAGEREF _Toc350506227 \h 73شکل ‏59: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 51-1350 PAGEREF _Toc350506228 \h 76شکل ‏510: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پاییندست سال آبی 51-1350 PAGEREF _Toc350506229 \h 76شکل ‏511: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 51-1350 PAGEREF _Toc350506230 \h 78شکل ‏512: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پاییندست سال آبی 51-1350 PAGEREF _Toc350506231 \h 78شکل ‏513: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 51-1350 PAGEREF _Toc350506232 \h 80شکل ‏514: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پاییندست سال آبی 51-1350 PAGEREF _Toc350506233 \h 80شکل ‏515: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 67-1366 PAGEREF _Toc350506234 \h 84شکل ‏516: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پاییندست سال آبی 67-1366 PAGEREF _Toc350506235 \h 84شکل ‏517: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 67-1366 PAGEREF _Toc350506236 \h 86شکل ‏518: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پاییندست سال آبی 67-1366 PAGEREF _Toc350506237 \h 86شکل ‏519: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 67-1366 PAGEREF _Toc350506238 \h 88شکل ‏520: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پاییندست سال آبی 67-1366 PAGEREF _Toc350506239 \h 88شکل ‏521: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 78-1377 PAGEREF _Toc350506240 \h 90شکل ‏522: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پاییندست سال آبی 78-1377 PAGEREF _Toc350506241 \h 90شکل ‏523: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 78-1377 PAGEREF _Toc350506242 \h 92شکل ‏524: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پاییندست سال آبی 78-1377 PAGEREF _Toc350506243 \h 92شکل ‏525: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 78-1377 PAGEREF _Toc350506244 \h 94شکل ‏526: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پاییندست سال آبی 78-1377 PAGEREF _Toc350506245 \h 94شکل ‏527: مقایسهی نتایج برداشت از آب سطحی در دو مدل Nash و CR(II) PAGEREF _Toc350506246 \h 95شکل ‏528: مقایسهی نتایج برداشت از آب زیرزمینی در دو مدل Nash و CR(II) PAGEREF _Toc350506247 \h 96فهرست جداول
TOC \h \z \c “جدول”جدول ‏41: اطلاعات ورودی مسئله (مقادیر به میلیون متر مکعب) PAGEREF _Toc350506822 \h 29جدول ‏42: ماتریسهای پاسخ چاه 1 و چاه 2 PAGEREF _Toc350506823 \h 30جدول ‏43: مقادیر برداشت آب سطحی بالادست حاصل از شبیهسازی در محیط Excel PAGEREF _Toc350506824 \h 33جدول ‏44: مقایسهی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرفکننده (مقادیر به میلیون متر مکعب) PAGEREF _Toc350506825 \h 36جدول ‏45: مقایسهی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرفکننده (mcm) PAGEREF _Toc350506826 \h 40جدول ‏46: مقایسهی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرفکننده (mcm) PAGEREF _Toc350506827 \h 50جدول ‏47: مقایسهی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرفکننده (mcm) PAGEREF _Toc350506828 \h 53جدول ‏48: مقایسهی مقادیر تخصیص و مقادیر کمبود دو مصرفکننده(mcm) PAGEREF _Toc350506829 \h 56جدول ‏49: مجموع مقادیر هزینه در مدلهای مختلف برای دو مصرفکنندهی بالادست و پاییندست (تومان) PAGEREF _Toc350506830 \h 58جدول ‏410: مقایسهی مقادیر مطلوبیتهای تأمین نیاز مصرفکنندگان PAGEREF _Toc350506831 \h 59جدول ‏411: مقادیر رهاسازی آب در ماههای مختلف PAGEREF _Toc350506832 \h 63جدول ‏51: جریان رودخانه ابهر در سالهای آبی مختلف (mcm) PAGEREF _Toc350506833 \h 68جدول ‏52: مقادیر نیاز شهری، صنعت،کشاورزی و حقابههای زیستمحیطی طرح (mcm) PAGEREF _Toc350506834 \h 69جدول ‏53: ماتریس پاسخ چاه 1 PAGEREF _Toc350506835 \h 71جدول ‏54: مقادیر ضرایب برگشتی به آب سطحی و آب زیرزمینی PAGEREF _Toc350506836 \h 71جدول ‏55: مقادیر ضرایب برگشتی از مصارف مختلف PAGEREF _Toc350506837 \h 71جدول ‏56: مقادیر وزن نسبی شرکتکنندگان در مطالعهی موردنظر PAGEREF _Toc350506838 \h 74جدول ‏57: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 51-1350 (mcm) PAGEREF _Toc350506839 \h 75جدول ‏58: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 51-1350 (mcm) PAGEREF _Toc350506840 \h 77جدول ‏59: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 51-1350 (mcm) PAGEREF _Toc350506841 \h 79جدول ‏510: مقادیر جریان زیستمحیطی مربوط به بالادست و پاییندست رودخانه سال آبی 51-1350 PAGEREF _Toc350506842 \h 81جدول ‏511: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 67-1366 (mcm) PAGEREF _Toc350506843 \h 83جدول ‏512: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 67-1366 (mcm) PAGEREF _Toc350506844 \h 85جدول ‏513: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 67-1366 (mcm) PAGEREF _Toc350506845 \h 87جدول ‏514: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 78-1377 (mcm) PAGEREF _Toc350506846 \h 89جدول ‏515: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 78-1377 (mcm) PAGEREF _Toc350506847 \h 91جدول ‏516: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 78-1377 (mcm) PAGEREF _Toc350506848 \h 93جدول ‏517: مقادیر رهاسازی آب در ماههای مختلف PAGEREF _Toc350506849 \h 97
چکیده
وجود ذینفعان مختلف در بهرهبرداری 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 پایاننامه یک سیستم مرکب رودخانه-آبخوان که وظیفهی تأمین نیاز آبی دو منطقهی بالادست و پاییندست را بر عهده دارد در نظر گرفته شده و وضعیت مناقشهی سیستم شبیهسازی شده است. با استفاده از رویکرد Nash مسئلهی حل مناقشه بین مصرفکنندگان آب که از هر دو منبع آب سطحی و زیرزمینی استفاده میکنند 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 مسئلهی بهینهی حاصل استفاده شده است. مطالعهی موردی، مناقشهی موجود در بین مصرفکنندگان بخشهای مختلف شهری، صنعتی و کشاورزی دو منطقهی ابهر و خرمدره را که از منابع سطحی و زیرزمینی به صورت تلفیقی استفاده میکنند در نظر دارد و از روبکرد حل اختلاف Nash برای بهبود این مناقشه استفاده میکند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که مدل Nash میتواند 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.
فصل اول: کلیاتمقدمهآب 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[ REF _Ref346172578 \h \* MERGEFORMAT 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[ REF _Ref346173057 \h \* MERGEFORMAT 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، میتواند منجر به ایجاد مناقشات محلی، منطقهای و حتی در سطوح بینالمللی شود. مدیریت پیشرفتهی آب، حل مناقشات و همکاری میتواند چنین مشکلاتی را بهبود بخشد چراکه روند حل مناقشات آب با استفاده از علوم حقوق، مهندسی، اقتصاد، زمینشناسی و اقتصاد سیاسی قانونمند شده است[ REF _Ref346173075 \h \* MERGEFORMAT 12].
حل موفق مناقشات ملی و بینالمللی 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 پایهی تکنولوژیها و روشهای جدید میتواند به مدیریت موثر منابع آب کمک کند و بدین وسیله کشمکش میان گروههای درگیر در مسئلهی آب را کاهش دهد[ REF _Ref346172578 \h \* MERGEFORMAT 35].
از آنجایی که منابع آب سطحي پاسخگوي نيازهاي كشاورزي، شرب و صنعتي نبوده و استفادهی بيش از حد از منابع آب زيرزميني نيز سفرههاي آب زيرزميني كشور را با مشكلات متعددي مواجه ساخته است، لذا بهرهبرداري تلفيقي از منابع آب سطحي و زيرزميني، به عنوان راهحلي مناسب در اين زمينه مورد توجه قرار گرفته است[REF _Ref346173118 \h3]. امروزه مدیریت جامع منابع آب، با تأکید بر بهرهبرداری مشترک یا تلفیقی از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی، در دستور کار کلیهی سازمانهای بهرهبرداری قرار گرفته است. توسعهی بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی در مقایسه با سدسازی دارای مزایای متعددی بوده و مشکلات به مراتب کمتری دارد. از این میان میتوان به هزینهی کمتر، عدم وجود مشکل رسوب و تبخیر، مشکلات کیفی کمتر، و عدم وجود مشکلات اجتماعی و فرهنگی اشاره نمود[ REF _Ref346173131 \h \* MERGEFORMAT 10].
بهرهبرداری تلفیقی منابع آب بالطبع اختلافات بین کاربران را بیشتر میکند چراکه همواره تعاملاتی بین آبهای سطحی و زیرزمینی وجود دارد و همچنین در بهرهبرداری 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، مسئلهی دیگری که به خصوص در بهرهبرداری تلفیقی اهمیت بیشتری پیدا میکند 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 ارائهی یک مدل مناسب، علاوه بر در نظر گرفتن منافع مصرفکنندگان در برداشت از منابع آبی، مسائل دیگری همچون آبخوانها را که با توجه به برداشت بیرویه و غیراصولی از چاهها با افت قابلتوجهی روبرو شدهاند و همچنین نیاز زیستمحیطی رودخانه که برای حفظ اکوسیستم امری ضروری میباشد مورد توجه قرار دهد.
ضرورت انجام تحقیقامروزه بهرهبرداری 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 ارائهی راهحلی مناسب امری ضروری به نظر میرسد. از آنجایی که در زمینهی بهرهبرداری 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 میتواند مفید واقع شود.
اهداف و دامنهی تحقیقاین تحقیق تلاش دارد با ارائه یک مدل مناسب، علاوه بر در نظر گرفتن منافع مصرفکنندگان در برداشت از منابع آبی، مسائل دیگری همچون آبخوانها را که با توجه به برداشت بیرویه و غیراصولی از چاهها با افت قابلتوجهی روبرو شدهاند 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 تقسیمبندی کرد:
تأمین حداکثر نیاز مصرفکنندگان
توجه به مسائل زیستمحیطی
به حداقل رساندن افت آبخوانها
روششناسی (متدلوژی) نیل به اهداف تحقیقبا توجه به اهدافی که در فوق ذکر شد، در این تحقیق ، ابتدا یک سیستم فرضی که شامل دو مصرفکنندهی بالادست و پاییندست میباشد و از منابع آبی موجود به صورت تلفیقی بهره گرفته میشود 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 مسئلهی 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 استفاده از نرمافزار Visual MODFLOW انجام شده است. نهایتاً برای اجرای مدلهای بهینهسازی حل اختلاف از مدل LINGO استفاده شده است.
مشارکت علمی (نوآوری تحقیق)این تحقیق در نظر دارد با در نظر گرفتن یک سیستم مرکب رودخانه- آبخوان که در آن بهرهبرداری از منابع آب به صورت تلفیقی انجام میپذیرد، مناقشهی میان مصرفکنندگان در بخشهای مختلف شرب، کشاورزی و صنعت را که در دو منطقهی بالادست و پاییندست دشت ابهر میباشند را با استفاده از مدل حل اختلاف Nash حل کند. همانطور که قبلاً ذکر شد بحث حل اختلاف در برنامهریزی منابع آب سابقهی چندان زیادی ندارد و به خصوص در زمینهی بهرهبرداری تلفیقی از منابع آب تحقیقات بسیار کمی صورت گرفته است، بدین منظور استفاده از روش Nash در حل مناقشهی این سیستم تلفیقی میتواند نوآوری این تحقیق به حساب آید.
ساختارتحقیقمطالعهی حاضر در قالب 6 فصل تنظیم گردیده است. در فصل دوم مروري بر سوابق مطالعاتی مرتبط با موضوع این تحقیق خواهد شد. تشریح مواد و روشهاي 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 مختصري از منطقه مورد مطالعه، دادهها و اطلاعات مورد نیاز اشاره میشود و مدل حل اختلاف Nash در تخصیص آب بین دو منطقه در سه سال آبی مختلف به کار خواهد رفت. در فصل ششم نتیجهگیری و پیشنهادات حاصل از تحقیق ارائه شده و در انتها مراجع مورد استفاده معرفی میگردند.
فصل دوم: بررسی سوابق مطالعاتیمقدمهاستفاده از روشهای بهینهسازی در مدیریت منابع آب از دیرباز مورد توجه محققین بوده است، لیکن ارائهی مدلهایی که در آنها تمامی ذینفعان نقش موثری در حل و رفع اختلافات داشته باشند، در سالهای اخیر مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. برای حل مناقشات مدلهای متعددی توسعه یافتهاند و افراد بسیاری در این زمینه به ارائهی نظریاتی پرداختهاند. تئوری بازیها، مدل رفع اختلاف Nash، مدل رفع اختلاف Young، مدل گراف، مدل پویایی سیستم، نقشههای شناختی فازی، تحلیل چندمتغیرهی بایپلات و روش تصمیمگیری چندمعیاره از جمله این مدلها میباشند، در این فصل مطالعات انجام شده در زمینه حل اختلاف در سه قسمت تشریح شده است. ابتدا حل اختلاف در بهرهبرداری از منابع آبهای سطحی بررسی میشود. سپس حل اختلاف در بهرهبرداری از منابع آبهای زیرزمینی مطرح میشود. نهایتاً مسئلهی حل اختلاف در بهرهبرداری تلفیقی از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی مورد بررسی قرار میگیرد. شایان ذکر است میزان تحقیقات در زمینهی اخیر نسبت به دو زمینهی قبلی کاستیهای بسیاری وجود دارد.
مطالعات انجام گرفته در زمینهی حل اختلافحل اختلاف در بهرهبرداری از آبهای سطحیJohn Nash (1953) ثابت کرد که در مسائل با ابعاد محدود همواره يک نقطهی توافق به گونه‌اي وجود دارد که در آن همه تصميم‌گيرندگان در مقابل حريفان خود، به بهترين مطلوبيت خود مي‌رسند. اين مفهوم اساسي در نظريه بازيهاي غير اشتراکي، نقطه عطفي در تحليل اختلاف بود. Nash در سال 1953 تئوری چانه‌زنی در علم اقتصاد را ارائه داد. کاربردهای اين تئوري در علم اقتصاد بسيار گسترده بوده است به طوريکه منجر به کسب جايزهی نوبل اقتصاد توسط اين رياضي‌دان شد. تئوري Nash با داشتن مباني علمي قوي مي‌تواند در رفع اختلافات در بهره‌برداري از سيستم‌هاي منابع آب نيز مورد استفاده قرار گيرد [ REF _Ref346173214 \h \* MERGEFORMAT 37].
Young et. al.(1982)مزايا و معايب روشهاي مختلف موجود را براي تقسيم هزينه در پروژههاي تأمين آب مانند جداسازي هزينهها از سود باقيمانده(SCRB) و روشهاي سادهی تخصيص بر اساس نسبتها (سهم هر ذينفع براساس نسبت پارامترهاي مختلف) و همچنين، روشهاي نسبتاً پيشرفتهاي از بازيهاي همكارانه مانند ارزش شاپلي(shapely 1953) را در يك سيستم تخصيص آب در سوئد بررسي كردند. آنها چارچوبي را براي انتخاب هر يك از اين روشها با در نظر گرفتن شرايط مختلف مسئله ارائه دادند .همچنين، نشان دادند كه كارايي اين روشها بستگي زيادي به قابل اعتماد بودن دادههاي مربوط به نيازها و هزينهها دارد [ REF _Ref346173305 \h \* MERGEFORMAT 47].
Rubinstein (1982) يك بازي چندگزينهاي را كه بطور متوالي و مشخص انجام ميشد در نظر گرفت. در اين تئوري حدبالايي براي تعداد مراحل چانهزني وجود ندارد اما يك هزينهی تأخير براي هر بازيكن وجود دارد به طوري كه با افزايش تعداد مراحل چانهزني، مجموع سهم افراد درگير در مسئله چانهزني كاهش مييابد [ REF _Ref346174170 \h \* MERGEFORMAT 40].
Heaney and Dickinson (1982) دو روشSCRBو MCRSرا براي تخصيص هزينهی يك پروژه منابع آب بين ذينفعان مختلف در يك بازي همكارانه به كار بردند .آنها شروط اساسي را كه اين روشها مبتني بر آن ميباشند و همچنين، كارايي و قابليت آنها را از جنبههاي مختلف با ارائهی مثالهاي عملي مورد بررسي قرار دادند [ REF _Ref346174193 \h \* MERGEFORMAT 16].
Tisdell and Harrison (1992) روشهاي مختلف بازيهاي همكارانه را در تخصيص آب انتقالي در ايالت كويينزلند استراليا به كار بردند.آنها با مقايسهی نتايج بازيهاي همكارانه مختلف به بررسي عادلانهترين توزيع آب و درآمد پرداختند. روشهاي مورد استفادهی آنها شامل 4 نوع بازي همكارانه مختلف بودكه در6 منطقهی كشاورزي به عنوان شاخص به كار برده شدند [ REF _Ref346174223 \h \* MERGEFORMAT 43].
Lejano and Davos (1995) از يك روش بازي چندنفره تحت عنوان نوكلئلوس نرمال شده براي تخصيص هزينه و سود در يك پروژهی بهرهبرداری دوباره از آب در كاليفرنياي جنوبي استفاده كردند. سپس آنها نتايج اين روش را با ساير روشها مانند نوكلئلوس و ارزش شاپلي مقايسه كردند [ REF _Ref346174248 \h \* MERGEFORMAT 25].
Nachtnebel (1997) با استفاده از برنامه‌ريزي توافقي روشي براي حل اختلاف ارائه کرد. اين روش بر مبناي فاصله از نقطهی ايده‌آل استوار است. بر اساس اين روش اهداف مختلف و ارگانهاي درگير مسئله، به صورت نسبي و با توجه به درجه اهميتشان وزن‌دهي مي‌شوند. سپس گزينه‌هاي مختلف براساس فاصله‌شان تا نقطهی ايده‌آل ارزيابي شده و بهترين گزينه انتخاب مي‌شود. کارايي اين مدل در بررسي اختلافات موجود در تقسيم آب رودخانه دانوب بين دو کشور، مورد ارزيابي قرار گرفت. مطابق با نظر محقق، استفاده از اين مدل در کاهش تعداد گزينه‌هاي قابل قبول براي کشورها و انتخاب سريع‌تر گزينه برتر تأثير بسزايي دارد. ليکن انتخاب گزينه برتر با توجه به اين مدل، ممکن است براي طرفين درگير اختلاف قابل قبول نباشد [ REF _Ref346174296 \h \* MERGEFORMAT 34].
Luss (1999) روشهاي مختلف تخصيص عادلانهی منابع را بين فعاليتهاي مختلف بررسي كرد. در اين تحقيق، او از روش Lexicographic Minimax براي حل مسئلهی تخصيص بهينه استفاده كرد. در اين مقاله، تأكيد بر تعيين تابع هدفي است كه ميتواند در مدل بهينهسازي تخصيص بهينهی آب مورد استفاده قرار گيرد. او پس از بررسي توابع هدف مختلف مانند تابع Minimax، تابع Lexicographic Minimax را پيشنهاد كرد. برتري مدل پيشنهادي در قالب يك مثال براي تخصيص منابع فرضي نشان داده شده است [ REF _Ref346174334 \h \* MERGEFORMAT 27].
Wolf (1999) معيارهاي عدالت را در قراردادهاي تقسيم آب مورد بررسي و ارزيابي قرار داد و در سه بخش تشريح كرد. در بخش نخست خلاصهاي از اصول كلي تخصيص عادلانه آب را بيان كرد. اين اصول ميتوانند در تدوين مدلهاي جديد تخصيص آب مورد استفاده قرار گيرند. اين بخش شامل تخصيص بر اساس معيارهاي حقوقي و قانوني و نيز بر اساس معيارهاي كارايي و اقتصادي ميباشد. بخش دوم، مثالهاي تخصيص آب را در آبهاي مرزي در قالب برنامههاي اطلاعاتي كامپيوتري از 145 معاهدهی مربوط به منابع آب بينالمللي كه در دانشگاه ايالتي اورگان گردآوري شده، در برميگيرد. بخش سوم، اصول تخصيص عادلانهی آب و موارد عملي تخصيص آب را مقايسه ميكند و بيان ميكند كه در عمل، موارديكه در آنها تخصيص آب صرفاً بر اساس اصول تعيين شده انجام ميگيرد، بسيار نادر است [ REF _Ref346174396 \h \* MERGEFORMAT 45].
Ben-Haim and Hipel (2002) با استفاده از مدل‌‌هاي ترسيمي Information-gap عدم قطعيت‌هاي موجود در خواسته‌ها و اولويت‌هاي تصميم‌گيرندگان را در روند رفع اختلاف در نظر گرفتند. در اصل، مدلهاي Info-gap با انجام تحليل حساسيت، عدم قطعيت‌هاي موجود را در نظر مي‌گيرند. با توجه به اينکه تصميم‌گيرندگان در مذاکرات ممکن است به دلايلي، خواست‌هاي خود را پنهان کنند، استفاده از اين مدل‌ها مي‌تواند در حل جامع‌تر مسائل همراه با اختلاف مؤثر باشد. مدل‌هاي Info-gap علاوه بر عدم قطعيت‌هاي موجود در خواسته‌ها و اولويت‌هاي تصميم‌گيرندگان، قادر به در نظر گرفتن ساير عدم قطعيت‌ها نيز هستند [ REF _Ref346174416 \h \* MERGEFORMAT 8].
Hipel et. al. (2002) با ارائهی يک مدل ترسيمي (GCMR II) روشي انعطاف‌پذير و کارآمد به منظور پشتيباني در تصميم‌گيري براي بررسي اختلافات اساسي ارائه کردند. اين گونه اختلافات در طرح‌هاي جامع منابع آب در قالب مديريت آلودگي، تخصيص و ذخيره‌سازي آب اجتناب‌ناپذيرند. کارايي‌هاي مدل مورد نظر در بررسي حوضهی آبريز مشترک بين آمريکا و کانادا مورد ارزيابي قرار گرفته است. مهمترين قابليت اين مدل، ياري رساندن به ارگان‌هاي درگير اختلاف از طريق ارائهی پيشنهادات مديريتي و به وجود آوردن شناختي عميق نسبت به شرايط حاکم بر مسئله است. مطابق با نظر محققين، با توجه به اين شناخت، مصرف‌کنندگان ديد وسيعي نسبت به تصميمات اتخاذ شده جهت رفع اختلافات پيدا مي‌کنند و اين مسئله در حل اختلافات به شکل مطلوبتر نقش اساسي دارد [ REF _Ref346174434 \h \* MERGEFORMAT 18].
Kucukmehmetoglu and Guldmann (2002) مسئلهی تقسيم آب رودخانه‌هاي دجله و فرات ميان سه كشور تركيه، سوريه و عراق را از ديد رفع اختلاف مورد بررسي قرار دادند. در اين تحقيق پس از محاسبه حداكثر سود ممكن از تقسيم آب ميان اين سه كشور، از طريق يك مدل برنامه‌ريزي خطي، سناريوهاي مختلف تقسيم آب بين اين كشورها تعريف شده و توسط روش ارزش شاپلي اين سناريوها مورد ارزيابي قرار گرفتند. ميزان سود حاصل از تقسيم آب در هر سناريو از طريق اين روش محاسبه شد. مطابق نظر محققين، نتايج حاصل از اين مدل به منظور ارزيابي سناريوها بسيار مناسب است [ REF _Ref346174474 \h \* MERGEFORMAT 23].
Palmer et. al. (2002) با ارائهی يک مدل تحت عنوان “Shared Vision Model” امکان در نظر گرفتن ديدگاهها و مطلوبيت تصميم‌گيرندگان سيستم در مديريت کمي حوضه‌هاي آبريز را فراهم ساختند.کارايي اين مدل جهت رفع اختلاف در حوضهی آبريز Kum در کره جنوبي مورد ارزيابي قرار گرفت. در اين مدل با استفاده از قابليت‌‌هاي شبيه‌سازي شي‌گراي STELLA® و با در نظر گرفتن مطلوبيت‌هاي تصميم‌گيرندگان سيستم، امکان تدوين منحني‌ تبادل بين اهداف مختلف از قبيل قابليت اطمينان تأمين نياز و تأمين نياز حداقل زيست محيطي تدوين شده است. بر اساس نظر محققين يکي از مزاياي استفاده از مدلهاي حل اختلاف، آشنا شدن تصميم‌گيرندگان و مصرف‌کنندگان با حقايق و وقايع آينده است. اين مسأله در کاهش شدت اختلافات بسيار مؤثر است [ REF _Ref346174489 \h \* MERGEFORMAT 38].
Karamouz and Kerachian (2004) با تلفيق مدل شبيه‌سازي کيفيت آب در سيستم رودخانه-مخزن و يک مدل حل اختلاف در تخصيص آب، در تدوين سياستهاي بهينهی بهره‌برداري از مخزن استفاده کردند. در اين تحقيق از تکنيک الگوريتم ژنتيک جهت بهينه‌سازي استفاده شده است. تابع هدف مورد استفاده توسط محققين، تابع ضربي Nash بوده است. همچنين به منظور درنظر گرفتن کيفيت آب در مدل بهينه‌سازي، توابع مطلوبيت به صورت کمي-کيفي در نظر گرفته شده‌اند. کارايي مدل توسعه داده شده در جهت بهره‌بردراي کمي – کيفي از سد 15 خرداد مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاصل نشان دهندهی کاهش شوري آب تخصيص يافته به نيازهاي مختلف و نيز کاهش رشد شوري آب در مخزن است [ REF _Ref346174504 \h \* MERGEFORMAT 20].
Cai et. al. (2004) با استفادهی ترکيبي از تحليل‌هاي برنامه‌ريزي چندهدفه و روشهاي تصميم‌گيري چندمعياره مدلي به منظور پشتيباني در تصميم‌گيري براي برنامه‌ريزي منابع آب توسعه دادند. با توجه به وجود تصميم‌گيرندگان و مصرف‌کنندگان مختلف، در چنين مسائلي بروز اختلاف يک امر طبيعي است. کارايي اين مدل در برنامه‌ريزي منابع آب شمال کشور چين مورد ارزيابي قرار گرفته است و نتايج حاصل نشان‌دهندهی کارايي قابل قبول مدلهاي کامپيوتري در تصميم‌گيري‌هاي گروهي برنامه‌ريزي منابع آب است. مطابق با نظر محققين، مهمترين قابليت اين مدل در ارائهی اطلاعات به صورت شفاف جهت بررسي اختلاف است [ REF _Ref346174521 \h \* MERGEFORMAT 9].
Ganji et. al. (2006) از تئوري بازيها براي حل اختلاف بين مصرفكنندگان آب استفاده كردند. دراين مقاله، بر اساس اصول تئوري بازيها، مدل پوياي غيرقطعي بازي Nash با اطلاعات كامل(PSDNG) توسعه داده شده است كه در آن فرض بر اين است كه تصميمگيرندگان، اطلاعات كافي ازپارامترهاي اتفاقي مرتبط با بهرهبرداري از مخزن را دارند. مدل ارائه شده دربهرهبرداري از سد زايندهرود به كار رفته است و نتايج، مبيّن توانايي مطلوب مدل در ارائهی سياستهاي بهرهبرداري با در نظر گرفتن تعاملات بين مصرفكنندگان آب و سازمان مسئول بهرهبرداري از مخزن و مطلوبيتهاي آنها است [ REF _Ref346174547 \h \* MERGEFORMAT 15].
Shirangi et. al. (2008) ضمن كاهش مشكلات محاسباتي و زمان بالاي اجراي مدلهاي ارائه شده توسط Kerachian and Karamouz (2006,2007)، به منظور در نظر گرفتن اختلافات ممكن در بين تصميمگيرندگان و تأثيرپذيران از مدل رفع اختلاف Young استفاده نمودند.تئوري چانهزني تكاملي Youngبه صورت مرحلهاي بوده و امكان حضور گروهي از تصميمگيرندگان به همراه مشخص بودن مفهوم و ساختار بازي از امتيازات آن محسوب ميشود. محدوديت مدل Young اين است كه فقط دو گروه از تصميمگيرندگان ميتوانستند چانهزني كنند [ REF _Ref346174564 \h \* MERGEFORMAT 42].
Karamouz et. al. (2008) از مدل حل اختلاف Nash در تخصیص کمی و کیفی آب از رودخانه و مخزن کرخه استفاده کردند. در این تحقیق بهرهبرداري از سد به صورت آزادسازي آب از دریچههاي مختلف با هدف تنظیم کیفیت آب مخزن و آب خروجی از دریچهها صورت پذیرفت. همچنین به منظور تخصیص آب با کیفیت مطلوب از رودخانه، مدیریت کیفی رودخانه و تعیین بار آلودگی ماهانه که هر یک از مصرفکنندگان از رودخانه مدنظر قرارگرفته است [ REF _Ref346174583 \h \* MERGEFORMAT 21].
Madani et. al. (2009) در مطالعهای کارایی تئوری بازیها را در مدیریت منابع آب بررسی نموده و با استفاده از آن رفتار گروهها را در مسائل منابع آب شناسایی و تفسیر کرده و توضیح میدهد که چگونه تعاملات گروههای مختلف که اولویتهایی را نسبت به اهداف خود به جای اهداف سیستم قائلند منتج به تکامل سیستم میشود. این مقاله ساختار پویای مسائل منابع آب و اهمیت توجه به مسیر تکامل بازی با مطالعه چنین مسائلی را نشان میدهد [ REF _Ref346174610 \h \* MERGEFORMAT 28].
Madni and Gholizadeh (2011) با استفاده از روشهای مختلف تئوری بازیهای همکارانه سعی در رفع مناقشات موجود در بین کشورهای همجوار دریای خزر داشتند. نتایج، تخصیص مساوی منابع دریای خزر را با روشی مناسب و منصفانه در حل این مناقشه پیشنهاد میکند. این روش حل با اجرای رژیم مالکیت مشترک برای اداره کردن دریای خزر که در جهت منافع ایران و روسیه میباشد، مطابقت میکند [ REF _Ref346174631 \h \* MERGEFORMAT 29].
Karamouz et. al. (2011) یک مدل چانهزنی بر پایهی رویکرد پویایی سیستم برای تخصیص آب با کیفیت قابلقبول از یک سیستم رودخانه- مخزن به مصرفکنندگان مختلف و تعیین ماکزیمم بار آلودگی قابلقبول که هر مصرفکننده به رودخانه تخلیه میکند به کار گرفتند و با مدلی بر پایهی تئوری چانهزنی Nash مقایسه کردند. کاربرد این مدلها در سیستم رودخانه-مخزن کرخه با داشتن دادههای سری زمانی 50 ساله مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت معیارهای عملکرد برای نتایج حاصل از مدل تعیین و مقایسه شده است. این مطالعات نشان داد رویکرد پویایی سیستم در حل اختلافات برای تخصیص آب به ذینفعان سیستمهای رودخانه- مخزن ارزش قابل توجهی دارد [ REF _Ref346174661 \h \* MERGEFORMAT 22].
Madani and Lund (2011) مسئلهی تصمیمگیری چندمعیاره را با استفاده از تئوری بازیها حل کردهاند. در این مقاله مدلسازی مسائل تصمیمگیری چندمعیاره با استفاده از مفاهیم تئوری بازیهای غیر همکارانه انجام شده است. روش پیشنهادی میتواند در تجویز راهحلهای غیر غالب استفاده شود و همچنین میتواند به عنوان روشی در پیشبینی نتیجهی یک مسئلهی تصمیمگیری به کار رود. برای مقابله با عدم قطعیت در متغیرهای ورودی، رویکرد تئوری بازی Monte-Carlo(MCGT) پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی نیازی به وزندهی معیارها نداشته و بار محاسباتی را به طور قابل ملاحظهای کاهش میدهد. روش MCGT در آنالیز دلتای Sacramento-San Joaquin واقع در کالیفرنیا به کار گرفته شده است. این روش با فراهم کردن بینش مناسب، گزینههای غیر غالب را شناسایی کرده و نتایج محتمل تصمیمگیری را پیشبینی میکند [ REF _Ref346174679 \h \* MERGEFORMAT 30].
حل اختلاف در بهرهبرداری از آبهای زیرزمینیAimee Bella et. al. (1996) با استفاده از تکنیک تصمیمگیری چندمعیاره، مناقشهی تخصیص آب در حوضهی آبریز Upper Rio Grande را آنالیز کردند، این معیارها برای رتبهبندی گزینههای شامل فاکتورهای اقتصادی، فاکتورهای زیستمحیطی، سیاستهای مدیریت آب زیرزمینی و فاکتورهای منابع بیولوژیکی استفاده و به صورت عددی تعریف شدند. رتبهبندی گزینهها از طریق برنامهریزی توافقی و ELECTRE III انجام شد و در نهایت نتایج عددی آنالیز، مقایسه و تفسیر شدند [ REF _Ref346174704 \h \* MERGEFORMAT 7].
Frisvold and Caswell (2000) با توجه به وجود اختلاف نسبت به مسئلهی آلودگي آبهاي زيرزميني در مرز مشترك ايالات متحده آمريكا و مكزيك، از مدل حل اختلاف غير متقارن Nash به منظور بررسي اين اختلاف استفاده كردند. در اين تحقيق اهميت (وزن) نسبي طرفين اختلاف با توجه به سرعت عمل آنها در مذاكرات، تعيين شده است. ارگان‌هايي كه آلوده‌كنندهی آب هستند تمايلي به انجام مذاكرات ندارند در حالي كه ارگان‌هاي موجود در پايين دست كه مصرف‌كنندهی آب هستند متمايل به انجام مذاكرات و اجراي پروژه‌هاي کاهش آلودگي هستند. به اين ترتيب آلوده‌كنندگان، وزن نسبي كمتر و مصرف‌كنندگان، وزن نسبي بيشتري خواهند داشت. مطابق با نظر محققين، تأثير اين مدل در تخصيص عادلانه سود حاصل از انجام پروژه‌هاي كاهش آلودگي بين طرفين اختلاف بسيار مؤثر بوده است [ REF _Ref346174720 \h \* MERGEFORMAT 14].
Coppola et. al. (2001) براي حل يک مسئلهی واقعي مديريت آبهاي زيرزميني با توجه به تضاد ميان اهداف بهره‌برداري از اين منابع به منظور تأمين نيازهاي آبي و آلوده نشدن آنها توسط منابع آلاينده‌اي نظير آب‌هاي شور، در منطقهی Toms River در نيوجرسي از مدل‌هاي حل اختلاف استفاده کردند. مدل‌هاي مورد استفاده توسط محققين عبارتند از: مدل غير متقارن Nash، مدل غير متقارن Kalai-Smorodinsky، مدل نامتقارن مساحت يکنواخت و مدل نامتقارن افت برابر. نتايج ارائه شده، حاکي از توافق مناسب ميان نتايج روش‌هاي مختلف از نظر تأمين آب از هر چاه است [ REF _Ref346174739 \h \* MERGEFORMAT 11].
Loaiciga (2004) نقش همكاري و عدم همكاري را با روشهاي رياضي و از طريق متدهاي مختلف تئوري بازيها در قالب يك مسئلهی بهرهبرداري مشترك از منابع آب زيرزميني در آمريكا بيان كرد. او نشان داد كه يك تعادل همكارانه وقتي به دست ميآيد كه بهرهبرداران به قيود مربوط به محدوديتهاي تراز آب زيرزميني و اثرات بهرهبرداري چندجانبه كه به آنها اجازه دستيابي به سود اقتصادي بر پايهی پايداري زيستمحيطي ميدهد، اهميت دهند. در اين مطالعه، نشان داده شد كه دستيابي به يك تعادل همكارانه از جواب يك مسئله برنامهريزي درجه دوم حاصل ميشود. بر اساس اين مقاله دستيابي به يك تعادل همكارانه گاهي بدون ايجاد يك نيروي واداركننده به همكاري ميسر نيست [ REF _Ref346174760 \h \* MERGEFORMAT 26].
Salazar et. al. (2007) با استفاده از نظريه بازيها به حل اختلاف در بهرهبرداري از آب زيرزميني در Mexico پرداختند. در اين مسئله، منافع اقتصادي حاصل از افزايش محصولات كشاورزي نيازمند افزايش برداشت از منابع آب زيرزميني از طريق چاهها است، از طرفي افزايش محصول نيز نيازمند استفاده بيشتر از كودهاي شيميايي است كه نتيجهی آن افزايش بار آلودگي شيميايي خواهد بود و اثرات نامطلوب زيستمحيطي اين بارآلودگي قابل ملاحظه ميباشد. آنها در اين تحقيق از نظريه بازيها براي يافتن جواب بهينه از بين 12 سناريوي مختلف برداشت آب استفاده كردند و به كمك چهار روش مختلف حل اختلاف، سناريوي بهينه را ارائه نمودند [ REF _Ref346174777 \h \* MERGEFORMAT 41].
حل اختلاف در بهرهبرداری تلفیقی از آبهای سطحی و زیرزمینیBazargan-Lari et. al. (2009) يك روش جديد براي تدوين قوانين بهره برداري تلفيقي از منابع آب سطحي و زيرزميني در زمان واقعي، ارائه دادند. تعيين سیاست‌های بهينهی بهرهبرداري تلفيقي از منابع آب سطحي و زيرزميني زماني كه تصميمگيران و ذينفعان متفاوت با اهداف متضادي وجود دارند، مسئلهاي پيچيده است. در روش پيشنهادي، براي تعيين منحنی‌های تعامل بين اهداف، از الگوريتم ژنتيك چندهدفه NSGA-II و در رفع اختلاف بين تصميمگيرندگان، از تئوري رفع اختلاف Young استفاده شد. همچنين براي برطرف نمودن مشكل زمان اجراي مدل بلندمدت در بهره برداري در زمان واقعي، استفاده از ماشین‌های بردار پشتيبان احتمالاتي كه قابليت ايجاد خروجي احتمالاتي و ارائهی قوانين مديريت منابع آب را دارا هستند، پيشنهاد گرديد. مدل ارائه شده براي تدوين قوانين بهرهبرداري تلفيقي از منابع آب سطحي و زيرزميني تهران ( REF _Ref186370977 \h \* MERGEFORMAT شکل ‏21) به كار گرفته شده است. ذينفعان در منطقهی مورد مطالعه، داراي مطلوبیت‌های متفاوت و بعضاً متضادي نظير تأمین آب با كيفيت مناسب، كاهش هزينههاي پمپاژ، بهبود كيفيت آب آبخوان و كنترل نوسانات سطح آب زيرزميني هستند. در روش ارائه شده، مدل‌های شبيهسازي جريان آب زيرزميني MODFLOW و پخش و انتقال آلاينده MT3D با مدل بهينهسازي NSGA-II تلفيق شدند تا منحنی‌های تعامل بين اهداف به دست آيند. بهترين نقطه روي منحني تعامل به كمك مدل رفع اختلاف Young انتخاب شد. نتايج مدل پيشنهادي نشان دهندهی اهميت اعمال يك مدل رفع اختلاف يكپارچه و قابليت مناسب ماشین‌های بردار پشتيبان در تدوين قوانين بهرهبرداري تلفيقي از منابع آب سطحي و زيرزميني در زمان واقعي در منطقهی مورد مطالعه است. نتايج نشان می‌دهند كه ميزان دقت قوانين تخصيص آب محاسبه شده در مرحله صحتسنجي بيش از 80 درصد است. بر اساس اين قوانين، تغييرات تجمعي تراز سطح آب زيرزميني در آبخوان تهران در يك دوره برنامه ريزي 15 ساله در حد 80 سانتيمتر محدود شده است [ REF _Ref346174823 \h \* MERGEFORMAT 6].

شکل STYLEREF 1 \s ‏2 SEQ شکل \* ARABIC \s



قیمت: 11200 تومان