مجموعه آموزش مهندسی آب و فاضلاب (آبفا)

نرم افزار WaterGEMS (واترجیمز) یکی از جدیدترین و پیشرفته ترین نرم افزارهای مهندسی آب است که به وسیله آن متخصصان، دانشجویان و مهندسین قادر خواهند بود با استفاده از نتایج به دست آمده از نرم افزار، با ضریب اطمینان بسیار بالا اقدام به طراحی شبکه های آبیاری، آبرسانی و انتقال آب نمایند. یکی از نقاط قوت واترجیمز، قدرت این برنامه در همسو شدن با ArcGIS است و در خود واترجیمز نیز پاره ای از توابع مبتنی بر GIS حضور پررنگ دارند. در این آموزش یک پروژه کوچک به صورت قدم به قدم آموزش داده می شود و کاربر در انتهای آموزش با مهم ترین و اصولی ترین مفاهیم نرم افزار آشنا شده و قادر به تحلیل و طراحی شبکه آبرسانی خواهد بود. در این آموزش کلیه نکات مورد نیاز در قالب حل یک مثال بیان می گردد و پس از پایان این فرادرس قادر خواهید بود بخش زیادی از نیازهای مهندسی خود را در زمینه شبکه برطرف کنید.

پروژه های آبرسانی شهری معمولا پرهزینه و زمان بر هستند. به همین علت، مساله طراحی صحیح سیستم های انتقال و پخش آب، اهمیتی دوچندان می یابد. در یک پروژه آبرسانی تخصص های مختلفی درگیر می شوند و در این میان مهندسین مکانیک یا مهندسین عمران، یکی از وظایف مهم یک پروژه آبرسانی، شامل طراحی تاسیسات ورودی آب به تلمبه خانه ها، سیستم های پمپاژ، طراحی شبکه لوله و خط انتقال آب را بر عهده دارند. این فرادرس، به مبحث آموزش طراحی تاسیسات مکانیکی در انتقال و توزیع آب می پردازد.

درس هیدرولیک از جمله دروس مهم و پایه ای در گرایش های عمران آب است و دانشجویان گرامی که علاقه مند هستند تا در آینده در این زمینه عمرانی فعالیت کنند بایستی به خوبی این درس را فراگیرند. از سوی دیگر درس هیدرولیک در کنکور کارشناسی ارشد سراسری و دانشگاه آزاد نیز مطرح می گردد و از جمله دروسی است که با در دست داشتن منبعی مناسب می توان به راحتی تست های مربوط به آن را زد. در این فرادرس هدف آموزش کامل مباحث هیدرولیک با استفاده از مدرسین متخصص در این زمینه می باشد.

امروزه در انجام محاسبات مهندسی منابع آب نرم افزارهای متنوعی وجود دارد، ولی برای دستیابی به نتایج مطمئن نیاز به تسلط مهندس به فرضیات و مراحل محاسباتی موجود در نرم افزار است و مضاف بر این باید تجربه عملی نیز در به کارگیری آن ها داشته باشد. یکی از این نرم افزارها HEC-HMS است که به طور مستقل یا در تلفیق با نرم افزارهای دیگر، هیدروگراف هایی را محاسبه می کند که برای اهداف مختلف مطالعات نظیر: آبرسانی، زهکشی شهری، پیش بینی سیل و دبی جریان، تاثیر تغییر کاربری اراضی، طراحی سرریز سدها، مطالعات کنترل سیلاب و بهره برداری از سیستم مخازن به کار می رود.

در این آموزش مهم ترین مباحث کاربردی در پنج بخش آب و هوا و پدیده های جوی، نفوذ و ربایش آب در خاک، آب های زیرزمینی، جریان های سطحی و هیدرولوژی آماری به طور کامل ارائه شده است. ما معتقدیم یادگیری عمیق و کاربردی با انجام تمرینات بیشتر و حل مسائل مختلف میسر می شود، از همین منظر تلاش شده تا هم راستا با مطالب ارائه شده، مثال ها، تمرینات متعدد و مسائل کاربردی با داده های واقعی به همراه پاسخ و حل مسائل جهت درک بهتر موضوع ارائه گردد. با توجه به ارائه مفاهیم هیدرولوژی مهندسی با زبانی ساده جهت درک بهتر موضوع، حل مسائل کاربردی و دیدگاه تحلیلی، این آموزش به دانشجویان و محققان عزیز و علاقه مند در حوزه آب شناسی توصیه می شود.

هدف از وجود یک شبکه آبرسان شهری، تامین آب با مقدار، فشار و کیفیت مناسب برای مصرف کنندگان است. به منظور تامین این اهداف، وجود درک درست از رفتار یک شبکه آب ضروری است و همچنین دامنه مدیریت فاضلاب نیز در طول تاریخ با تغییرات شرایط اجتماعی - اقتصادی، ساختارهای شهری و محیط زیست تکامل یافته است و به منظور حفاظت از محیط زیست و جلوگیری از آلودگی آن، وجود شبکه های جمع آوری فاضلاب ضروری است. مدیریت موثر فاضلاب برای بازیافت مواد مغذی و حفظ صحیح اکوسیستم ضروری است. این شبکه ها جریان فاضلاب را از مناطق مختلف شهری جمع آوری کرده و به تصفیه خانه های فاضلاب منتقل می کنند. با توجه به ضرورت های بیان شده، اهمیت شناخت مناسب و طراحی صحیح شبکه های آب و فاضلاب شهری به روشنی مشخص گردیده است.

در این فرادرس ابتدا به یادگیری مباحث بنیادی سیستم های منابع آب می پردازیم و پس از تعریف مفاهیم کلی، ضرورت مدیریت جامع منابع آبی را بررسی می کنیم و سپس به تعریف کلیه المان های سیستم های منابع آب در قالب یک مجموعه نظام مند که باید آن را به صوت ریاضی مدل سازی و حل کرد، می پردازیم. پس از بیان روش های مدل سازی و حل آن ها، مخاطب قادر خواهد بود تا در مواجهه با مسائل و چالش های مربوط به سیستم های منابع آب، ابزار و روش حل مناسب را اتخاذ کرده تا به تحلیل سیستم های منابع آب بپردازد و با حل مساله بتواند مدیریت و برنامه ریزی قابل قبولی را برای آن ارائه کند.

نرم افزار Slide یکی از جامع ترین نرم افزارهای تحلیل پایداری شیب به همراه تحلیل آب زیرزمینی به روش های: المان محدود، تحلیل نفوذپذیری، افت ناگهانی سطح آب، طراحی سیستم نگهداری، تحلیل احتمالاتی و تحلیل حساسیت است. تمامی انواع شیب های خاکی و سنگی، سدهای خاکی، خاکریزها، دیواره های حائل، می توانند در این نرم افزار مورد تحلیل قرار گیرند. در آموزش نرم افزار Slide 6.0 سعی شده همراه با مثال های ساده، اکثر جنبه های آموزش مقدماتی این نرم افزار پوشش داده شود.

نرم افزار EPANET 2 یک برنامه کامپیوتری است که رفتار هیدرولیکی و کیفی آب را در داخل شبکه لوله های تحت فشار، شبیه سازی می کند. یک شبکه شامل: لوله ها، گره ها، پمپ ها، شیرها و تانک های ذخیره یا مخازن است. EPANET 2 جریان آب در هر لوله، فشار در هر گره، ارتفاع آب در هر تانک و غلظت یک نوع ماده شیمیایی را در سراسر شبکه، طی یک دوره شبیه سازی می کند.

از آنجا که درس هیدرولیک جز منابع آزمون ارشد رشته مهندسی عمران است و لذا تلاش شده است که به یادآوری مطالب اصلی و مهم درسی و مرور تست های کنکور در چند سال اخیر پرداخته شود. با توجه به تست های سال های ۹۰ - 97 کنکور ارشد عمران، سوالات بیشتر جنبه مفهومی دارند و طراحان سوال به گونه ای سوالات را طراحی کرده اند که نیاز است دانشجو مسلط به تمام مفاهیم اولیه و پایه هیدرولیک باشد و توانایی آنالیز مسائل را با در نظر گرفتن تمام جزییات داشته باشد. از این رو در این آموزش تلاش شده است تا با تکرار راه حل های مناسب و سریع جهت حل مسائل و تمرین، این امکان برای دانشجو فراهم شود.

از زمان های کهن، آب زیرزمینی به عنوان یک منبع آب پاک و سالم مورد استفاده انسان ها بوده است اما در دهه ها و سال های اخیر، رشد روزافزون جمعیت و فعالیت های صنعتی علاوه بر ایجاد مشکلات زیست محیطی عدیده، در آلوده سازی آب های سطحی و زیرزمینی نقش بسزایی داشته است. در این آموزش در نظر گرفته شده است که با توجه به نیاز ضروری جامعه برای رفع این بحران، به بررسی تاثیر آلاینده ها بر کیفیت آب های سطحی و زیرزمینی در زمینه مبارزه با آلودگی شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیکی، سختی آب و مواد رادیواکتیو و تاثیری که روی همدیگر دارند بپردازیم و به اختصار نمودارهای کیفی آب های زیرزمینی را مورد بررسی قرار دهیم.

مدل هیدرولوژیک IHACRES یک مدل یکپارچه و مفهومی متریک است که برای اجرا در حوضه های بزرگ و اکثر شرایط آب و هوایی کاربرد دارد. بزرگ ترین مزیت این مدل نسبت به سایر مدل های شبیه سازی که اکثرا ساختار پیچیده ای دارند، دقت قابل قبول نتایج آن در عین استفاده از کم ترین اطلاعات ورودی و ساختار ساده آن است. در سال های اخیر، مقالات متعددی با استفاده از مدل IHACRES در بهترین نشریات انگلیسی زبان به چاپ رسیده اند که یکی از دلایل آن کاربرد این مدل در شبیه سازی جریان تحت شرایط تغییر اقلیم است.

سیل و آب گرفتگی، از جمله مشکلات اساسی بسیاری از شهرهای کشور است که از دلایل آن توسعه روز افزون شهرها و در نتیجه افزایش سطوح نفوذناپذیر و تغییر در چرخه هیدرولوژیک آب است. دلیل دیگر آن، ناکارآمدی شبکه زهکشی است که اغلب با توجه به شرایط اقلیمی گذشته طراحی شده است و تجمع رسوبات و زباله ها در مجاری شبکه نیز مزید بر علت می شود. این قبیل مشکلات در کنار پدیده تغییر اقلیم می تواند تشدید شود و بنابراین نیاز به پیش بینی و مدیریت جامع زهکشی رواناب شهری وجود دارد. در این فرادرس، نحوه مدل سازی رواناب های سطحی با نرم افزار SWMM آموزش داده می شود و در انتها نیز پروژه ساده ای جهت جمع بندی آموخته ها و نحوه به کارگیری بخش های پیشین در مدل سازی، انجام شده است.

عمده سازه های هیدرولیکی قبل از رسیدن به مرحله اجرایی شدن، بنا به دلایل گوناگون باید در داخل محیط آزمایشگاه با ابعاد کوچکتر مدل سازی شوند. اختصاص هزینه های بسیار بزرگ برای ساخت و اجرای آن ها و احتمال وجود آسیب های مالی و خطرات جانی در شرایطی که این سازه ها به شکل مناسبی طراحی و اجرا نشوند، از جمله این دلایل است. لذا بسیار حائز اهمیت است که به منظور جلوگیری از آثار زیان بار اقتصادی و غیراقتصادی، مهندسان حوزه هیدرولیک بر قوانین و معیارهای حاکم بر مدل سازی آزمایشگاهی (هیدرولیک) تسلط دقیق داشته باشند. این آموزش با بیانی روان و زبانی ساده با حل مسائل متنوع به درک عمیق تر مفاهیم مدل سازی هیدرولیکی کمک شایانی می کند و بنابراین مشاهده آن به دانشجویان و پژوهشگران مهندسی هیدرولیک توصیه می گردد.

مدل CE-QUAL-W2 یک مدل دو بعدی (افقی و عمودی) هیدرودینامیک و کیفیت آب است که می تواند پیکره هایی نظیر رودخانه های عمیق، مخزن سد و دریاچه و خورها را مدل کند. این نرم افزار قابلیت پیش بینی رفتار اکوسیستم های آبی از جمله مخازن سد به وسیله شبیه سازی ریاضی را دارد و امروزه به صورت گسترده ای برای شبیه سازی لایه بندی حرارتی و تغذیه گرایی مخازن، دریاچه ها، مصب ها و رودخانه های عمیق استفاده می شود. در این فرادرس با توجه به گستردگی و پیچیدگی این مدل امکان ساخت و اجرای مدل برای همه کاربران فراهم می گردد.

این فرادرس به منظور آموزش شبیه سازی کیفی آب های سطحی با مدل Qual2kw تهیه شده است. این مدل، مدلی یک بعدی است و برای شبیه سازی کیفی رودخانه ها و کانال ها به کار می رود. شناخت و آگاهی از فرایندهای شناخته شده در مباحث کیفیت آب از جمله موضوعات مهمی است که در تفسیر نتایج آنالیز کیفی آب، کمک شایانی می کند. از این رو، در این فرادرس در کنار آموزش این مدل، درس جداگانه ای با عنوان مفاهیم پایه نیز تهیه شده که در آن هر یک از پارامترهای کیفی مدل و فرایندهای مرتبط با آن ها، با بیانی ساده و با استفاده از تصاویر متعدد تشریح شده است.

از آنجایی که یادگیری زبان انگلیسی تخصصی مرتبط با هر رشته تحصیلی دانشگاهی بالاخص در مقاطع تحصیلات تکمیلی و دکتری به سبب نیاز به مطالعه مقالات و کتب مرجع که اغلب به زبان انگلیسی به نگارش در آمده اند، بسیار حائز اهمیت است، لذا در این فرادرس تلاش بر این است که مخاطب پس از گذراندن آموزش مورد نظر به راحتی بتواند مقالات و کتب مرجع گرایش و رشته تحصیلی خود را مطالعه نماید. در این فرادرس ضمن آموزش مباحث و واژگان اصلی تخصصی مربوط به هر گرایش تحصیلی به برخی از ساختارهای دستوری زبان انگلیسی که ممکن است مخاطبان گرامی در حین آموزش به آن نیاز پیدا کنند به صورت جزیی پرداخته خواهد شد.

این درس یکی از اصلی ترین دروس رشته های مهندسی آب است که دانشجویان علوم و مهندسی آب و عمران با آن سر و کار دارند. در کنکور کارشناسی ارشد رشته علوم و مهندسی آب در گرایش سازه های آبی، ضریب این درس ۳ است، بنابراین تاثیر بسیار زیادی در قبولی گرایش سازه های آبی دارد. این فرادرس شامل مفاهیم اولیه و کامل درس ساختمان های انتقال و توزیع آب است و مطالب به گونه ای ارائه شده است که تمامی نیازهای دانشجویان متقاضی شرکت در کنکور کارشناسی ارشد رشته علوم و مهندسی آب گرایش سازه های آبی را برطرف کند. در هر درس تمام مطالب به صورت کنکوری بیان شده است و در هر مبحث تست هایی نیز از کنکور کارشناسی ارشد برای یادگیری و فهم بیشتر درس حل و توضیح داده شده اند.

منظور از کیفیت آب، مطلوب بودن آن برای مصارف کشاورزی و آبیاری است. همانطور که می دانیم نمی توانیم بدون انجام آزمایش های کیفی آب، آن را در طرح های آبیاری به مصرف برسانیم. در اینجا است که اهمیت مطالعه و تعیین کیفیت آب بیشتر مطرح می شود. در این درس در مورد خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب و آزمایش هایی در مورد نحوه تعیین املاح و تعیین سختی آب، نحوه تصفیه فاضلاب و استفاده از آب های نامتعارف بحث می شود. همچنین سعی شده به نحوه ای ساده در مورد اهمیت کیفیت آب و آزمایش هایی که در این حیطه وجود دارد، بحث شود و آزمایش های گام به گام ارائه گردد.

این نرم‌افزار، یک ابزار کارا برای شبیه‌سازی اقلیم آینده زمین تحت سناریوهای مختلف انتشار گازهای گلخانه‌‏ای است. از جمله نکات برجسته در این آموزش، می‌توان به نحوه تحلیل عملکرد و آنالیز خروجی مدل و همچنین مقایسه آن با دوره مشاهداتی اشاره کرد. گفتنی است که در دیتابیس LARS-WG تعدادی مدل GCM از سری CMIP5 موجود است، اما نحوه ساخت سناریوی اقلیمی با استفاده از جدیدترین مدل‏‌های GCM (مدل‏‌های CMIP6 و سناریوهای Shared Socioeconomic Pathways یا به اختصار SSP) به طور کامل آموزش داده شده است. امید است این آموزش بتواند مورد پسند و استفاده علاقه‏‌مندان و محققین تغییرات اقلیمی قرار بگیرد و گامی مثبت در جهت افزایش آگاهی و توانمندی دانش‌پژوهان این حوزه بردارد.

آب که ارزشمندترین ماده در زندگی انسان است، از دیرباز نقش مهم و بی بدیلی در زندگی انسان داشته است. انسان در تاریخ حیات خود ضمن آشنایی با آب خواص آن را نیز شناسایی کرده است. با رشد روزافزون جمعیت دنیا و صنایع، انواع فاضلاب های خطرناک شهری و صنعتی وارد آب رودخانه ها و دریاها شد و زندگی موجودات زنده را به خطر انداخت. امروزه میزان آلودگی رودخانه‌ ها و دریاها تا حدود زیادی بیش از توان خودپالایی طبیعت شده است که این امر انسان را به این فکر واداشته است که باید فاضلاب را پیش از ورود به طبیعت تصفیه کرد تا از زیان و آلودگی آن کاسته شود. هدف از ارائه این فرادرس، معرفی فرایند تصفیه آب و فاضلاب و مباحث لازم آن با تاکید بر اصول اساسی و طراحی مفهومی سیستم های تصفیه فاضلاب شهری، صنعتی و آب آشامیدنی است.

هدف از این فرادرس، آموزش نکات و مهارت‌های عملی لازم برای تجزیه و تحلیل داده‌های آب، ارزیابی کیفیت و به تصویر کشیدن بصری داده‌ها در ۱۰ طرح گرافیکی مختلف است. در بخش یکم این آموزش ابتدا به اهداف، اهمیت و قابلیت‌های کلیدی نرم‌افزار می‌پردازیم. در بخش دوم به صورت عملی در محیط نرم‌افزار درباره صفحه گسترده AqQA، آنالیت‌ها (Analyte)، آنالیز داده‌ها (Data Analysis) و دیاگرام‌ها (Diagram) بحث می‌کنیم و در انتها با چند مثال کاربردی، با خروجی‌های این نرم‌افزار آشنا می‌شویم.